Дизайн. От изображений к параметризуемым 3D моделям — скоро в CAD системах?

Эпизод 37. Обращаем внимание на GenCAD, генеративную модель, которая обещает изменить процесс 3D-проектирования в системах автоматизированного проектирования (CAD).

Традиционно создание производимых и редактируемых 3D-форм в CAD-системах — это высокоручная и трудоемкая задача, усложняемая комплексной топологией граничных представлений 3D-тел и неинтуитивными инструментами проектирования. Большая часть работ в области генерации 3D-форм фокусируется на таких представлениях, как сетки, воксели или облака точек, но практические инженерные приложения требуют модифицируемости и производимости CAD-моделей. Современное CAD-программное обеспечение, используемое профессиональными инженерами в таких отраслях, как автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность, производство и медицинские устройства, является сложным и требует значительного человеческого опыта и интуиции.

GenCAD предлагает инновационное решение этой проблемы. Это не просто генеративная модель; это система, которая использует авторегрессионные трансформеры с фреймворком контрастного обучения и моделями латентной диффузии для преобразования входных изображений в параметрические последовательности CAD-команд, что приводит к созданию редактируемых 3D-представлений.

Ключевая особенность GenCAD, которая позволяет получать модели с "деревом построения" (design history), — это ее выходной формат:

• GenCAD генерирует не просто готовую 3D-модель, а "CAD-программу", представляющую собой полную последовательность параметризованных CAD-команд. Эта последовательность команд, по сути, является цифровым представлением истории построения модели.

• Сохранение истории проектирования (дизайн-истории): В отличие от методов прямой генерации B-rep (Boundary Representation) моделей, которые не кодируют базовую историю проектирования, последовательность операций твердотельного моделирования, или CAD-программа, является критически важной для современного CAD-программного обеспечения и предлагает более гибкое и интерпретируемое представление. Это позволяет инженерам видеть и понимать, как модель была построена шаг за шагом, что является основой "дерева построения".

• Параметризация команд и возможность редактирования размеров:

    ◦ Каждая CAD-команда в GenCAD представляет собой тип операции и связанные с ней параметры, необходимые для ее выполнения. Эти параметры позволяют команде иметь фиксированное векторное представление.

    ◦ Авторы приводят конкретные примеры параметризованных команд:

        Токены эскизов (Sketch tokens):

            • Линия определяется по конечной точке (x, y), если начальная точка известна.

            • Круг — по центру (x, y) и радиусу (r).

            • Дуга — по конечной точке (x, y), углу развертки (α) и флагу направления (f).

        Команда выдавливания (Extrusion): Эта сложная операция включает 10 параметров, таких как ориентация (θ, ϕ, γ) и начало координат (px, py, pz) плоскости эскиза, масштаб (s), расстояние выдавливания (e1, e2) для каждой стороны, а также булевы параметры для типа операции (создание нового тела, объединение, вырезание, пересечение) и одно- или двустороннего выдавливания.

    ◦ Эти параметры напрямую соответствуют размерам и свойствам эскизов, что означает, что модель, полученная от GenCAD, содержит все необходимые данные для редактирования этих размеров и последующего перестроения модели.

Совместимость с коммерческим CAD-ПО: Сгенерированная CAD-программа может быть сконвертирована в B-rep модели или другие удобные представления (сетки, облака точек, воксели) с использованием любого стандартного геометрического ядра. Более того, GenCAD интегрируется с коммерческим CAD-программным обеспечением, например, Onshape. Это позволяет пользователю редактировать сгенерированную форму, как показано на рисунке 13 в источнике, демонстрируя возможность изменения элементов в Onshape.

Для обучения и оценки GenCAD используется DeepCAD dataset, который был создан путем анализа истории проектирования CAD-моделей из общедоступного репозитория Onshape. Этот набор данных ограничен операциями эскизирования (линии, круги, дуги) и выдавливания, что делает его более подходящим для моделей на основе нейронных сетей.

Преимущества GenCAD:

• Значительно превосходит существующие современные методы в безусловной и условной генерации CAD-моделей.

• Условная генерация CAD-программ на основе изображений позволяет GenCAD генерировать модели, согласованные с намерениями пользователя.

• Облегчает извлечение CAD-моделей с использованием изображений-запросов из больших баз данных CAD, что является важной задачей в сообществе CAD.

Ограничения:

• Текущая версия GenCAD использует сравнительно более простые CAD-программы по сравнению с задачами промышленного дизайна.

• Используемый CAD-словарь ограничен и должен быть расширен для включения более сложных токенов, таких как операции вращения, операции с кромками (например, скругления/фаски) и другие операции эскизирования.

• GenCAD не может гарантировать генерацию действительной CAD-модели.

Несмотря на эти ограничения, GenCAD представляет собой значительный шаг вперед в использовании генеративных моделей для ускорения всего конвейера от проектирования до производства, бесшовно интегрируя различные модальности дизайна.

Присоединяйтесь к нам, чтобы узнать больше о том, как GenCAD открывает новые горизонты в области автоматизированного проектирования и дизайна.

Ссылка на источник: https://gencad.github.io/

Публикация на русском: https://habr.com/ru/news/929722/