الگوریتم تکاملی ژنتیک در معماری: تحلیل روش های الگوریتم های تکاملی ژنتیک در فرآیند باز تولید ارزش های زیبایی شناختی طراحی معماری
الموضوعات :
سید علی یار ابراهیمی وفایی
1
,
مهدی خاکزند
2
,
محمد حسن طالبیان
3
,
محمد بهزادپور
4
,
فهیمه معتضدیان
5
1 - دانشجوی دکتری تخصصی، گروه معماری، واحد پردیس، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 - گروه معماری، دانشکده معماری و طراحی محیطی، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران
3 - گروه معماری، دانشکده هنرهای زیبا، دانشگاه تهران، تهران، ایران
4 - موسسه آموزشی دانشگاه غیرانتفاعی رجا، قزوین
5 - استادیار گروه معماری، واحد پردیس، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
الکلمات المفتاحية: طراحی معماری, الگوریتم ژنتیک, الگوریتم تکاملی, زیبایی شناسی,
ملخص المقالة :
این پژوهش به بررسی کاربرد الگوریتم ژنتیک (Genetic Algorithm – GA) در فرآیند طراحی معماری با تمرکز بر بازتولید ارزش‌های زیبایی‌شناختی مانند تعادل، تناسب، هماهنگی، ریتم و نوآوری می‌پردازد. در جهان امروز، که مرزهای هنر، علم و فناوری به‌ویژه با ورود هوش مصنوعی در حال هم‌گرایی‌اند، استفاده از ابزارهای محاسباتی مانند الگوریتم ژنتیک در طراحی معماری به ضرورتی اجتناب‌ناپذیر تبدیل شده است. مسئله اساسی که مقاله به آن می‌پردازد، چالش درک و بازتولید مؤلفه‌های ذهنی و زیبایی‌شناسی در طراحی معماری است؛ مفاهیمی که معمولاً در فرآیند طراحی سنتی به‌صورت شهودی و غیرکمی در نظر گرفته می‌شوند. الگوریتم ژنتیک اما این قابلیت را دارد که این مفاهیم را به پارامترهای کمی و قابل سنجش تبدیل کرده و در قالب تابع برازندگی به سیستم محاسباتی وارد کند. بر این اساس، فرضیه مقاله بر آن است که با طراحی صحیح کروموزوم‌ها، تعریف تابع هدف مناسب و به‌کارگیری عملگرهای ژنتیکی نظیر جهش و ترکیب، می‌توان فرم‌هایی خلق کرد که دارای ارزش‌های زیبایی‌شناسی معماری باشند. روش تحقیق مقاله کیفی و مبتنی بر تحلیل محتواست. در این مسیر، نویسندگان با بررسی هفت نمونه طراحی مبتنی بر الگوریتم ژنتیک، مراحل مختلف طراحی معماری با این الگوریتم را تحلیل کرده‌اند. این مراحل شامل کدگذاری فرم به صورت کروموزوم‌های دیجیتالی، تعریف تابع هدف بر اساس معیارهای زیبایی‌شناسی، اجرای فرآیند تکراری تولید نسل، انتخاب بهترین فرم‌ها و ارتقاء تدریجی کیفیت طراحی است. در این الگوریتم، فرم‌های اولیه به صورت تصادفی تولید می‌شوند و سپس با هر تکرار، فرم‌هایی که بیشترین انطباق با تابع هدف دارند، انتخاب و تولید نسل جدید را هدایت می‌کنند
• al-Rawi, Ossama MOHAMED (2020) "Origins of Computational Design in Architecture," Future Engineering Journal: Vol. 1 : Iss. 1 , Article 5.
• Arturo Tedeschi (2014), AAD Algorithms-Aided Design, Parametric Strategies usinghttps://en.wikipedia.org/wiki/Genetic_algorithm
• Caldas, L. and Rocha, J. (2001) “A Generative Design System applied to Siza’s School of Architecture at Oporto” in: Proceedings of the Sixth Conference on Computer Aided Architectural Design Research in Asia, Sidney, Australia, pp. 253-264.
• Cohoon, J; et al. (2002-11-26). Evolutionary algorithms for the physical design of VLSI circuits (PDF). Advances in Evolutionary Computing: Theory and Applications. Springer, pp. 683-712, 2003. ISBN 978-3-540-43330-9
• Dapogny, Charles; Faure, Alexis; Michailidis, Georgios; Allaire, Grégoire; Couvelas, Agnes; Estevez, Rafael (2017). "Geometric constraints for shape and topology optimization in architectural design" (PDF). Computational Mechanics. 59 (6): 933–965. Bibcode:2017CompM..59..933D. doi:10.1007/s00466-017-1383-6. S2CID 41570887.
• Driscoll, John Charles, "Fractal Dimension as Objective Function in a Genetic Algorithm for Application in Architectural Design" (2019). Systems Science Friday Noon Seminar Series. 80.
• H. Song, et al., Architectural design of apartment buildings using the Implicit Redundant Representation Genetic Algorithm, Automation in Construction (2016), http://dx.doi.org/10.1016/j.autcon.2016.09.00
• Hung Lo, Chi., Ya-Chuan Ko, Shih-Wen Hsiao (2015), A study that applies aesthetic theory and genetic algorithms to product form optimization, Advanced Engineering Informatics, Volume 29, Issue 3, August 2015, Pages 662-679
• J. Felkner, E. Chatzi and T. Kotnik, "Interactive particle swarm optimization for the architectural design of truss structures," 2013 IEEE Symposium on Computational Intelligence for Engineering Solutions (CIES), 2013, pp. 15- 22, doi: 10.1109/CIES.2013.6611723.
• Kolarevic, B. (2003) Architecture in the Digital Age: Design and Manufacturing, New York: Spon Press.
• Krish, Sivam (2011). "A practical generative design method". Computer-Aided Design. 43 (1): 88–100. doi:10.1016/j.cad.2010.09.009
• Li Li,)2012(The optimization of architectural shape based on Genetic Algorithm,Frontiers of Architectural Research,Volume 1, Issue 4,2012,Pages 392-399,ISSN 2095-2635, https://doi.org/10.1016/j.foar.2012.07.005
• Lu, Yingxiu (2018): Conversational Form-Generation: An Application of Interactive Genetic Algorithm to Architectural Design. Carnegie Mellon University. Thesis. https://doi.org/10.1184/R1/7182263.v1
• Maikantis, Theodoros, Angeliki-Agathi Tsintzira, Apostolos Ampatzoglou, Elvira-Maria Arvanitou, Alexander Chatzigeorgiou, Ioannis Stamelos, Stamatia Bibi, and Ignatios Deligiannis (2020), Software Architecture Reconstruction via a Genetic Algorithm: Applying the Move Class Refactoring, Proceedings of the 24th Pan-Hellenic Conference on Informatics, Pages 135 – 139.
• Mars, A., Grabska, E., Ślusarczyk, G., & Strug, B. (2019). Style-Oriented Evolutionary Design of Architectural Forms Directed by Aesthetic Measure. In J. S. Gero (Ed.), Design Computing and Cognition '18 (pp. 629–646). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-030-05363-5_38
• Mars, A., Grabska, E., Ślusarczyk, G., & Strug, B. (2020). Design characteristics and aesthetics in evolutionary design of architectural forms directed by fuzzy evaluation. Artificial Intelligence for Engineering Design, Analysis and Manufacturing, 34(2), 147–159. https://doi.org/10.1017/S0890060420000153
• Meintjes, Keith. ""Generative Design" – What's That? - CIMdata". Retrieved 2018-06-15.
• Mitchell, Melanie; Taylor, Charles E (1999). "Evolutionary computation: an overview". Annual Review of Ecology and Systematics. 30 (1): 593–616. doi:10.1146/annurev.ecolsys.30.1.593.
• Papapavlou, A., Turner A., 2009. Structural evolution: a genetic algorithm method to generate structurally optimal delaunay triangulated space frames for dynamic loads. In: 27th eCAADe Conference, Istanbul.
• Prasanta, Rajamoney, Shankar A. Rosenbloom, Paul S.; Wagner, Chris Bose (2014-09-04). Compositional model based design: A generative approach to the conceptual design of physical systems. University of Southern California. OCLC 1003551283
• Schumacher, P. (2016). Parametricism 2.0: Rethinking Architecture's Agenda for the 21st Century. Architectural Design, 86(2), 8–17. https://doi.org/10.1002/ad.2018
• Schwab, K. (2019). How generative design is changing the way architects work. Fast Company.
• Schwab, Katharine (16 April 2019). "This is the first commercial chair made using generative design". Fast Company.
• Schwehr, P. (2011), "Evolutionary Algorithms In Architecture", Open House International, Vol. 36 No. 1, pp. 16-24. https://doi.org/10.1108/OHI-01-2011-B0003
• Shea, Kristina; Aish, Robert; Gourtovaia, Marina (2005). "Towards integrated performance-driven generative design tools". Automation in Construction. 14 (2): 253–264. doi:10.1016/j.autcon.2004.07.002
• Vikhar, P. A. (2016). "Evolutionary algorithms: A critical review and its future prospects". Proceedings of the 2016 International Conference on Global Trends in Signal Processing, Information Computing and Communication (ICGTSPICC). Jalgaon: 261–265. doi:10.1109/ICGTSPICC.2016.7955308. ISBN 978-1-5090-0467-6. S2CID 22100336.
• Whitley, Darrell (1994). "A genetic algorithm tutorial" (PDF). Statistics and Computing. 4 (2): 65–85. CiteSeerX 10.1.1.184.3999. doi:10.1007/BF00175354. S2CID 3447126
• Y. Zhang, G. Fei and W. Shang, "3D architecture facade optimization based on genetic algorithm and neural network," 2017 IEEE/ACIS 16th International Conference on Computer and Information Science (ICIS), 2017, pp. 693-698, doi: 10.1109/ICIS.2017.7960082. https://en.wikipedia.org/wiki/Genetic_algorithm
Frazer, J. (1995). An Evolutionary Architecture. Architectural Association Publications.
Aish, R., & Woodbury, R. (2005). Multi-level Interaction in Parametric Design. Proceedings of the CAAD Futures Conference.
Oxman, R. (2008). Digital Architecture as a Challenge for Design Pedagogy: Theory, Knowledge, Models and Medium. Design Studies, 29(2), 99-120.
