如果您曾經(jīng)嘗試打印AI生成的3D模型，您就會(huì)知道這種體驗(yàn)可能會(huì)遇到一些障礙：3D模型可能存在不希望出現(xiàn)的“AI凸起”（小的缺陷或不規(guī)則的凸起），細(xì)節(jié)無(wú)法用您的3D打印機(jī)復(fù)制，最重要的是，機(jī)械穩(wěn)定性問(wèn)題。

創(chuàng)建適用于3D打印的AI生成模型一直是熱門話題。例如，Markforged開(kāi)發(fā)人員開(kāi)發(fā)的AI模型生成器Backflip承諾生成針對(duì)3D打印優(yōu)化的3D模型。最近，MeshyAI宣布推出Creative Lab，這是一個(gè)用于生成可3D打印模型的平臺(tái)。現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院(MIT)計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室(CSAIL)的研究人員與來(lái)自谷歌、Stability AI和東北大學(xué)的研究人員合作，開(kāi)發(fā)了“MechStyle”系統(tǒng)。該系統(tǒng)的目標(biāo)是利用AI生成現(xiàn)實(shí)世界中的物體，在保留用戶所需外觀和紋理的同時(shí)，創(chuàng)建功能性元素。

采用MechStyle系統(tǒng)改造的部件（圖片來(lái)源：Faruqi等人）

MechStyle是如何運(yùn)作的？

與其他基于人工智能的3D模型生成器相比，MechStyle的運(yùn)行方式略有不同。它并非從文本提示、圖像或視頻開(kāi)始，而是從一個(gè)3D模型入手，該模型可以是用戶上傳的，也可以是預(yù)先設(shè)定的（例如花瓶、掛鉤等）。用戶隨后可以向工具提供文本或圖像，以創(chuàng)建自定義版本。之后，生成式人工智能模型將修改模型的幾何形狀，同時(shí)MechStyle會(huì)模擬這些修改對(duì)特定區(qū)域的影響。通過(guò)這種方式，MechStyle確保最脆弱區(qū)域的結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)固。本質(zhì)上，它創(chuàng)建了一個(gè)人工智能增強(qiáng)的藍(lán)圖，用戶可以將其3D打印并在現(xiàn)實(shí)世界中使用。

在麻省理工學(xué)院發(fā)表于MechStyle的一篇文章中，他們舉了一個(gè)3D打印墻鉤的例子。用戶可以上傳該部件的3D模型，指定打印材料，并要求系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)定制版本，例如“生成一個(gè)仙人掌形狀的掛鉤”。人工智能模型與仿真模塊協(xié)同工作，生成一個(gè)類似仙人掌的3D模型，同時(shí)保留掛鉤的結(jié)構(gòu)特性。因此，兩個(gè)組件協(xié)同工作：樣式生成過(guò)程（基于對(duì)文本命令的理解）和來(lái)自仿真模塊的反饋。

“我們希望利用人工智能創(chuàng)建可以實(shí)際制造并在現(xiàn)實(shí)世界中使用的模型，”麻省理工學(xué)院電子工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系(EECS)博士生、計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室(CSAIL)工程師Faraz Faruqi說(shuō)?！癕echStyle模擬了基于生成式人工智能的修改對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。我們的系統(tǒng)允許您個(gè)性化定制物品的觸感體驗(yàn)，融入您的個(gè)人風(fēng)格，同時(shí)確保物品能夠經(jīng)受日常使用?！?/span>

通過(guò)物理學(xué)增強(qiáng)強(qiáng)度：有限元分析

有限元分析(FEA)是MechStyle項(xiàng)目的關(guān)鍵組成部分。這種物理模擬方法會(huì)生成一種熱圖，指示哪些區(qū)域在實(shí)際載荷下結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，哪些區(qū)域結(jié)構(gòu)不穩(wěn)固。然后，隨著人工智能不斷優(yōu)化模型，模擬會(huì)識(shí)別出模型中正在削弱的部分，并阻止任何進(jìn)一步的修改。

然而，每次都運(yùn)行有限元分析(FEA)仿真會(huì)顯著降低人工智能的處理速度。因此，MechStyle的設(shè)計(jì)使其能夠判斷何時(shí)何地需要進(jìn)行額外的結(jié)構(gòu)分析。“MechStyle的自適應(yīng)規(guī)劃策略會(huì)跟蹤模型中特定點(diǎn)的變化，”Faruqi補(bǔ)充道，“當(dāng)genAI系統(tǒng)進(jìn)行修改并影響模型的某些區(qū)域時(shí)，我們的方法會(huì)重新模擬設(shè)計(jì)物理過(guò)程。然后，MechStyle會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以確保模型在制造后不會(huì)發(fā)生損壞?！?/span>

MechStyle迭代工作流程（照片來(lái)源：Faruqi等人） 

利用有限元分析(FEA)和自適應(yīng)規(guī)劃，MechStyle能夠生成結(jié)構(gòu)完整性達(dá)100%的物體。研究團(tuán)隊(duì)測(cè)試了30個(gè)模型，這些模型的樣式分別類似于磚塊、石頭和仙人掌，他們發(fā)現(xiàn)創(chuàng)建結(jié)構(gòu)完整性物體的最有效方法是動(dòng)態(tài)識(shí)別薄弱區(qū)域，并調(diào)整生成式AI流程以減輕其影響。研究人員意識(shí)到，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到某個(gè)閾值時(shí)，他們可以完全停止樣式生成，或者逐步改進(jìn)，以防止高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域達(dá)到該閾值。

MechStyle的改進(jìn)空間

加拿大計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室（CSAIL）的研究人員解釋說(shuō)，MechStyle系統(tǒng)可以保證用戶模型的結(jié)構(gòu)完整性，但目前還無(wú)法改進(jìn)原本就不具備結(jié)構(gòu)完整性的3D模型。如果有人將不具備結(jié)構(gòu)完整性的模型上傳到MechStyle，將會(huì)收到錯(cuò)誤提示。未來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)希望MechStyle能夠提升這些缺陷模型的耐久性。

還記得MechStyle也是從用戶上傳的3D模型或選定的預(yù)設(shè)開(kāi)始的嗎？這也是研究人員希望改進(jìn)的另一個(gè)方面。他們希望該平臺(tái)能夠利用生成式人工智能來(lái)創(chuàng)建3D模型，而不是依賴預(yù)定義的設(shè)計(jì)。

編譯整理：3dnatives