VisiPrint: инструмент предварительного просмотра для 3D-печати с упором на эстетику
VisiPrint: инструмент предварительного просмотра для 3D-печати с упором на эстетику
Дизайнеры, инженеры и другие специалисты часто используют 3D-печать для быстрого создания прототипов самых разных функциональных объектов — от реквизита для кино до медицинских устройств. Точные предварительные просмотры критически важны: они позволяют пользователям быть уверенными, что изготовленный объект будет соответствовать ожиданиям.
Однако большинство программ для 3D-печати создают превью, ориентированные на функциональность, а не на эстетику. В результате напечатанный объект может отличаться по цвету, текстуре или оттенкам от того, что ожидал пользователь. Это приводит к необходимости многократной перепечатки, что тратит время, силы и материалы.
Чтобы помочь пользователям представить, как будет выглядеть изготовленный объект, исследователи из MIT и других учреждений разработали простой в использовании инструмент предварительного просмотра, в котором приоритет отдан внешнему виду.
Пользователи загружают скриншот объекта из своей программы для 3D-печати, а также одно изображение материала для печати. На основе этих данных система автоматически создаёт визуализацию того, как, вероятно, будет выглядеть готовый объект.
Как работает VisiPrint
Система на базе искусственного интеллекта под названием VisiPrint разработана для работы с различными программами для 3D-печати и может работать с любым примером материала. Она учитывает не только цвет материала, но и его блеск, прозрачность, а также то, как нюансы процесса изготовления влияют на внешний вид объекта.
Такие превью, ориентированные на эстетику, могут быть особенно полезны в таких областях, как стоматология (чтобы временные коронки и мосты соответствовали внешнему виду зубов пациента) или архитектура (чтобы помочь дизайнерам оценить визуальное воздействие моделей).
Технические детали
Исследователи сосредоточились на моделировании методом послойного наплавления (FDM) — наиболее распространённом типе 3D-печати. В FDM нить материала для печати плавится, а затем выдавливается через сопло для изготовления объекта слой за слоем.
Создание точных эстетических превью — сложная задача, поскольку процесс плавления и экструзии может изменить внешний вид материала, как и высота каждого нанесённого слоя и траектория движения сопла во время изготовления.
VisiPrint использует две модели ИИ, которые работают вместе для преодоления этих проблем:
- Модель компьютерного зрения извлекает из образца материала характеристики, важные для внешнего вида объекта.
- Генеративная модель ИИ вычисляет геометрию и структуру объекта, учитывая шаблон «нарезки», которому будет следовать сопло при выдавливании каждого слоя.
Ключ к подходу исследователей — специальный метод кондиционирования. Он включает тщательную настройку внутренней работы модели, чтобы направлять её, заставляя следовать шаблону нарезки и соблюдать ограничения процесса 3D-печати.
Метод кондиционирования использует карту глубины, которая сохраняет форму и затенение объекта, а также карту краёв, отражающую внутренние контуры и структурные границы.
Интерфейс и оценка системы
Команда также разработала простой в использовании интерфейс, в котором можно загрузить необходимые изображения и оценить предварительный просмотр. Интерфейс VisiPrint позволяет более продвинутым пользователям настраивать различные параметры, например, влияние определённых цветов на конечный внешний вид.
Эстетический предварительный просмотр призван дополнить функциональный предварительный просмотр, создаваемый программным обеспечением для нарезки, поскольку VisiPrint не оценивает возможность печати, механическую осуществимость или вероятность сбоя.
Для оценки VisiPrint исследователи провели исследование, в ходе которого участников просили сравнить систему с другими подходами. Почти все участники заявили, что она обеспечивает лучший общий внешний вид, а также большее сходство текстур с напечатанными объектами.
Кроме того, процесс предварительного просмотра в VisiPrint в среднем занимал около минуты, что более чем в два раза быстрее, чем у любого конкурирующего метода.
Планы на будущее
В будущем исследователи планируют устранить артефакты, которые могут возникать, когда предварительные просмотры моделей содержат чрезвычайно мелкие детали. Они также хотят добавить функции, которые позволят пользователям оптимизировать части процесса печати, помимо цвета материала.
«Важно думать о том, как мы изготавливаем объекты. Нам нужно продолжать стремиться к разработке методов, позволяющих сократить количество отходов. В этом отношении объединение ИИ с процессом физического изготовления — захватывающая область будущей работы», — говорит Максин Перрони-Шарф, аспирантка кафедры электротехники и информатики (EECS), ведущий автор статьи о VisiPrint.
Исследование будет представлено на конференции ACM CHI по человеческим факторам в вычислительных системах. Частично оно было профинансировано стипендией MIT Morningside Academy for Design и стипендией MIT MathWorks.