使用3D神经元细胞自动机生成复杂结构和机器

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2023-10-03 17:02:22

使用3D神经元细胞自动机生成复杂结构和机器

近日，哥本哈根信息技术大学、约克大学和上海大学的学者使用3D神经元细胞自动机生成复杂结构和机器。他们开发了3DNCA来提高NCA在实际应用中的通用性。

研究团队受到「生命游戏」中元胞自动机（CA)的启发，在2D基础上开发了3D神经元细胞自动机（NCA）。为了提高NCA在实际应用中的通用性，研究团队开发了3DNCA。它利用3D卷积捕捉周围更多的细胞，以生成复杂的3D结构，并且具有更多类型的建造单元。

NCA能生成静态结构，并且可以很好地增加单个块类型的数量，生成多样化和复杂的内饰，比如公寓楼内部。在生成功能性机器时，研究人员发现，不同结构的生成模式也不同：一些结构是从小细胞渐渐扩大到最终形态；而毛毛虫则是先快速生成，然后再淘汰细胞形成最终的结构。此外，NCA的再生特性也是一大亮点，除了从单个细胞中生长出复杂的结构外，这些局部更新规则还允许再生或修复损伤。

针对模型在静态结构和动态功能机器的重构性能，研究人员进行了评估，并记录了各项参数。结果显示，NCA的重构能力具有鲁棒性。但是，NCA对于构建较大的实体（比如：教堂）仍具有挑战性，因为模型经常陷入局部极小值，需要更长的时间来训练。尽管大教堂模型比一些实体的损失更低，但有许多随机生成的结构，因此没有其他实体自然。

此外，在生成自然界中更随机的实体（比如：橡树）时，也更加困难。不过，研究人员在对比测试后发现：在未经过再生训练时，模型的再生率仅有30%；而进行再生训练后，生成率能达到99%。

NCA在物理学上的应用也值得探索，比如：它可以用来模拟晶体形成。

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