TY - CHAP A1 - Chirkin, Artem A1 - König, Reinhard T1 - Concept of Interactive Machine Learning in Urban Design Problems : proceedings N2 - This work presents a concept of interactive machine learning in a human design process. An urban design problem is viewed as a multiple-criteria optimization problem. The outlined feature of an urban design problem is the dependence of a design goal on a context of the problem. We model the design goal as a randomized fitness measure that depends on the context. In terms of multiple-criteria decision analysis (MCDA), the defined measure corresponds to a subjective expected utility of a user. In the first stage of the proposed approach we let the algorithm explore a design space using clustering techniques. The second stage is an interactive design loop; the user makes a proposal, then the program optimizes it, gets the user’s feedback and returns back the control over the application interface. KW - MCDM KW - interactive machine learning KW - urban design KW - multiple-criteria optimization KW - Stadtgestaltung Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20160622-26000 UR - http://dl.acm.org/citation.cfm?id=2898365 SP - 10 EP - 13 PB - ACM New York, NY, USA CY - San Jose, CA, USA ER - TY - JOUR A1 - Klein, Bernhard A1 - König, Reinhard T1 - Computational Urban Planning: Using the Value Lab as Control Center JF - FCL Magazine, Special Issue Simulation Platform N2 - Urban planning involves many aspects and various disciplines, demanding an asynchronous planning approach. The level of complexity rises with each aspect to be considered and makes it difficult to find universally satisfactory solutions. To improve this situation we propose a new approach, which complement traditional design methods with a computational urban plan- ning method that can fulfil formalizable design requirements automatically. Based on this approach we present a design space exploration framework for complex urban planning projects. For a better understanding of the idea of design space exploration, we introduce the concept of a digital scout which guides planners through the design space and assists them in their creative explorations. The scout can support planners during manual design by informing them about potential im- pacts or by suggesting different solutions that fulfill predefined quality requirements. The planner can change flexibly between a manually controlled and a completely automated design process. The developed system is presented using an exemplary urban planning scenario on two levels from the street layout to the placement of building volumes. Based on Self-Organizing Maps we implemented a method which makes it possible to visualize the multi-dimensional solution space in an easily analysable and comprehensible form. KW - Computational Urban Design KW - Stadtgestaltung Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20160622-26011 SP - 38 EP - 45 ER - TY - JOUR A1 - Treyer, Lukas A1 - Klein, Bernhard A1 - König, Reinhard A1 - Meixner, Christine T1 - Lightweight Urban Computation Interchange (LUCI): A System to Couple Heterogenous Simulations and Views JF - Spatial Information Research N2 - In this paper we introduce LUCI, a Lightweight Urban Calculation Interchange system, designed to bring the advantages of calculation and content co-ordination system to small planning and design groups by the means of an open source middle-ware. The middle-ware focuses on problems typical to urban planning and therefore features a geo-data repository as well as a job runtime administration, to coordinate simulation models and its multiple views. The described system architecture is accompanied by two exemplary use cases, that have been used to test and further develop our concepts and implementations. KW - Middle-ware KW - Design-simulation-loop KW - Computational urban planning KW - Distributed computing KW - Multiple comparative views Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20160622-26037 UR - http://link.springer.com/article/10.1007/s41324-016-0025-y SP - 1 EP - 12 ER - TY - CHAP A1 - König, Reinhard A1 - Schmitt, Gerhard ED - Szoboszlai, Mihály T1 - Backcasting and a new way of command in computational design : Proceedings T2 - CAADence in Architecture Conference N2 - It's not uncommon that analysis and simulation methods are used mainly to evaluate finished designs and to proof their quality. Whereas the potential of such methods is to lead or control a design process from the beginning on. Therefore, we introduce a design method that move away from a “what-if” forecasting philosophy and increase the focus on backcasting approaches. We use the power of computation by combining sophisticated methods to generate design with analysis methods to close the gap between analysis and synthesis of designs. For the development of a future-oriented computational design support we need to be aware of the human designer’s role. A productive combination of the excellence of human cognition with the power of modern computing technology is needed. We call this approach “cognitive design computing”. The computational part aim to mimic the way a designer’s brain works by combining state-of-the-art optimization and machine learning approaches with available simulation methods. The cognition part respects the complex nature of design problems by the provision of models for human-computation interaction. This means that a design problem is distributed between computer and designer. In the context of the conference slogan “back to command”, we ask how we may imagine the command over a cognitive design computing system. We expect that designers will need to let go control of some parts of the design process to machines, but in exchange they will get a new powerful command on complex computing processes. This means that designers have to explore the potentials of their role as commanders of partially automated design processes. In this contribution we describe an approach for the development of a future cognitive design computing system with the focus on urban design issues. The aim of this system is to enable an urban planner to treat a planning problem as a backcasting problem by defining what performance a design solution should achieve and to automatically query or generate a set of best possible solutions. This kind of computational planning process offers proof that the designer meets the original explicitly defined design requirements. A key way in which digital tools can support designers is by generating design proposals. Evolutionary multi-criteria optimization methods allow us to explore a multi-dimensional design space and provide a basis for the designer to evaluate contradicting requirements: a task urban planners are faced with frequently. We also reflect why designers will give more and more control to machines. Therefore, we investigate first approaches learn how designers use computational design support systems in combination with manual design strategies to deal with urban design problems by employing machine learning methods. By observing how designers work, it is possible to derive more complex artificial solution strategies that can help computers make better suggestions in the future. KW - Cognitive design computing KW - machine learning KW - backcasting KW - design synthesis KW - evolutionary optimization KW - CAD Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20160622-25996 SP - 15 EP - 25 CY - Budapest ER - TY - CHAP A1 - König, Reinhard A1 - Varoudis, Tasos T1 - Spatial Optimizations: Merging depthmapX , spatial graph networks and evolutionary design in Grasshopper T2 - Proceedings of ecaade 34: Complexity & Simplicity N2 - In the Space Syntax community, the standard tool for computing all kinds of spatial graph network measures is depthmapX (Turner, 2004; Varoudis, 2012). The process of evaluating many design variants of networks is relatively complicated, since they need to be drawn in a separated CAD system, exported and imported in depthmapX via dxf file format. This procedure disables a continuous integration into a design process. Furthermore, the standalone character of depthmapX makes it impossible to use its network centrality calculation for optimization processes. To overcome this limitations, we present in this paper the first steps of experimenting with a Grasshopper component (reference omitted until final version) that can access the functions of depthmapX and integrate them into Grasshopper/Rhino3D. Here the component is implemented in a way that it can be used directly for an evolutionary algorithm (EA) implemented in a Python scripting component in Grasshopper KW - depthmapx KW - python KW - optimization KW - space syntax KW - grasshopper Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20160622-26040 SP - 1 EP - 6 CY - Oulu, Finland ER - TY - THES A1 - Kulik, Alexander T1 - User Interfaces for Cooperation N2 - This thesis suggests cooperation as a design paradigm for human-computer interaction. The basic idea is that the synergistic co-operation of interfaces through concurrent user activities enables increased interaction fluency and expressiveness. This applies to bimanual interaction and multi-finger input, e.g., touch typing, as well as the collaboration of multiple users. Cooperative user interfaces offer more interaction flexibility and expressivity for single and multiple users. Part I of this thesis analyzes the state of the art in user interface design. It explores limitations of common approaches and reveals the crucial role of cooperative action in several established user interfaces and research prototypes. A review of related research in psychology and human-computer interaction offers insights to the cognitive, behavioral, and ergonomic foundations of cooperative user interfaces. Moreover, this thesis suggests a broad applicability of generic cooperation patterns and contributes three high-level design principles. Part II presents three experiments towards cooperative user interfaces in detail. A study on desktop-based 3D input devices, explores fundamental benefits of cooperative bimanual input and the impact of interface design on bimanual cooperative behavior. A novel interaction technique for multitouch devices is presented that follows the paradigm of cooperative user interfaces and demonstrates advantages over the status quo. Finally, this thesis introduces a fundamentally new display technology that provides up to six users with their individual perspectives of a shared 3D environment. The system creates new possibilities for the cooperative interaction of multiple users. Part III of this thesis builds on the research results described in Part II, in particular, the multi-user 3D display system. A series of case studies in the field of collaborative virtual reality provides exemplary evidence for the relevance and applicability of the suggested design principles. N2 - Die vorliegende Arbeit betrachtet Kooperation als Gestaltungsparadigma für Mensch-Maschine Schnittstellen. Dabei geht es um Kooperation im Sinne paralleler Aktivitäten und deren synergetischer Kombination mit dem Ziel einer flüssigen und effektiven Computerarbeit. Dieses Interaktionsmuster ist für zweihändige Eingaben und die Nutzung mehrerer Finger, z.B. beim Maschinenschreiben, genauso anwendbar wie für die Zusammenarbeit mehrerer Nutzer. Kooperative Benutzungsschnittstellen bieten Einzelpersonen sowie Gruppen von Nutzern mehr Flexibilität und Ausdrucksmöglichkeiten. Teil I dieser Arbeit betrachtet den Stand von Forschung und Technik zu diesem Thema. Dabei werden Limitierungen etablierter Benutzungsschnittstellen untersucht als auch das Potential und die Bedeutung kooperativer Interaktion. Auf Grundlage von Forschungsergebnissen aus der Psychologie, den Bewegungswissenschaften und der Forschung zu Mensch-Maschine Schnittstellen werden kognitive und ergonomische Grundlagen kooperativer Benutzungsschnittstellen abgeleitet. Darüber hinaus werden generische Kooperationsmuster diskutiert und die Anforderungen an kooperative Benutzungsschnittstellen in drei Gestaltungsprinzipien zusammengefasst. Teil II dieser Arbeit stellt drei Forschungsarbeiten zur Entwicklung und Untersuchung kooperativer Benutzungsschnittstellen vor. In Kapitel 8 wird zweihändige Kooperation am Beispiel tischbasierter 3D Eingabegeräte untersucht. Kapitel 9 stellt eine neue Multitouch Interaktionstechnik vor, die dem Paradigma kooperativer Benutzungsschnittstellen folgt und klare Vorteile gegenüber einer etablierten Technik aufweist. Kapitel 10 präsentiert die Entwicklung und Untersuchung einer neuen 3D Projektionstechnologie, die bis zu sechs Personen individuelle Perspektiven auf eine gemeinsame virtuelle Umgebung bietet. Daraus ergeben sich völlig neue Möglichkeiten für die kooperative Interaktion mehrerer Nutzer mit dreidimensionalen Daten. Teil III dieser Arbeit baut auf den Ergebnissen der in Teil II beschriebenen Experimente auf. Fallstudien aus dem Bereich der virtuellen Realität für mehrere Nutzer, belegen die Relevanz und Anwendbarkeit der vorgeschlagenen Gestaltungsprinzipien KW - Human-Computer Interaction (HCI) KW - Mensch-Maschine-Interaktion (MMI) KW - Kollaborative Arbeit KW - User Interfaces and Interaction Techniques KW - Computer Supported Collaborative Work KW - Bimanual Interaction KW - 3D User Interfaces and Interaction Techniques KW - Display Technoloy, Collaboration, Virtual Reality Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20161202-27207 ER - TY - THES A1 - Schneider, Sven T1 - Sichtbarkeitsbasierte Raumerzeugung - Automatisierte Erzeugung räumlicher Konfigurationen in Architektur und Städtebau auf Basis sichtbarkeitsbasierter Raumrepräsentationen N2 - Das Erzeugen räumlicher Konfigurationen ist eine zentrale Aufgabe im architektonischen bzw. städtebaulichen Entwurfsprozess und hat zum Ziel, eine für Menschen angenehme Umwelt zu schaffen. Der Geometrie der entstehenden Räume kommt hierbei eine zentrale Rolle zu, da sie einen großen Einfluss auf das Empfinden und Verhalten der Menschen ausübt und nur noch mit großem Aufwand verändert werden kann, wenn sie einmal gebaut wurde. Die meisten Entscheidungen zur Festlegung der Geometrie von Räumen werden während eines sehr kurzen Zeitraums (Entwurfsphase) getroffen. Fehlentscheidungen die in dieser Phase getroffen werden haben langfristige Auswirkungen auf das Leben von Menschen, und damit auch Konsequenzen auf ökonomische und ökologische Aspekte. Mittels computerbasierten Layoutsystemen lässt sich der Entwurf räumlicher Konfigurationen sinnvoll unterstützen, da sie es ermöglichen, in kürzester Zeit eine große Anzahl an Varianten zu erzeugen und zu überprüfen. Daraus ergeben sich zwei Vorteile. Erstens kann die große Menge an Varianten dazu beitragen, bessere Lösungen zu finden. Zweitens kann das Formalisieren von Bewertungskriterien zu einer größeren Objektivität und Transparenz bei der Lösungsfindung führen. Um den Entwurf räumlicher Konfigurationen optimal zu unterstützen, muss ein Layoutsystem in der Lage sein, ein möglichst großes Spektrum an Grundrissvarianten zu erzeugen (Vielfalt); und zahlreiche Möglichkeiten und Detaillierungsstufen zur Problembeschreibung (Flexibilität), sowie Mittel anzubieten, mit denen sich die Anforderungen an die räumliche Konfiguration adäquat beschreiben lassen (Relevanz). Bezüglich Letzterem spielen wahrnehmungs- und nutzungsbezogene Kriterien (wie z. B. Grad an Privatheit, Gefühl von Sicherheit, Raumwirkung, Orientierbarkeit, Potenzial zu sozialer Interaktion) eine wichtige Rolle. Die bislang entwickelten Layoutsysteme weisen hinsichtlich Vielfalt, Flexibilität und Relevanz wesentliche Beschränkungen auf, welche auf eine ungeeignete Methode zur Repräsentation von Räumen zurückzuführen sind. Die in einem Layoutsystem verwendeten Raumrepräsentationsmethoden bestimmen die Möglichkeiten zur Formerzeugung und Problembeschreibung wesentlich. Sichtbarkeitsbasierte Raumrepräsentationen (Sichtfelder, Sichtachsen, Konvexe Räume) eignen sich in besonderer Weise zur Abbildung von Räumen in Layoutsystemen, da sie einerseits ein umfangreiches Repertoire zur Verfügung stellen, um räumliche Konfigurationen hinsichtlich wahrnehmungs- und nutzungsbezogener Kriterien zu beschreiben. Andererseits lassen sie sich vollständig aus der Geometrie der begrenzenden Oberflächen ableiten und sind nicht an bestimmte zur Formerzeugung verwendete geometrische Objekte gebunden. In der vorliegenden Arbeit wird ein Layoutsystem entwickelt, welches auf diesen Raumrepräsentationen basiert. Es wird ein Evaluationsmechanismus (EM) entwickelt, welcher es ermöglicht, beliebige zweidimensionale räumliche Konfigurationen hinsichtlich wahrnehmungs- und nutzungsrelevanter Kriterien zu bewerten. Hierzu wurde eine Methodik entwickelt, die es ermöglicht automatisch Raumbereiche (O-Spaces und P-Spaces) zu identifizieren, welche bestimmte Eigenschaften haben (z.B. sichtbare Fläche, Kompaktheit des Sichtfeldes, Tageslicht) und bestimmte Relationen zueinander (wie gegenseitige Sichtbarkeit, visuelle und physische Distanz) aufweisen. Der EM wurde mit Generierungsmechanismen (GM) gekoppelt, um zu prüfen, ob dieser sich eignet, um in großen Variantenräumen nach geeigneten räumlichen Konfigurationen zu suchen. Die Ergebnisse dieser Experimente zeigen, dass die entwickelte Methodik einen vielversprechenden Ansatz zur automatisierten Erzeugung von räumlichen Konfigurationen darstellt: Erstens ist der EM vollständig vom GM getrennt, wodurch es möglich ist, verschiedene GM in einem Entwurfssystem zu verwenden und somit den Variantenraum zu vergrößern (Vielfalt). Zweitens erlaubt der EM die Anforderungen an eine räumliche Konfiguration flexibel zu beschreiben (unterschiedliche Maßstäbe, unterschiedlicher Detaillierungsgrad). Letztlich erlauben die verwendeten Repräsentationsmethoden eine Problembeschreibung vorzunehmen, die stark an der Wirkung des Raumes auf den Menschen orientiert ist (Relevanz). Die in der Arbeit entwickelte Methodik leistet einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung evidenzbasierter Entwurfsprozesse, da sie eine Brücke zwischen der nutzerorientierten Bewertung von räumlichen Konfigurationen und deren Erzeugung schlägt. T3 - bauhaus.ifex research series - 3 KW - Architektur KW - Raum KW - CAAD KW - Sichtbarkeit KW - Entwurfsmethodik KW - Räumliche Konfiguration KW - Isovist KW - Entwurfssystem KW - Space Syntax Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20160613-25900 ER - TY - THES A1 - Rausch, Gabriel T1 - Dreidimensionale Webanwendungen zur Verräumlichung von Informationen N2 - Die vorliegende Arbeit untersucht das Potential von Webanwendungen in 3D zur Vermittlung von Informationen im Allgemeinen und zur Darstellung von städtebaulichen Zusammenhängen im Speziellen. Als grundlegender Faktor der visuellen und funktionalen Qualität - welche die Wahrnehmung des Nutzers direkt beeinflusst -, erfolgt die Bewertung der Machbarkeit von 3D Webinhalten unter Anwendung einer explorativen, qualitativen Evaluierung von Webagenturen. Darauf aufbauend wird das Potential von 3D Webanwendungen aus Nutzerperspektive untersucht, um Zusammenhänge herstellen zu können: einerseits zwischen der Machbarkeit bei der Entwicklung und anderseits die Akzeptanzkriterien beim Rezipienten betreffend. Die empirische Studie, die mit dem Forschungspartner Bosch für diese Arbeit modelliert wurde, eruiert zum einen, inwiefern 3D im Vergleich zu 2D und 2,5D, und zum anderen WebGL im Vergleich zu bisherigen 3D Webtechnologien die visuelle Wahrnehmung und kognitive Leistungsfähigkeit des Nutzers beeinflusst. Die Erkenntnisse der Untersuchung zeigen Parallelen zu bestehenden Studien aus web-fernen Bereichen. Um die Bedeutung von 3D Webanwendungen zur Verbesserung von Entscheidungsprozessen in Stadtplanungsprojekten ableiten zu können, werden Aspekte zur Interaktion und visuellen Wahrnehmung in den speziellen Kontext von Stadtplanungswerkzeugen gebracht. Dabei wird überprüft, ob sich web-basierte 3D Visualisierungen sinnvoll zur Vermittlung städtebaulicher Zusammenhänge einbinden lassen und inwieweit bestehende Projekte, wie in dieser Arbeit beispielhaft das vom Fraunhofer IGD entwickelte Forschungsprojekt urbanAPI, die Technologie WebGL nutzen können. Vor diesem Hintergrund soll die Arbeit Akzeptanzkriterien und Nutzungsbarrieren von 3D Webanwendungen auf Basis der Technologie WebGL identifizieren, um einen Beitrag zur Machbarkeit von Webanwendungen und zur Entwicklung entsprechender Stadtplanungswerkzeuge zu leisten. KW - WEB KW - WebGL KW - 3D KW - Web KW - Application KW - Urban Planning Tool KW - Stadtplanung Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20161116-27029 ER - TY - JOUR A1 - Hijazi, Ihab Hamzi A1 - König, Reinhard A1 - Schneider, Sven A1 - Li, Xin A1 - Bielik, Martin A1 - Schmitt, Gerhard A1 - Donath, Dirk T1 - Geostatistical Analysis for the Study of Relationships between the Emotional Responses of Urban Walkers to Urban Spaces JF - International Journal of E-Planning Research N2 - The described study aims to find correlations between urban spatial configurations and human emotions. To this end, the authors measured people’s emotions while they walk along a path in an urban area using an instrument that measures skin conductance and skin temperature. The corresponding locations of the test persons were measured recorded by using a GPS-tracker (n=13). The results are interpreted and categorized as measures for positive and negative emotional arousal. To evaluate the technical and methodological process. The test results offer initial evidence that certain spaces or spatial sequences do cause positive or negative emotional arousal while others are relatively neutral. To achieve the goal of the study, the outcome was used as a basis for the study of testing correlations between people’s emotional responses and urban spatial configurations represented by Isovist properties of the urban form. By using their model the authors can explain negative emotional arousal for certain places, but they couldn’t find a model to predict emotional responses for individual spatial configurations. KW - Emotion KW - Isovist KW - Geo-Statistical Analysis KW - GIS KW - Geografie KW - Architektur Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20160622-26025 N1 - Erschienen in: International Journal of E-Planning Research ; Volume 5, Issue 1 (2016) SP - 1 EP - 19 ER - TY - THES A1 - Lang, Kevin T1 - Worteinbettung als semantisches Feature in der argumentativen Analyse N2 - Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Nutzung von Worteinbettungen in der automatischen Analyse von argumentativen Texten. Die Arbeit diskutiert wichtige Einstellungen des Einbettungsverfahren sowie diverse Anwendungsmethoden der eingebetteten Wortvektoren für drei Aufgaben der automatischen argumentativen Analyse: Textsegmentierung, Argumentativitäts-Klassifikation und Relationenfindung. Meine Experimente auf zwei Standard-Argumentationsdatensätzen zeigen die folgenden Haupterkenntnisse: Bei der Textsegmentierung konnten keine Verbesserungen erzielt werden, während in der Argumentativitäts-Klassifikation und der Relationenfindung sich kleine Erfolge gezeigt haben und weitere bestimmte Forschungsthesen bewahrheitet werden konnten. In der Diskussion wird darauf eingegangen, warum bei der einfachen Worteinbettung in der argumentativen Analyse sich kaum nutzbare Ergebnisse erzielen lassen konnten, diese sich aber in Zukunft durch erweiterte Worteinbettungsverfahren verbessern können. KW - Argumentation KW - Worteinbettung Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20190617-39343 ER -