Presentazione del corso Informatica per il Design Generativo Facoltà di Architettura SUN AA 2007-2008 Docente Francesco Mele f.mele@cib.na.cnr.it

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 Dimensione verticale Frame (classe) Bene culturale Istanza “E’ un” Slot “Sottoclasse di” “Sottoclasse di” Monumento “Sottoclasse di” nome Parte di Altare Statua Chiesa tipo Parte di Abside “E’ un” Statua_di_Dante Stile Gotico Chiesa di S. Chiara Altare_di_S-Chiara “E’ un” Abside_S-Chiara Stile, “Parte di”, “Autore_di” Dimensione orizzontale

L’ontologia di preziosi

L’ontologia dei bicchieri Glasies Champagne flutes ballons cocktails Tumblers Medium Tumbler Low Tumbler High Tumbler Low Ballons High Ballons

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’ontologia formale (Protegé)

Classi di unità tecnologiche e Parti Totalità Edificio edx A B C D E parte_di(ppv1, edx) La parete perimetrale ppv1 fa parte dell’edificio edx 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 Cx Travex Cy

Classi di ontologie come modello generativo (1) Variando dimensioni col1 trave col2

Classi di ontologie come modello generativo (2) col1 trave col2 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].

L’ontologia in Protégé path side section wedding-ring angle L’ontologia in Protégé

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 Desideri domani non piove andare al mare Credenze domani piove la juve gioca bene

Modelli cognitivi di progettazione- agenti razionali Goals Beliefs Rendering Goals Belief model artefact_state Revision ? New goals New beliefs New model Modelli cognitivi di progettazione- agenti razionali

Ciclo di progettazione Beginning cycle Goals Model Model generation cycle Feedback 3D rendering not satisfactory appraisal satisfactory appraisal Artefact not satisfactory appraisal satisfactory appraisal End cycle

Ontologie e ragionamento spaziale col1 trave col2 trave trave trave trave col1 col1 col1 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.

Rappresentazioni Spaziali Meronomie/Olonomie 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 A A copre B B B A è equivalente a B A incontra B A B B A A A A disgiunto B B sovrappone A B B

INDETERMINATEZZA DELLE RELAZIONI SPAZIALI QUALITATIVE (1) col1 trave col2 OGGETTO COMPOSTO portale [...formato_da->>{trave, col1, col2}, relazioni_spaziali->>{r1, r2, r3, r4, r5, r6} ...] AD ESEMPIO LA RELAZIONE SPAZIALE QUALITATIVA: r1:sotto[obj1->col1,obj2->trave]. trave trave trave trave col1 col1 col1 col1

INDETERMINATEZZA DELLE RELAZIONI SPAZIALI QUALITATIVE (2) col1 trave col2 OGGETTO COMPOSTO portale [...formato_da->>{trave, col1, col2}, relazioni_spaziali->>{r1, r2, r3, r4, r5, r6} ...] AD ESEMPIO LA RELAZIONE SPAZIALE QUALITATIVA: r3:incontra[obj1->col1,obj2->trave]. trave trave trave trave col1 col1 col1 col1

Relazioni di prossimità Rappresentano relazioni di distanza fra gli oggetti: possono essere qualitative e quantitative Quantitative: l’edificio rosso si trova a quindici metri dall’edificio azzurro Qualitative: l’edificio rosso si trova nei pressi (vicino/a pochi passi, etc) 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 Cx Travex Cy

ISTANZE DI OGGETTI COMPOSTI: Descrizioni qualitative + Descrizioni quantitative + Regole di inferenze (I) col1 trave col2 OGGETTO COMPOSTO portale [...formato_da->>{trave, col1, col2}, relazioni_spaziali->>{r1, r2, r3, r4, r5, r6} ...] 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 col1 trave col2

Classi di ontologie come modello generativo (2) col1 trave col2 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].

Modelli di artefatti come gerarchia di relazioni spaziali

Strategia per il design generativo Definizione del modello dell’artefatto (totalità) mediante aggregazione di parti Istanziazione delle parti della totalità Rendering del modello Definizioni delle parti mediante classi Verifica dei vincoli 1- individuazione della classe di studio 2- individuazione delle parti 3- individuazione delle relazioni spaziali fra le parti 4- individuazione dei vincoli sulle parti