Sketch2Stress: Sketching with Structural Stress Awareness

要約

製品設計やデジタルファブリケーションのプロセスにおいて、設計されたプロトタイプの構造解析は基本的かつ不可欠なステップです。
ただし、このようなステップは通常、スケッチの初期段階ではデザイナーには見えないか、アクセスできません。
これにより、形状の物理的特性と構造の健全性を考慮するユーザーの能力が制限されます。
このギャップを埋めるために、ユーザーがスケッチ段階で目的のオブジェクトの構造解析を実行できる新しいアプローチ Sketch2Stress を導入します。
このメソッドは、2D フリーハンド スケッチと、ユーザーが割り当てた 1 つまたは複数の外力の位置を入力として受け取ります。
特別に設計された 2 分岐の敵対的生成フレームワークを使用して、ユーザーがスケッチした基礎となるオブジェクト上に分布する法線マップと対応する構造応力マップを自動的に予測します。
このようにして、私たちの方法により、設計者はあらゆる場所で持続する応力を簡単に調査し、スケッチしたオブジェクトの潜在的な問題のある領域を特定できるようになります。
さらに、予測法線マップと組み合わせて、同じ方向の複数の力の応力効果を集約することで、領域ごとの構造解析を効率的に実行できます。
最後に、広範な実験とユーザー調査により、システムの有効性と実用性を実証します。

要約(オリジナル)

In the process of product design and digital fabrication, the structural analysis of a designed prototype is a fundamental and essential step. However, such a step is usually invisible or inaccessible to designers at the early sketching phase. This limits the user’s ability to consider a shape’s physical properties and structural soundness. To bridge this gap, we introduce a novel approach Sketch2Stress that allows users to perform structural analysis of desired objects at the sketching stage. This method takes as input a 2D freehand sketch and one or multiple locations of user-assigned external forces. With the specially-designed two-branch generative-adversarial framework, it automatically predicts a normal map and a corresponding structural stress map distributed over the user-sketched underlying object. In this way, our method empowers designers to easily examine the stress sustained everywhere and identify potential problematic regions of their sketched object. Furthermore, combined with the predicted normal map, users are able to conduct a region-wise structural analysis efficiently by aggregating the stress effects of multiple forces in the same direction. Finally, we demonstrate the effectiveness and practicality of our system with extensive experiments and user studies.

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