SGS-1 非 Transformer 架构解析：绕开序列建模直接生成结构化 CAD 的工程要点

传统 CAD 生成模型（如 DeepCAD、SkexGen）均建立在 Transformer 的自回归序列建模基础之上，将设计过程编码为“草图-拉伸-布尔”等操作的线性指令流。这种范式虽能复现人类设计步骤，却引入了固有缺陷：序列依赖导致错误传播、长程几何约束难以维持、拓扑有效性无法保证。Spectral Labs 发布的 SGS-1 模型首次绕开 Transformer，挑战了“CAD 必须按顺序生成”的行业共识，其核心价值不在于参数规模，而在于架构哲学的根本转向——从“模拟设计过程”跃迁至“直接建模空间关系”。

SGS-1 的非序列化架构，其工程实现可归纳为三个关键模块：几何原语的并行编码、空间关系图的动态构建、以及制造约束的硬性内嵌。首先，在输入层，模型不再将 CAD 操作视为时间序列中的 token，而是将基础几何元素（点、线、面、体）作为并行处理的节点。每个节点携带其类型（如直线、圆弧、拉伸体）、参数（坐标、半径、拉伸向量）及局部坐标系信息，通过类似图神经网络的编码器一次性投影到高维空间。这种“全图初始化”策略消除了序列模型中“第一步错误导致全盘崩溃”的风险，允许模型在生成初期即全局感知所有几何元素的相对位置。

其次，SGS-1 的核心创新在于动态构建“空间关系图”。不同于 Transformer 依赖位置编码隐式学习元素间关系，SGS-1 显式定义节点间的几何约束边——如“平行”、“垂直”、“相切”、“共面”。这些边并非预设，而是在生成过程中由一个轻量级关系预测头动态推断并添加。例如，当模型生成两条线段时，关系头会计算其夹角余弦值，若接近 0 或 1，则自动添加“垂直”或“平行”约束边，并将此约束作为损失函数的一部分进行优化。这种机制确保了生成结果天然符合 CAD 设计中的工程规范，避免了序列模型常见的“近似平行”或“微小缝隙”等需后期修复的几何瑕疵。据 Spectral Labs 官方描述，其模型“缺乏现有基础模型的空间理解限制”，暗示了这种显式关系建模是其空间智能的基石。

最后，制造可行性被作为硬性约束内嵌于生成过程，而非后处理步骤。传统序列模型生成的 CAD 指令需提交至 CAD 内核（如 Parasolid）编译，失败率高达 15–30%（因拓扑无效或几何冲突）。SGS-1 则在解码器输出层集成了一个“可制造性验证模块”，该模块在每一步几何元素生成后，立即执行轻量级拓扑检查（如欧拉示性数校验、流形边界闭合性）。若检测到无效结构（如非流形边或自相交），模型不会继续生成后续元素，而是回溯并调整当前节点参数或关系边权重，直至满足制造约束。这种“生成-验证-修正”的闭环，将拓扑有效性从概率性输出（依赖后期筛选）转变为确定性保障，极大提升了工业落地效率。

从工程视角看，SGS-1 的架构选择揭示了 AI for CAD 的新方向：与其费力教会模型“按步骤画图”，不如让模型直接“理解空间”。其技术路径虽未公开细节，但可推断其借鉴了计算几何与图神经网络的交叉成果。对于开发者而言，若想复现或优化此类架构，应关注三个可落地参数：一是几何节点的特征维度（建议 ≥ 256 以编码丰富属性），二是关系边类型的完备性（至少包含平行、垂直、相切、距离、角度五类基础约束），三是拓扑验证模块的触发频率（推荐在每生成 3–5 个新节点后执行一次，平衡效率与鲁棒性）。SGS-1 的出现，标志着 CAD 生成从“模仿人类”走向“超越人类”——它不关心设计师如何思考，只关心物理世界如何存在。