Classificação não supervisionada de imagens em processos de design computacional generativo

Autores

DOI:

https://doi.org/10.11606/gtp.v19i3.227541

Palavras-chave:

aprendizado profundo, exploração do espaço das soluções, autoencoder convolucional, estudos tridimensionais

Resumo

O uso de técnicas computacionais em processos de Design Generativo permite a criação de inúmeras soluções. Para explorar essas iterações, é necessário adotar abordagens que auxiliem na organização e análise desse vasto espaço de soluções. Este estudo propõe uma metodologia baseada em aprendizado profundo para a classificação não supervisionada de imagens, permitindo a exploração automática das iterações de um sistema generativo sem a necessidade de rotulagem manual. A pesquisa utiliza o programa Grasshopper para gerar as iterações e transformá-las em imagens, um autoencoder convolucional para extrair representações compactas das imagens, técnicas de redução de dimensionalidade como UMAP e o algoritmo de Misturas Gaussianas para agrupamento dos dados. O trabalho demonstra que essa abordagem pode organizar o espaço de soluções com base em características morfológicas e espaciais, contribuindo para novas formas de interação entre o designer e a inteligência artificial no campo do design. Os códigos e imagens utilizadas estão disponíveis aqui: https://github.com/researchai2/cluster2.

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Biografia do Autor

  • Daniel Ribeiro Alves Barboza Vianna, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.

    Daniel Ribeiro Alves Barboza Vianna obteve o grau de Doutor em Desenho Industrial pela PUC-Rio em 2023. Anteriormente, ele concluiu dois mestrados: um em Arquitetura em 2011 e outro em Desenho Industrial em 2014, ambos pelo Pratt Institute. Atualmente, Vianna está focado em pesquisas e projetos na área emergente do Design Computacional, com um enfoque particular no uso de técnicas de aprendizado profundo.

  • Claudio Freitas de Magalhães, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro

    Professor Associado do Departamento de Arte e Design da PUC-Rio (D.A.D. / PUC-Rio). Possui graduação em Desenho Industrial pela Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro - PUC-Rio - (1985), MBA em Marketing pelo IAG / PUC-Rio - (1991), MSc (1994) e D.Sc. (2003) em Engenharia de Produção pela Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ. Foi Visiting Scholar do Departamento de Ciências Cognitivas, Linguísticas e Psicológicas (CLPS) da Brown University, com bolsa de Pós-Doutorado do CNPq (2017 a julho de 2018). Atua na Graduação e no Programa de Pós-Graduação (M. e D.) em Design.

  • Érico Franco Mineiro, Universidade Federal de Minas Gerais

    Professor do Depto. de Tecnologia do Design, Arquitetura e Urbanismo da Universidade Federal de Minas Gerais. É doutor em Design pela PUC-Rio, mestre em Engenharia de Produção pela UFMG e bacharel em Desenho Industrial - Projeto de Produto pela UEMG.

Referências

ABADI, Martín et al. TensorFlow: A system for large-scale machine learning. Em: PROCEEDINGS OF THE 12TH USENIX SYMPOSIUM ON OPERATING SYSTEMS DESIGN AND IMPLEMENTATION, OSDI 2016 2016, Anais [...]. : USENIX Association, 2016. p. 265–283. Disponível em: https://arxiv.org/abs/1605.08695v2. Acesso em: 10 out. 2024.

ABUZURAIQ, Ahmed M.; ERHAN, Halil. The many faces of similarity: A visual analytics approach for design space simplification. Em: RE: ANTHROPOCENE, DESIGN IN THE AGE OF HUMANS - PROCEEDINGS OF THE 25TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMPUTER-AIDED ARCHITECTURAL DESIGN RESEARCH IN ASIA, CAADRIA 2020 2020, Anais [...]. : The Association for Computer-Aided Architectural Design Research in Asia (CAADRIA), 2020. p. 485–494. DOI: 10.52842/CONF.CAADRIA.2020.1.485. Acesso em: 31 mar. 2024.

AHLQUIST, Sean. Reciprocal Relationships of Materiality and Human Engagement. Em: Paradigms of Performativity in Design and Architecture. New York: Routledge, 2020.

BHATT, Mehul; SCHULTZ, Carl; HUANG, Minqian. The shape of empty space: Human-centred cognitive foundations in computing for spatial design. Em: PROCEEDINGS OF IEEE SYMPOSIUM ON VISUAL LANGUAGES AND HUMAN-CENTRIC COMPUTING, VL/HCC 2012, Anais [...]. [s.l: s.n.] p. 33–40. DOI: 10.1109/VLHCC.2012.6344477. Acesso em: 31 mar. 2024.

BROWN, Nathan;; MUELLER, Caitlin. Designing with data: Moving beyond the design space catalog. Em: ACADIA 2017 DISCIPLINES & DISRUPTION 2017, Anais [...]. [s.l: s.n.] p. 154–163.

CHEN, Haoyu; LI, Wenbo; GU, Jinjin; REN, Jingjing; SUN, Haoze; ZOU, Xueyi; ZHANG, Zhensong; YAN, Youliang; ZHU, Lei. Low-Res Leads the Way: Improving Generalization for Super-Resolution by Self-Supervised Learning. Em: PROCEEDINGS OF THE IEEE/CVF CONFERENCE ON COMPUTER VISION AND PATTERN RECOGNITION (CVPR) 2024, Anais [...]. [s.l: s.n.] p. 25857–25867. Disponível em: https://arxiv.org/abs/2403.02601v1. Acesso em: 9 out. 2024.

CHOLLET, François. Keras: The Python Deep Learning Library. 2015. Disponível em: https://keras.io/. Acesso em: 10 out. 2024.

FAZI, M. Beatrice. Beyond Human: Deep Learning, Explainability and Representation. Algorithmic Thought, [S. l.], v. 38, 2020. DOI: 10.1177/0263276420966386. Acesso em: 6 out. 2021.

FISCHER, Thomas; HERR, Christiane M. Teaching Generative Design. Proceedings of the 4th International Conference on Generative Art, [S. l.], 2001. Disponível em: https://www.researchgate.net/publication/30869860_Teaching_Generative_Design. Acesso em: 21 out. 2021.

GOODFELLOW, Ian; POUGET-ABADIE; MIRZA, Mehdi; XU, Bing; WARDE-FARLEY, David; OZAIR, Sherjil; COURVILLE, Aaron; BENGIO, Yoshua. Generative Adversarial Nets. Proceedings of the International Conference on Neural Information Processing Systems, [S. l.], 2014. Disponível em: https://proceedings.neurips.cc/paper/2014/hash/5ca3e9b122f61f8f06494c97b1afccf3-Abstract.html. Acesso em: 3 mar. 2022.

HANNAH, Gail Greet. Elements of Design. New York: Princeton Architecture Press, 2002.

HUANG, Jeffrey; JOHANES, Mikhael; KIM, Frederick Chando; DOUMPIOTI, Christina; HOLZ, Georg Christoph. On GANs, NLP and Architecture: Combining Human and Machine Intelligences for the Generation and Evaluation of Meaningful Designs. Technology|Architecture + Design, [S. l.], v. 5, n. 2, p. 207–224, 2021. DOI: 10.1080/24751448.2021.1967060. Disponível em: https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/24751448.2021.1967060. Acesso em: 7 out. 2024.

JANNANI, Oussama; IDRISSI, Najlae; CHAKIB, Houda. An Image Compression Approach Based on Convolutional AutoEncoder. Lecture Notes in Networks and Systems, [S. l.], v. 806 LNNS, p. 78–91, 2023. DOI: 10.1007/978-3-031-46584-0_7. Disponível em: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-031-46584-0_7. Acesso em: 7 out. 2024.

JOHANES, Mikhael; HUANG, Jeffrey. Deep Learning Isovist: Unsupervised Spatial Encoding in Architecture. Em: PAPER PRESENTED AT 2021 ASSOCIATION FOR COMPUTER AIDED DESIGN IN ARCHITECTURE ANNUAL CONFERENCE, ACADIA 2021, VIRTUAL, ONLINE. 2021, Anais [...]. [s.l: s.n.] Disponível em: https://scholar.ui.ac.id/en/publications/deep-learning-isovist-unsupervised-spatial-encoding-in-architectu. Acesso em: 31 mar. 2024.

LEACH, Neil. Architecture in the age of artificial intelligence : an introduction to AI for architects. London: Bloomsbury, 2022. . Acesso em: 3 mar. 2022.

LI, Shuang; CORNEY, Jonathan. Multi-view expressive graph neural networks for 3D CAD model classification. Computers in Industry, [S. l.], v. 151, p. 103993, 2023. DOI: 10.1016/J.COMPIND.2023.103993. Acesso em: 31 mar. 2024.

MCINNES, Leland; HEALY, John; MELVILLE, James. UMAP: Uniform Manifold Approximation and Projection for Dimension Reduction. Journal of Open Source Software, [S. l.], 2018. DOI: 10.21105/joss.00861. Disponível em: https://arxiv.org/abs/1802.03426v3. Acesso em: 7 out. 2024.

MORDVINTSEV, Alexander; OLAH, Christopher; TYKA, Mike. Inceptionism: Going Deeper into Neural Networks. 2015. Disponível em: https://research.google/blog/inceptionism-going-deeper-into-neural-networks/. Acesso em: 7 out. 2024.

NATIVIDADE, Verônica Gomes. Fraturas metodológicas nas arquiteturas digitais. 2010. UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO , São Paulo, 2010. Acesso em: 2 maio. 2020.

PEDREGOSA, Fabian et al. Scikit-learn: Machine Learning in Python. Journal of Machine Learning Research, [S. l.], v. 12, n. 85, p. 2825–2830, 2011. Disponível em: http://jmlr.org/papers/v12/pedregosa11a.html. Acesso em: 10 out. 2024.

PEFFERS, Ken; TUUNANEN, Tuure; ROTHENBERGER, Marcus A.; CHATTERJEE, Samir. A design science research methodology for information systems research. Journal of Management Information Systems, [S. l.], v. 24, n. 3, p. 45–77, 2007. DOI: 10.2753/MIS0742-1222240302. Acesso em: 7 out. 2024.

Rowena Reed Kostellow Fund - 3-D Design Education Resource. [s.d.]. Disponível em: http://rowenafund.org/. Acesso em: 21 nov. 2024.

SCHMARJE, Lars; SANTAROSSA, Monty; SCHRÖDER, Simon Martin; KOCH, Reinhard. A Survey on Semi-, Self- and Unsupervised Learning for Image Classification. IEEE Access, [S. l.], v. 9, p. 82146–82168, 2021. DOI: 10.1109/ACCESS.2021.3084358. Acesso em: 7 out. 2024.

SCHWARZ, Gideon. “Estimating the Dimension of a Model.” The Annals of Statistics, [S. l.], v. 6, n. 2, p. 461–464, 1978. DOI: 10.2307/2958889. Disponível em: http://www.citeulike.org/user/abhishekseth/article/90008. Acesso em: 15 out. 2024.

VAN AKEN, Joan Ernst. Management research as a design science: Articulating the research products of mode 2 knowledge production in management. British Journal of Management, [S. l.], v. 16, n. 1, p. 19–36, 2005. DOI: 10.1111/J.1467-8551.2005.00437.X. Acesso em: 7 out. 2024.

XU, Rui; WUNSCH, Donald. Survey of clustering algorithms. IEEE Transactions on Neural Networks, [S. l.], v. 16, n. 3, p. 645–678, 2005. DOI: 10.1109/TNN.2005.845141. Disponível em: https://www.researchgate.net/publication/3303538_Survey_of_Clustering_Algorithms. Acesso em: 7 out. 2024.

ZHANG, Ji; TAN, Leonard; TAO, Xiaohui; PHAM, Thuan; CHEN, Bing. Relational intelligence recognition in online social networks — A survey. Computer Science Review, [S. l.], v. 35, p. 100221, 2020. DOI: 10.1016/J.COSREV.2019.100221. Acesso em: 9 out. 2024.

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Publicado

31-12-2024

Edição

Seção

Artigos

Como Citar

VIANNA, Daniel Ribeiro Alves Barboza; MAGALHÃES, Claudio Freitas de; MINEIRO, Érico Franco. Classificação não supervisionada de imagens em processos de design computacional generativo. Gestão & Tecnologia de Projetos, São Carlos, v. 19, n. 3, p. 27–47, 2024. DOI: 10.11606/gtp.v19i3.227541. Disponível em: https://periodicos.usp.br/gestaodeprojetos/article/view/227541.. Acesso em: 9 mar. 2025.