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Documentation of the teaching results from the fall semester 2014

Dieses Arbeitspapier beschreibt, wie ausgehend von einem vorhandenen Straßennetzwerk Bebauungsareale mithilfe von Unterteilungsalgorithmen automatisch umgelegt, d.h. in Grundstücke unterteilt, und anschließend auf Basis verschiedener städtebaulicher Typen bebaut werden können. Die Unterteilung von Bebauungsarealen und die Generierung von Bebauungsstrukturen unterliegen dabei bestimmten stadtplanerischen Einschränkungen, Vorgaben und Parametern. Ziel ist es aus den dargestellten Untersuchungen heraus ein Vorschlagssystem für stadtplanerische Entwürfe zu entwickeln, das anhand der Umsetzung eines ersten Softwareprototyps zur Generierung von Stadtstrukturen weiter diskutiert wird.

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.

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.

PLANUNGSUNTERSTÜTZUNG DURCH DIE ANALYSE RÄUMLICHER PROZESSE MITTELS COMPUTERSIMULATIONEN. Erst wenn man – zumindest im Prinzip – versteht, wie eine Stadt mit ihren komplexen, verwobenen Vorgängen im Wesentlichen funktioniert, ist eine sinnvolle Stadtplanung möglich. Denn jede Planung bedeutet einen Eingriff in den komplexen Organismus einer Stadt. Findet dieser Eingriff ohne Wissen über die Funktionsweise des Organismus statt, können auch die Auswirkungen nicht abgeschätzt werden. Dieser Beitrag stellt dar, wie urbane Prozesse mittels Computersimulationen unter Zuhilfenahme so genannter Multi-Agenten-Systeme und Zellulärer Automaten verstanden werden können. von