LEE- Mimari Tasarımda Bilişim-Doktora

Bu koleksiyon için kalıcı URI

Gözat

Son Başvurular

Şimdi gösteriliyor 1 - 2 / 2
  • Öge
    Yapay zeka ve mimarlık etkileşimi üzerine bir çalışma:Üretken çekişmeli ağ algoritması ile otonom mimari plan üretimi ve değerlendirmesi
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2020) Uzun, Can ; Çolakoğlu, Meryem Birgül ; 656897 ; Mimari Tasarımda Bilişim Bilim Dalı
    Bu tez kapsamında "Makineler tasarlayabilir mi?" sorusunun bir alt sorusu olan "Makineler mimari plan şeması üretebilir mi?" sorusu tezde araştırılması hedeflenen problem tanımını oluşturmaktadır. Tez mimari plan şemasının, günümüz yapay zeka algoritmaları ile, otonom olarak üretiminin kapsamını tartışmaya açmaktadır. Bu problem tanımı ile hedeflenen, günümüzde görsel işleme verimliliği ve gücü oldukça yüksek olan yapay sinir ağları içerisindeki algoritmaların üretken modelleri sınıfına dahil olan üretken çekişmeli ağlar ile mimari plan şeması üretim sürecinin ve üretim çıktılarının değerlendirilmesi bulunmaktadır. Tez öncelikle yapay sinir ağlarının üretken çekişmeli ağlara kadar olan gelişimini kronolojik olarak, önemli dönüm noktaları ile birlikte özetler. Yapay siniri ağları tarihçesi sonrasında mimari plan şeması üretimine dair literatür araştırması sunulmaktadır. Mimari plan şeması üretimine dair literatür geçmişte bu problem çözümü için kullanılan yöntemleri göstermekle birlikte bugün mimari plan şeması üretim problemi için hangi yöntemlerin kullanımının verimli sonuçlar verdiğini de gösterebilmektedir. Bir diğer yandan literatür araştırmasına bakıldığında, mimarlık disiplininin yapay zeka ile etkileşime geçtiği problemin çoğunlukla mimari plan şeması üretimi olduğu görülmektedir. Bunun yanında literatürde mimari plan şeması üretim probleminin yapay zeka problemi sınıfına dahil olduğu da söylenmektedir. Literatür araştırmasına göre yapay zeka alanındaki yeni algoritmalar ile mimari plan şeması üretim problemi potansiyel bir araştırma alanı tanımlamaktadır. Bu nedenle tez çekişmeli üretken ağlar ile mimari plan şeması üretim süreci ve çıktılarını değerlendirmeyi hedeflemiştir. Bu çalışma güncel bir fenomen olarak çekişmeli üretken ağları ele almaktadır. İçinde bulunduğu bağlam olarak da mimari plan şeması üretimi problemini hedef alır. Bu hedef, hem çekişmeli üretken ağların mimari plan şeması üretimi sürecinin keşfi hem de üretim çıktılarının değerlendirilmesini kapsamaktadır. Bu yönüyle tez durum çalışması yöntemi ile ele alınacaktır. Bu çalışmada veriseti ve ÇÜA mimarisi girdilerinin (bağımsız değişkenlerin), çıktılar / mimari plan şeması üretimleri (bağımlı değişken) üzerindeki etkileri de araştırılmaktadır. Bu yönüyle de tezin bir deney çalışması yöntemi kullandığı söylenebilir. Ancak tezdeki deneylerde kontrol grubu kullanılmamış, değerlendirme tüm deneylerin karşılaştırılması ile elde edilmiştir. Bir diğer yandan tez içinde kurgulanan deneylerin sayısı, algoritmanın başarılı olması ile deneylerin tamamlanması nedeniyle, rassaldır. Bu durumlar nedeniyle tez gerçek deneysel yöntem yerine yarı-deneysel yönteme başvurmuştur. Bu nedenlerle tezin yönteminde yarı-deneysel durum çalışmasına başvurulmuştur. Çekişmeli üretken ağ kullanılarak mimari plan şeması üretimleri sekiz deney sonrasında başarıya ulaşmış ve deneyler tamamlanmıştır. Eğitimlerde çekişmeli üretken ağlar içerisinde yer alan derin evrişimsel üretken çekişmeli ağlar (deep convolutional generative adverserial network / DCGAN) kullanılmıştır. DCGAN mimarisi içindeki hiper parametreler DCGAN ile ilişkili literatürde belirtilen parametrelere uygun olarak kullanılmıştır. Deneylerdeki eğitimler "python" dili ile Google' ın bulut ortamında sunduğu "COLAB" ortamında yapılmıştır. "COLAB" ortamının seçilmesinin nedeni bulut ortamında sağladığı GPU donanım servisidir. Deneylerdeki eğitim sırasında işlem gücünün yüksek olması nedeniyle bulut servislerinde sunulan GPU hizmeti algoritma eğitim sürelerini kısaltabilmektedir. Bu nedenle algoritmanın eğitimi için bulut ortamındaki "COLAB" kullanılmıştır. Deneylerdeki algoritma eğitimleri, piksel tabanlı orijinal Andrea Palladio planlarından oluşan piksel tabanlı veriseti ve Palladio gramer kuralları ile üretilen sentetik, piksel tabanlı Palladio plan şemalarından oluşan veriseti ile gerçekleştirilmiştir. Palladio orijinal planları ve plan şemalarının veriseti için kullanılmasının sebebi; Palladio plan sisteminin kurallar ile açıklanabilen ve çoğunlukla simetrik plan kurgusuna sahip olması nedeniyle, algoritma üretim çıktıları ile veriseti arasında hızlı ve kolay bir değerlendirmenin yapılabileceği düşüncesidir. Bu düşünce ile yalnızca Andrea Palladio planları ve plan şemaları deneylerdeki eğitimlerde kullanılmıştır. Her bir deneyde kullanılan veriseti içerisindeki öznitelikler (siyah ve beyaz pikseller) değerlendirilerek raporlanmıştır. DCGAN üretimlerinin veriseti ile ilişkili olması nedeniyle her bir deneyde kullanılan planlar ve plan şeması görsellerinden oluşan verisetlerindeki siyah ve beyaz piksellerin olasılık dağılım grafikleri çizdirilmiştir. Bu grafikler üzerinden deneylerde kullanılan verisetlerinin değerlendirilmesi yapılmıştır. Değerlendirme sonucunda son üç deneyin piksel dağılım grafiklerinin diğer deneylerden daha düzgün olduğu ve bu nedenle deney üretimlerinin de son üç deneyde kalitesinin arttırdığı sonucuna varılmıştır. Eğitimlerde kullanılan veri artırımı yöntemi ile elde edilen Palladio plan şeması verisetlerinin ise çekişmeli üretken ağların üretim çıktılarını negatif etkilediği gözlemlenmiştir. DCGAN üzerinden yapılan son çalışma hem algoritma hem de mimari plan üretimlerinin verimliliğinin değerlendirildiği çalışmadır. DCGAN verimliliği literatürde önerilen "Frechet Inception Mesafesi" ile değerlendirilmiştir. Plan şeması üretimleri ise literatürde önerilen değerlendirme yöntemi "Hızlı Sahne Sınıflandırması" yanında "Palladian Grameri ile Sınıflandırma" ve "Mekan Sentaksı ile Sınıflandırma" yöntemleri ile gerçekleştirilmiştir. Literatür dışında önerilen son iki değerlendirme yönteminin bu tezde kullanılmasının sebebi, literatürde önerilen değerlendirme yöntemlerinin, üretimleri değerlendirmekten daha çok, algoritmanın üretim verimliliğini değerlendirmek için kullanılıyor olmasıdır. Ancak mimari plan şeması üretimi probleminde, bu problemin çözüm yönteminin araştırılmasının yanında, üretim çıktılarının değerlendirme yöntemlerinin de araştırılması gereklidir. Herhangi bir görsel üretiminde literatürdeki değerlendirme yöntemi kullanılabilse de mimari plan şeması üretimlerinin değerlendirilmesi için mimarlık disiplini içerisinden yöntemler kullanılabilir. Bu nedenle son iki değerlendirme, Palladian gramer kuralları ile sınıflandırma ve mekan sentaksı ile sınıflandırma değerlendirme yöntemleri bu tezde yer almaktadır. Bu tez çalışmasında, bugünün derin öğrenme algoritmalarından üretken çekişmeli ağlarla otonom plan şeması üretimlerinin işlevsel olarak değil, sadece biçimsel olarak gerçekleşebildiği sonucuna varılmıştır. Bir diğer yandan biçimsel olarak verisetine benzer üretimler gerçekleşiyor olsa da DCGAN üretimlerinin kontrol dışı üretildiği gözlemlenmiştir. Kontrol dışı üretimler mimari plan şeması üretimi probleminde, birçok varyasyondan oluşan, verisetindeki özniteliklere uygun dağılımdaki çıktılardan oluşan bir keşif alanı sunabilir. Ancak DCGAN algoritması ile doğrudan plan şeması üretimine güvenilerek kullanılması doğru sonuçlar vermeyebilir. Bu nedenle çekişmeli üretken ağlar içindeki DCGAN algoritmasının mimari plan şeması üretiminde üretken bir sistem olarak sadece bir keşif aracı niteliğinde olduğu söylenebilir. Ancak çekişmeli üretken ağların plan şeması üretimi problemi için büyük bir potansiyeli bulunmaktadır. Plan şeması üretim probleminin çözümü için gelecekte karşılaşabileceğimiz, kontrolsüz üretimlerin önüne geçen, yeni üretken çekişmeli ağ mimarilerinin plan şeması üretim probleminde verimli bir araç olarak kullanılabilme potansiyeli bulunmaktadır.
  • Öge
    An uninterrupted urban walk: 3d analysis methods for supporting the design of walkable streets
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2020) Ensari Sucuoğlu, Elif ; Özkar Kabakçıoğlu, Mine ; 620853 ; Mimari Tasarımda Bilişim ; Informatics in Architectural Design
    Dünyada hızla büyüyen kentsel nüfus, çevre kirliliği, iklim değişikliği, yok olan kaynaklar, sosyal çatışma ve toplu göçler gibi global ölçekteki krizlere hem sebep olmakta hem de bu krizlerle yüzleşmek durumunda kalmaktadır. Yapılı çevrenin planlanması ve tasarımı, kentsel yaşamı organize ederken daha az kirlilik yaratmak, kaynakları demokratik olarak dağıtmak, sosyal ve toplumsal bağları güçlendirmek ve ekonomik kalkınmayı desteklemek açısından kritik önem taşımaktadır. Şehirlerimizi, yürümeyi bir ulaşım biçimi olarak kullanmayı mümkün kılacak şekilde tasarlamak, kirlilik yaratmadan herkesin kaynaklara ulaşımını sağlayarak, yerel ekonomiyi destekleyerek ve sokak hayatını canlandırarak bu yönde atılan adımlara katkıda bulunmaktadır. Yürünebilirliğe dair araştırmalar yıllardır süregelirken, hiçbir zaman olmadığı kadar güncel, büyük ölçekte ve kesinlikte kentsel veriye erişimimiz var ve gelişen teknolojilerimiz bu veri ile yürünebilir kentler tasarlamaya ve yönetmeye yönelik süreçleri desteklemeyi mümkün kılmakta. Bu doktora tezi, sokak ölçeğinde, üç boyutlu ve esnek kentsel tasarım süreçlerini bilgilendirecek, hızla güncellenebilir ve uzaktan erişilebilir kentsel veriye dayalı, dolayısıyla arazi çalışmalarını gerektirmeyecek bir analiz metodunun gerekliliğini öne sürmekte ve literatürdeki bu boşluğu dolduran, yarı-otomatik bir iş akışı sunmaktadır. Bu iş akışının, mevcut literatürdeki yürünebilirlik araştırmaları ile kentsel tasarım süreçleri arasındaki kopukluğu gidermesi öngörülmektedir. Bu kopukluğun, tasarım ve planlama süreçlerinde ekonomik kriterlerin öncelikli olması ile bu süreçlere yönelik farklı aşamalarda, parçalı ve bütüncül olarak uygulanabilir hızlı ve pratik değerlendirme yöntemlerinin eksikliğinden kaynaklandığı öne sürülmektedir. Ayrıca halihazırda bulunan yürünebilirlik değerlendirme yöntemleri, tez çalışmasının odaklandığı sokak ölçeği detayında bir ölçümü uzaktan toplanabilen kentsel veri üzerinden yapamamakta, zaman ve maddi açıdan yük teşkil eden yerinde ölçümlere ihtiyaç duymaktadır. Sunulan iş akışının bu eksikliklere cevap vermesi hedeflenmektedir. İş akışı, görsel bir programlama ortamında, üç boyutlu bir mahalle modelini coğrafi bilgi sistemleri (CBS) ve özel kodlarla bir araya getirmekte; Dışbükey ve Dolu-Boş Hacim Modelleri (Convex and Solid-Void Models) adında bir morfolojik analiz modelini web kazıma ve makine görüşü teknikleri ile birlikte kullanmaktadır. Bu tez, yürünebilirlik araştırmalarına, mikro ölçekli, üç boyutlu ve uzaktan uygulanabilir bir yürünebilirlik analizi iş akışı ile farklı biçimli ve kullanımlı sokak mekanlarına özel yürünebilirlik göstergeleri ve değer aralıkları önererek katkıda bulunmaktadır. Çalışma, Dışbükey ve Dolu-Boş Hacim analiz modellerini ilk defa somut bir kentsel problemin çözümüne yönelik olarak yürünebilirliğe uygulayarak tasarımda bilişim alanına katkı sağlamaktadır. Ek olarak, uzaktan erişilebilir veri kaynaklarının kentsel mekânın sayısal analizinde kullanımına entegre edilmesine dair yenilikçi bir örnek teşkil etmektedir. Çalışmada kullanılan bu tür kaynaklar çevrimiçi haritaların sokak görüntüsü (street view) platformları ve lokasyon bazlı sosyal ağlardır. Ancak kullanılan iş akışı, bu tür kaynakların ileriki çalışmalarla çeşitlendirilerek yönteme entegre edilmesine izin vermektedir. Bu, iş akışında CBS'nin üç boyutlu mekânsal modeller ve programlama araçlarıyla bir arada kullanımı sayesinde mümkündür. Mekânsal elemanların, semantik bilgi ile veri tabanları üzerinden ilişkilendiği bu ortamlar, veri tabanına işlenebilen her türlü verinin kullanımına izin vermektedir. Bu sayede mekâna dair edinilen çok çeşitli veri, veri tabanları üzerinden mekânsal analize dahil edilebilmekte ve üretken tasarım süreçlerini besleyebilmektedir. Ayrıca çalışma, sunduğu kentsel tasarım ve planlama önerileri ile, bulguların gerçek hayatta kentsel rehabilitasyon projelerinde kullanılmasına yönelik pratik bir kaynak niteliği taşımaktadır. Dışbükey ve Dolu-Boş Hacim Modelleri dahilinde üç boyutlu bir sokak mekân birimi olan 'Sokak-Boşluk' (Street-Void) geliştirilmiştir. Bu birim, kentsel mekânın analizinde elde edilen tüm verinin bir araya getirilmesi ve değerlendirilmesinde kullanılabilmektedir. Buna ek olarak, öncelikle sokak veya meydan biçimli ve konut veya karma kullanımlı sokak mekanlarını ayırt edecek, sonra da bu özelliklere bağlı olarak daha doğru bir sayısal değerlendirmeyi mümkün kılacak yürünebilirlik göstergeleri belirlenmiştir. İş akışının İstanbul ve Lizbon'da dört farklı mahalleye uygulanması ve buralardaki sokak mekanlarının önerilen göstergeler üzerinden sınıflandırılması ile elde edilen değer aralıkları ile kentsel tasarım önerileri sunulmaktadır. Bu öneriler, farklı sokak tipolojilerine uygun olacak şekilde, bir kentsel mekâna bütüncül veya parçalı biçimde, farklı planlama ve tasarım aşamalarında uygulanmayı mümkün kılmak üzere organize edilmiştir. Bu tavsiyelerin öngörülen etkileri direk/fiziksel ve dolaylı/algısal olarak gruplanmıştır. Literatürde bulunan mevcut yürünebilirlik ölçüm metotları, sadece sokakların yürünebilirliklerinin ölçümüne yöneliktir ve bu çalışmada önerilen, sokak mekanlarının özelliklerine göre farklılaşan gösterge ve değer aralıkları kullanımı da literatüre yenilikçi bir katkıdır. Tez metninin giriş bölümünde, yapılan çalışmanın amacı, literatürde öngörülen yeri ve önemi, yöntemi ve sonuçlarına dair bir tanıtım yapılmıştır. İkinci bölüm tezin cevaplamayı amaçladığı sorular ve bunlar üzerine kurulan hipotezi sunmaktadır. Bu sorular sırasıyla şöyle sıralanabilir. Yürünebilirlik kriterleri nasıl mahalle ölçeğinde kentsel tasarım süreçlerine dahil edilebilir? Yürünebilirliğin değerlendirilmesi ve tasarım karar süreçlerinin bu bilgi ile en etkili şekilde beslenebilmesi için kentsel yapılı çevrenin hangi özellikleri dikkate alınmalıdır? Oldukça karmaşık ve değişken yapıda olan kentsel yapılı çevrenin yürünebilirliğini, mahalle ölçeğinde, en etkili şekilde nasıl değerlendirebiliriz? Tez metninin üçüncü bölümü literatürdeki insan odaklı kentsel tasarım, yürünebilirlik ölçüm çalışmaları ve kentsel ölçeğe yönelik geliştirilen algoritmik tasarım araçlarını incelemektedir. Dördüncü bölümde araştırmanın yöntemi ve yukarıda tanıtılan iş akışının çalışma prensibi detaylı biçimde anlatılmaktadır. Bu bölümde, yürünebilirlik ölçümü için geliştirilen sayısal göstergelerin seçim süreci de açıklanmıştır. Bu göstergelerin 'karakter özellikleri' (characteristics) olarak gruplandığı üst başlıklar; yoğunluk (density), çeşitlilik (diversity), bağlantısallık (connectivity), insan ölçeği (human scale), karmaşıklık (complexity), çevrelenmişlik (enclosure), biçim (shape), eğim (inclination), geçirgenlik (permability) ve altyapı (infrastructure) şeklinde sıralanmıştır. Bu karakter özellikleri ve altında gruplanan göstergeler çalışmanın ileri aşamalarında elenerek indirgenmiştir. Beşinci bölümde yöntemin geliştirilmesinde kullanılan örnek mahalle uygulamaları, mahallelerin seçim kriterleri, değerlendirmede kullanılan yürünebilirlik göstergelerinin sayısal veriler üzerinden yorumlanması ve sayısal bulguların ilk analizleri yapılmıştır. Altıncı bölümde istatistiksel yöntemlerle sosyal medya ve sokak görüntüsü analiz sonuçlarının yürünebilirlik göstergeleri olarak kullanılabilirliği test edilmiş ve kullanılan göstergeler üzerinden incelenen sokak mekanları gruplanmış, sokak tipolojileri elde edilmiştir. Elde edilen tipolojilerin özellikleriyle ölçülen göstergelerin sayısal sonuçları karşılaştırılmış, bu karşılaştırmalar üzerinden göstergeler değerlendirilmiş ve elemeye tabi tutulmuştur. Yedinci bölüm, biçim ve kullanım amacına bağlı olarak sokak mekanlarının tekrar gruplanması ve gösterge sonuçlarının bu gruplar için kıyaslanarak incelenmesini içerir. İnceleme sonuçları üzerinden farklı sokaklar için uygulamaya yönelik değer aralıkları belirlenmiş ve tüm bulgular tasarım ve planlama süreçlerine yönelik bir rehber haline getirilmiştir. Sekizinci bölüm tezin tüm çıktısını; literatüre ve tasarım ile planlama süreçlerine katkısını, kısıtlamaları, tezin ilk adımını teşkil ettiği ve gelecekte yapılması öngörülen çalışmaları özetlemektedir. Önerilen yürünebilirlik ölçüm metodu ve beraberinde sunulan kentsel planlama ve tasarıma yönelik tavsiyeler, bu tezde geliştirilmiş biçimleriyle, yerel ve merkezi belediyeler ve özel müteahhitler ile bunlarla çalışacak plancı ve tasarımcılara yönelik danışmanlık hizmetleri kapsamında kullanılabilir niteliktedir. Öngörülen gelecek çalışmalarla, sunulan iş akışının, plancı ve tasarımcıların kullanımına yönelik bir set araç haline getirilmesi ve incelenecek farklı sokak tipleriyle, Türkiye ve Portekiz bağlamları dışında da kullanılabilmesi planlanmaktadır. Projenin geliştirilmesine yönelik öngörülen bazı çalışmalar, örnek olarak kullanılan kentsel bağlamların çeşitlendirilmesi, kentsel verinin hassasiyetinin ve kesinliğinin arttırılması, kullanılan morfolojik analizin değerlendirdiği detay seviyesinin yükseltilmesi ve kullanılan mekânsal analiz yönteminin yürünebilirlik dışındaki kentsel konulara da uygulanmasını içerir. Mevcut çalışmada kullanılan İstanbul ve Lizbon şehirlerindeki Kadıköy, Hasanpaşa, Chiado ve Ajuda mahalleleri, yapısal benzerlikleri açısından tutarlı ve aynı zamanda yeterli çeşitlilikte sokak tipolojisinin değerlendirilmesine imkân vermiştir. Özellikle ölçek ve kullanım çeşitliliği bakımından benzer yapıda olan bu mahalleler, kullanılan göstergelerle sınıflandırıldıklarında 6 farklı sokak tipolojisi elde edilmiştir. Ancak iş akışı ölçek, biçim ve kullanım açısından daha farklı örneklere uygulanarak bu tipolojiler çeşitlendirilmelidir. Hem ilgili verinin detaylı şekilde mevcut olması hem de bahsedilen özellikler açısından çok daha çeşitli sokak mekanları barındırmaları itibari ile New York, Singapur ve Amsterdam, çalışılması düşünülen şehirlerden ilkleridir.