AI驱动的工具可以轻松个性化3D打印模型

随着3D打印机变得更便宜且更容易使用，快速增长的社区中的新手制造商正在制造自己的物品。为此，许多业余工匠访问免费的开源存储库，其中包含用户生成的3D模型，并在3D打印机上下载和制作这些模型。

但是，向这些模型添加定制设计元素对许多制造商来说是一个严峻的挑战，因为它需要使用复杂且昂贵的计算机辅助设计(CAD)软件，如果模型的原始表示无法在线获取，则尤其困难。另外，即使用户能够向对象添加个性化元素，确保这些自定义不会损害对象的功能也需要许多新手制造商所缺乏的额外领域专业知识。

为了帮助创客克服这些挑战，麻省理工学院的研究人员开发了一种生成人工智能驱动的工具，使用户能够将自定义设计元素添加到3D模型中，而不会影响所制造物体的功能。设计人员可以利用这个名为Style2Fab的工具，仅使用自然语言提示来描述其所需的设计，从而个性化对象的3D模型。然后，用户可以使用3D打印机来制造这些物体。

“对于经验较少的人来说，他们面临的最根本的问题是：现在他们已经下载了模型，一旦想要对其进行任何更改，他们就会不知所措，不知道该怎么做。Style2Fab将使3D模型的风格化和打印变得非常容易，而且还可以在做的过程中进行实验和学习。”计算机科学研究生、介绍Style2Fab的论文的主要作者FarazFaruqi说道。

Style2Fab由深度学习算法驱动，可自动将模型划分为美观和功能部分，从而简化设计流程。

除了为新手设计师提供帮助并使3D打印更容易使用之外，Style2Fab还可以用于新兴的医疗制造领域。研究表明，考虑辅助设备的美观和功能特征会增加患者使用它的可能性，但临床医生和患者可能不具备个性化3D打印模型的专业知识。

例如，通过Style2Fab，用户可以定制拇指夹板的外观，使其与她的衣服融为一体，而无需改变医疗设备的功能。Faruqi补充道，为不断发展的DIY辅助技术领域提供用户友好的工具是这项工作的主要动机。

他与他的导师、共同资深作者StefanieMueller一起撰写了这篇论文。StefanieMueller是麻省理工学院电气工程、计算机科学和机械工程系的副教授，也是领导HCI的计算机科学和人工智能实验室(CSAIL)的成员。工程组;联合资深作者MeganHofmann，东北大学Khoury计算机科学学院助理教授;以及该团体的其他成员和前成员。该研究将在ACM用户界面软件和技术研讨会上进行展示。

注重功能性

Thingiverse等在线存储库允许个人上传用户创建的开源数字设计对象文件，其他人可以下载这些文件并使用3D打印机进行制造。

Faruqi和他的合作者通过研究这些巨大存储库中可用的对象来开始这个项目，以更好地理解各种3D模型中存在的功能。他说，这将使他们更好地了解如何使用人工智能将模型分割为功能和美学组件。

“我们很快发现3D模型的用途非常依赖于环境，就像一个花瓶可以平放在桌子上或用绳子挂在天花板上。因此，它不能只是由人工智能来决定哪个部分“这个物体是有功能的。我们需要一个人参与其中，”他说。

根据该评估，他们定义了两种功能：外部功能(涉及模型中与外界交互的部分)和内部功能(涉及模型在制造后需要啮合在一起的部分)。

风格化工具需要保留外部和内部功能部分的几何形状，同时实现非功能性、美观部分的定制。

但要做到这一点，Style2Fab必须弄清楚3D模型的哪些部分是可用的。使用机器学习，系统分析模型的拓扑以跟踪几何形状变化的频率，例如两个平面连接的曲线或角度。在此基础上，将模型划分为一定数量的段。

然后，Style2Fab将这些片段与研究人员创建的数据集进行比较，该数据集包含294个3D对象模型，每个模型的片段都标有功能或美学标签。如果一个片段与其中一个片段紧密匹配，则它被标记为功能性的。

“但是，由于共享模型存在巨大差异，仅根据几何形状对分段进行分类是一个非常困难的问题。因此，这些分段是向用户显示的一组初始建议，用户可以很容易地更改将任何部分按美学或功能进行分类，”他解释道。

人类在循环中

一旦用户接受分割，他们就会输入自然语言提示，描述他们想要的设计元素，例如“粗糙的多色中国风花盆”或“摩洛哥艺术风格的手机壳”。然后，名为Text2Mesh的AI系统会尝试找出符合用户标准的3D模型。

它在Style2Fab中操纵模型的美学部分，添加纹理和颜色或调整形状，使其看起来尽可能相似。但功能部分是禁区。

研究人员将所有这些元素包装到用户界面的后端中，该界面会根据用户的几次点击和输入自动分段并风格化模型。

他们对具有各种3D建模经验水平的创客进行了一项研究，发现Style2Fab根据创客的专业知识以不同的方式发挥作用。新手用户能够理解并使用该界面来风格化设计，但它也为低进入门槛的实验提供了肥沃的土壤。

对于经验丰富的用户，Style2Fab有助于加快他们的工作流程。此外，使用它的一些高级选项可以让他们对样式化进行更细粒度的控制。

展望未来，Faruqi和他的合作者希望扩展Style2Fab，以便该系统提供对物理属性和几何形状的细粒度控制。例如，改变物体的形状可能会改变它能承受的力，这可能会导致它在制造时失败。此外，他们希望增强Style2Fab，以便用户可以在系统内从头开始生成自己的自定义3D模型。研究人员还与谷歌合作开展后续项目。