Das Unterteilen einer vorgegebenen Grundfläche in Zonen und Räume ist eine im Architekturentwurf häufig eingesetzte Methode zur Grundrissentwicklung. Für deren Automatisierung können Unterteilungsalgorithmen betrachtet werden, die einen vorgegebenen, mehrdimensionalen Raum nach einer festgelegten Regel unterteilen. Neben dem Einsatz in der Computergrafik zur Polygondarstellung und im Floorplanning zur Optimierung von Platinen-, Chip- und Anlagenlayouts finden Unterteilungsalgorithmen zunehmend Anwendung bei der automatischen Generierung von Stadt- und Gebäudegrundrissen, insbesondere in Computerspielen.
Im Rahmen des Forschungsprojekts Kremlas wurde das gestalterische und generative Potential von Unterteilungsalgorithmen im Hinblick auf architektonische Fragestellungen und ihre Einsatzmöglichkeiten zur Entwicklung einer kreativen evolutionären Entwurfsmethode zur Lösung von Layoutproblemen in Architektur und Städtebau untersucht. Es entstand ein generativer Mechanismus, der eine Unterteilungsfolge zufällig erstellt und Grundrisse mit einer festgelegten Anzahl an Räumen mit bestimmter Raumgröße durch Unterteilung generiert. In Kombination mit evolutionären Algorithmen lassen sich die erhaltenen Layoutlösungen zudem hinsichtlich architektonisch relevanter Kriterien optimieren, für die im vorliegenden Fall Nachbarschaftsbeziehungen zwischen einzelnen Räumen betrachtet wurden.
Das vorliegende Arbeitspapier beschäftigt sich mit der Thematik der Nutzerinteraktion bei computerbasierten generativen Systemen. Zunächst wird erläutert, warum es notwendig ist, den Nutzer eines solchen Systems in den Generierungsprozess zu involvieren. Darauf aufbauend werden Anforderungen an ein interaktives generatives System formuliert. Anhand eines Systems zur Generierung von Layouts werden Methoden diskutiert, um diesen Anforderungen gerecht zu werden. Es wird gezeigt, dass sich insbesondere evolutionäre Algorithmen für ein interaktives entwurfsunterstützendes System eignen. Es wird kurz beschrieben, wie sich Layoutprobleme durch eine evolutionäre Strategie lösen lassen. Abschließend werden Fragen bezüglich der grafischen Darstellung von Layoutlösungen und der Interaktion mit dem Dargestellten diskutiert.
Der vorliegende Beitrag ist in zwei thematische Teilebereiche gegliedert. Der erste Teil beschäftigt sich mit der Analyse von Graphen, insbesondere von Graphen, die Straßennetzwerke repräsentieren. Hierzu werden Methoden aus der Graphentheorie angewendet und Kenngrößen aus der Space Syntax Methode ausgewertet. Ein Framework, welches basierend auf der Graphentheorie in Architektur und Stadtplanung Einzug gehalten hat, ist die Space Syntax Methode. Sie umfasst die Ableitung unterschiedlicher Kenngrößen eines Graphen bzw. Netzwerkes, wodurch eine Analyse für architektonische und stadtplanerische Zwecke ermöglicht wird.
Der zweite Teil dieses Berichts beschäftigt sich mit der Generierung von Graphen, insbe-sondere der von Straßennetzwerkgraphen. Die generativen Methoden basieren zum Teil auf den gewonnenen Erkenntnissen der Analyse von Straßennetzwerken. Es werden unterschiedliche Ansätze untersucht, um verschiedene Parameterwerte zur Generierung von Straßengraphen festzulegen. Als Ergebnis der Arbeiten ist ein Softwaretool entstanden, welches es erlaubt, auf Grundlage einer Voronoi-Tesselierung realistische Straßennetzwerkgraphen zu erzeugen.
Die im vorliegenden Buch dokumentierten Untersuchungen befassen sich mit der Entwicklung von Methoden zur algorithmischen Lösung von Layoutaufgaben im architektonischen Kontext. Layout bezeichnet hier die gestalterisch und funktional sinnvolle Anordnung räumlicher Elemente, z.B. von Parzellen, Gebäuden, Räumen auf bestimmten Maßstabsebenen. Die vorliegenden Untersuchungen sind im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Forschungsprojekts entstanden.
Evolutionäre Generierung von Grundriss-Layouts mithilfe von Unterteilungsalgorithmen
(2011)
