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

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1 Presentazione del corso Informatica per il Design Generativo Facoltà di Architettura SUN AA Docente Francesco Mele

2 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

3 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

4 L’ontologia di preziosi

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

6 Classi di unità tecnologiche, unità tecnologiche e classi di elementi tecnici (UNI 8290) rappresentate come classi di un’ontologia formale

7 Classi di unità tecnologiche rappresentate mediante un’ontologia formale (Protegé)

8 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).

9 Oggetti composti in rappresentazioni ontologiche
Cx Travex Cy

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

11 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].

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

13 Un esempio di relazione formed_by part-of

14 Modelli cognitivi di progettazione- agenti razionali

15 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

16 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

17 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

18 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

19 Ontologie e ragionamento spaziale
col1 trave col2 trave trave trave trave col1 col1 col1 col1

20 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)

21 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.

22 Rappresentazioni Spaziali
Meronomie/Olonomie Part-Whole

23 Tre principali categorie per le relazioni spaziali
Relazioni topologiche; Relazioni direzionali; Relazioni di prossimità

24 Una classificazione delle relazioni spaziali

25 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

26 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

27 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

28 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

29 Relazioni direzionali
Ad esempio Longitudine, Latitudine Oppure qualitative del tipo:

30 Parti connesse e parti proprie

31 Una domanda di interesse teorico: un individuo è uguale alla somma delle sue parti?

32 Oggetti composti in rappresentazioni ontologiche
Cx Travex Cy

33 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

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

35 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].

36 Modelli di artefatti come gerarchia di relazioni spaziali

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42 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