设计师、创作者及其他用户常利用3D打印技术快速制作各种功能性原型，从电影道具到医疗器械不等。准确的打印预览对于确保成品符合预期性能至关重要。

然而，大多数3D打印软件生成的预览图侧重于功能表现，忽视了美学效果。实际打印出的物品颜色、质感或阴影可能与用户预期存在差异，导致多次返工，浪费时间、精力和材料。

为帮助用户更好地预见打印物品的最终外观，麻省理工学院（MIT）及其他机构的研究人员开发了一款以外观为核心的易用预览工具——VisiPrint。

用户只需上传3D打印软件中的物品截图及打印材料的单张图片，系统便能自动生成该物品的逼真渲染图。

VisiPrint基于人工智能技术，兼容多种3D打印软件，支持任意材料样本。它不仅考虑材料的颜色，还综合了光泽度、半透明度及制造工艺细节对外观的影响。

这种注重美学的预览功能在牙科领域尤为实用，能帮助医生确保临时牙冠和牙桥与患者牙齿外观匹配；在建筑设计中，也能辅助设计师评估模型的视觉效果。

电气工程与计算机科学（EECS）研究生Maxine Perroni-Scharf表示：“3D打印过程存在大量浪费，有研究估计多达三分之一的材料直接成为垃圾，通常是因为用户丢弃了不满意的原型。为了让3D打印更环保，我们希望减少用户反复尝试的次数，避免他们在确定设计前必须试用所有打印材料。”

该研究团队还包括EECS研究生Faraz Faruqi、MIT本科生Raul Hernandez、光州科学技术院研究生SooYeon Ahn、普林斯顿大学计算机科学教授Szymon Rusinkiewicz、MIT EECS教授William Freeman以及MIT EECS和机械工程副教授Stefanie Mueller。相关成果将在ACM CHI人机交互大会上发布。

精准还原美学细节

研究人员聚焦于最常见的熔融沉积建模（FDM）3D打印技术。在FDM中，打印材料以丝状形式熔化，通过喷嘴逐层挤出成型。

准确的美学预览难点在于熔融和挤出过程会改变材料外观，打印层高及喷嘴路径也会影响最终效果。

VisiPrint采用两种协同工作的AI模型解决这些挑战。

系统输入包括用户3D打印软件（切片软件）中的设计截图和打印材料图片，后者可来自网络或实物拍摄。

计算机视觉模型从材料样本中提取关键特征，传递给生成式AI模型，后者结合物体几何结构和喷嘴切片路径，生成逼真渲染。

关键技术是特殊的条件调控方法，精细调整模型内部机制，使其遵循切片路径并满足3D打印工艺约束。

该方法利用深度图保持物体形状和阴影，同时结合边缘图反映内部轮廓和结构边界。

Perroni-Scharf指出：“两者的平衡至关重要，否则可能导致几何形状错误或切片路径不正确。我们必须谨慎地将它们结合。”

以用户为中心的设计

团队还开发了简洁的用户界面，方便上传图片并查看预览效果。

高级用户可调节多项参数，如某些颜色对最终外观的影响程度。

VisiPrint的美学预览旨在补充切片软件的功能预览，后者负责评估打印可行性、机械性能及失败风险。

用户研究显示，绝大多数参与者认为VisiPrint在整体外观和纹理相似度上优于其他方法。

此外，VisiPrint平均预览时间约为一分钟，速度是其他方法的两倍以上。

Perroni-Scharf表示：“与其他AI接口相比，VisiPrint表现出色。通用AI模型可能随意更改形状或使用错误的切片路径，因为缺乏直接的条件约束。”

未来，研究团队计划解决模型在极细节预览时出现的伪影问题，并增加优化打印过程其他环节的功能。

她强调：“我们必须持续探索减少浪费的制造方法，AI与实体制造的结合是未来令人兴奋的研究方向。”

哈索·普拉特纳研究院计算机科学教授Patrick Baudisch（未参与本研究）评价：“‘所见即所得’是20世纪80年代桌面出版成功的关键。现在是3D打印实现WYSIWYG（所见即所得）的时候了，VisiPrint是朝这个方向迈出的重要一步。”

本研究部分由MIT晨兴设计学院奖学金和MIT MathWorks奖学金资助。