Semi-Automated SVG Programming via Direct Manipulation

Direct manipulation interfaces provide intuitive and interactive features to a broad range of users, but they often exhibit two limitations: the built-in features cannot possibly cover all use cases, and the internal representation of the content is not readily exposed. We believe that if direct manipulation interfaces were to (a) use general-purpose programs as the representation format, and (b) expose those programs to the user, then experts could customize these systems in powerful new ways and non-experts could enjoy some of the benefits of programmable systems. In recent work, we presented a prototype SVG editor called Sketch-n-Sketch that offered a step towards this vision. In that system, the user wrote a program in a general-purpose lambda-calculus to generate a graphic design and could then directly manipulate the output to indirectly change design parameters (i.e. constant literals) in the program in real-time during the manipulation. Unfortunately, the burden of programming the desired relationships rested entirely on the user. In this paper, we design and implement new features for Sketch-n-Sketch that assist in the programming process itself. Like typical direct manipulation systems, our extended Sketch-n-Sketch now provides GUI-based tools for drawing shapes, relating shapes to each other, and grouping shapes together. Unlike typical systems, however, each tool carries out the user's intention by transforming their general-purpose program. This novel, semi-automated programming workflow allows the user to rapidly create high-level, reusable abstractions in the program while at the same time retaining direct manipulation capabilities. In future work, our approach may be extended with more graphic design features or realized for other application domains.Comment: In 29th ACM User Interface Software and Technology Symposium (UIST 2016

3d-gis Based Procedural Modeling In Contemporary Urban Planning And Design Practice

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2016Tüm dünyada şehirler çok hızlı bir şekilde büyümeye devam ediyor. Kentsel planlama ve kentsel tasarım disiplinleri de bu değişime ayak uydurabilmek amacıyla yeni kuramsal kavramlar geliştirmekte ve kendilerini bu değişime adapte etme gayreti göstermektedir. Kentlerin durdurulamayan nüfus artışı beraberinde ciddi çevresel, sosyal, ekonomik ve mekansal sorunlar ortaya çıkarmaktadır. Bu sorunların çözümü için gerekli muayene ve analiz süreçleri büyük miktarlarda veri gerektirmektedir. Bu büyük verinin ve büyük sorunların yönetiminde alışılmış bakış açıları yetersiz kalmaktadır. Dünyada ve Türkiye'de yaygın planlama pratikleriyle üretilen plan çizimleri ve raporlarının kentsel tasarıma konu olan mekanın yaşanabilirliğinin ve mekansal kalitesinin sağlanmasında yetersiz kalabildiği iddiası bir çok araştırmada paylaşılmaktadır. Böylece, kentsel alanın yönetim ve planlamasında alışılmış olanların dışında, yeni parametreler eklenmektedir. Türkiye’deki planlama mevzuatının çokça değişen ve istikrarsız yapısı, mekansal planlamada kullanılan araç ve kuralların sıklıkla değişime uğramasına neden olmaktadır. Yasa, yönetmelik ve plan notlarının getirmiş olduğu düzenleyici araçlardaki değişimlerin, kentlerde yaratacakları mekansal sonuçları incelemek gün geçtikçe daha çok zorlaşmaktadır. Söz konusu araçların değişimiyle planlamanın kentsel çevreyi regüle ediş biçimi de değişmektedir. Bunun yanında, genel anlamda Türkiye’de sonuç ürün olarak üretilen planların, detaylı sosyo-ekonomik ve çevresel analizlere dayalı, mekansal vizyon ve tasarım stratejilerini temel alan bir yapıda olup olmadıkları tartışmaya açıktır. Bu günün pratiklerinde, plancıların ve kentsel tasarımcıların, kente dair mekansal kararlarında tasarımsal kaliteden ziyade mekanik inşaat alanı hesaplarına daha fazla önem atfediği söylenebilir. Teknik olarak, alışılmış plan üretim araçlarının kent plancısını yaratıcı düşünce üretimi noktasında engelledikleri ve bu araçların, bilgi, iletişim ve temsiliyetle ilgili sorunlara sebep oldukları araştırmalarla gösterilmiştir. Diğer yandan, teknolojinin gelişmesiyle kullanımı artan bilgi sistemlerine dayalı yeni teknikler, mekansal planlama pratikleri için dikkate değer araçlar yaratmaktadır. Planlama ve kentsel tasarım pratiklerinde, müdahale edilmekte olan kentsel çevreyi görselleştirmek, tasarımla ilgili fikir alışverişi yapmak ve farklı tasarım senaryolarını deneylemek amacıyla yeni tasarım metodlarının araştırılması bir zorunluk haline gelmektedir. Bu metodlar genellikle kentsel çevreyi tüm boyutlarıyla ele almayı ve her tür bilgiyi yöneterek sentezlemeyi sağlayan kapsamlı araçları içermektedir. Bu çalışmanın merkezinde, kentsel planlama süreçlerinin üç boyutlu modelleri içermesi gerektiği hipotezi bulunmaktadır. Dünyada özellikle üç boyutlu görselleştirme araçları, mekansal planlamada kaliteli tasarımlar üretebilmek amacıyla kullanılmaktadır. Yaygın pratikte üç boyutlu kent modelleri, iki boyutlu çizimlerin genellikle görselleştirme amacıyla belli programlara aktarılmak suretiyle oluşturulmakta ve kent modelleri genellikle halihazır durumu betimlemek amacıyla üretilmektedir. Bunun yanında belirli bir alandaki, tasarımı bitirilmiş bir projenin tanıtımı gibi amaçlarla görselleştirilmesi de yaygın kullanımlardan biridir. “Fakat üç boyutlu modelleme alanındaki yeni teknikler tasarım aşamasını da destekleyecek çalışma yöntemleri sunmaktadır. Bu araçlar kullanılarak mekansal planlama süreçlerinde tasarım boyutuna da kayda değer katkılar yapılabilir. Bu araçlar içinden yordamsal modelleme olarak Türkçe’ye çevrilebilecek olan “procedural modeling”, bahsedilen araçlardan biri olarak öne çıkmaktadır. Yordamsal modelleme araçları vasıtasıyla, küçük veri girdilerini yordamsal kodlar ile tanımlanan işlemler yardımıyla oldukça büyük sonuç ürünlerine dönüştürebilmek mümkündür. Bu modelleme yönteminde, ilk adımda modelleme programının dijital girdileri hangi şartlarla, hangi sıra ve ne şekilde işleyeceğinin tariflendiği “kural kodları” üretilerek, bir parselden anlamlı bir yapılaşma modeli oluşturacak temel komut zinciri tanımlanmaktadır. Bu kodlar, modelleme yapılırken değiştirilebilecek olan parametreleri içermektedir. Söz edilen parametreler parsel bazında CBS tabanlı bilgilere bağlı olarak veya kullanıcı tarafından değiştirilerek, arzu edilen model oluşturulabilmektedir. Bu çalışma özelinde örnek vermek gerekirse, planlama mevzuatında tanımlanan yazılı yapılaşma koşullarının yordamsal parametreler olarak tanımlanması amacıyla yazılacak bir kodun, kentsel tasarım kararları olarak üçüncü boyutta karşılığını hızlı ve dinamik bir arayüzde görselleştirebilmenin mümkün olacağı savıyla yola çıkılmıştır. Tezde, öncelikle 3 boyutlu kent modellerinin, bir meri planın tanımladığı kentsel çevreyi tasavvur edip edemeyeceği sorgulanarak, bir örnek alan çalışması yapılmıştır. Bir diğer önemli soru da Türkiye’de hızla değişen planlama mevzuatının, yeni teknolojilerden biri olan 3 boyutlu CBS tabanlı yordamsal modelleme teknikleriyle entegre olup olamayacağıdır. Bu sorular ışığında, Türkiye’de mevcut kentsel planlama ve tasarım pratiğinde tanımlanmış olan kodlar ve araçlar, yordamsal modelleme parametrelerine dönüştürülerek üç boyutlu modelleri oluşturacak işlem adımları ve kuralları oluşturulmuştur. Bu işlemlerde çekme mesafeleri, taban alanı, kat sayısı, yapı yüksekliği, yapı yaklaşma mesafeleri ve emsal gibi bir çok parametreyi içermektedir. Planlama sisteminde tanımlı kodların yapılaşmayı tam anlamıyla tanımlayamadığı düşünülen noktalarda yeni parametreler eklenerek, yapılaşma kodları oluşturulmuştur. Her yapı parseli özelinde, bu parametrelerdeki her değişim, program tarafından sonuç üründe güncellenerek, kullanıcıya bu değişimin görsel sonucunu gözlemleme imkanı verebilmektedir. Koda göre; parsel içinde, yapı oturum alanı dışındaki alanlar, seçime göre yeşil alan, sert zemin veya otopark alanı gibi düzenlenebilirken, bir parselde bir veya birden fazla yapı yapılabilmektedir. Yapıların oturum düzeni, modelleme esnasında önceden tanımlanmış oturum tipolojileri seçilerek değiştirilebilmektedir. Cephe ve çatı detayları, pencere ve duvar genişlikleri gibi temel özellikler başta olmak üzere, bir çok parametreyle düzenlenebilmektedir. Yapı parselleri dışında bu sisteme yol orta çizgileri ve topoğrafya verisi eklenmiştir. Yol ve parseller, topoğrafya üzerine oturtularak alanın gerçek dokusu görselleştirilmiştir. Yollar; yol genişliği, şerit sayısı, yaya ve bisiklet yolları, kent mobilyaları gibi bir çok parametrelerle kontrol edilebilmektedir. Oluşturulan bu kodlar, genel planlama araçlarını içerdiğinden, bir alana veya bir tasarım tarzına özgü değil, her alanda kullanılabilecek ve farklı tasarımlara izin verebilecek bir sistem sunmaktadır. Bu ön çalışmanın ardından oluşturulan kodlar, İstanbul’un Beylikdüzü ilçesinde seçilen bir çalışma alanında, yürürlükteki uygulama planına tanımlanmıştır. Planda tariflenmiş olan yapı adaları, fonksiyonlar, arazi kullanımı ve yapılaşma kararları, bu dinamik modelleme sisteminde, alanın tamamı için tanımlanan farklı tasarım kriterleriyle yorumlanarak, iki farklı kent modeli oluşturmak amacıyla kullanılmıştır. Bu alternatif tasarımlardaki amaç; plan yönetmelikte belirlenmiş olan yapılaşma kararlarına uygun olması, uyumlu bir tasarım içeriğine sahip olması ve monoton bir model yerine gerçekçi bir kent modeli oluşturabilmektir. Aynı çalışma alanında, aynı plan kararları kullanılarak üretilen iki alternatif tasarım uygulandıktan sonra, modellerin sayısal değerlendirmesi yapılmıştır. İki tasarımda da kullanılan mevcut parsel dokusu ve plan durumları, coğrafi bilgi sistemi kaynaklı olduğundan dolayı, içinde birtakım analitik bilgiler içermektedir. Bununla birlikte, modelleme esnasında yapılan tüm işlemler sonucunda her bir parselin içerdiği yapılaşmaya ait nicel veriler gözlenebilmektedir. Bu değerlendirme; nüfus, yoğunluk, bağımsız birim sayıları gibi demografik verileri; farklı arazi kullanımlarının toplam inşaat alanları, tahmini enerji tüketimleri ile maliyet ve değer hesaplamalarını içermektedir. Bu sonuç raporlamaları verilen her yapılaşma kararının ne gibi sonuçlar oluşturacağı gözlemlenebilmektedir. Sonuç olarak, oluşturulan üç boyutlu coğrafi bilgi sistemleri tabanlı yordamsal modelleme sisteminin, kentleşme ve planlama politikalarında hızlı çözüm üreten bir yapı ihtiyacına ne denli yanıt verebildiği ortaya konmaktadır. Bu çalışmada üretilen modelleme sistemiyle bir plan, plan notları, yasa ve yönetmelikler baz alınarak oluşturulan kentsel tasarım alternatifleri göstermektedir ki; mevzuatın içerdiği yazılı ifadeler yapılaşma şartlarında esneklik sağlamak yerine belirsizlik yaratmaktadır. Bu durumu oluşturan koşulların tanımlanması ve daha analitik koşullara bağlı bir yapıya kavuşmasında bu çalışmaya benzer yordamsal modelleme uygulamaları yardımcı olabilir. Diğer yandan, imar planlarının ve planlama mevzuatında yer alan yasal tanımlamaların tasarım üzerinde fazlasıyla kısıtlayıcı bir rolü olduğu savı da eleştirilerek, yordamsal modellemenin bu arayüzde oynayabileceği roller araştırılmıştır. Aynı plan kurallarına dayanılarak parsel bazında birbirinden çok farklı yerleşim ve biçim alternatiflerinin üretilebilecek olduğu, çalışmada deneyimlenmiştir. İmar kuralları genel anlamıyla çok fazla parametre ve kriter içeriyor gibi gözükse dahi, aslında bu sınırlar içerisinde, tasarımcıya geniş bir alan bırakmaktadır. Bunun yanında, bu sistemin sürdürülebilir planlama pratikleri çerçevesinde nasıl kullanılabileceğine dair görüş ve öneriler aktarılmaktadır. Kentlerin hızla geliştiği günümüzde, kente dair kararların gelecekteki etkilerini görmek ve daha duyarlı imar kararları üretmek kritik öneme sahiptir. Yordamsal modellemenin raporlama özelliği sayesinde mekansal senaryoların çevresel, ekonomik ve sosyal etkileri daha etkin bir şekilde analiz edilerek duyarlı bir planlama pratiği tanımlanabilir. Şehir plancıları çizdikleri planın tüm boyutlarıyla nasıl bir kentsel çevre yaratacağını tahayyül edebildikleri varsayımıyla hareket etmektedir. Bu varsayımın bir yanılgı olduğu, kentlerimiz için yapılan planlardan herhangi birkaçı incelendiğinde bile kendini göstermektedir. Plancı ve tasarımcılar mekansal kararlarının yaratacağı çevreyi zihinlerinde tahayyül etmeye çalışmak yerine, yeni teknoloji ve yöntemler kullanmalıdırlar.The cities keep developing rapidly all over the world. Urban planning and urban design disciplines are striving to enhance new theoretical concepts in order to keep up with these changes. Various researches commonly claim that the outcomes that are generated with the traditional planning techniques in the world and Turkey fall short in providing the livability of urban space and the design quality. The dynamical structure of the planning regulations in Turkey causes frequent changes in the tools and rules applied in spatial planning. The changes in the regulatory tools caused by the law, regulations and plan notes make it harder to investigate them in the spatial changes that will take place in the cities. On the other hand, the new information-based techniques are increasingly used as a result of the developments in technology create remarkable tools for spatial planning practices. Especially three dimensional visualization tools are used in order to produce high-class designs in spatial planning all over the world. Mostly, the three dimensional urban models are produced by transferring two dimensional drawings into particular software for some reason and they are generally produced to describe the current situation. However, novel techniques in 3D modeling field are offering workflows for aiding the design phase. By using such tools, valuable contributions can be achieved in design aspect of planning processes. Procedural modeling steps forward among these tools. With procedural modeling tools, quite remarkable outcome can be produced by means of the operations that identify the small data entries with procedural codes. In this modeling methodology, it is possible to dynamically visualize three dimensional representations of design decisions by defining regulative codes into procedural codes. In this thesis, the codes and tools identified in the current urban planning and designing practices in Turkey are converted into procedural modelling parameters and thus the operation rules that will form the three dimensional models have been set. Then, the current implementation plan of the selected field is transformed into a three dimensional interactive model. The city blocks, functions, land use decisions and housing rights, which are described in the plan, are interpreted with different designing alternatives within this parametrical system. After these alternative designs are modeled in compliance with the criteria specified in the plan and regulations, the quantitative evaluation of these models are conducted. This evaluation includes reports of estimations such as demographic data, calculations of areas, costs and value calculations and consumption demands. As a consequence, the response capacity of produced three-dimensional GIS based procedural modeling system on urbanization and planning policies is investigated. Additionally, opinions on the utilization of this system within the framework of sustainable planning practices are expressed. Meanwhile, by criticizing the arguement that legal codes exceedingly restrict the design process, it is showed that various design alternatives can be created within this interface by utilizing procedural modeling.Yüksek LisansM.Sc

Procedural Content Graphs for Urban Modeling

Massive procedural content creation, for example, for virtual urban environments, is a difficult, yet important challenge. While shape grammars are a popular example of effectiveness in architectural modeling, they have clear limitations regarding readability, manageability, and expressive power when addressing a variety of complex structural designs. Moreover, shape grammars aim at geometry specification and do not facilitate integration with other types of content, such as textures or light sources, which could rather accompany the generation process. We present procedural content graphs, a graph-based solution for procedural generation that addresses all these issues in a visual, flexible, and more expressive manner. Besides integrating handling of diverse types of content, this approach introduces collective entity manipulation as lists, seamlessly providing features such as advanced filtering, grouping, merging, ordering, and aggregation, essentially unavailable in shape grammars. Hereby, separated entities can be easily merged or just analyzed together in order to perform a variety of context-based decisions and operations. The advantages of this approach are illustrated via examples of tasks that are either very cumbersome or simply impossible to express with previous grammar approaches

Visualization, Adaptation, and Transformation of Procedural Grammars

Procedural shape grammars are powerful tools for the automatic generation of highly detailed 3D content from a set of descriptive rules. It is easy to encode variations in stochastic and parametric grammars, and an uncountable number of models can be generated quickly. While shape grammars offer these advantages over manual 3D modeling, they also suffer from certain drawbacks. We present three novel methods that address some of the limitations of shape grammars. First, it is often difficult to grasp the diversity of models defined by a given grammar. We propose a pipeline to automatically generate, cluster, and select a set of representative preview images for a grammar. The system is based on a new view attribute descriptor that measures how suitable an image is in representing a model and that enables the comparison of different models derived from the same grammar. Second, the default distribution of models in a stochastic grammar is often undesirable. We introduce a framework that allows users to design a new probability distribution for a grammar without editing the rules. Gaussian process regression interpolates user preferences from a set of scored models over an entire shape space. A symbol split operation enables the adaptation of the grammar to generate models according to the learned distribution. Third, it is hard to combine elements of two grammars to emerge new designs. We present design transformations and grammar co-derivation to create new designs from existing ones. Algorithms for fine-grained rule merging can generate a large space of design variations and can be used to create animated transformation sequences between different procedural designs. Our contributions to visualize, adapt, and transform grammars makes the procedural modeling methodology more accessible to non-programmers

The Use of Games and Crowdsourcing for the Fabrication-aware Design of Residential Buildings

State-of-the-art participatory design acknowledges the true, ill-defined nature of design problems, taking into account stakeholders' values and preferences. However, it overburdens the architect, who has to synthesize far more constraints into a one-of-a-kind design. Generative Design promises to equip architects with great power to standardize and systemize the design process. However, the common trap of generative design is trying to treat architecture simply as a tame problem. In this work, I investigate the use of games and crowdsourcing in architecture through two sets of explorative questions. First, if everyone can participate in the network-enabled creation of the built environment, what role will they play? And what tools will they need to enable them? And second, if anyone can use digital fabrication to build any building, how will we design it? What design paradigms will govern this process? I present a map of design paradigms that lie at the intersections of Participatory Design, Generative Design, Game Design, and Crowd Wisdom. In four case studies, I explore techniques to employ the practices from the four fields in the service of architecture. Generative Design can lower the difficulty of the challenge to design by automating a large portion of the work. A newly formulated, unified taxonomy of generative design across the disciplines of architecture, computer science, and computer games builds the base for the use of algorithms in the case studies. The work introduces Playable Voxel-Shape Grammars, a new type of generative technique. It enables Game Design to guide participants through a series of challenges, effectively increasing their skills by helping them understand the underlying principles of the design task at hand. The use of crowdsourcing in architecture can mean thousands of architects creating content for a generative design system, to expand and open up its design space. Crowdsourcing can also be about millions of people online creating designs that an architect or a homeowner can refer to increase their understanding of the complex issues at hand in a given design project and for better decision making. At the same time, game design in architecture helps find the balance between algorithmically exploring pre-defined design alternatives and open-ended, free creativity. The research reveals a layered structure of entry points for crowd-contributed content as well as the granular nature of authorship among four different roles: non-expert stakeholders, architects, the crowd, and the tool-makers

‘IMPLICIT CREATION’ – NON-PROGRAMMER CONCEPTUAL MODELS FOR AUTHORING IN INTERACTIVE DIGITAL STORYTELLING

Interactive Digital Storytelling (IDS) constitutes a research field that emerged from several areas of art, creation and computer science. It inquires technologies and possible artefacts that allow ‘highly-interactive’ experiences of digital worlds with compelling stories. However, the situation for story creators approaching ‘highly-interactive’ storytelling is complex. There is a gap between the available technology, which requires programming and prior knowledge in Artificial Intelligence, and established models of storytelling, which are too linear to have the potential to be highly interactive. This thesis reports on research that lays the ground for bridging this gap, leading to novel creation philosophies in future work. A design research process has been pursued, which centred on the suggestion of conceptual models, explaining a) process structures of interdisciplinary development, b) interactive story structures including the user of the interactive story system, and c) the positioning of human authors within semi-automated creative processes. By means of ‘implicit creation’, storytelling and modelling of simulated worlds are reconciled. The conceptual models are informed by exhaustive literature review in established neighbouring disciplines. These are a) creative principles in different storytelling domains, such as screenwriting, video game writing, role playing and improvisational theatre, b) narratological studies of story grammars and structures, and c) principles of designing interactive systems, in the areas of basic HCI design and models, discourse analysis in conversational systems, as well as game- and simulation design. In a case study of artefact building, the initial models have been put into practice, evaluated and extended. These artefacts are a) a conceived authoring tool (‘Scenejo’) for the creation of digital conversational stories, and b) the development of a serious game (‘The Killer Phrase Game’) as an application development. The study demonstrates how starting out from linear storytelling, iterative steps of ‘implicit creation’ can lead to more variability and interactivity in the designed interactive story. In the concrete case, the steps included abstraction of dialogues into conditional actions, and creating a dynamic world model of the conversation. This process and artefact can be used as a model illustrating non-programmer approaches to ‘implicit creation’ in a learning process. Research demonstrates that the field of Interactive Digital Storytelling still has to be further advanced until general creative principles can be fully established, which is a long-term endeavour, dependent upon environmental factors. It also requires further technological developments. The gap is not yet closed, but it can be better explained. The research results build groundwork for education of prospective authors. Concluding the thesis, IDS-specific creative principles have been proposed for evaluation in future work