计算机科学和人工智能实验室的麻省理工学院博士学生Adriana Schulz展示了立即电脑辅助设计优化界面。图片信用：Rachel Gordon / MIT CSAIL
几乎我们使用的每一件物品都是用计算机辅助设计(CAD)开发的。具有讽刺意味的是，虽然CAD程序很适合设计，但如果你想要改进现有的设计以做出最优的产品，使用它们实际上是非常困难和耗时的。
Researchers from MIT’s Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) and Columbia University are trying to make the process faster and easier: In a new paper, they’ve developed InstantCAD, a tool that lets designers interactively edit, improve, and optimize CAD models using a more streamlined and intuitive workflow.
InstantCAD与现有CAD程序无缝集成为插件，这意味着设计人员不必学习使用它的新工具。
“From more ergonomic desks to higher-performance cars, this is really about creating better products in less time,” says Department of Electrical Engineering and Computer Science PhD student and lead author Adriana Schulz, who will be presenting the paper at this month’s SIGGRAPH computer-graphics conference in Los Angeles. “We think this could be a real game changer for automakers and other companies that want to be able to test and improve complex designs in a matter of seconds to minutes, instead of hours to days.”
论文由中国航天科学研究院副教授Wojciech Matusik、博士生徐杰、博士后朱博、哥伦比亚大学副教授Eitan Grinspun、助理教授郑长曦共同撰写。
传统的CAD系统是“参数”，这意味着当工程师设计型号时，它们可以根据不同优先级更改形状和大小（“参数”）等性质。例如，在设计风力涡轮机时，您可能必须在可以获得多少气流之间进行权衡，而您将产生多少能量。
但是，对于您希望对象做的事情来确定绝对最佳设计可能很困难，因为有许多不同的修改设计选项。在那之上，这个过程是耗时的，因为更改一个属性意味着要等待重新生成新设计，请运行模拟，查看结果，然后找出下一步该做什么。
使用InstantCad，可以在实时进行改进和优化设计的过程，节省工程师的日子或数周。在商业CAD程序中设计了一个对象之后，它将发送到云平台，其中多个几何评估和仿真同时运行。
使用这些预先计算的数据，您可以通过两种方式立即改进和优化设计。通过“交互式探索”，用户界面可以实时反馈设计变化将如何影响性能，比如飞机机翼的形状如何影响气压分布。在“自动优化”中，你只需告诉系统给你一个具有特定特性的设计，比如一架尽可能轻的无人机，同时仍然能够承载最大的重量。
优化对象设计之所以困难，是因为设计空间的巨大(可能的设计选项的数量)。
舒尔茨说:“计算每一个点的数据密度太大了，所以我们必须想出一种方法，从少量的抽样数据点预测这个空间中的任何点。”“这被称为‘插值’，我们的关键技术贡献是我们开发的一种新算法，用于采集这些样本并估计空间中的点。”
Matusik说，InstantCAD对汽车、飞机和机器人等更复杂的设计尤其有帮助，特别是对汽车制造业这样非常注重产品性能的行业。
“我们的系统不仅可以节省您的时间来改变设计，但有可能会显着提高产品的质量，”Matusik说。“你的设计变得越复杂，这种工具就越重要。”
由于该系统的生产率提高和CAD集成，Schulz相信它将立即应用于工业。接下来，她希望InstantCAD也能帮助降低普通用户的准入门槛。
舒尔茨说:“在3d打印和工业机器人让制造变得更容易的世界里，我们也需要让实际设计过程更容易实现的系统。”“有了这样的系统，定制物品更容易，以满足你的特定需求，我们希望为个人制造和DIY设计的新时代铺平道路。”
该项目得到了国家科学基金会的支持。
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