Presentazione del corso Informatica per il Design Generativo
Facoltà di Architettura SUN
AA 2007-2008
Docente Francesco Mele
[email protected]
Argomenti delle lezioni
1- Dalle rete semantiche alle ontologie
2 - Introduzione alle Ontologie
3 – Protegé (uno strumento per la creazione e l’editing di ontologie) –
alcuni plugins
4 - Creazioni di ontologie per modelli di artefatti
5 - Rappresentazione di relazioni spaziali quantitative e qualitative.
Ragionamento spaziale;
6 – Rappresentazione di vincoli – il plugin PAL (Protegé Axiom
Language)
7 - Introduzione alla rappresentazione e al ragionamento funzionale
8- Progettazione generativa formale di artefatti.
9- Visualizzazione di modelli di artefatti
10 - Progetto per la costruzione di un modello generativo di artefatti
Ontologie basate su frame
Frame (classe)
Dimensione
verticale
Bene culturale
Istanza
Slot
“E’ un”
“Sottoclasse
di”
“Sottoclasse di”
Monumento
“Sottoclasse di”
nome
tipo
Statua
Parte di
Chiesa
Altare
Parte di
Statua_di_Dante
Abside
“E’ un”
Stile
Gotico
Chiesa di S. Chiara
Altare_di_S-Chiara
“E’ un”
Abside_S-Chiara
Dimensione
orizzontale
Stile, “Parte di”, “Autore_di”
L’ontologia di preziosi
L’ontologia dei bicchieri
Glasies
flutes
ballons
Low
Ballons
High
Ballons
cocktails
Champagne
Tumblers
Low
Tumbler
Medium
Tumbler
High
Tumbler
Classi di unità tecnologiche, unità tecnologiche e classi di elementi tecnici
(UNI 8290) rappresentate come classi di un’ontologia formale
Classi di unità tecnologiche
rappresentate mediante un
formale (Protegé)
Classi di unità tecnologiche e Parti Totalità
Edificio edx
A
D
B
E
parte_di(ppv1, edx)
La parete perimetrale ppv1
fa parte dell’edificio edx
C
ppv1
parte_di(P, T):- formato_da(T.P).
format_da(T.P):formato_da(T,T1),
formato_da(T1,P).
Oggetti composti in
rappresentazioni ontologiche
Travex
Cx
Cy
Classi di ontologie
come modello
generativo (1)
Variando
dimensioni
trave
col1
col2
Classi di ontologie come
modello generativo (2)
Variando
relazioni
RELAZIONI SPAZIALI QUALITATIVE
r1:sotto[obj1->col1,obj2->trave].
r2:sotto[obj1->col2,obj2->trave].
r3:incontra[obj1->col1,obj2->trave].
r4:incontra[obj1->col2,obj2->trave].
r5:estremitaDx[obj1->col2,obj2->trave].
r6:estremitaSx[obj1->col1,obj2->trave].
trave
col1
col2
L’ontologia in
Protégé
path side
section
wedding-ring angle
Un esempio di
relazione
formed_by
part-of
Modelli cognitivi di progettazione- agenti razionali
Assunzione della teoria rappresentazionale della
cognizione
Le credenze,
desideri ed altri
atteggiamenti
preposizionali sono
stati relazionali.
Avere una credenza
o un desiderio dotati
di un particolare
contenuto, vuol dire
avere nella mente
un’occorrenza
(token) di una
rappresentazione
dotata di quel
contenuto
immagazzinata nella
mente nel modo
funzionalmente
opportuno (Shaun
N., Stich S.)
MENTE
Credenza
Desiderio
token
token
domani piove
domani non
piove
Assunzione di base per la rappresentazione
La mente contiene
due differenti tipi
di stati
rappresentazionali,
credenze e
desideri. (Shaun N.,
Stich S.)
Le credenze sono
create/causate
generalmente in
maniera diretta
dalla percezione
I desideri/scopi
sono generati da
credenze e scopi
preesistenti
Credenze
Desideri
• domani piove
• domani non
• la juve gioca
bene
• andare al mare
piove
Modelli
cognitivi di
progettazione
- agenti
razionali
Beliefs Goals
Goals
Belief
model
artefact_state
Rendering
Revision
New goals
New beliefs
New model
?
Ciclo di progettazione
Beginning cycle
Goals
Model
Feedback
3D rendering
not satisfactory appraisal
Artefact
not satisfactory appraisal
satisfactory appraisal
End cycle
Model
generation
cycle
Ontologie e ragionamento spaziale
trave
col1
trave
col1
col2
trave
col1
trave
col1
trave
col1
Tipi di relazione part-whole /olonomia-meronomia
• Componente - Oggetto (ramo/albero, altare/chiesa,..,);
• Membro - Collezione (albero/foresta, quadro_x/collezione_quadri,..,)
• Porzione - Massa (fetta, torta)
• Materiale - Oggetto (alluminio/aereoplano)
• Caratteristica - Attività (pagamento/shopping)
• Sito - Area (Roma-Lazio)
• Fase - Processo (adolescenza-crescita)
Possono essere ridotti a quattro (IRIS)
• funzione - parte (Fase-Processo, Caratteristica-Attività)
• segmenti - parte (Componente-Oggetto, Sito-Area)
• collezione - membro (Componente-Oggetto, Materiale-Oggetto)
• sottinsieme - insieme (Porzione - Massa)
RELAZIONI PARTE-TOTALITA’
Winston, Chaffin e Hermann hanno proposto le relazioni chiamate WCH,
definendo sei diversi tipi di relazioni. Tali relazioni sono distinguibili sulla
base di tre criteri: funzionalità, omogeneità, separabilità.
Componente/Oggetto: definisce la relazione tra oggetti composti e le loro parti.
Le parti sono separabili ed hanno una loro funzionalità, per esempio altare/chiesa.
Membro/Collezione: definisce la relazione di appartenenza ad una collezione. I
membri non hanno un ruolo funzionale nella collezione e possono essere pertanto
separati, ad esempio albero/foresta, colonna/colonnato.
Porzione/Massa: definisce la relazione di aggregati omogenei. La massa è
considerata come un insieme di parti aventi le stesse caratteristiche, e tali parti
sono dello stesso tipo della totalità a cui appartengono e non sono separabili. Per
esempio come visto precedentemente, fetta/torta.
Materiale/Oggetto: definisce la relazione tra oggetti e il materiale di cui sono
fatti. In questo caso il materiale non può essere separato dall’oggetto, non ha
funzionalità e non è omogeneo. Per esempio acciaio/bici.
Caratteristica/Attività: definisce la fase di un’attività. La fase, come un
componente, ha una suo ruolo funzionale ma non è separabile. Per esempio
pagamento/shopping.
Sito/Area: definisce una relazione spaziale tra regioni occupate da differenti
oggetti. Come porzione/massa, sito/area è omogenea, poiché ogni parte della
regione è simile nella sostanza all’intera regione, ma essa non può essere separata,
per esempio oasi/deserto.
Meronomie
/Olonomie
Rappresentazioni
Spaziali
Part-Whole
Tre principali categorie per le relazioni spaziali
• Relazioni topologiche;
• Relazioni direzionali;
• Relazioni di prossimità
Una classificazione delle relazioni spaziali
Relazioni topologiche
B è dentro A
A copre B
A
A
B
A è equivalente
aB
B
A incontra B
B
A
A
B
A disgiunto B
B sovrappone A
A
A
B
B
INDETERMINATEZZA DELLE RELAZIONI
SPAZIALI QUALITATIVE (1)
trave
col1
OGGETTO COMPOSTO
portale [...formato_da->>{trave, col1, col2},
relazioni_spaziali->>{r1, r2, r3, r4, r5, r6} ...]
col2
AD ESEMPIO LA RELAZIONE SPAZIALE QUALITATIVA:
r1:sotto[obj1->col1,obj2->trave].
trave
col1
trave
col1
trave
col1
trave
col1
INDETERMINATEZZA DELLE RELAZIONI
SPAZIALI QUALITATIVE (2)
trave
col1
OGGETTO COMPOSTO
portale [...formato_da->>{trave, col1, col2},
relazioni_spaziali->>{r1, r2, r3, r4, r5, r6} ...]
col2
AD ESEMPIO LA RELAZIONE SPAZIALE QUALITATIVA:
r3:incontra[obj1->col1,obj2->trave].
trave
col1
trave
trave
col1
col1
trave
col1
Relazioni di prossimità
Rappresentano relazioni di distanza fra gli oggetti: possono
essere qualitative e quantitative
Qualitative:
Quantitative:
l’edificio rosso si
trova nei pressi
(vicino/a pochi passi,
etc) dall’edificio
azzurro
l’edificio rosso si
trova a quindici metri
dall’edificio azzurro
Relazioni direzionali
Ad esempio Longitudine, Latitudine
Oppure qualitative del tipo:
Parti connesse e parti proprie
Una domanda di interesse teorico: un individuo è
uguale alla somma delle sue parti?
Oggetti composti in rappresentazioni
ontologiche
Travex
Cx
Cy
ISTANZE DI OGGETTI COMPOSTI:
Descrizioni qualitative + Descrizioni quantitative + Regole di inferenze (I)
trave OGGETTO COMPOSTO
portale [...formato_da->>{trave, col1, col2},
relazioni_spaziali->>{r1, r2, r3, r4, r5, r6} ...]
col1
col2
RELAZIONI SPAZIALI QUALITATIVE
r1:sotto[obj1->col1,obj2->trave].
r2:sotto[obj1->col2,obj2->trave].
r3:incontra[obj1->col1,obj2->trave].
r4:incontra[obj1->col2,obj2->trave].
r5:estremitaDx[obj1->col2,obj2->trave].
r6:estremitaSx[obj1->col1,obj2->trave].
Descrizioni
qualitative
Classi di ontologie
come modello
generativo (1)
Variando
dimensioni
trave
col1
col2
Classi di ontologie come
modello generativo (2)
Variando
relazioni
RELAZIONI SPAZIALI QUALITATIVE
r1:sotto[obj1->col1,obj2->trave].
r2:sotto[obj1->col2,obj2->trave].
r3:incontra[obj1->col1,obj2->trave].
r4:incontra[obj1->col2,obj2->trave].
r5:estremitaDx[obj1->col2,obj2->trave].
r6:estremitaSx[obj1->col1,obj2->trave].
trave
col1
col2
Modelli di artefatti come gerarchia
di relazioni spaziali
Strategia per il design generativo
Definizione del
modello
dell’artefatto
(totalità)
mediante
aggregazione
di parti
Definizioni
delle parti
mediante
classi
1- individuazione della classe
di studio
2- individuazione delle parti
3- individuazione delle relazioni
spaziali fra le parti
4- individuazione dei vincoli
sulle parti
Istanziazione
delle parti
della totalità
Verifica
dei
vincoli
Rendering
del modello