Presentazione del corso Informatica per il Design GenerativoFacoltà di Architettura SUN AA 2007-2008

Docente Francesco Mele

f.mele@cib.na.cnr.it

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

Argomenti delle lezioni

Ontologie basate su frame

Monumento

Statua Chiesa

“Sottoclasse di”

Statua_di_Dante

Chiesa di S. Chiara

Bene culturale

Altare_di_S-Chiara

Abside_S-Chiara

“Sottoclasse di”

GoticoStile

Dimensione orizzontale

Stile, “Parte di”, “Autore_di”

Dimensione verticale

“E’ un”

“Sottoclasse di”

AltareParte di

Abside

“E’ un”

“E’ un”Parte di

nome

tipo

Frame (classe)

Istanza

Slot

L’ontologia di preziosi

Glasies

flutes ballons cocktails Tumblers Champagne

High Tumbler

Medium Tumbler

Low Tumbler

High Ballons

Low Ballons

L’ontologia dei bicchieri

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)

A

B

C

D

E

ppv1

Edificio edx

parte_di(ppv1, edx)

La parete perimetrale ppv1 fa parte dell’edificio edx

parte_di(P, T):- formato_da(T.P).format_da(T.P):-formato_da(T,T1),

formato_da(T1,P).

Classi di unità tecnologiche e Parti Totalità

Cx

Travex

Cy

Oggetti composti in rappresentazioni ontologiche

col1

trave

col2

Variando dimensioni

Classi di ontologie come modello generativo (1)

col1

trave

col2Variando relazioni

RELAZIONI SPAZIALI QUALITATIVEr1: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].

Classi di ontologie come modello generativo (2)

path side

section

wedding-ring angle

L’ontologia in Protégé

Un esempio di relazione formed_bypart-of

Modelli cognitivi di progettazione- agenti razionali

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.)

domani piove

Credenza

Desiderio

domani non piove

MENTE

token token

Assunzione della teoria rappresentazionale della cognizione

Credenze

• domani piove

• la juve gioca bene

Desideri

• domani non piove

• andare al mare

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

Assunzione di base per la rappresentazione

GoalsBeliefs

Rendering

Goals Belief model

artefact_state

Revision

?

New goals New beliefs New model

Modelli cognitivi di progettazione- agenti razionali

Goals

3D rendering

satisfactory appraisal

Model

Artefact

not satisfactory appraisal

Feedback

not satisfactory appraisal

Beginning cycle

End cyclesatisfactory appraisal

Model generation cycle

Ciclo di progettazione

trave

col1

trave

col1

trave

col1

trave

col1

col1

trave

col2

Ontologie e ragionamento spaziale

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

A A

BA A

B

AB

B B

AB

B è dentro A A copre B

A è equivalente a B

A incontra B

B sovrappone A A disgiunto B

AD ESEMPIO LA RELAZIONE SPAZIALE QUALITATIVA: r1:sotto[obj1->col1,obj2->trave].

INDETERMINATEZZA DELLE RELAZIONI SPAZIALI QUALITATIVE (1)

trave

col1

trave

col1

trave

col1

trave

col1

OGGETTO COMPOSTOportale [...formato_da->>{trave, col1, col2},

relazioni_spaziali->>{r1, r2, r3, r4, r5, r6} ...]

col1

trave

col2

AD ESEMPIO LA RELAZIONE SPAZIALE QUALITATIVA: r3:incontra[obj1->col1,obj2->trave].

trave

col1

trave

col1

trave

col1

INDETERMINATEZZA DELLE RELAZIONI SPAZIALI QUALITATIVE (2)

OGGETTO COMPOSTOportale [...formato_da->>{trave, col1, col2},

relazioni_spaziali->>{r1, r2, r3, r4, r5, r6} ...]

col1

trave

col2

trave

col1

Relazioni di prossimità

Rappresentano relazioni di distanza fra gli oggetti: possono essere qualitative e quantitative

Qualitative:

l’edificio rosso si trova nei pressi (vicino/a pochi passi, etc) dall’edificio azzurro

Quantitative:

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?

Cx

Travex

Cy

Oggetti composti in rappresentazioni ontologiche

RELAZIONI SPAZIALI QUALITATIVEr1: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].

ISTANZE DI OGGETTI COMPOSTI:

Descrizioni qualitative + Descrizioni quantitative + Regole di inferenze (I)

OGGETTO COMPOSTOportale [...formato_da->>{trave, col1, col2},

relazioni_spaziali->>{r1, r2, r3, r4, r5, r6} ...]

col1

trave

col2

Descrizioni qualitative

col1

trave

col2

Classi di ontologie come modello generativo (1)

Variando dimensioni

col1

trave

col2

Classi di ontologie come modello generativo (2)

Variando relazioni

RELAZIONI SPAZIALI QUALITATIVEr1: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

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