麻省理工学院的研究人员开发了一种工具，可以更容易、更有效地探索设计新产品所带来的诸多妥协。
设计任何产品 - 从复杂的汽车部件到工作面对象，如扳手和灯座 - 是一个平衡性能权衡的平衡行为。例如，制造轻量级的东西可能会损害其耐用性。
为了权衡这些问题，工程师们使用计算机辅助设计(CAD)程序迭代地修改设计参数——比如，产品的高度、长度和半径——并模拟性能目标的结果，以满足特定的需求，如重量、平衡和耐久性。
但这些程序要求用户一次只针对一个性能目标修改设计并模拟结果。由于产品通常必须满足多个相互冲突的性能目标，这个过程变得非常耗时。
In a paper presented at this week’s SIGGRAPH conference, researchers from the Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) describe a visualization tool for CAD that, for the first time, lets users instead interactively explore all designs that best fit multiple, often-conflicting performance tradeoffs, in real time.
该工具首先计算的预计算第三步绩效目标优化设计。然后，它映射所有这些设计上的三角图形颜色编码的补丁。用户可以和周围的补丁将光标移动到一个绩效目标或其他优先级。随着光标移动时，3-d的设计出现了为在曲线图上其准确的位置进行了优化。
“现在，您可以探索多种性能的景观有效，交互方式妥协，这是之前不存在的东西，”Adriana Schulz，CSail Postdoc和第一个作者在纸上。
本文的共同作者是机械工程研究生王的哈里森王;哥伦比亚大学计算机科学副教授Eitan Grinspun;贾斯汀萨洛蒙于电气工程和计算机科学助理教授;电气工程与计算机科学副教授和武吉省Matusik。
这项新的研究建立关的工具，InstantCAD，去年开发舒尔茨，Matusik，Grinspun，和其他研究人员。该工具让用户交互式地修改产品设计，并获得性能的实时信息。研究人员估计，工具可以减少一些步骤的时间设计复杂的产品在几秒或几分钟，而不是几小时。
但是，用户仍然不得不探索所有设计，以找到满足所有性能权衡的人，这是耗时的。这个新的工具代表“逆”，Schulz说：“我们直接编辑性能空间并提供有关为您提供最佳性能的设计的实时反馈。产品可能有100个设计参数......但我们真的只关心它在物理世界中的表现方式。“
在新的论文中，研究人员家中对业绩的一个重要方面称为“帕累托前沿，”一组给定的所有性能目标优化设计的，其中的任何设计更改提高了一个客观的恶化另一个目标。该前通常在CAD和其他软件作为点云（在多维图表数十或数百个点），其中每个点是一个单独的设计代表。举例来说，一个点可能代表了更大的扭矩和更少的质量优化的扳手，而附近的点将代表略少扭矩的设计，但更多的群众。
工程师费力地修改设计CAD找到这些帕累托优化的设计，采用的猜测相当数量。然后，他们使用前面的视觉表现为指针，找到符合特定的性能，考虑到各种妥协的产物。
研究人员的工具迅速找到整个帕累托前面并将其转变为交互式地图。输入到模型中是一个具有设计参数的产品，以及关于这些参数如何对应于特定性能目标的信息。
该模型首次揭示了迅速的帕累托前一个设计。然后，它使用了一些近似计算，发现在设计的微小变化。这样做了几次后，它捕获的帕累托前所有设计。这些设计被映射为在三角形图形有色贴片，其中每个补丁代表一个帕累托最优设计，通过它的微小变化所包围。图中的每个边缘都标有基于输入数据的单独的性能目标。
在他们的论文中，研究人员在各种产品测试他们的工具，包括扳手，自行车框架部件，和制动轮毂，每三个或四个的设计参数，以及与21个设计参数站立灯。
例如，对于灯，例如，所有21个参数涉及灯的底座，其支架的高度和方向的厚度，以及附接到容纳灯泡的顶部的三个弯头梁的长度和定向。系统产生的设计和变化对应于超过50个彩色贴片，反映了三种性能目标的组合：焦距，稳定性和质量。将光标放在更接近的贴片上，例如，焦距和稳定性产生具有更高，更直的支架和较长的光束以进行平衡的设计。将光标远离焦距，朝向质量距离和稳定性产生具有较厚基部的设计和较短的支架和梁，以不同的角度倾斜。
一些设计改变相当显着周围的性能折衷的同一区域甚至同一集群中。这是从工程师的角度很重要，Schulz说。“你发现，尽管他们非常不同，他们以类似的方式表现两种设计，”她说。工程师们可以利用这些信息“找到真正更好的满足特定用例的设计。”
“这项工作是对功能现实世界对象的互动设计的重要贡献，”东京大学计算机科学教授Takeo Igarashi说，以及图形设计专家。现有的计算设计工具Igarashi表示，设计师难以探索设计权衡。“工具用作黑匣子并允许没有或有限的用户控制，”他说。“这项工作明确地解决了这一问题的重要问题。... [IT]在坚实的技术基础上建立，本文的思想和技术将在未来影响设计工具的设计。“
提交：快速原型
