Architekturoptimierung

Weil die Ressourcen knapp sind, schaffen wir Werte.

  • By TypoGen
  • 26. Juli 21 2020
  • Glossar

Glossar digitale Entwurfswerkzeuge

In diesem Abschnitt finden Sie relevante Begriffe, um sich tiefer mit dem Thema digitale Entwurfswerkzeuge zu beschäftigen. Dies ist sicher keine abschließende Auflistung und Erklärung aller relevanter Begriffe. Die Zusammenstellung ist lediglich als Einstieg in das Thema gedacht.

Aktive Werkzeuge sind intelligente Berechnungswerkzeuge, die Entscheidungsfindungsprozesse durch Auswertung und Folgerungen aktiv unterstützen.

Architektur ist die Problemlösung während eines Entwurfsprozesses für Gebäudeentwürfe oder Gebäudekomponenten. Die Fähigkeiten des Entwurfs, der Planung, der Beschaffung, der Konstruktion oder der Umsetzung in der gebauten Umwelt streben auf eine Verbesserung der gebauten Umwelt. Der multidisziplinäre Standpunkt eines Verständnis von Architektur bringt vielfältige Facetten ein. Daher muss Architektur im weiteren Kontext der Praxis definiert werden, welche sich über die Grenzen des Berufsstandes hinaus erstreckt und zur Kommunikation mit allen Bereichen, Interessengruppen und Berufen führt, die mit dem Entwurf von Gebäuden, Gebäudekomponenten oder der gebauten Umwelt in Verbindung stehen.

Unter Augmentation versteht man die Erweiterung der menschlichen Fähigkeiten durch Maschinen. Sie ist dreifacher Natur. Augmentation kann Mittel bereitstellen, um die Effizienz der menschlichen Kognition, Wahrnehmung und Motorik durch die Einführung technologischer Lösungen zu steigern. Der Einsatz interaktiver Technologie zur Erweiterung menschlicher Handlungsfähigkeit ist für das Konzept der Augmentation von entscheidender Bedeutung. Ein vollständig automatisierter Ansatz, bei dem die menschliche Handlungsfähigkeit ersetzt wird, ersetzt die menschlichen Fähigkeiten, anstatt sie zu erweitern.

Die Benutzerschnittstelle ist ein Apparat oder Mechanismus, der zur Kommunikation von Informationen oder Befehlen zwischen Mensch und Computer in der Mensch-Computer-Interaktion verwendet wird.

Computer Vision baut auf den Fortschritten bei optischen Sensoren in den letzten Jahrzehnten auf. Die Idee von Computer Vision als Mittel zur Integration der visuellen Wahrnehmung in rechnergestützte Systeme erweitert die Fähigkeiten in der künstlichen Intelligenz. Im Allgemeinen wird eine Bild- oder Videoquelle durch Extraktion von Merkmalen analysiert, um Informationen über die verarbeiteten Quelldaten zu gewinnen. Zu den Bildmerkmalen gehören eine ganze Reihe von einfachen Merkmalen, z.B. die durchschnittliche Bildfarbe und komplexe Merkmale, die durch eine Analyse der Bilddaten auf höherer Ebene, z.B. Histogramme, erzeugt werden. Bei Wahrnehmungsaufgaben werden die Bildmerkmale, die zur Erfüllung einer Wahrnehmungsaufgabe notwendig sind, durch die Art der Aufgabe definiert.

Emergente Repräsentationen basieren auf einfachen Regeln. Sie beschreiben Mengen von geometrischen Varianten. Emergente Repräsentationen sind die Grundlage für den generativen Entwurf und bestimmen die Variabilität der erzeugten Lösungen (z.B. Flächen oder Formen).

Emergenz definiert den Prozess der Erzeugung komplexer Designlösungen, die sich auf der Grundlage der Anwendung einfacher Regeln materialisieren. Diese Regeln sind nicht-deterministisch und erlauben es durch Auswahl, Kombination und Anwendung dieser Regeln ein breites Spektrum von Lösungen zu generieren.

Entscheidungsvariablen spezifizieren die numerischen Werte, die während der Entscheidungsfindungsprozesse iteriert werden, um verschiedene Lösungen zu untersuchen.

Der Entwurf ist die kontinuierliche Erkundung eines Problemraums, um ein gewünschtes Stadium zu erreichen, während ständig über die Problemdefinition nachgedacht wird. Durch iterative Interaktion mit dem Problem wird die Problemdefinition verfeinert, während verschiedene Designlösungen betrachtet werden. Das Verständnis des Problems aus einer Vielzahl von Blickwinkeln führt zu einem kreativen Prozess der Problemlösung.

Die Entwurfsmethode ist eine Herangehensweise an den Entwurf, die sich mit den Theorien, Mitteln und Instrumenten befasst, die während der Entwurfsprozesse verwendet werden. Die bestimmende Richtung von Entwurfsmethoden reicht von Bottom-up- bis zu Top-down-Methoden. Bottom-up-Methoden sind Entwurfsmethoden, welche die selbstorganisierenden Eigenschaften eines Systems ausnutzen, um auf der Grundlage einfacher Regeln Entwurfslösungen zu generieren. Top-down-Methoden gehen von einer Vision oder einem Verständnis des Gesamtentwurfs aus, die auf eine kontinuierliche Definition der konstituierenden Subsysteme hinarbeitet.

Die Entwurfsstrategie bietet einen Plan von Entwurfsschritten, der darauf abzielt, ein bestimmtes Ziel zu erreichen. Eine Entwurfsstrategie kann Entwurfsmodi, Werkzeuge für den Entwurf, Entwurfsmethoden oder Entwurfszustände definieren, die als geeignet angesehen werden, um eine bestimmte Reihe von Zielen und Anforderungen während des Entwurfsprozesses zu erreichen.

Evaluation ist der Prozess der Anwendung von Kriterien auf Lösungsansätze. Sie kann qualitative Kriterien implizit durch Benutzereingaben bestimmen. Quantitative Bewertung auf der Grundlage von klar definierten Leistungskriterien zu verwenden ist die Stärke von digitaler Informationsverarbeitung.

Expertensysteme sind regelbasierte Systeme, die in der Lage sind Entscheidungen unter Verwendung von Wenn-Dann-Regeln für den Entscheidungsfindungsprozess zu treffen.

Explizites Wissen bezieht sich auf die Expertise eines Individuums, die auf konzeptueller, theoretischer oder methodologischer Ebene vermittelt werden kann.

Die explorative Suche ermöglicht das Erkunden von Gebäudevarianten, die durch emergente Repräsentationen im generativen Entwurf erzeugt werden.

Die Formfindung verwendet algorithmische oder materielle Systeme, um emergente Formen zu finden. Bei der Formfindung gibt der Designer die Umgebung und die Rahmenbedingungen an, die zur Entstehung der Form führen. Die Form selbst wird durch das Einpendeln komplexer Gleichgewichtsbedingungen innerhalb des algorithmischen oder materiellen Systems erzeugt.



Generatives Entwerfen ist ein rechnergestützter Designprozess, der Bottom-up-Methoden wie einfache Regeln und Verhaltensweisen verwendet, um eine Reihe von Entwurfslösungen zu entwickeln.

Der Gestaltungsraum wird durch die Anforderungen, Parameter und Einschränkungen definiert, die an einen Entwurfsprozess gestellt werden, indem Faktoren wie Interessengruppen, Standort und Umgebung beeinflusst werden. Während des Designprozesses wird der Designraum kontinuierlich durch konvergierende Designexplorationen nach anfänglicher Divergenz zur Erkundung der Designmöglichkeiten kontinuierlich begrenzt. Als Ergebnis dieses Prozesses wandelt sich der Entwurfsraum zum Lösungsraum, der die durchführbaren Lösungen umfasst, die das Entwurfsproblem lösen.

Das Human-In-The-Loop-System nutzt die menschliche Handlungskompetenz und Expertise, um rechnergestützte Systeme zu verbessern und gleichzeitig die menschlichen Fähigkeiten mit der Rechenleistung des Systems zu ergänzen. Als Ergebnis wird eine symbiotische Beziehung zwischen Mensch und Maschine hergestellt. Bei Human-In-The-Loop-Systemen wechseln sich Perioden der Bewertung durch den Nutzer mit Perioden der automatischen Auswertung ab.

Implizites Wissen ist in Verhaltensweisen, Entwurfsausdruck und Objekten gespeichertes Wissen, welches nicht explizit angegeben oder ausgedrückt wird, da dies oft nicht direkt möglich ist.

Individuelle Massenproduktion verwendet einen begrenzten Menge von Merkmalen, um Variationen von Produkten aus einem Kernprodukt zu erstellen.

Interaktion bedeutet die Kommunikation zwischen Kommunikationspartnern, die verschiedene Mittel zum Informationsaustausch verwenden.

Interaktive Optimierung ermöglicht die Benutzereingabe in den Optimierungsprozess. Einer der Kernpunkte der interaktiven Optimierung ist die enge Interaktion zwischen Mensch und Computer, bei der für jede Lösung eine Bewertung durch den Nutzer stattfindet. Ein anderer Ansatz ist die breite Interaktion, bei der die künstliche Bewertung für eine begrenzte Anzahl von Lösungen erfolgt, die dem Nutzer präsentiert werden. In der Zwischenzeit findet eine Bewertung durch das computer-basierte System statt.

Klassifizierungsalgorithmen trennen Datensätze in konkrete Abschnitte, indem sie Teile der Daten für die Kategorisierung zusammenfassen. Die Klassifikation wird auch bei der Vorhersage von Werten auf der Grundlage von Trainingsdaten verwendet. Die Bedeutung der Klassifikation wird durch den rechnerischen Einsatz von Klassifikationsalgorithmen zum Training von Klassifizierern für die Datenvorhersage erfasst.

Kreative Systeme sind Systeme, die menschliche Designer in kreativen Prozessen oder bei der kreativen Entscheidungsfindung unterstützen. Eine andere Art von kreativen Systemen kann auch eigenständig kreative Arbeit erleichtern. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt wird der zweite Ansatz für kreative Systeme erforscht, während dem Unterstützungssysteme für kreative Prozesse ihren Weg in die musikalische, künstlerische und gestalterische Praxis finden.

Künstliche Intelligenz ist die Verwendung von lernbasierten Algorithmen zur Emulation menschlicher Intelligenz in Computersystemen. Als rechnergestützter Ansatz wird künstliche Intelligenz eingesetzt, um die kognitiven Fähigkeiten des menschlichen Geistes zu erweitern. Die Fähigkeiten eines Systems künstlicher Intelligenz werden durch seine Subsysteme, ihre Beziehung und die Interaktion des Algorithmus mit seiner Umgebung bestimmt.

Leistungskriterien beziehen sich auf das Maß der Qualitäten, die den Material- und Energieverbrauch eines Gebäudes oder funktionale, wirtschaftliche und ökologische Verbesserungen der Architektur ermöglichen. Die Leistung kann je nach Problemspezifikation für das Gesamtsystem oder für Teilsysteme des architektonischen Ganzen gemessen werden.

Das maschinelle Lernen spezifiziert einen Satz von Algorithmen, die es ermöglichen das Lernverhalten in Computern auf der Grundlage Eingabedatensatzes festzulegen. Die Methode basiert auf analytischen Modellen, die Eingabedaten untersuchen, um ermittelte Informationen darzustellen, die im Datensatz nicht explizit vorhanden sind.

Die Mensch-Computer-Interaktion befasst sich mit den interaktiven Aspekten zwischen Mensch und Computer. Als Teilgebiet der Mensch-Maschine-Interaktion untersucht die Mensch-Computer-Interaktion die Interaktionsmodi, Schnittstellen und Mechanismen des Informationstransfers während der menschlichen Nutzung von Computern zur Ausführung bestimmter Aufgaben.

Die Mensch-Maschine-Interaktion ist eine Erweiterung der Mensch-Computer-Interaktion zur Beschreibung des Kommunikationsprozesses zwischen Mensch und Maschine.

Optimierungsstrategie bezieht sich auf die Planung von Schritten, die einen Optimierungsprozess definieren, der hauptsächlich aus Geometrieerzeugung, Simulationsmethoden und Auswertung festgelegter Kriterien und Rahmenbedingungen besteht. Eine Optimierungsstrategie kann andere, für die jeweilige Anwendung des Optimierungssystems spezifische Funktionen enthalten, wie z.B. Mechanismen zur Bereitstellung von Nutzereingaben bei der interaktiven Optimierung.

Das Optimum wird durch den Kompromiss zwischen Leistungskriterien, Anforderungen und Rahmenbedinungen spezifiziert und ermittelt durchführbare Lösungen mit hohen Fitnesswerten in Bezug auf ein oder mehrere Leistungskriterien hin.

Parameter sind numerische Werte, die eine Lösung definieren. Im Zusammenhang mit der Architekturoptimierung werden Parameter als Teil des Entscheidungsprozesses iteriert. Hier sind die Parameter während der Erkundung eines Entwurfsraums variabel.

Die Repräsentation zeigt eine strukturelle Beschreibung einer Entwurfslösung auf, die es ermöglicht aus dieser abstrakten Kodierung eine Reihe von Entwurfsvarianten durch Einführung von Parametern in Gebäudeentwürfe zu übersetzen.

Schnittstellen definieren die Berührungspunkte des Informationsaustauschs in der Interaktion. Daher spezifizieren Schnittstellen den Interaktionsmodus und die Art der Information, die zwischen Kommunikationspartnern ausgetauscht wird.

Die Simulation interpretiert die Realität durch die Erstellung eines Rechenmodells, das ein Systemverhalten darstellt. Im Zusammenhang mit der architektonischen Optimierung wird die Simulationverwendet, um Erkenntnisse über die Auswirkungen von Umweltparametern, die strukturelle Leistung oder den Personenfluss in und um Gebäude zu gewinnen.

Die Tektonik definiert die Art und Weise, wie verschiedene Konstruktionselemente in architektonischen Entwürfen miteinander verbunden sind.

Die Typologie untersucht die Geschichte, Merkmale und Elemente von Gebäudetypen. Die Typologie kann dazu verwendet werden, Wissen zu extrahieren, das implizit im traditionellen Ausdruck von Gebäudemerkmalen gespeichert ist.

Variablen sind nummerische Werte, die in rechnergestützten Entwurfsprozessen iteriert werden. Es muss eine Hauptunterscheidung zwischen diskreten und kontinuierlichen Werten getroffen werden. Diskrete Variablen sind in der Lage, einen bestimmten Satz von Zahlen auszudrücken, während kontinuierliche Variablen jeden Wert innerhalb eines numerischen Bereichs annehmen können.

Wissensrepräsentation spezifiziert den Modus der Beschreibung und Speicherung von Wissen, das in rechnergestützten Prozessen erzeugt wird. Die Hauptanwendungen der Wissensrepräsentation sind Wissenskonservierung, Lernprozesse und Entscheidungsunterstützung.

Weiterführende Hinweise

Im Bereich digitales Entwerfen gibt es eine Vielzahl von technischer Werkzeuge. Einen guten Einstieg bieten parametrische Enturfsprozesse mit Grasshopper (für Rhinoceros CAD) und Dynamo (für Autodesk Revit). Desweiteren sind moderne Skript-Sprachen wir Python und c# ein fruchtbarer Ansatz um digitale Werkzeuge selbst zu erstellen. Im Bereich künstliche Intelligenz empfehlen wir Python für Prototypen (mit den entsprechenden Bibliotheken, wie z.B. SciKit Learn oder Tensorflow).

Wir können nur eine kurze Distanz in die Zukunft blicken, aber dort können wir eine Menge sehen, was getan werden muss.”

Alan Turing

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Manuel Mühlbauer

Gründer von Futureimmersion
interessiert sich außerdem für additive Fertigung, intelligente Produktionssysteme
und die kreativen Möglichkeiten in der Anwendung künstlicher Intelligenz.

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