Mở đầu: Sự ra đời của các phần mềm hỗ trợ thiết kế (Computer Aided Design Program - CAD) cùng với sự phát triển và ngày càng phổ biến của các máy tính cá nhân, mang lại nhiều thuận lợi cho việc tạo ra, lưu trữ và sao chép các bản vẽ số. Phần mềm CAD mang lại cho người thiết kế những thuận tiện trong việc tạo ra bản vẽ như các hàm hỗ trợ vẽ các đối tượng kỹ thuật như polygon, hình tròn, các đường song song, ngoài ra còn các hàm hỗ trợ việc sao chép, ghi kích thước, tạo mảng… Các hàm hỗ trợ vẽ này làm tăng tốc độ hoàn thành các bản vẽ với tính chính xác cao. Ngoài ra do bản vẽ được lưu dưới dạng số dẫn đến việc lưu trữ trở nên dễ dàng và thuận tiện trong việc sao chép, tìm kiếm và lưu hành Từ sự thuận lợi đó dẫn đến việc ra đời ngày một nhiều của bản vẽ số, và dần dần thay thế bản vẽ giấy. 133 triệu kết quả cho từ khóa “engineering drawing” và 38 triệu kết quả cho từ khóa “mechanical drawing” và gần 200 triệu kết quả cho từ khóa “construction drawing” trên trang image search của google cho ta thấy lượng bản vẽ số cực lớn đang lưu hành trên internet.
Ngoài ra các công trình nghiên cứu của Nagasami [20] và Mehrotra [18] đã ra đời rất lâu góp phần vào việc tăng số lượng các bản vẽ số được chuyển từ bản vẽ giấy trước đây làm cho số lượng bản vẽ số nói chung ngày một nhiều. Sự thuận tiện và đa dạng trên làm cho việc gian lận, đánh cắp ý tưởng trong các bản vẽ số cũng rất dễ dàng và phổ biến. Trước đây đối với bản vẽ giấy, việc tìm kiếm các bản vẽ trong kho lưu trữ để đánh cắp ý tưởng là một công việc khó khăn chưa kể đến thời gian để thực hiện việc sao chép lại bản vẽ giấy cũng rất đáng kể. Nhưng trong thời đại hiện nay, các bản vẽ số dễ dàng được tìm thấy bằng các trang tìm kiếm thông tin và việc sao chép các chi tiết cần thiết được thực hiện chỉ bằng một thao tác đơn giản.
Vì thế những năm gần đây, trong nhà trường chúng ta, tình trạng các sinh viên ngành cơ khí sử dụng lại các đồ án của các năm trước để làm đồ án thiết kế cho mình ngày càng phổ biến dẫn đến sai lệch trong quá trình đánh giá kết quả học tập. Việc gian lận trong các bản vẽ số gây ảnh hưởng không nhỏ đến sự phát triển các lĩnh vực khoa học, học tập và tính kinh tế. Việc đánh cắp mẫu thiết kế trong khoa học và công nghệ làm mất đi tính công bằng đối với những nỗ lực để đưa ra một mẫu thiết kế mới, và gây thiệt hại rất nhiều về kinh tế nếu công ty của đối thủ cạnh tranh đưa ra sản phẩm tương tự trước khi sản phẩm mới của công ty có mặt trên thị trường. Trong học tập, việc sao chép các đồ án của những sinh viên năm trước làm cho các giáo viên 3 không đánh giá đúng được kết quả học tập của sinh viên, và việc đối chiếu nội dung các bản vẽ lại rất khó khăn và hao tốn nhiều thời gian nếu không có một cơ chế so trùng bản vẽ tự động.
Và thực tế hiện nay, các công trình nghiên cứu về đánh giá mức độ gian lận trong các bản vẽ số vẫn còn chưa phát triển. Mặc dù có nhiều nghiên cứu đã được thực hiện trong lĩnh vực đánh giá sự gian lận trong mã nguồn của các chương trình, nhưng về đánh giá gian lận trong các bản vẽ số hầu như không có. Các nghiên cứu trong lĩnh vực phần mềm hỗ trợ thiết kế CAD, chỉ chú trọng vào việc truy vấn và tìm kiếm bản vẽ không có bài nghiên cứu nào về đánh giá sự gian lận trong bản vẽ. Trong nhà trường chúng ta phần mềm để đánh giá gian lận giữa các bản vẽ số cũng chưa có.
Từ thực tế trên và các ảnh hưởng của việc gian lận trong đánh cắp thiết kế, nhận thấy sự cần thiết có một phần mềm đánh giá tự động sự gian lận giữa các bản vẽ, bài luận văn xây dựng một phần mềm đánh giá mức độ tương tự giữa các bản vẽ số trong lĩnh vực cơ khí. Dựa vào mức độ tương tự này, các giảng viên có thể đánh giá khả năng sao chép của hai bản vẽ. Bên cạnh đó, giải pháp đánh giá mức độ tương tự của hai bản vẽ có thể được cải tiến để sử dụng trong việc phân tích bản vẽ chế tạo, từ việc xác định và trích xuất các thành phần chuẩn hóa ta có thể phân tích định lượng các thành phần trong bản vẽ chế tạo và tính toán được nguyên vật liệu khi thi công. Các Nghiên Cứu Liên Quan: Trong chương này chúng ta sẽ lần lượt điểm qua các hướng tiếp cận trong lĩnh vực so trùng bản vẽ.
Bài toán so trùng bản vẽ đã được nghiên cứu từ 20 năm trước. Năm 1994, SE Librande và Tomaso Poggio đã đăng ký bằng phát minh của mình trong [17] về việc so trùng các bản vẽ line-drawing bằng cách tìm một số điểm tương thích với nhau trên hai bản vẽ được đưa ra so sánh, từ đó rút ra vector biến đổi giữa 2 bản vẽ. Sau đó các công trình nghiên cứu về so trùng bản vẽ lần lượt ra đời và được chia thành 3 hướng chính: so trùng bản vẽ dựa trên tổng thể, so trùng bản vẽ dựa trên các bộ miêu tả đặc trưng hình dạng trong bản vẽ (shape descriptor), so trùng bản vẽ dựa trên mối quan hệ không gian giữa các phần tử trong bản vẽ với nhau. Các nghiên cứu trong 3 hướng này sẽ lần lượt được giới thiệu sau đây.
Hướng tiếp cận dựa trên tổng thể bản vẽ: Hướng tiếp cận này dựa vào toàn bộ các đối tượng trên bản vẽ để rút ra đặc trưng bản vẽ. Tất cả các thành phần trong bản vẽ đều đóng góp vào việc xây dựng bộ miêu tả đặc trưng này. Thay đổi thành phần trong bản vẽ làm thay đổi bộ miêu tả đặc trưng bản vẽ. Việc so trùng bản vẽ được tiến hành dựa trên việc so trùng bộ miêu tả đặc trưng.
Và vì tính chất của hướng tiếp cận này nên việc so trùng một phần bản vẽ không được hỗ trợ vì không có bộ miêu tả đặc trưng cho từng phần của bản vẽ. Pu và Ramani [23] đưa ra hai phương pháp so trùng bản vẽ bằng phép biến đổi điều hòa tọa độ cầu trong không gian 2.5D spherical harmony transformation) và phương pháp histogram các hình 2 chiều (2D shape histogram). Phương pháp 2.5D spherical harmony transformation sử dụng kết quả từ nghiên cứu của Kazhdan và các cộng sự trong [16]. Nghiên cứu trước đó của Kazhdan sử dụng phương pháp xấp xỉ gần đúng một hình khối 3 chiều trong hệ tọa độ cầu bằng các thành phần điều hòa có tần số khác nhau để từ đó rút ra được bộ mô tả đặc trưng cho một hình khối 3 chiều, mà theo bài nghiên cứu là bền vững theo phép quay (rotation invariant).
Pu và Ramani đã ứng dụng linh hoạt phương pháp này vào việc đưa ra bộ mô tả đặc trưng cho các hình vẽ 2D. Sau khi phân tích một nghiên cứu có liên quan khác của Funkhouser và các đồng sự trong [13] Pu và Ramani đã nhận thấy được nhược điểm của phương pháp này khi áp dụng lên các hình 2D và quyết định cải tiến các hình 2D thành 2.5D theo phép biến đổi của riêng họ. Phương pháp này được đánh giá là bất biến với phép quay và phép tỉ lệ và là một bộ mô tả đặc trưng hình học gọn nhẹ cho bản vẽ số. Ngoài ra các kết quả trong bài nghiên cứu còn cho thấy sự chính xác cao khi sử dụng chung với phương pháp thứ 2, phương pháp 2D shape histogram.
Phương pháp 2D shape histogram dựa trên nội dung của toàn bộ bản vẽ để xây dựng một biểu đồ khoảng cách giữa các cặp điểm được sinh ngẫu nhiên và phân bố đều trên 5 toàn bộ bản vẽ. Nghiên cứu này dựa trên một nghiên cứu của Osada và Funkhouser trong [21] áp dụng lên mô hình khối 3D được Pu và Ramani chỉnh sửa cho phù hợp với hình học 2 chiều. Bước đầu tiên, bản vẽ được phân tích thành các thành phần cơ bản là đoạn thẳng, kể cả xấp xỉ gần đúng các cung tròn thành nhiều đoạn thẳng liên tục. Sau đó sinh ngẫu nhiên các cặp mẫu và tính khoảng cách giữa các cặp mẫu này và ghi vào một mảng A, chính là histogram của bản vẽ.
Cuối cùng sử dụng hàm tính khoảng cách Minkovski để tính độ tương tự giữa hai histogram này. Phương pháp này được đánh giá là đơn giản, nhanh chóng và chống được nhiễu, ngoài ra còn bất biến với các phép biến đổi đơn giản và phép biến đổi affine [23]. Ngoài ra để tăng tính chính xác trên một số điểm cần đi sâu vào chi tiết, phương pháp này còn cho phép sinh mẫu ngẫu nhiên theo phân bố dự tính trước. Fränti và Mednonogov trong [12] giới thiệu hướng tiếp cận biến đổi Hough (Hough transform), trên bản vẽ đường kẻ (line-drawing).
Bài nghiên cứu thực hiện biến đổi Hough trên toàn bộ bản vẽ để đưa bản vẽ về không gian hệ số góc và điểm cắt trục. Để so sánh tương quan bản vẽ, bài nghiên cứu tiến hành so sánh tương quan giữa hai ma trận biến đổi này. Phương pháp Hough transform bất biến theo phép quay và phép tỉ lệ, tuy nhiên đây là giải thuật vét cạn, để thực hiện phương pháp này, khối lượng tính toán rất lớn và không hiệu quả theo thời gian thực, theo nhận xét của Kazhdan và Funkhouser trong [16] 2. Hướng tiếp cận dựa trên bộ miêu tả các hình dạng trong bản vẽ (shape descriptor): Hướng tiếp cận dựa trên bộ miêu tả hình 2D (2D shape descriptor) trong bản vẽ bao gồm nhiều phương pháp, dựa trên đường viền của hình 2D (2D shape contour) hay dựa trên bộ miêu tả shape context là hai phương pháp thông dụng.
Mehrotra và Gary [18] phát triển hướng ngiên cứu so trùng đường viền vật thể hình học từ rất sớm vào năm 1993, sau đó được Berchtold và Kriegel áp dụng và cải tiến thành một thuật toán trong hệ thống tìm kiếm S3 của mình trong [3]. Và nổi bật trong phương pháp xây dựng shape contour có bài nghiên cứu [15] của Hou và Ramani. Các đường viền của các hình khối trong bản vẽ được xác định và thể hiện bằng các polygon. Các điểm đặc trưng trên polygon được rút trích và được so sánh lần lượt với các điểm đặc trưng của bàn vẽ cần được so sánh.
Sau đó rút ra được sự tương quan giữa các điểm với nhau.