2018年10月11日，荷兰代尔夫特理工大学助理教授吴俊访问了山东大学计算机科学与技术学院，并为计算机学院的师生带来了题为“Topology Optimization for Computational Fabrication”的精彩报告。
拓扑优化(Topology Optimization)是指利用优化的手段，来寻找物体结构内部哪里需要布置材料，以及布置何种材料，并且在给定的边界条件和约束下最大化结构性能。吴博士通过介绍在玩具制造中遇到的一个问题：如何在给定区域上，用尽可能少的材料设计出最具刚性的形状，引入今天的主题 -- 拓扑优化。他在对上述例子进行讲解的过程中，向我们详细介绍了拓扑优化的原理及改进方法。由于单元变量或者为0（单元去除），或者为1（单元保留），因而拓扑优化其实就是一种0-1离散变量的组合优化问题。当单元足够多时，就会出现“组合爆炸”的问题，而所需的分析次数会远远超出计算机的计算能力。为了避免这一状况，将单元离散变量松弛为0-1的连续变量，从而便于使用较为成熟的基于连续变量的导数优化算法。
之后，吴博士介绍了拓扑优化在填充设计中的应用。通过大量的动画展示，向我们详细的介绍了他们在填充设计中获得的成果，以及在填充设计中运用传统拓扑优化遇到的问题以及改进方法。吴博士指出为了设计较为自然的填充物，可以在规定的形状内引入基于密度的多尺度填充优化，以及填充物和壳体的并行优化。由于拓扑优化后的结构太过复杂，导致3D打印技术打印过程缓慢，吴博士认为可以通过基于均匀化的方法有效地投射多孔结构以改善上述问题。除此之外，其还探讨了细分结构在3D打印中作为内部结构的用途，而目前已经研究出了针对离散的细化问题的连续公式。
介绍完现有的成果之后，吴博士向我们介绍了他们小组正运用拓扑优化进行的一些工作，例如：柔体机器人设计、医疗填充物的设计与制造、桥梁制造等非常实用的工作。报告结束后吴博士与同学们就报告内容进行了激烈讨论，相信大家在这次精彩的报告中一定是收益颇丰。
吴俊是荷兰代尔夫特理工大学设计工程系的助理教授。他于2012年和2015年在中国北京北京航空航天大学获得机械工程博士学位，在德国慕尼黑技术大学获得计算机科学博士学位。在担任现职之前，他是H.C. Ørsted丹麦技术大学的博士后研究员。他的研究重点是计算机辅助设计和制造，并关注计算机图形学、计算机械学等领域的最新技术。
文 / 杨 林
图 / 杨 林 魏 卓
编 / 冷汉超
