Liên hiệp các hội khoa học và kỹ thuật Việt Nam
Thứ hai, 04/02/2008 17:25 (GMT+7)

Ứng dụng công nghệ đảo ngược tái tạo các đối tượng thực

Trong công nghệ CNC các đối tượng thực được tạo ra từ các hình khối 3 chiều mẫu có trong máy tính, Để tạo ra các mô hình ba chiều mẫu trên máy tính, nhiều kỹ thuật khác nhau được áp dụng và được gọi là công nghệ đảo ngược (reverse engineering). Trên thế giới công nghệ đảo ngược được ứng dụng rộng rãi vào các lĩnh vực mới như CAD/CAM, thực tại ảo (virtual reality), kiến trúc, bảo tồn các di sản văn hóa, v.v... Bài dưới đây trình bày một hệ thống ứng dụng công nghệ đảo ngược với mục đích tái tạo các mẫu hình điêu khắc đã bị vỡ hoặc hỏng một phần nhỏ.

Tổng quan hệ thống

Hình 1: Biểu đồ các quá trình hoạt động của hệ thống. Hệ thống này về cơ bản gồm ba bước: Thu thập dữ liệu của đối tượng thực dưới dạng các điểm, lên kết các dữ liệu và tái tạo lại mô hình của đối tượng thực trong không gian ba chiều.

Hình 1 mô tả quá trình hoạt động của hệ thống, các dữ liệu của đối tượng thực được thu thập bằng ba thiết bị quét (scanner) dưới dạng một tập hợp các điểm (cloud points) trong không gian ba chiều. Từ các dữ liệu điểm, một lưới tam giác được xây dựng để liên kết các điểm ba chiều trong không gian sử dụng thuật toán ICP với heuristics. Mô hình của đối tượng thực được số hóa hoàn toàn sau khi thực hiện một số bước tinh chỉnh như làm mịn (bóng), vá lỗ thủng, hoặc chia nhỏ lưới tam giác (subdivision) để tăng cường chi tiết hóa mô hình số.

Cài đặt hệ thống

Thu thập dữ liệu

Hình 1: Biểu đồ các quá trình hoạt động của hệ thống.
Hình 2: Vị trí cấu hình của 3 máy quétTrong hình 2, hệ thống thu thập dữ liệu sử dụng ba máy quét hình ba chiều (3D scanners) dựa trên kỹ thuật đo của moiré để tái tạo lại mô hình mẫu [2], [3]. Khoảng cách giữa mô hình và các máy quét là R bằng 1040 mm, và góc tương quan giữa các máy quét j là 95o. Các máy quét liên tục chép lại các ảnh, máy quét đầu tiên chép lại ảnh phía trước, hai máy quét còn lại chép lại ảnh bên trái và phải của đối tượng.

Liên kết dữ liệu thu thập được

Hình 3: Quá trình tam giác hóa đối với tập hợp điểm đầu vào.Tam giác hóa (triangulation) là phương pháp dựng hình trong không gian 2-chiều và 3-chiều. Các quá trình tam giác hóa sẽ được thực hiện với dữ liệu đầu vào là tập hợp hỗn độn các điểm đã thu thập được. Một số sách giáo khoa và bài báo đã giới thiệu kỹ về thuật toán này [7],[8],[9]. Thuật toán tam giác hóa có thể trình bày tóm tắt như sau:

Cho một tập hợp điểm đầu vào, Thuật toán tam giác hóa bằng cách lấp kín cái lớp vỏ bên ngoài của mô hình bằng các tam giác. Các đỉnh của tam giác là tập hợp điểm đầu vào và hình tròn ngoại tiếp quanh mọi tam giác là không chứa bất kỳ điểm nào khác ở bên trong các hình tròn, xem mô tả trong hình 3.

Hình 4: Hợp nhất 2 lưới tam giác.Sau khi các lưới tam giác được sinh ra từ các tập hợp điểm, bước tiếp theo là quá trình đồng nhất các lưới tam giác tới cùng một hệ tọa độ. Nếu toàn bộ dữ liệu được chép dùng một thiết bị quét hình giới hạn quay là sáu chiều tự do với độ chính xác cao thì chúng ta có thể đồng nhất chúng bằng phần mềm cung cấp bởi chính thiết bị này. Tuy nhiên, thiết bị này rất đắt, do đó chúng ta có thể dùng thiết bị rẻ hơn với giới hạn quay là hai chiều tự do, đây chính là lý do mà chúng ta phát triển hệ thống với ba thiết bị quét hình đơn, xem hình 2. Cùng với việc chọn thiết bị này, chúng ta đã phát triển một phần mềm phụ trợ cho việc đồng nhất các dữ liệu đã được chép. Phần mềm này không bị phụ thuộc vào vị trí và hướng quét của máy quét hình.

Bước tiếp theo của đồng nhất dữ liệu đã là hợp nhất các lưới đã được đồng nhất thành một lưới tam giác mô tả đầy đủ mô hình mẫu (đầu người) với đầy đủ các thông tin về hình thái của nó. Tác giả Turk và Lovoy [4] đã đề xuất một phương pháp gia tăng (incremental). Phương pháp này rất hiệu quả đối với việc hợp nhất nhiều lưới tam giác thành một lưới đồng nhất nhưng vẫn mô tả được hình thái của mô hình mẫu một cách hoàn thiên. Hình 4 mô tả quá trình hợp nhất hai luới tam giác với ba bước căn bản: 1) Tìm đường giao giữa hai luới, 2) Cắt bỏ một phần chung giữa hai lới, và 3) Tạo lại đường bao cho cả hai lưới.

Tái Tạo Mô Hình Ba Chiều Hoàn Chỉnh

Trong các hệ thống sử dụng các thiết bị rẻ tiền (máy quét giới hạn quay hai chiều) chỉ có thể quét ba lần phía trước, bên trái và phải của hình mẫu. Hơn nữa, các hình đối tượng thực thường rất phức tạp với các lỗ hổng và phần lõm vào rất nhỏ. Phần thiếu hụt của các tam giác trong quá trình quét cần phải được vá và được tạo dựng lại để cho ra một mô hình số hóa hoàn chỉnh trên máy tính.

Hình 5: Vá lỗ thủng từ lưới các tam giác.Hình 5 là một ví dụ về vá lỗ hổng. Các lỗ hổng được vá bằng các tam giác phẳng. Đầu tiên thực hiện chia nhỏ tam các tam giác phẳng và sau đó làm mịn với các tam giác lân cận. Từ lưới tam giác này hệ thống sẽ sinh ra một tập lệnh chỉ dẫn cho máy CNC tạo khuôn cho hình mẫu.

Kết luận

Hiện nay, bằng công nghệ đảo ngược (reverse engineering), từ một mẫu hình hỏng chúng ta sử dung máy quét giới hạn quay hai chiều tự do để sao chép lại mẫu hình. Dữ liệu chép lại là tập các điểm trong không gian 2-chiều và 3-chiều, những tập điểm này không có tổ chức. Từ các tập hợp điểm, chúng ta tam giác hóa và thực hiên một số thao tác tinh chế như : liên kết dữ liệu, vá các lỗ hổng, làm mịn bề mặt. Sau một chuỗi các quá trình xử lý, chúng ta thu được một lưới các tam giác đăc tả về mẫu hình. Từ lưới tam giác này, hệ thống sẽ sinh ra một tập lệnh chỉ dẫn cho máy CNC tạo khuôn cho hình mẫu.

Tài liệu tham khảo

[1]. G. Blais and M. Levine, “Registering multiview range data to create 3D computer objects”. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence (PAMI), 17(8) pages 820--824, 1995.

[2]. , Hideki Ushijima, Seiji Ishikawa, , , , , “Scoliosis detection based on difference of apexes position and angle on Moiré topographic images”, .

[3]. K. Creath and J. C. Wyant, “Moiré and Fringe Projection Techniques”,

[4]. G. Turk and M. Levoy, “Zippered polygon meshes from range images”. In Pro of SIGGRAPH, pages 311-318. ACM Press, July 1994.

[6]. D. Chetverikov, D. Svirko, and D. Stepanov and Pavel Krsek, “The Trimmed Iterative Closest Point Algorithm”, In Proc.ICPR’02, Qu´ebec City, 2002.

[7]. Christian Sohler, “Fast reconstruction of Delaunay triangulations”, Computational Geometry 31 pages 166–178, 2005.

[8]. Marc Vigo Anglada, “An improved incremental algorithm for constructing restricted Delaunay triangulations”, Computers & Graphics, 21(2) Pages 215-223, 1997.

[9]. N. A. Golias and R. W. Dutton, “Delaunay triangulation and 3D adaptive mesh generation”, Finite Elements in Analysis and Design, 25(3-4), Pages 331-341, 1997.

Nguồn: hiendaihoa.com (28/01/08)

Hình 5: Vá lỗ thủng từ lưới các tam giác.
Hình 4: Hợp nhất 2 lưới tam giác.
Hình 3: Quá trình tam giác hóa đối với tập hợp điểm đầu vào.
Hình 2: Vị trí cấu hình của 3 máy quét

Xem Thêm

Phát triển nhân lực trẻ cho các lĩnh vực công nghệ chiến lược
Bộ Khoa học và Công nghệ được giao nghiên cứu, đề xuất cơ chế, chính sách phát triển nhân lực trẻ chất lượng cao trong các lĩnh vực công nghệ thông tin, trí tuệ nhân tạo, hàng không vũ trụ và năng lượng nguyên tử, với thời hạn hoàn thành trong quý IV/2026.
Thúc đẩy khởi nghiệp đổi mới sáng tạo gắn với tự tạo việc làm cho thanh niên trí thức
Sáng ngày 28/7, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) đã phối hợp với Viện Khoa học và Quản lý kinh tế (IESEM) tổ chức hội thảo "Thực trạng và giải pháp thúc đẩy khởi nghiệp đổi mới sáng tạo gắn với tự tự tạo việc làm cho thanh niên trí thức trong bối cảnh Cách mạng công nghiệp 4.0".
Thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý năng lượng - Giải pháp then chốt giảm phát thải nhà kính
Ngày 17/12, tại phường Bà Rịa, thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM), Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Sở Công Thương TP.HCM, Trung tâm Chứng nhận Chất lượng và Phát triển Doanh nghiệp và Công ty Cổ phần Tập đoàn Vira tổ chức Hội thảo khoa học “Giải pháp thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý, sử dụng năng lượng hiệu quả nhằm giảm phát thải khí nhà kính”.
Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách
Trong hai ngày 12-13/11, tại tỉnh Cao Bằng, Liên hiệp các Hội KH&KT Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PanNature) và Liên hiệp các Hội KH&KT tỉnh Cao Bằng tổ chức Chương trình chia sẻ “Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách”.
Thúc đẩy ứng dụng thực tiễn của vật liệu tiên tiến trong sản xuất năng lượng sạch
Ngày 24/10, tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Hội Khoa học Công nghệ Xúc tác và Hấp phụ Việt Nam (VNACA) tổ chức Hội thảo khoa học “Vật liệu tiên tiến ứng dụng trong sản xuất nhiên liệu tái tạo và giảm phát thải khí nhà kính”.
Dựa vào thiên nhiên để phát triển bền vững vùng núi phía Bắc
Đó là chủ đề của hội thảo "Đa dạng sinh học và giải pháp dựa vào thiên nhiên cho phát triển vùng núi phía Bắc" diễn ra trong ngày 21/10, tại Thái Nguyên do Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Vusta) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PANNATURE) phối hợp tổ chức.
Muốn công tác quy hoạch hiệu quả, công nghệ phải là cốt lõi
Phát triển đô thị là một quá trình, đô thị hoá là tất yếu khách quan, là một động lực quan trọng cho phát triển kinh tế - xã hội nhanh và bền vững. Trong kỷ nguyên vươn mình, quá trình đô thị hoá không thể tách rời quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước...
Hội thảo quốc tế về máy móc, năng lượng và số hóa lần đầu tiên được tổ chức tại Vĩnh Long
Ngày 20/9, tại Vĩnh Long đã diễn ra Hội thảo quốc tế về Máy móc, năng lượng và số hóa hướng đến phát triển bền vững (IMEDS 2025). Sự kiện do Hội Nghiên cứu Biên tập Công trình Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VASE) - hội thành viên của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long (VLUTE) tổ chức.

Tin mới

VUSTA xây dựng đề án vị trí việc làm giai đoạn 2027–2031
Là hội quần chúng được Đảng và Nhà nước giao nhiệm vụ ở Trung ương, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) đang tập trung triển khai việc rà soát vị trí việc làm (VTVL), xây dựng phương án biên chế giai đoạn 2027–2031, nhằm hoàn thiện tổ chức bộ máy và nâng cao hiệu quả tập hợp đội ngũ trí thức khoa học và công nghệ (KH&CN).
Tập huấn sử dụng hệ thống thông tin điều hành tác nghiệp Mặt trận Tổ quốc Việt Nam
Ngày 5/11, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) tổ chức Hội nghị Hướng dẫn sử dụng phần mềm trong quản lý và điều hành tác nghiệp văn bản đi và đến. Hội thảo nhằm nâng cao kỹ năng sử dụng, khai thác hiệu quả các chức năng của hệ thống số hóa, góp phần tích cực vào quá trình chuyển đổi số toàn diện trong công tác quản lý, điều hành và xử lý văn bản nghiệp vụ tại Cơ quan VUSTA.
Lào Cai: 52 đề tài xuất sắc sẽ được trao giải Cuộc thi lần thứ 21
Chiều 3/11, Ông Giàng Quốc Hưng - Ủy viên Ban Thường vụ Tỉnh ủy, Phó Chủ tịch UBND tỉnh, Chủ tịch Liên hiệp Hội tỉnh, Trưởng Ban Tổ chức Hội thi Sáng tạo kỹ thuật (Hội thi) và Cuộc thi Sáng tạo thanh, thiếu niên, nhi đồng tỉnh (Cuộc thi), chủ trì cuộc họp thống nhất công tác chuẩn bị tổng kết, trao giải Cuộc thi lần thứ 21 và phát động Cuộc thi lần thứ 22.
Cải cách hành chính và chuyển đổi số ở cơ sở cần thực chất hơn
Năm 2026, khi mô hình chính quyền địa phương hai cấp đi vào vận hành, cải cách hành chính và chuyển đổi số đặt ra yêu cầu cao với chính quyền cơ sở. Qua khảo sát tại phường Tuy Hòa, Cư Bao, xã Sơn Hòa, Sông Hinh, Ea Na và Yang Mao, Hội đồng tư vấn Dân chủ – Pháp luật thuộc Ủy ban MTTQ Việt Nam tỉnh Đắk Lắk ghi nhận nỗ lực của địa phương và những vấn đề cần tháo gỡ để nâng cao chất lượng phục vụ.
Tôn vinh tinh hoa đạo học, tiếp nối mạch nguồn hiền tài dân tộc
Từ ngày 5 - 15/11, thành phố Hà Nội tổ chức chuỗi hoạt động kỷ niệm 950 năm thành lập Quốc Tử Giám (1076–2026), với nhiều chương trình văn hóa, nghệ thuật, triển lãm, trải nghiệm di sản và hội thảo khoa học. Đây là dịp tôn vinh những giá trị bền vững của nền Quốc học Việt Nam, khơi dậy truyền thống hiếu học, tôn sư trọng đạo và tinh thần trọng dụng hiền tài.
Đắk Lắk: Phản biện hồ sơ Dự án nhà máy điện gió, điện mặt trời
Sáng 29/10, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh đã tổ chức Hội đồng góp ý, phản biện xã hội và phản biện khoa học đối với hồ sơ đề nghị chấp thuận chủ trương đầu tư Dự án Nhà máy điện gió E&M Đắk Lắk tại xã Ea Knốp và xã Cư Prao; Dự án Nhà máy điện mặt trời Jang Pông 2 tại xã Ea Wer.
Góp ý Luật luật An toàn, vệ sinh lao động: Lấy bảo vệ con người và quản trị rủi ro làm trung tâm
Ngày 30/10/2026, tại Hà Nội, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp Hội Khoa học Kỹ thuật An toàn Vệ sinh Lao động Việt Nam (VOSHA) tổ chức Hội thảo "Góp ý dự thảo Luật sửa đổi, bổ sung một số điều của Luật An toàn, vệ sinh lao động". Hội thảo do PGS.TS Phạm Ngọc Linh, Phó Chủ tịch VUSTA và GS.TS Lê Vân Trình, Chủ tịch VOSHA đồng chủ trì.
VUSTA công bố các quyết định điều động, bổ nhiệm cán bộ chủ chốt
Ngày 30/10/2026, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) đã trang trọng tổ chức Hội nghị công bố các quyết định quan trọng về công tác cán bộ. Lãnh đạo VUSTA đã trao quyết định nghỉ hưu hưởng chế độ cho 02 cán bộ, chuyên viên, đồng thời trao các quyết định điều động, bổ nhiệm cán bộ chủ chốt nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển trong giai đoạn mới.
Liên hiệp Hội Việt Nam hưởng ứng tháng “Vì người nghèo”
Sáng 27/10, tại Hội trường xã Quốc Oai, Khối thi đua các tổ chức thuộc lĩnh vực Khoa học - Kinh tế - Pháp luật - Giáo dục - Đối ngoại thuộc Ủy ban Trung ương Mặt trận Tổ quốc Việt Nam phối hợp với Ủy ban MTTQ Việt Nam thành phố Hà Nội, Hội Luật gia thành phố Hà Nội và xã Quốc Oai tổ chức Hội nghị “Nghe dân nói, nói dân nghe” và thực hiện Tháng cao điểm vì người nghèo 2026.