Математика, программирование и алгоритмы сегодня меняют многие области человеческой деятельности. Искусственный интеллект уже избавил человечество от многих рутинных задач и ненужных профессий. Мир меняется радикально и неизбежно. Сегодня мы хотели бы рассказать о том, как эволюционные алгоритмы меняют градостроительное проектирование и какие инструменты уже сегодня можно взять на вооружение специалистам без знания языков программирования.
О том, кто все это начал
Родоначальником теории эволюции считается всем известный Чарльз Дарвин. Он смог объединить все свои наблюдения и идеи в одну единую теорию, в которой эволюция это "процесс длительных, постепенных, медленных изменений, которые, в конечном итоге, приводят к коренным, качественным изменениям — возникновению новых организмов, структур, форм и видов".
В применении к программированию мы получили направление в искусственном интеллекте которое использует и моделирует процессы естественного отбора. Профессиональные термины теории перекочевали в проектирование: можно услышать об n-ом поколении, мутациях, популяциях и многом другом. И на наш взгляд, это очень круто!
Grasshopper
Сегодня специалисты градостроители могут использовать довольно популярный инструмент — Grasshopper, который позволяет решить практически все насущные проблемы градостроителей в один клик.
Grasshopper — графический, или как говорят нодовый язык программирования. Он отличается от большинства языков тем, что не требует знания синтаксиса и важная его особенность в том, что "кузнечик" глубоко интегрирован в известную программу 3d моделирования Rhinoceros 3d.
Работа в Grasshopper заключается в подключении одних графических блоков, называемых нодами, к другим. Выстраивается логическая цепочка, которая в сущности представляет собой алгоритм, результат которого изменяется полностью в реальном времени, если изменить изначальные параметры. Таким образом можно одним скриптом решить тысячи типовых задач, сэкономить свое время и освободиться для творческих процессов.
Плагины эволюционных алгоритмов
В Grasshopper есть несколько плагинов для эволюционной симуляции, но мы выделим два основных - Galapagos и Wallacei.
Galapagos — стандартный плагин, доступный в Grasshopper из коробки. Он простой, понятный и надежный. Wallacei нужно установить отдельно. В нём более расширенный функционал и подробно сделанная визуализация результатов и статистика. Если есть простые задачи - работайте в galapagos, если есть задачи сложные, то Wallacei ваш выбор.
Один из прекрасных примеров использования плагина Wallacei — Нахождение оптимальной формы здания в заданном городском окружении:
Подробнее о плагинах со всеми ссылками и источниками читайте в нашей статье.
В сущности, все задачи с эволюцией сводятся к нахождению максимальных и минимальных параметров. Например, в случае с градостроительством, можно быстро найти максимально возможное количество зданий на данной территории, либо найти такое расположение зданий, чтобы они соблюдали нормативные разрывы. Вы получите множество вариантов, или в рамках эволюционных алгоритмов - некоторое количество поколений, в крайнем из которых будет наиболее удовлетворительный результат.
Если вы специалист градостроитель, задайте нам свои вопросы в нашем телеграм чате. Мы с радостью ответим и поможем решить некоторые ваши задачи при помощи эволюционных алгоритмов и скриптов Grasshopper.