重塑計算機輔助設計

我們使用的幾乎每個對象都是使用計算機輔助設計(CAD)開發的。具有諷刺意味的是，雖然CAD程序適合創建設計，但如果您嘗試改進現有設計以制作最佳產品，則使用它們實際上非常困難且耗時。

麻省理工學院計算機科學與人工智能實驗室(CSAIL)和哥倫比亞大學的研究人員正在努力使這一過程更快更容易：在一篇新論文中，他們開發了InstantCAD，這是一種工具，可讓設計人員以交互方式編輯，改進和優化CAD模型使用更簡化和直觀的工作流程。

InstantCAD作為插件與現有CAD程序無縫集成，這意味著設計人員無需學習使用它的新工具。

“從更符合人體工程學的辦公桌到更高性能的汽車，這真的是在更短的時間內創造更好的產品，”電氣工程和計算機科學系博士生和主要作者Adriana Schulz說道，他將在本月的SIGGRAPH計算機上發表論文。 - 洛杉磯的圖形會議。“對于希望能夠在幾秒到幾分鐘內測試和改進復雜設計的汽車制造商和其他公司，我們認為這可能是真正的改變游戲規則，而不是幾小時到幾天。”

該論文由副教授Wojciech Matusik，博士生徐潔，CSAIL博士后朱竺，哥倫比亞大學副教授Eitan Grinspun和助理教授Changxi Zheng共同撰寫。

傳統的CAD系統是“參數化的”，這意味著當工程師設計模型時，他們可以根據不同的優先級更改形狀和大小(“參數”)等屬性。例如，在設計風力渦輪機時，您可能需要在可以獲得多少氣流與產生多少能量之間進行權衡。

但是，很難確定您希望對象執行的絕對最佳設計，因為有許多不同的選項可用于修改設計。最重要的是，該過程非常耗時，因為更改單個屬性意味著必須等待重新生成新設計，運行模擬，查看結果，然后確定下一步該做什么。

使用InstantCAD，可以實時完成改進和優化設計的過程，節省工程師數天或數周。在商業CAD程序中設計對象后，將其發送到云平臺，在該平臺上同時運行多個幾何評估和模擬。

使用此預先計算的數據，您可以通過兩種方式即時改進和優化設計。通過“交互式探索”，用戶界面提供有關設計變更將如何影響性能的實時反饋，例如平面機翼的形狀如何影響氣壓分布。通過“自動優化”，您只需告訴系統為您提供具有特定特征的設計，例如盡可能輕量級但仍然能夠承載最大重量的無人機。

優化對象設計難度的原因在于設計空間的大小(可能的設計選項的數量)。

“計算每個點的數據過于密集，所以我們必須想出一種方法來從少量的采樣數據點預測這個空間中的任何點，”Schulz說。“這被稱為'插值'，我們的關鍵技術貢獻是我們開發的新算法，用于采集這些樣本并估算空間中的點。”

Matusik表示，InstantCAD對于汽車，飛機和機器人等物體的更復雜設計特別有用，特別是對于汽車制造等行業而言，這些行業非常關心從產品中擠出一點點性能。

“我們的系統不僅可以節省您改變設計的時間，而且還有可能顯著提高產品本身的質量，”Matusik說。“你的設計越復雜，這種工具就越重要。”

由于系統的生產力提升和CAD集成，Schulz相信它將立即應用于工業。在線下，她希望InstantCAD還可以幫助降低臨時用戶的入門門檻。

“在3D打印和工業機器人技術使制造更容易獲得的世界中，我們需要能夠使實際設計過程更容易獲得的系統，”Schulz說。“通過這樣的系統，可以更輕松地定制物品以滿足您的特定需求，我們希望為個人制造和DIY設計的新時代鋪平道路。”