Req2CAD:从功能需求到参数化CAD建模，利用生成式人工智能辅助3D概念设计

Conceptual 3D Design; CAD Generation and Iteration; CreativitySupport Tool

项目简介

概念化 CAD 设计需要将设计问题中的功能需求转化为参数化三维模型，然而现有的CAD系统往往具有陡峭的学习曲线，并且由于过早固化设计方案而限制了设计师的创造力。近期，生成式人工智能（Generative AI, GAI）在生成多样化设计方案方面展现出巨大潜力，但现有方法主要侧重于重建已有设计的 CAD 建模序列，因而并不适用于设计想法尚不明确、设计意图也难以精确表达的概念设计初期阶段。因此，我们设计并开发了一个智能交互系统，Req2CAD，它使设计师在GAI的帮助下通过子功能分解、功能–结构推理以及组件级 CAD 的创建与迭代，从设计问题逐步走向概念化 CAD 模型。为了支持上述的人机协同共创流程，Req2CAD 引入了一条基于GAI的数据标注流程，能够快速为海量CAD组件打上功能标签，在功能需求和结构设计方案之间建立映射；介绍了一种CAD组件双特征表示方法，帮助设计师分别从几何特征和拓扑特征角度快速探索与特定功能需求相关的CAD组件设计空间；提出了一种渐进式 CAD 生成方法，该方法不仅使设计师能够通过图形交互+文本的多模态输入向GAI准确表达设计意图，还有效提升了GAI的CAD模型生成能力。我们的技术评估实验与用户研究表明，Req2CAD显著提高了设计师与GAI协作创建的CAD设计的功能性、新颖性和实用性，并且有效改善了设计师在人机协同共创过程中的交互体验。