Knitwear customisation as repeated redesign

Producing large numbers of garment variants will only be economically viable if it requires very little human effort. But garment customisation cannot always be fully automated. Applying grading rules maintain the same details but sometimes achieves a different overall effect; but the customer expects the same overall effect and is less concerned about details. Choosing between alternative customisations requires a human designer's trained perceptual judgement. Therefore a viable mass customisation support system must support the repeated redesign of a garment by combining automatic design with fast human editing. Evaluating and modifying the suggestions of others is a natural and efficient activity for designers. This paper describes two prototype automatic design systems exploring techniques that could be used for mass customisation of knitted garments – in which the shape and patterns are indivisibly linked. An early pattern placing system that automatically altered both shape and pattern parameters in a variety of alternative ways. A shape design system that generates technically correct and consistent garment shapes from a set of measurements and a verbal description; it works independently of sizes, recalculating the shape for each new set of measurements. Starting from the system's suggestions, designers can very quickly tweak the new design to fulfil their aesthetic intentions

New computational techniques for detecting, learning and managing criteria in design problems

Los problemas de diseño suelen involucrar la consideración de criterios de diferente naturaleza, incluyendo necesidades técnicas, económicas, sociales y medioambientales, entre otras. Las herramientas CAD tradicionales ayudan a los diseñadores en la representación, modificación, análisis, documentación y evaluación de sus diseños. Sin embargo, los ordenadores pueden cumplir un papel más complejo: el del diseño computacional, consistente en la síntesis de nuevas soluciones de diseño. Esta tesis se ha enfocado en este rol no trivial, siendo su objetivo general el desarrollo de nuevas técnicas de diseño computacional capaces de considerar criterios de diseño. Algunos aspectos del proceso de diseño pueden entenderse como una búsqueda o exploración en un espacio de alternativas de diseño. Esta perspectiva facilita la explotación de técnicas computacionales para implementar métodos que sinteticen soluciones de acuerdo al propósito de un problema de diseño dado. Para el desarrollo de metodologías de diseño computacional, es necesario un sistema generativo capaz de representar y generar el espacio de diseño. En esta tesis hemos considerado el formalismo de las gramáticas de formas dado su uso intensivo en la literatura de diseño computacional y dada también su versatilidad. El enfoque tradicional a la hora de usar gramáticas de formas consiste en codificar el conjunto completo de criterios de diseño en las mismas reglas, dando lugar a gramáticas expertas que son difíciles de crear, modificar y mantener. Este tipo de gramáticas también promueve soluciones previsibles, dado que las reglas han sido creadas con el conocimiento previo de los requisitos que las formas han de cumplir. En esta tesis hemos considerado otra alternativa, que consiste en reducir o minimizar el número de criterios codificados en las reglas. Así, tratamos con gramáticas más ingenuas que no pueden producir soluciones factibles y necesitan de un mecanismo de control que guíe la derivación hacia buenos diseños. Concretamente, hemos utilizado algoritmos de búsqueda y métodos de aprendizaje por refuerzo para llevar a cabo dicho control. Las principales conclusiones de esta tesis pueden ser resumidas como sigue: 1. Se ha propuesto un esquema de clasificación para posibles enfoques al diseño computacional basados en gramáticas de formas. Concretamente, consideramos dos aspectos: el primero considera la cantidad de criterios de diseño codificados en las reglas, siendo las gramáticas puramente expertas aquellas en las que la totalidad de los criterios han sido codificados de esta manera. Cuantos menos criterios sean codificados en las reglas, más ingenua puede ser considerada la gramática. El segundo considera la complejidad del método de control empleado, desde sistemas que carecen de dicho sistema de control hasta sistemas que emplean mecanismos complejos. 2. Se ha desarrollado una metodología de diseño computacional basada en gramáticas de formas expertas y un mecanismo de control complejo. Dicha metodología está basada en la idea de codificar algunos requisitos de diseño en las reglas y utilizar el resto de manera explícita para evaluar las formas producidas a lo largo del proceso de generación, guiando dicho proceso hacia buenos diseños. Las gramáticas de formas involucradas son por tanto menos expertas que en el enfoque tradicional. En esta configuración distinguimos entre criterios que se especifican mejor geométricamente (dentro de las reglas) y criterios que se expresan mejor como predicados lógicos (restricciones y objetivos usados en un algoritmo de búsqueda). 3. Se ha desarrollado una herramienta software (ShaDe) para editar y ejecutar gramáticas de formas con capas, restricciones y objetivos. 4. Se ha desarrollado una metodología de diseño computacional basada en gramáticas de formas ingenuas y un mecanismo de control complejo. En esta metodología se usa el conjunto completo de criterios de diseño como recompensas en un proceso de aprendizaje por refuerzo, con el objetivo de aprender un heurístico que determine cómo aplicar las reglas del sistema generativo. Se han presentado dos alternativas para aprender las políticas de aplicación de reglas, dependiendo de la manera de tratar la naturaleza multi-objetivo del diseño. En la primera, las recompensas son escalarizadas. La segunda alternativa no escalariza las recompensas; han de aprenderse múltiples políticas que pueden ser utilizadas para producir un conjunto de soluciones óptimas. 5. Se ha propuesto un nuevo algoritmo de aprendizaje por refuerzo multiobjetivo (PQ-learning). En el contexto de la metodología en la que no se escalarizan las recompensas, hemos propuesto una nueva técnica de aprendizaje por refuerzo, basada en una extensión directa del algoritmo Q-learning, que trabaja con recompensas vectoriales. Este nuevo método ha sido probado en dos problemas pertenecientes a un benchmark de aprendizaje por refuerzo multi-objetivo. 6. Las metodologías desarrolladas han sido puestas en práctica en diferentes escenarios relacionados con la arquitectura. 7. Se han llevado a cabo dos estudios empíricos con estudiantes de arquitectura. Particularmente, fueron asociados con las metodologías correspondientes a gramáticas de formas ingenuas con y sin control, para estudiar diversos aspectos como la reacción de los alumnos y la viabilidad de los sistemas propuestos. A continuación detallamos los aspectos de esta tesis que merecen una investigación más profunda: -La extensión de las metodologías propuestas a tipos más complejos de gramáticas de formas, tales como gramáticas tridimensionales o incluso paramétricas. -Los casos de aplicación que involucran gramáticas ingenuas y aprendizaje por refuerzo escalarizado se basan en una división en fases del problema de diseño considerado. Esta división reduce el conjunto de criterios que han de tenerse en cuenta en cada paso. Sin embargo, también introduce una limitación importante que puede afectarnos en el caso de problemas de diseño más complejos: el proceso de aprendizaje sólo trata con los criterios locales de cada fase, y por tanto las políticas no pueden reflejar aspectos globales. Una posibilidad para afrontar dicho problema es la integración con técnicas más potentes como la generalización no lineal ofrecida por las redes neuronales. -Hemos mostrado cómo la metodología basada en gramáticas ingenuas y PQ-learning puede ser utilizada para abordar problemas geométricos, pero es necesaria más investigación para aplicar dicha metodología en escenarios reales. Creemos que esto puede conseguirse por medio de la integración de PQ-learning con técnicas de generalización. -Finalmente, la aplicación de las metodologías propuestas a otros ámbitos de diseño es también una línea importante de investigación

Exploiting lattice structures in shape grammar implementations

The ability to work with ambiguity and compute new designs based on both defined and emergent shapes are unique advantages of shape grammars. Realizing these benefits in design practice requires the implementation of general purpose shape grammar interpreters that support: (a) the detection of arbitrary subshapes in arbitrary shapes and (b) the application of shape rules that use these subshapes to create new shapes. The complexity of currently available interpreters results from their combination of shape computation (for subshape detection and the application of rules) with computational geometry (for the geometric operations need to generate new shapes). This paper proposes a shape grammar implementation method for three-dimensional circular arcs represented as rational quadratic Bézier curves based on lattice theory that reduces this complexity by separating steps in a shape computation process from the geometrical operations associated with specific grammars and shapes. The method is demonstrated through application to two well-known shape grammars: Stiny's triangles grammar and Jowers and Earl's trefoil grammar. A prototype computer implementation of an interpreter kernel has been built and its application to both grammars is presented. The use of Bézier curves in three dimensions opens the possibility to extend shape grammar implementations to cover the wider range of applications that are needed before practical implementations for use in real life product design and development processes become feasible

A Game-theoretic Formulation of the Homogeneous Self-Reconfiguration Problem

In this paper we formulate the homogeneous two- and three-dimensional self-reconfiguration problem over discrete grids as a constrained potential game. We develop a game-theoretic learning algorithm based on the Metropolis-Hastings algorithm that solves the self-reconfiguration problem in a globally optimal fashion. Both a centralized and a fully distributed algorithm are presented and we show that the only stochastically stable state is the potential function maximizer, i.e. the desired target configuration. These algorithms compute transition probabilities in such a way that even though each agent acts in a self-interested way, the overall collective goal of self-reconfiguration is achieved. Simulation results confirm the feasibility of our approach and show convergence to desired target configurations.Comment: 8 pages, 5 figures, 2 algorithm

Exploration through drawings in the conceptual stages of product design

This paper argues that sequences of exploratory drawings - constructed by designer's movements and decisions - trace systematic and logical paths from ideas to designs. This argument has three parts. First, sequences of exploratory sketches produced by product designers, against the same task specification, are analyzed in terms of the cognitive categories of reinterpretation, emergence and abstraction. Second, a computational model is outlined for the process of exploration through drawing and third the model is applied to elucidate the logic in the sequences of exploratory sketches examined earlier

Shape interpretation with design computing

How information is interpreted has significant impact on how it can be used. This is particularly important in design where information from a wide variety of sources is used in a wide variety of contexts and in a wide variety of ways. This paper is concerned with the information that is created, modified and analysed during design processes, specifically with the information that is represented in shapes. It investigates how design computing seeks to support these processes, and the difficulties that arise when it is necessary to consider alternative interpretations of shape. The aim is to establish the problem of shape interpretation as a general challenge for research in design computing, rather than a difficulty that is to be overcome within specific processes. Shape interpretations are common characteristics of several areas of enquiry in design computing. This paper reviews these, brings an integrated perspective and draws conclusions about how this underlying process can be supported

UsingWomb Grammars for Inducing the Grammar of a Subset of Yorùbá Noun Phrases

We address the problem of inducing the grammar of an under-resourced language,Yorùbá, from the grammar of English using an efficient and, linguistically savvy, constraintsolving model of grammar induction –Womb Grammars (WG). Our proposed methodologyadapts WG for parsing a subset of noun phrases of the target language Yorùbá, from thegrammar of the source language English, which is described as properties between pairs ofconstituents. Our model is implemented in CHRG (Constraint Handling Rule Grammar) and,it has been used for inducing the grammar of a useful subset of Yorùbá Noun Phrases. Interestingextensions to the original Womb Grammar model are presented, motivated by the specificneeds of Yorùbá and, similar tone languages

Modelling and Analysis Using GROOVE

In this paper we present case studies that describe how the graph transformation tool GROOVE has been used to model problems from a wide variety of domains. These case studies highlight the wide applicability of GROOVE in particular, and of graph transformation in general. They also give concrete templates for using GROOVE in practice. Furthermore, we use the case studies to analyse the main strong and weak points of GROOVE