Генеративный дизайн и онтологический инжиниринг в градостроительстве

Введение. Генеративный дизайн — это методология, основанная на использовании алгоритмов и приложений для генерации итеративных и вариативных дизайнерских решений. Он позволяет анализировать и учитывать множество факторов, таких как топография, климатические условия, потоки людей, транспортные сети и другие параметры, чтобы разработать наилучшие решения для конкретного места. Онтологический инжиниринг связан с созданием формальных описаний и моделей для представления знаний о предметной области. В градостроительстве онтологический инжиниринг может быть применен для создания формальной модели города, которая объединяет информацию о его физической среде, инфраструктуре, общественных пространствах и транспортной сети.

Материалы и методы. Реализация проекта основана на машинном обучении, сверточной нейросети в области генеративного дизайна. Описывается процесс разработки системы для определения и визуализации оптимального расположения объектов строительства в градостроительстве на примере парковых зон.

Результаты. Приведена онтологическая модель СП 475.1325800.2020 «Парки. Правила градостроительного проектирования и благоустройства». Предложен метод создания планировки парковой зоны с применением генеративного дизайна. Показан пример реализации предложенного метода с помощью кроссплатформенной среды разработки компьютерных приложений Unity.

Выводы. При объединении генеративного дизайна и онтологического инжиниринга в градостроительстве возникают новые возможности для проектирования инновационной городской среды. С генеративными алгоритмами можно использовать онтологические модели, чтобы автоматически проектировать и оценивать различные варианты градостроительных решений, учитывая заданные параметры и цели. Это позволяет исследовать большое количество вариантов и находить оптимальные решения с учетом множества факторов. Выполнен анализ применения технологий генеративного дизайна и онтологического инжиниринга в сфере градостроительства.

1. Слиж В.Д., Сальников В.Б. Преимущества генеративного дизайна // Уральские ТИМ чтения. Технологии информационного моделирования зданий и территорий : мат. науч.-практ. Всероcс. конф. 2020. С. 23–27. EDN AIFOUH.

2. Лаушкина А.А., Басов О.О. Применение методов генеративного дизайна с использованием мультимодальных данных в сфере архитектуры и градостроительства // Научный результат. Информационные технологии. 2021. Т. 6. № 3. С. 3–10. DOI: 10.18413/2518-1092-2021-6-3-0-1. EDN TPOQSQ.

3. Родионова Ю.В., Пахтаева А.Я. Применение технологий искусственного интеллекта для генеративного ландшафтного проектирования // Новые информационные технологии в архитектуре и строительстве : мат. науч.-практ. конф. с междунар. участием. 2020. С. 19. EDN BHAAKG.

4. Айрапетян Н.Г., Зайцев А.А. Повышение эффективности использования земельного участка на основе генеративного дизайна // Журнал правовых и экономических исследований. 2021. № 3. С. 129–136. DOI: 10.26163/GIEF.2021.47.55.019. EDN UQHSUX.

5. Гаряева В.В., Гаряев А.Н. Обработка информации при автоматизации строительного проектирования с использованием технологии генеративного дизайна // Научно-технический вестник Поволжья. 2022. № 4. С. 61–63. EDN RWILTM.

6. Moscovitz O., Barath S. A generative design approach to urban sustainability rating systems during early-stage urban development // CAADRIA Proceedings. 2022. Vol. 1. Pp. 171–180. DOI: 10.52842/conf.caadria.2022.1.171

7. Sun Y., Dogan T. Generative methods for Urban design and rapid solution space exploration. 2022. DOI: 10.48550/arXiv.2212.06783

8. Kumalasari D., Koeva M.N., Vahdatikhaki F., Petrova-Antonova D., Kuffer M. Generative design for walkable cities: a case study of Sofia // The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. 2022. Vol. XLVIII-4/W5-2022. Pp. 75–82. DOI: 10.5194/isprs-archives-XLVIII-4-W5-2022-75-2022

9. Wang D., Wu L., Zhang D., Zhou J., Sun L., Fu Y. Human-instructed Deep Hierarchical Generative Learning for Automated Urban Planning. 2022. DOI: 10.48550/arXiv.2212.00904

10. Yufan M., Reinhard K., Katja K. The Development of Optimization Methods in Generative Urban Design : a Review // SimAUD: Symposium on Simulation for Architecture & Urban Design. 2020.

11. Koenig R., Miao Y., Aichinger A., Knecht K., Konieva K. Integrating urban analysis, generative design, and evolutionary optimization for solving urban design problems // Environment and Planning B: Urban Analytics and City Science. 2020. Vol. 47. Issue 6. Pp. 997–1013. DOI: 10.1177/2399808319894986

12. Koma S., Yamabe Y., Tani A. Research on urban landscape design using the interactive genetic algorithm and 3D images // Visualization in Engineering. 2017. Vol. 5. Issue 1. DOI: 10.1186/s40327-016-0039-5

13. Рейзбих Е.И. Инструменты капитализма на службе у этики умного города // Архитектура и градостроительство, дизайн и изобразительное искусство – 2021: теория и история, художественное творчество и проекты : сб. тр. юбилейной Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 20-летию первого выпуска высшей архитектурно-дизайнерской школы на Алтае. 2022. С. 476–482. EDN KSGWTD.

14. Misami Azad F. The Average Best Solution: A Generative Design Tool for Multi-Objective Optimization of Free-Form Diagrid Structures : abstract. Waterloo, Ontario, Canada, 2014.

15. Oksuz E.B. Generating Through Allometry in Architecture: A design Approach for Relational Morphogenesis // Proceedings of XVI Generative Art Conference GA. 2013. Рp. 89–103.

16. Yeh A.G.O., Li X. Simulation of Development Alternatives Using Neural Networks, Cellular Automata, and GIS for Urban Planning // Photogrammetric Engineering & Remote Sensing. 2003. Vol. 69. Issue 9. Pp. 1043–1052. DOI: 10.14358/pers.69.9.1043

17. Баранова В.А. Генеративный дизайн в проектировании промышленных изделий // Молодость. Интеллект. Инициатива : мат. VIII Междунар. науч.-практ. конф. студентов и магистрантов. 2020. С. 426–427. EDN JPLFCN.

18. Пахтаева А.Я. Применение генетического алгоритма и нейросетевого классификатора для генеративного дизайна паркового ландшафта. Новосибирск, 2020. URL: https://nsuada.ru/files/ksnp-2020/dizayn/4_Пахтаева.pdf

19. Сметанина Н.И. Генеративный дизайн как новый инструмент дизайна и проектирования // Искусство глазами молодых : мат. Х Междунар. науч. конф. 2018. С. 76–77. EDN TYKXYU.

20. Божук В.Н. Градостроительная оценка территории при размещении тематических развлекательных парков // Интернет-журнал Науковедение. 2016. Т. 8. № 3 (34). С. 109. EDN WIRJYT.

21. Ивлякова А.Ю., Чесноков Н.Н., Рудая О.А. Ландшафтная архитектура и градостроительство // Наука и Образование. 2021. Т. 4. № 1. EDN CPMTHW.

22. Горлов Д.А., Рашевский Н.М., Дятлов К.А., Залинян А.К., Щербаков А.Г. Применение онтологической модели представления знаний в проектировании архитектурных объектов // Природные и техногенные риски. Безопасность сооружений. 2022. № 6 (61). С. 22–25. DOI: 10.55341/ptrbs.2022.61.6.001. EDN MLZNDD.