重塑计算机辅助设计

我们使用的几乎每个对象都是使用计算机辅助设计(CAD)开发的。具有讽刺意味的是，虽然CAD程序适合创建设计，但如果您尝试改进现有设计以制作最佳产品，则使用它们实际上非常困难且耗时。

麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)和哥伦比亚大学的研究人员正在努力使这一过程更快更容易：在一篇新论文中，他们开发了InstantCAD，这是一种工具，可让设计人员以交互方式编辑，改进和优化CAD模型使用更简化和直观的工作流程。

InstantCAD作为插件与现有CAD程序无缝集成，这意味着设计人员无需学习使用它的新工具。

“从更符合人体工程学的办公桌到更高性能的汽车，这真的是在更短的时间内创造更好的产品，”电气工程和计算机科学系博士生和主要作者Adriana Schulz说道，他将在本月的SIGGRAPH计算机上发表论文。 - 洛杉矶的图形会议。“对于希望能够在几秒到几分钟内测试和改进复杂设计的汽车制造商和其他公司，我们认为这可能是真正的改变游戏规则，而不是几小时到几天。”

该论文由副教授Wojciech Matusik，博士生徐洁，CSAIL博士后朱竺，哥伦比亚大学副教授Eitan Grinspun和助理教授Changxi Zheng共同撰写。

传统的CAD系统是“参数化的”，这意味着当工程师设计模型时，他们可以根据不同的优先级更改形状和大小(“参数”)等属性。例如，在设计风力涡轮机时，您可能需要在可以获得多少气流与产生多少能量之间进行权衡。

但是，很难确定您希望对象执行的绝对最佳设计，因为有许多不同的选项可用于修改设计。最重要的是，该过程非常耗时，因为更改单个属性意味着必须等待重新生成新设计，运行模拟，查看结果，然后确定下一步该做什么。

使用InstantCAD，可以实时完成改进和优化设计的过程，节省工程师数天或数周。在商业CAD程序中设计对象后，将其发送到云平台，在该平台上同时运行多个几何评估和模拟。

使用此预先计算的数据，您可以通过两种方式即时改进和优化设计。通过“交互式探索”，用户界面提供有关设计变更将如何影响性能的实时反馈，例如平面机翼的形状如何影响气压分布。通过“自动优化”，您只需告诉系统为您提供具有特定特征的设计，例如尽可能轻量级但仍然能够承载最大重量的无人机。

优化对象设计难度的原因在于设计空间的大小(可能的设计选项的数量)。

“计算每个点的数据过于密集，所以我们必须想出一种方法来从少量的采样数据点预测这个空间中的任何点，”Schulz说。“这被称为'插值'，我们的关键技术贡献是我们开发的新算法，用于采集这些样本并估算空间中的点。”

Matusik表示，InstantCAD对于汽车，飞机和机器人等物体的更复杂设计特别有用，特别是对于汽车制造等行业而言，这些行业非常关心从产品中挤出一点点性能。

“我们的系统不仅可以节省您改变设计的时间，而且还有可能显着提高产品本身的质量，”Matusik说。“你的设计越复杂，这种工具就越重要。”

由于系统的生产力提升和CAD集成，Schulz相信它将立即应用于工业。在线下，她希望InstantCAD还可以帮助降低临时用户的入门门槛。

“在3D打印和工业机器人技术使制造更容易获得的世界中，我们需要能够使实际设计过程更容易获得的系统，”Schulz说。“通过这样的系统，可以更轻松地定制物品以满足您的特定需求，我们希望为个人制造和DIY设计的新时代铺平道路。”