仅用一张照片就能生成属于自己的私人订制方仔积木？没错！最近AIR和启梦共同推出的全球首款AI定制积木产品“方仔照相馆”就能实现你的愿望。它能根据平面照片设计积木人仔模型，并通过柔性生产快速交付，在短时间内完成大量方仔的个性化定制，为更多用户带来趣味十足、充满惊喜的产品体验。

从一张照片定制一个积木人仔，看似简单，其实暗藏玄机。为实现这一创新，团队在智能设计、交互体验和智能制造方面都面临巨大挑战，让我们一起来看一看这背后的故事。

从照片到积木模型

这个想法的“始作俑者”是清华大学智能产业研究院（AIR）的实习生李向阳。他作为清华美院出身的资深积木设计师，一直希望可以通过人工智能来提高积木设计的效率。

李向阳通过实验得知：从平面照片提取三维信息的可靠性有限，且传统体素化建模的结果难以满足高品质的产品需求。方仔照相馆的系统则参考了检索的模式，输入一张照片之后，算法会分别将面部信息和肢体衣着信息输入人脸特征分割网络及卷积神经网络，并合并两个网络提取的特征，参数化为积木拼法高维空间中的一个向量，作为这张输入照片的唯一编码。随后系统自动根据这个编码，检索与各部位特征最相似的积木拼搭，经过碰撞分析、可拼装性分析后生成最终的方仔设计。

为了保证实际拼搭的物理结构稳定性与可行性，李向阳和团队采用运动学预测分析方法来自动计算积木结构在最坏外力情况下的稳定性。简单来说，算法将积木模型当成一个机械结构，如果这个结构具有某种可能的运动，则可以判断这个结构是不稳定的，反之则是稳定的。对于一个由两百块积木拼接而成的常规方仔模型，分析其受力与形变的计算过程不到一秒钟。

此外，说明书的自动生成也是一大挑战。李向阳和团队全面地将用户对说明书的各种要求进行量化，包括依据拼装顺序的可拼装性、每一步的可理解程度、中间步骤的稳定性、拼装时手指的拿捏手势的可行性等。之后基于集束搜索算法研发了全自动说明书步骤生成算法，一键生成可拼装的顺序与分组。同时采用3D可交互说明书形式，使用户可以方便地拖拽查看整个三维模型，从而解决传统说明书积木拼装可见性问题。

“千人千面”的交互设计

有了积木模型的智能设计还不够，如果想要将用户的定制化需求准确引导出来，还得依靠一位懂积木、爱积木的交互设计师，而这正好是AIR博士后高家思最感兴趣的方向。高家思与积木“严肃地”打交道已将近七年，曾用颗粒式积木进行过难民营水体砷含量检测，搭建音乐积木交互平台，以及开展过面向儿童群体的实体编程积木套件等与智能积木交互有关的设计研究。

高家思与她的方仔

每一名拿到积木的玩家都会有自己玩耍的方式与想法，似乎我们“天然地”就掌握了玩耍的秘诀，而这源于积木实体所具备的“示能性（Affordance）”，也是积木常常成为实体交互载体的重要原因之一。实体交互技术允许用户通过实物操控或表示数字信息，打破数字世界与真实世界的界限。利用积木的示能性与有效的交互设计结合，不仅能够实现千人千面的设计结果，还能创造专属且有趣的学习体验。

千人千面的设计通过小程序得以实现。支撑方仔智能设计的实现除了需要上文提及的深度神经网络特征提取与结构检测技术，还需要柔性后台管理系统。后台管理系统包含模型管理、主动结构检测、生产资料信息自动生成与基于库存的动态调整功能。通过这样的管理系统能够有效地支撑着前端消费者的设计需求，实现交互信息层级的C2M。但同时也为交互设计提出了新的要求，如何将后端动态的数据有效转化、呈现至用户交互界面，并提升设计效率是这一模式下的新挑战。为解决这些问题，团队通过场景化设计与推荐系统算法帮助用户提升决策效率，通过一致化设计降低用户在面对各样选择时的交互复杂度，并借助游戏化设计的分享模式实现拉新裂变。

清华大学智能产业研究院（AIR）院长张亚勤院士方仔

方仔作为AI辅助设计与制造的积木人仔，其教育领域的应用前景不可忽视。颗粒式积木的玩具属性与定制化概念使其能够更容易被儿童接受，成为教学内容的载体，在未来将产生巨大的社会价值。

快速响应的供应链背后

为了向消费者提供定制化的积木产品，只有千人千面的设计还不够，还需要对应的柔性制造系统，这恰恰是周谷越副教授的专长。周谷越副教授曾在大疆组建智能制造团队，并带领团队完成了制造品质体系的数字化和智能化升级，具有丰富的视觉缺陷检测和柔性制造系统设计经验。

启梦是90年代初第一批进入积木玩具制造领域的民营企业之一，在积木制造领域深耕已近30年，在国内积木市场份额稳居前列，本次携手AIR合作也被启梦认为是传统制造业向智能化转型的重要举措。相比大部分消费类电子产品，看似工艺组成比较简单的积木产品，实际存在诸多柔性制造领域的挑战。首先是积木尺寸小，难以精准操作，需要设计带有机器视觉功能的定制机构解决积木抓取的难题。其次是积木种类繁多，数量巨大，启梦工厂的每条产线每天要出厂近百万块积木，每秒要完成近百块积木的品质检测和不良品追踪，需要强大的图像处理算法来保证质检的准确率和效率。此外，为了满足不同用户多样化的定制需求，启梦工厂用到的积木零件多达数万种，需要高效的仓储物流系统来保证生产过程中积木零件的超高吞吐量和调度效率。

方仔照相馆带来的是从设计端到制造端的全面智能化升级，在此基础上的C2M模式使启梦能够直接触达消费者、按需生产、以量定产。在满足部分消费者的个性化需求的同时，新一代柔性制造系统可以进一步助力启梦提高制造品质、提升制造效率、降低库存风险。AIR和启梦正在携手共进，争做中国制造业转型的先行者。

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小积木，大智慧 | 清华AIR×启梦，助力玩具产业升级