AI-Sketcher：用人工智能帮助设计师更好的完成设计草图
如何利用人工智能技术提高设计师的工作效率是近年来人工智能领域所关注的一个重要研究方向。同济大学 “智能大数据可视化实验室”，长期致力于人工智能辅助传达及可视化设计方向的研究工作。最近，他们推出了一款可以用来创造并绘制高质量设计草图的绘图机器人 -- AI-Sketcher。
AI-Sketcher
简笔画（即草图，Sketch）是简单而不失重要的，它与人类的创作过程密不可分。早在远古时代，我们的祖先便在山洞中通过简单的线条记录发生在他们身边的种种事件。今天，在设计草图的构思中，设计师们会首先用简单的线条快速描绘物体，以记录其设计创意与构思。相比于常见的“栅格图”（如，照片等），设计草图是人们一笔一画绘制出来的结果，更多被应用于艺术设计领域。设计草图在设计领域的普遍应用引发了人们关于人工智能辅助设计的思考：人工智能是否也能学会绘制甚至创作设计草图呢？
为了探究人工智能绘制设计草图的可能性，同济大学“智能大数据可视化实验室”(iDVX Lab) 的师生们，开发了AI-Sketcher，一款能够根据用户的简单输入而自动生成高质量简笔画（草图）的人工智能绘图机器人。 该技术是对现有相关技术的全方位拓展，极大的改善了现有技术所生成简笔画质量不高、无法精确生成多种类简笔画等一系列关键性问题，从而让这项技术更加贴近于实际应用。从技术角度而言，AI-Sketcher是一个基于“变分自动编码器（VAE）”的深度生成模型，它在传统VAE的基础上引入了新的数据编码方式，通过采用综合使用构成草图的笔画信息以及笔画之间的相对位置信息等措施，极大的提高了设计草图的生成质量。该研究工作的相关论文最近被国际人工智能大会AAAI 2019 所收录。
图1：基于不同模型的表情生成。其中，AI-Sketcher 拥有最佳的生成表现。
为了评估AI-Sketcher 的性能，iDVX实验室中设计专业的同学们，创建了一个包含有500余万张卡通人物表情的Sketch数据集 FaceX [1]。基于该数据集，目前，AI-Sketcher被训练用来自动生成卡通人物的7种不同表情（如图1所示）。可以看到，相较之已有技术，AI-Sketcher在学习绘制简笔画的过程中可以更好地捕捉到笔画之间的相对位置关系，从而极大的避免了生成结果的扭曲变形，进一步保证了绘图质量。图2展示了AI-Sketcher 以及其他相关模型在多类别物体生成上的结果（该实验基于Google QuickDraw 数据集[2]）。在这方面，AI-Sketcher也突显出了其在绘图质量上的优势。
图2 基于 Quick Draw 数据集的多类别草图生成。AI-Sketcher 依然提供了最佳质量的生成结果。
在图3的例子中，AI-Sketcher 对用户的输入进行优化，从而弥补用户手绘作品本身线条不光滑、不连贯、不够形象生动等缺憾。并通过直接生成较高质量的矢量图形，避免了图像低分辨率的问题，为设计师提供了新的高效智能化设计辅助工具。
图3：根据用户输入自动在线生成拥有更高质量的简笔画
应用前景
AI-Sketcher技术有着丰富的应用前景。首先利用该技术可以很快生成大量高质量的矢量图，为设计师制作海报、广告、动画、卡通等过程提供更多更好的素材，以提高设计师的工作效率；其次，该技术可以让设计师更快更好地表达其设计思维，为绘制故事板，绘制设计草图等工作提供了极大的便利。同时，该系统还可以用来辅助设计师进行创意性的工作，如根据其输入生成大量可以用来参考的设计草图。
[1]FaceX Dataset:
https://facex.idvxlab.com/
[2]QuickDraw Dataset:
https://quickdraw.withgoogle.com/data
同济大学智能大数据可视化实验室（Intelligent Big Data Visualization Lab，即iDVX Lab）成立于2016年9月，是同济大学中一个横跨“设计创意学院”及“软件学院”的以信息及数据科学为研究方向的创新科研型实验室。实验室常年招收优秀硕士及博士研究生，详细信息请查阅实验室官网。
联系方式：
网站：https://idvxlab.com/
邮箱：idvx.lab@tongji.edu.cn
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