Δρ Κωνσταντίνος ΚΥΡΙΑΖΟΠΟΥΛΟΣ
Διπλ. Αρχιτέκτων Μηχανικός, ΕΜΠ, 1995, Δρ Πληροφορικής,
Université Paris 8, 2007
Διπλωματική εργασία: "Τεχνητή Νοημοσύνη και Αρχιτεκτονική - Πρόγραμμα CADRAM"
Προδιαγραφές, υλοποίηση και παρουσίαση εφαρμογής "Αρχιτεκτονικού
Σχεδιασμού με την Βοήθεια Ηλεκτρονικού Υπολογιστή και την Μέθοδο Τοποθέτησης
Ορθογωνίων (μέθοδος και πρόγραμμα CADRAM
- Computer Aided Design Rectangular Allocation Method). [Κωνσταντίνος
ΚΥΡΙΑΖΟΠΟΥΛΟΣ, 1995, ΕΜΠ, Σχολή Αρχιτεκτόνων Μηχανικών, καθηγ. Γ.Βενέρης, βαθμός
10.0/10.0]
Εισαγωγή
Παρουσίαση ενός προγράμματος σε Η/Υ, εφαρμογή μίας ήδη διατυπωμένης (αναλυτικά στην διάλεξη) θεωρίας και μεθόδου για την επίλυση προβλημάτων Αρχιτεκτονικού Σχεδιασμού, που εφαρμόζει τεχνικές Τεχνητής Νοημοσύνης, με σκοπό την παραγωγή όλων των διαφορετικών λύσεων. Κύριο χαρακτηριστικό της μεθόδου είναι η συνδυαστική αρχιτεκτονικών στοιχείων και των μεταξύ τους σχέσεων.
Η μέθοδος περιλαμβάνει:
α. ένα σύστημα αναπαράστασης των Αντικειμένων με χρήση πρωτογενών σχημάτων (ορθογωνίων που εντάσσονται σε ορισμένο κάναβο)
β. ένα σύνολο βασικών Σχέσεων μεταξύ ορθογωνίων και τελικά μεταξύ Αντικειμένων
γ. τρεις λογικές Πράξεις (and, or, not) μέσω των οποίων μπορούν να οριστούν σύνθετες σχέσεις από επιμέρους σχέσεις
δ. μία Γλώσσα μέσω της οποίας μπορούν να οριστούν:
o ο Χώρος (Space) μέσα στον οποίο θα τοποθετηθούν τα Αντικείμενα
o τα Αντικείμενα (Objects)
o οι Σχέσεις (Relations) μεταξύ Αντικειμένων (μεταξύ τους και με τον Χώρο)
ε. από ένα σύστημα παραγωγής των λύσεων
Το πρόγραμμα - εφαρμογή της μεθόδου περιλαμβάνει:
α. μία τυπική γλώσσα για την περιγραφή του αρχιτεκτονικού προβλήματος, μέσω της οποίας ο Αρχιτέκτονας μπορεί να ορίσει τους κανόνες (Σχέσεις) και τα στοιχεία (Αντικείμενα) που θα χρησιμοποιήσει
β. έναν μηχανισμό παραγωγής και αξιολόγησης λύσεων ("Γεννήτρια Λύσεων" και "Μηχανή Αξιολόγησης"), υλοποιημένο σε γλώσσα Turbo-Prolog, που δίνει όλες τις δυνατές εναλλακτικές λύσεις σύμφωνα με τις απαιτήσεις που ορίζονται από τα Αντικείμενα και τις Σχέσεις
γ. ένα γραφικό περιβάλλον, μέσω του προγράμματος AutoCAD, με την βοήθεια του οποίου εισάγονται τα γραφικά δεδομένα και παρουσιάζονται οι τελικές λύσεις
Γλώσσες προγραμματισμού του προγράμματος CADRAM:
Το βασικό πρόγραμμα αναπτύχθηκε στην γλώσσα Turbo‑Prolog και μικρότερο μέρος του στην γλώσσα Turbo‑Pascal, ενώ το γραφικό περιβάλλον υλοποιήθηκε στην γλώσσα AutoLISP για να συνεργάζεται με το πρόγραμμα AutoCAD.
Κύρια μέρη (modules) του προγράμματος CADRAM:
o CADRAM A-I Solver
o CADRAM Compiler
o AutoCADRAM Shape
o AutoCADRAM Show
Περιγραφές - Ορισμοί μέσω του προγράμματος CADRAM:
o Κάναβος
o Χώρος (σχήμα, ιδιοότητες)
o Στοιχεία (ορισμός, ιδιότητες, μέρη)
o Πραγματικός μέρος
o Λειτουργικός μέρος
o Συνδετικός μέρος
o Κανόνες των μερών
παράδειγμα
Object BED
rectangle BR
kind REAL
from point 0,0
dimensions 4,2
Object BED
rectangle BF
kind FUNCTIONAL
from point 1,2
dimensions 3,1
Object BED
rectangle BC
kind CONNECTIVE
from point 0,2
dimensions 1,1
Object BED
rectangle BF2
kind FUNCTIONAL
from point 4,0
dimensions 1,3
Object BED
rectangle BC2
kind CONNECTIVE
from point 0,-1
dimensions 4,1
o Σχέσεις
o Σχέσεις μεταξύ Αντικειμένων
o Σχέσεις Τοποθέτησης
o Σχέσεις Ελέγχου
o
Κανόνες:
Επαφή εσωτερική
Επαφή εξωτερική
Εππικάλυψη
Εγκλεισμός
Απόσταση ίση
Απόσταση μεγαλύτερη
Απόσταση μικρότερη
Προσανατολισμός
παράδειγμα
Relation
PLACE
TABLE-REAL
in EXTERNAL_CONTACT with
BED-REAL
with angles 270
and NOT MIRRORED
Relation R2
CHECK
TABLE-REAL
in INTERNAL_CONTACT with
SPACE-REAL
Relation R3
CHECK
TABLE-FUNCIONAL
in SECTION with
BED-FUNCIONAL
o Σχέσεις μεταξύ Σχέσεων
o
Λογική πράξη AND
o
Λογική πράξη OR
o
Λογική πράξη NOT
παράδειγμα
Relation CT CLOSET internal_contact_top SPACE
Relation CR CLOSET internal_contact_right SPACE
Relation CL CLOSET internal_contact_left SPACE
Relation (CT and CR ) or (CT and CL)
Περιγραφή των ορισμών του σχεδιαστικού προβλήματος (της Αρχιτεκτονικής Σύνθεσης):
Συνταντικοί και Γραμματικοί κανόνες για τον Χώρο και τα Αντικείμενα:
object <NAME> part <NAME2> kind <R/C/F> from <X1,Y1> dim <X2,Y2>
Συνταντικοί και Γραμματικοί κανόνες για τις Σχέσεις:
relation <RELNAME> <PLACE/CHECK>
<NEW_OBJECT_NAME,NEW_OBJECT_NAME2> <RULE>/<RULE NUM>
<EXISTING_OBJECT_NAME, EXISTING_OBJECT_NAME2> [with angles
<0,90,180,270> mirrors <ORIGINAL,MIRRORED>]
relation <RELNAME>
<ALLOF/ONEOF/NONEOF> <RELNAME2> <RELNAME3> ...
rules are: EXT_CNT, DIST_MIN, DIST_MAX, INT_CNT,
INT_LT, INT_RT, INT_DN, INT_UP, IN, EXT_LT, EXT_RT, EXT_DN, EXT_UP, INT
Από την φυσική γλώσσα στην γλώσσα CADRAM:
1. Φυσική γλώσσα
"I want to put a bed B and a table T
in a room R, so that the bed is in contact with the room R and the table T is
in contact with the room R and the bed"
2. Ανάλυση
"I want a Room of given dimensions
and attributes"
"I want a Bed of given dimensions and
attributes"
"I want a Table of given dimensions
and attributes"
"I want to put the Bed in contact
with Room"
"I want to put the Table in contact
with Room"
"I want to put the Table in contact
with Bed"
3. Προετοιμασία τυπικής έκφρασης
Object ROOM
rectangle R
kind REAL
from point 0,0
dimensions 10,8
Object BED
rectangle R
kind REAL
from point 0,0
dimensions 4,2
Object BED
rectangle F
kind FUNCTIONAL
from point 1,2
dimensions 3,1
Object BED
rectangle C
kind CONNECTIVE
from point 0,2
dimensions 1,1
Object TABLE
rectangle R
kind REAL
from point 0,0
dimensions 1,1
Object TABLE
rectangle F
kind FUNCTIONAL
from point 0,1
dimensions 1,1
Relation
PLACE
BED, R
in INTERNAL_CONTACT with
ROOM, R
with POSSIBLE_ANGLES 0,90,180,270 DEGREES
either NO MIRRORED, OR MIRRORED
Relation RELATION2
PLACE
TABLE, R
INSIDE
BED, C
with POSSIBLE_ANGLES 0,90,180,270 DEGREES
either NO MIRRORED, OR MIRRORED
Relation RELATION3
CHECK
TABLE, R
in INTERNAL_CONTACT with
ROOM, R
Relation FINAL
ALL RELATIONS OF:
RELATION1 RELATION2 RELATION3
4. Tυπική έκφραση
object SPACE part R kind R from 0,0 dim 8,6
object BED part BR kind R from 0,0 dim 4,2
object BED part BC kind C from 0,2 dim 1,1
object BED part BF kind F from 1,2 dim 3,1
object BEDSIDE part BSR kind R from 0,0 dim 1,1
object BEDSIDE part BSF kind F from 0,1 dim 1,1
relation K1 PLACE BED,BR INT_CNT SPACE,R with angles 0,90,180,270 mirrors ORIGINAL,MIRRORED
relation K2 PLACE BEDSIDE,BSR IN BED,BC with angles 0,90,180,270 mirrors ORIGINAL, MIRRORED
relation K3 CHECK BEDSIDE,BSR INT_CNT SPACE,R
relation main ALLOF K1 K2 K3
Χρήση του προγράμματος CADRAM - Παράδειγμα χρήσης:
1. Δημιουργία του αρχείου ορισμού "definition file" (ascii text format) με την βοήθεια του module CADRAM‑Editor, με on-line help για την γραμματική και το συντακτικό της γλώσσας.
2. Μεταγλώττιση (Compilation) του αρχείου ορισμού με την βοήθεια του module DEF2DBF και μετάφραση στα κατάλληλα αρχεία για τα modules CADRAM‑4‑Solver και AutoCADRAM‑Shape.
3. Αυτοματοποιημένη σχεδίαση των Στοιχείων, που προέρχονται από το αρχείο ορισμού, με το module AutoCADRAM‑Shape μέσα στο περιβάλλον του AutoCAD. Εδώ μπορούν να χρησιμοποιηθούν έτοιμα σύμβολα από βιβλιοθήκες και menus.
4. Επίλυση του προβλήματος με την βοήθεια του module CADRAM‑4‑Solver. Η παραγωγή όλων των λύσεων μπορεί να παρουσιάζεται ταυτόχρονα με δύο τρόπους, κατά την διάρκεια της επίλυσης: είτε μέσω του γραφικού περιβάλλοντος της Prolog (Borland Graphics), είτε μέσα στο περιβάλλον του AutoCAD.
5. Παρουσίαση
όλων των λύσεων με την βοήθεια του module AutoCADRAM‑Show
μέσα στο περιβάλλον του AutoCAD.
Μέσα σε όλα τα modules του προγράμματος CADRAM υπάρχει on-line help. Τα δύο τελευταία modules μπορούν να "τρέχουν" ταυτόχρονα, μέσω περιβάλλοντος "multi-tasking", για παράδειγμα σε "Windows".
Παράδειγμα παρουσίασης:
Ακολουθεί το πλήρες definition file,
το λογότυπο CADRAM και οι κατόψεις με τα αποτελέσματα όλων των 13 εναλλακτικών
λύσεων (όλα από το παράδειγμα της παρουσίασης της διπλωματικής):
; SPACE'S DEFINITION OBJECT space PART r KIND r FROM 0,0 DIM 8,6 OBJECT space PART c KIND c FROM 0,0 DIM 2,2 OBJECT space PART c2 KIND c FROM 6,0 DIM 2,2 OBJECT space PART c3 KIND c FROM 3,5 DIM 2,1 OBJECT space PART c4 KIND c FROM 7,2 DIM 1,2 ; OBJECTS' DEFINITION OBJECT door PART dr KIND r FROM 0,0 DIM 2,2 OBJECT window PART wc KIND c FROM 0,0 DIM 2,1 OBJECT closet PART clr KIND r FROM 0,0 DIM 4,1 OBJECT closet PART clf KIND f FROM 0,1 DIM 4,1 OBJECT closet PART clc KIND c FROM 0,-1 DIM 4,1 OBJECT closet PART clc2 KIND c FROM 4,0 DIM 1,1 OBJECT closet2 PART clr KIND r FROM 0,0 DIM 4,1 OBJECT closet2 PART clf KIND f FROM 0,1 DIM 4,1 OBJECT closet2 PART clc KIND c FROM 0,-1 DIM 4,1 OBJECT closet2 PART clc2 KIND c FROM 4,0 DIM 1,1 OBJECT bed PART br KIND r FROM 0,0 DIM 4,2 OBJECT bed PART bc KIND c FROM 0,2 DIM 1,1 OBJECT bed PART bc2 KIND c FROM 0,-1 DIM 4,1 OBJECT bed PART bf KIND f FROM 1,2 DIM 3,1 OBJECT bed PART bf2 KIND f FROM 4,0 DIM 1,3 OBJECT bedside PART bsr KIND r FROM 0,0 DIM 1,1 OBJECT bedside PART bsc KIND c FROM 0,1 DIM 1,1 OBJECT table PART tr KIND r FROM 0,0 DIM 4,2 OBJECT table PART tf KIND f FROM 1,3 DIM 3,1 OBJECT table PART tc KIND c FROM 0,2 DIM 4,1 OBJECT table PART tc2 KIND c FROM 0,-1 DIM 4,1 OBJECT table PART tc3 KIND c FROM -1,0 DIM 1,2 OBJECT table PART tc4 KIND c FROM 0,4 DIM 4,1 OBJECT chair PART cr KIND r FROM 0,0 DIM 1,1 OBJECT chair PART cc KIND c FROM -1,1 DIM 4,1 OBJECT chair PART cf KIND f FROM 1,0 DIM 1,1 OBJECT chair PART cf2 KIND f FROM -1,0 DIM 1,1 OBJECT small PART sr KIND r FROM 0,0 DIM 2,1 OBJECT small PART sf KIND f FROM 0,1 DIM 2,1 ; RELATIONS' DEFINITION RELATION d1 place
door,dr in space,c RELATION d2 place
door,dr in space,c2 RELATION d12 oneof d1 d2 RELATION w1 place
window,wc in space,c3 RELATION w2 place
window,wc in space,c4 RELATION w12 oneof w1 w2 RELATION cl1 place
closet,clr int_cnt space,r RELATION cl2 check closet,clc in space,r RELATION cl2n noneof cl2 RELATION cl3 check closet,clc2 in space,r RELATION cl3n noneof cl3 RELATION cl4 check closet,clr int window,wc RELATION cl4n noneof cl4 RELATION cl23 allof cl3n cl2n cl4n RELATION cll1 place
closet2,clr int_cnt
space,r RELATION cll2 check closet2,clc in space,r RELATION cll2n noneof cll2 RELATION cll3 check closet2,clc2 in space,r RELATION cll3n noneof cll3 RELATION cll4 check closet2,clr int window,wc RELATION cll4n noneof cll4 RELATION cll23 allof cll3n cll2n cll4n RELATION b1 place
bed,br int_cnt space,r RELATION b3 check bed,bc2 in space,r RELATION b3n noneof b3 RELATION b4 check bed,bc2 in closet,clf RELATION b34 oneof b3n b4 RELATION bs1 place
bedside,bsr in bed,bc RELATION bs2 check bedside,bsc in bed,br RELATION bs3 check bedside,bsr int_cnt space,r RELATION t1 place
table,tr int_cnt space,r RELATION t2 check window,wc int table,tr RELATION t3 check table,tc2 in space,r RELATION t3n noneof t3 RELATION t4 check table,tc3 in space,r RELATION t4n noneof t4 RELATION t5 check table,tc4 in space,r RELATION
t5n noneof t5 RELATION
t34 allof t4n t3n RELATION
t45 allof t5n t4n RELATION
t345 oneof t34 t45 RELATION ch1 place
chair,cc in table,tr RELATION ch2 check chair,cr in table,tc RELATION s1 place
small,sr int table,tc RELATION s2 check small,sf int table,tf RELATION main allof d12 w12 cl1 cl23 b1 b34 bs1 bs2 bs3 t1 t2 ; RELATION main allof d12 w12 cl1 cl23 b1 b34 bs1 bs2 bs3 t1 t2 |
|
Βιβλιογραφία
Βενέρης Γ, 1991, "Από την σχεδίαση στον σχεδιασμό και τις εφαρμογές της τεχνητής νοημοσύνης", Ο Κατασκευαστής, τ.171, σ.42-47.
Βιριράκης Λ, 1990, "Μέθοδος αρχιτεκτονικού σχεδιασμού σε συνεχή περιοχή αναζήτησης", Διδακτορική Διατριβή, Αθήνα.
Βρυχέα Α, Μωραϊτης Κ, 1987, Αντικείμενο καθημερινής χρήσης ΙΙ (Ε.Μ.Π., ΑΘΗΝΑ).
Akin
O, 1986, "A formalism for problem restructuring and resolution in
design", Environment and Planning B:
Planning and Design, v.9, p.95-111.
Alexander
C, 1964, "Notes on the Synthesis of Form",
Alty
JL and Coombs MJ, 1984, Expert Systems
(Concepts and examples), NCC Publications, The National Computing Centre
Ltd,
Banham
R, 1960, "Theory and Design in the first Machine Age", Architectural
Press,
Borland, 1986, Turbo
Prolog, 1st Edition,
Ching
F, 1979, "Architecture, Form, Space & Order", Van Nostrand Reinhold
Eastman
CM, 1972, "Logical methods of building design: A synthesis and
review", DMG-DRS Journal: Design
research and methods, v.6, n.3, p.79-87.
Korf
RE, 1987, "Planning as a search: A quantitative approach", Artificial Intelligence, v.33, p.65-88.
Le Corbusier,
1948, "Modulor"
Los
M, 1973, "Spatial Design and Artificial Intelligence",
Mitchel
WJ, 1975, "The theoretical foundation of computer aided architectural
design", Environment and Planning B,
v.2, p.127-150.
Mitchell
W, 1990, "The Logic Of Architecture, Design, Computation and
Cognition", ed. MIT Press
Moneo
R, 1978, "On Typology", Oppositions, nº 13
Neufert
Ε, 1972 Οικοδομική, Εκδοση 4, (Μ.Γκιούρδας, Αθήναι).
Newell
A, Shaw JC, and Simon HA, 1959, Report on
a general problem-solving program, Proceedings of international conference
on information processing (UNESCO), P.256-265.
Newell
A, 1966, On the analysis of human problem
solving protocols, Gardin (ed) PUF. 1968, p.145-185.
Panero
J & Zelnik M, 1979, Human dimension
& interior space (
Rich
E, 1983, Artificial Intelligence,
McGraw_Hill Book Company,
Sacredoti
ED, 1974, "Planning in an Hierarchy of Abstraction Spaces", Artificial Intelligence, v.5, p.115-135.