Stable diffusion models represent the state-of-the-art in data synthesis across diverse domains and hold transformative potential for applications in science and engineering, e.g., by facilitating the discovery of novel solutions and simulating systems that are computationally intractable to model explicitly. While there is increasing effort to incorporate physics-based constraints into generative models, existing techniques are either limited in their applicability to latent diffusion frameworks or lack the capability to strictly enforce domain-specific constraints. To address this limitation this paper proposes a novel integration of stable diffusion models with constrained optimization frameworks, enabling the generation of outputs satisfying stringent physical and functional requirements. The effectiveness of this approach is demonstrated through material design experiments requiring adherence to precise morphometric properties, challenging inverse design tasks involving the generation of materials inducing specific stress-strain responses, and copyright-constrained content generation tasks. All code has been released at https://github.com/RAISELab-atUVA/Constrained-Stable-Diffusion.


翻译:稳定扩散模型代表了跨领域数据合成的最先进技术,并在科学与工程应用中展现出变革性潜力,例如通过促进新解决方案的发现和模拟那些在计算上难以显式建模的系统。尽管将基于物理的约束整合到生成模型中的研究日益增多,但现有技术要么在潜扩散框架中的适用性有限,要么缺乏严格执行领域特定约束的能力。为应对这一局限,本文提出了一种将稳定扩散模型与约束优化框架相结合的新方法,能够生成满足严格物理与功能要求的输出。该方法的有效性通过以下实验得到验证:需要遵循精确形态计量特性的材料设计实验、涉及生成诱导特定应力-应变响应材料的挑战性逆向设计任务,以及受版权约束的内容生成任务。所有代码已在 https://github.com/RAISELab-atUVA/Constrained-Stable-Diffusion 开源发布。

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