AI tạo ra bản xem trước in 3D chân thực chỉ bằng 2 ảnh

Các nhà thiết kế, nhà chế tạo thường sử dụng in 3D để nhanh chóng tạo mẫu các vật thể chức năng, từ đạo cụ phim đến thiết bị y tế. Bản xem trước in chính xác là rất cần thiết để người dùng biết vật thể được chế tạo sẽ hoạt động như thế nào, nên đa số bản xem trước được tạo ra bởi các phần mềm in 3D hầu như chỉ tập trung vào chức năng hơn là tính thẩm mỹ. Do đó, vật thể được in có thể có màu sắc, kết cấu hoặc độ bóng khác với mong đợi của người dùng, dẫn đến việc phải in lại nhiều lần, lãng phí thời gian, công sức và vật liệu.

Các nhà nghiên cứu ở Viện Công nghệ Massachusetts (MIT, Hoa Kỳ) đã phát triển một công cụ xem trước dễ sử dụng, ưu tiên hình thức bên ngoài. Trong đó, người dùng tải lên ảnh chụp màn hình của vật thể từ phần mềm in 3D, cùng với một hình ảnh của vật liệu in. Từ những thông tin đầu vào này, hệ thống sẽ tự động tạo ra hình ảnh mô phỏng vật thể được chế tạo có khả năng trông như thế nào.

Hệ thống được hỗ trợ bởi trí tuệ nhân tạo, mang tên VisiPrint, được thiết kế để hoạt động với nhiều phần mềm in 3D và có thể xử lý bất kỳ loại vật liệu nào. VisiPrint không chỉ xem xét màu sắc của vật liệu, mà còn cả độ bóng, độ trong suốt và cách các chi tiết nhỏ trong quá trình chế tạo ảnh hưởng đến vẻ ngoài của vật thể. Những bản xem trước tập trung vào tính thẩm mỹ như vậy có thể đặc biệt hữu ích trong các lĩnh vực như nha khoa, giúp các bác sĩ lâm sàng đảm bảo rằng mão và cầu răng tạm thời phù hợp với vẻ ngoài của răng bệnh nhân, hoặc trong kiến ​​trúc, để hỗ trợ các nhà thiết kế đánh giá tác động trực quan của các mô hình.

Các nhà nghiên cứu tập trung vào công nghệ in 3D bằng phương pháp lắng đọng nóng chảy (FDM), loại in 3D phổ biến nhất. Trong FDM, sợi vật liệu in được nung chảy và sau đó được phun qua vòi phun để chế tạo vật thể từng lớp một. Việc tạo ra bản xem trước thẩm mỹ chính xác rất khó khăn vì quá trình nung chảy và đùn có thể làm thay đổi hình dạng của vật liệu, cũng như chiều cao của mỗi lớp được lắng đọng và đường đi của vòi phun trong quá trình chế tạo.

VisiPrint sử dụng hai mô hình AI hoạt động cùng nhau để khắc phục những thách thức đó. Bản xem trước của VisiPrint dựa trên hai đầu vào: ảnh chụp màn hình thiết kế kỹ thuật số từ phần mềm in 3D của người dùng, và hình ảnh của vật liệu in, có thể được lấy từ nguồn trực tuyến hoặc chụp từ mẫu in. Từ những đầu vào này, một mô hình thị giác máy tính sẽ trích xuất các đặc điểm từ mẫu vật liệu quan trọng đối với hình dạng của vật thể. Mô hình cung cấp các đặc điểm đó cho một mô hình AI tạo sinh để tính toán hình học và cấu trúc của vật thể, đồng thời kết hợp cái gọi là mô hình "cắt lát" mà vòi phun sẽ tuân theo khi đùn từng lớp.

Chìa khóa trong phương pháp của các nhà nghiên cứu là một phương pháp điều chỉnh đặc biệt. Điều này bao gồm việc điều chỉnh cẩn thận hoạt động bên trong của mô hình để hướng dẫn mô hình để tuân theo mô hình cắt lát và tuân thủ các ràng buộc của quy trình in 3D. Họ sử dụng bản đồ độ sâu để bảo tồn hình dạng và độ bóng của vật thể, cùng với bản đồ các cạnh phản ánh các đường viền bên trong và ranh giới cấu trúc.

Nhóm nghiên cứu cũng đã tạo ra một giao diện dễ sử dụng, nơi người dùng có thể tải lên các hình ảnh cần thiết và đánh giá bản xem trước. Giao diện VisiPrint cho phép người dùng có kinh nghiệm hơn điều chỉnh nhiều cài đặt, chẳng hạn như ảnh hưởng của một số màu sắc nhất định đến hình thức cuối cùng. Để đánh giá VisiPrint, các nhà nghiên cứu đã tiến hành một nghiên cứu về người dùng, yêu cầu người tham gia so sánh hệ thống này với các phương pháp khác. Gần như tất cả người tham gia đều cho rằng VisiPrint mang lại hình thức tổng thể tốt hơn cũng như độ tương đồng về kết cấu cao hơn với các vật thể được in. Ngoài ra, quá trình xem trước của VisiPrint mất trung bình khoảng một phút, nhanh hơn gấp đôi so với bất kỳ phương pháp cạnh tranh nào.

Trong tương lai, các nhà nghiên cứu muốn giải quyết các hiện tượng nhiễu có thể xảy ra khi bản xem trước mô hình có các chi tiết cực kỳ nhỏ. Họ cũng muốn bổ sung các tính năng cho phép người dùng tối ưu hóa các phần của quá trình in ấn ngoài màu sắc của vật liệu.

Hoàng Kim - Theo https://techxplore.com/