三維設(shè)計與人工智能的整合

刁彬斌 王振興

3DOne是一款非常適合青少年的三維創(chuàng)意設(shè)計軟件，能夠啟發(fā)青少年的創(chuàng)新學(xué)習(xí)思維，智能簡易的3D設(shè)計功能可以使創(chuàng)意輕松實現(xiàn)。近幾年，這款軟件成為很多學(xué)生完成三維設(shè)計、實現(xiàn)3D打印的一款利器。很多學(xué)校和學(xué)生在完成三維設(shè)計和3D打印之后，不滿足于僅僅只能靜態(tài)放置的純3D作品，開始將開源硬件，甚至是人工智能設(shè)備融入3D打印作品中，讓作品動態(tài)地“活”起來。

此外，3D打印的模型往往會比較大，經(jīng)常會出現(xiàn)由于三維設(shè)計階段的疏忽造成電子件不能完全適配的問題，大大降低了使用者設(shè)計開源硬件模型的效率。再者，學(xué)習(xí)開源硬件和人工智能課程，不可回避的問題是大量的硬件投入，很多學(xué)校處于“無米下鍋”的現(xiàn)狀。3DOne家族的新成員3DOne AI可以解決以上問題。它基于物理剛體運(yùn)動與三維數(shù)據(jù)處理技術(shù)，融合開源硬件、人工智能、編程等多學(xué)科實踐，支持通過界面交互或編程控制物體的運(yùn)動;平臺提供虛擬開源硬件技術(shù)與人工智能技術(shù)，支持進(jìn)行動態(tài)的人工智能行為仿真;支持輸出三維動畫。

3DOne AI 64位版本還內(nèi)置了人工智能模塊，可實現(xiàn)圖像識別、語音識別、機(jī)器學(xué)習(xí)。它的界面風(fēng)格與3DOne其他版本一致，減少了用戶學(xué)習(xí)成本。不同點(diǎn)是工具欄的設(shè)置。左側(cè)工具欄只保留了基本編輯功能，其他都是仿真設(shè)置菜單。下方工具欄專門用于仿真方面的工作，包含“進(jìn)入仿真、啟動仿真、退出仿真”等（圖1）。

下面以“語音控制小車”為例，闡述讓模型“智能”起來的實踐過程。

第一步，在3DOne家庭版或教育版中繪制小車模型（圖2）。與常規(guī)繪制不同點(diǎn)是，注意車輪的底部必須在X-Y的基本面上（X-Y基本面在3DOne AI版中相當(dāng)于地面）。如果車輪不在這個基本面上，相當(dāng)于車陷入地面，被自動彈起或者處于懸空狀態(tài)會自動下落。另外車體、車軸、車輪不能組合到一起，需要保持他們的獨(dú)立性。

第二步，在3DOne AI中設(shè)置輪子與車體的固定關(guān)系。“關(guān)節(jié)設(shè)置”決定各個部件之間在發(fā)生運(yùn)動時如何活動。模型車輪轉(zhuǎn)動時要帶動車體的移動，車體與車軸的關(guān)節(jié)設(shè)置為“固定關(guān)節(jié)”;四個輪子與車體需要進(jìn)行“合頁關(guān)節(jié)”固定。

第三步，設(shè)置“語音識別”控制器。使用的菜單功能為“設(shè)置控制器”，實體名稱為車體，含義是將車體設(shè)置為可以接受語音輸入的設(shè)備。設(shè)置完控制器，3DOne AI版將自動啟動右側(cè)的“編程控制器窗口”，且包含初始代碼。

第四步，語音識別的編程工作。在“編程控制器窗口”中進(jìn)行車體前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的代碼。語音識別過程中，需要使用按鍵來觸發(fā)語音錄制與語音識別。3DOne AI版暫時只支持識別固定語音詞匯：向上、向下、左轉(zhuǎn) 、右轉(zhuǎn)、前進(jìn)、后退、加速、減速、停止、啟動、起床、再見、掉頭。需要注意的問題是，物體向前的方向為屏幕右側(cè)方向，因此代碼中出現(xiàn)識別前進(jìn)詞匯時，需要將物體向后移動。

第五步，啟動仿真系統(tǒng)，并開始仿真。使用下方工具欄來開啟仿真功能（圖3）。需要注意的問題是，按鍵觸發(fā)的過程中需要保證輸入法為英文輸入法。

至此，一個可以識別語音命令的AI智能車就制作完成了。3DOne AI軟件還有很多特色功能，例如，它能仿真物體的重量、受力。AI方面，圖形識別功能不僅能完成常規(guī)的調(diào)用真實攝像頭的圖像識別，還能實現(xiàn)基于三維模型的虛擬場景識別。虛擬場景識別功能配合視頻輸出可以完成炫酷的作品虛擬展示等。本文只是起到拋磚引玉的作用，3DOne AI軟件更強(qiáng)大和炫酷的功能將等待大家去慢慢挖掘。

作者單位：北京宏志中學(xué)