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1 VR を 利 用 した 浮 遊 感 のある 屋 根 の 形 態 創 生 に 関 する 研 究 A STUDY ON ROOF-SHAPE CREATION WITH FLOATING FEELING USING VIRTUAL REALITY 佐 々 木 啓 介 * 堤 和 敏 ** 大 倉 典 子 ** Keisuke SASAKI, Kazutoshi TSUTSUMI and Michiko OHKURA This study aims to develop an optimum design method by using a genetic algorithm for roof shapes that provide both a floating feeling and dynamic rationality. The roof is asymmetrical. This asymmetry is expressed by Non-uniform Rational B-Spline NURBS) curves. The roof shapes were evaluated from stress evaluation values and Kansei evaluation values. Kansei means human emotion.) The stress evaluation values were obtained from the finite element method analysis. The Kansei evaluation values were calculated by using results evaluated by multiple regression analysis for the Kansei evaluation questionnaire data; these data were obtained using virtual reality. The synthetic evaluation values were evaluated by both stress evaluation values and Kansei evaluation values. The roof shapes with good synthetic evaluation values were created by the genetic operation. The shapes with floating feeling were created by adding the Kansei evaluation values; however, these shapes were not created in the case of stress evaluation values. Therefore, the Kansei evaluation is considered to be reflected well in this system. Keyword : Kansei, Shape creation, Multiple regression analysis, Genetic algorithm, Virtual reality 感 性, 形 態 創 生, 重 回 帰 分 析, 遺 伝 的 アルゴリズム, 人 工 現 実 感. はじめに 96 年 以 降 システム 最 適 化 手 法 を 力 学 の 分 野 に 適 用 した 最 適 設 計 および 形 状 最 適 化 の 問 題 が 多 く 研 究 されてきた )) 構 造 形 態 の 最 適 化 では 均 質 化 法 ) ESO 法 )) セルオートマトン 6)7) 遺 伝 的 アルゴリズム 以 下 GA) 8) を 使 った 研 究 が 行 われ 力 学 的 に 優 れた 形 態 を 得 られることが 報 告 されている しかし これら 最 適 化 の 研 究 では 形 態 のデザインには 着 目 していない 力 学 的 最 適 解 では なくとも デザイン 性 が 優 れ 力 学 的 合 理 性 も 高 い 形 態 が 存 在 する ことは 十 分 考 えられる 一 方 人 間 の 感 性 を 考 慮 した 設 計 のシステ ム 化 については 自 動 車 9) や 橋 梁 の 設 計 ) で 見 られるが 建 築 の 設 計 分 野 ではほとんど 扱 われておらず 形 態 発 想 支 援 システムの 中 で 対 話 的 に 扱 われている ) に 過 ぎない 著 者 等 は 感 性 を 考 慮 した 建 築 屋 根 の 形 態 創 生 に 取 り 組 んできた が ))) 下 記 に 示 す 課 題 があった ) 感 性 評 価 は 視 覚 的 評 価 として 美 しい から 美 しくない を 段 階 で 評 価 を 行 っていたが 美 しさの 評 価 は 個 人 差 が 大 き く 推 定 精 度 が 十 分 ではなかった ) 感 性 学 習 を 行 うために 感 性 評 価 アンケートシステム を 構 築 し VRML を 用 いてアンケートを 行 っていたが 建 設 地 の 周 辺 環 境 が 考 慮 されておらず また 屋 根 自 体 も 面 要 素 であるにも 関 わらずワイヤー 表 現 になっているなど 現 実 性 に 乏 しいアンケ ートを 行 っていた ) 感 性 評 価 アンケートシステム により 得 たアンケート 結 果 を 用 いてニューラルネットワーク 以 下 NN)により 学 習 を 行 っ ていたが NN による 感 性 学 習 はその 結 果 がブラックボックスと なっており 形 態 と 感 性 との 対 応 関 係 が 明 確 にされていなかっ た そこで 本 研 究 では 佐 々 木 睦 朗 氏 の 現 代 人 の 感 性 は 緊 張 感 躍 動 感 流 動 感 軽 快 感 透 明 感 浮 遊 感 などで 形 容 される より 自 由 で 解 放 された 人 間 的 な 建 築 空 間 を 求 めているとも 言 える ) をヒ ントに 感 性 の つの 表 現 形 である 浮 遊 感 を 対 象 に 浮 遊 感 を 持 ちかつ 力 学 的 合 理 性 の 高 い 屋 根 形 態 を 得 ることを 目 的 とし 下 記 に 示 す 改 良 を 行 った ) アンケート 項 目 は 言 葉 からのイメージが 容 易 な 浮 遊 感 と 躍 動 感 そしてどのような 形 態 が 街 並 みと 合 っているのか を 検 証 するための 街 並 みとのマッチ 度 という つの 項 目 を 用 いるが 今 回 は 浮 遊 感 についてのみ 検 証 を 行 った ) アンケート 画 面 には VRML ではなく Virtual Reality 以 下 VR) 技 術 を 用 いた さらに 都 会 をイメージした 背 景 を 設 けてお り より 現 実 的 なアンケート 空 間 を 構 築 した ) 感 性 学 習 の 部 分 にはラフ 集 合 と 重 回 帰 分 析 を 用 いて NN の 感 性 学 習 ではブラックボックスとなっていた 部 分 を 明 確 にし さら に 形 態 の 特 徴 を 分 析 し 同 形 態 でなくとも 感 性 評 価 を 行 えるよ うに 汎 用 性 を 高 めた * 芝 浦 工 業 大 学 大 学 院 生 ** 芝 浦 工 業 大 学 教 授 工 博 Graduate Student, Shibaura Institute of Technology Prof., Shibaura Institute of Technology., Dr., Eng

2 . システムフロー 本 研 究 では 既 報 と 同 様 に m 8m の 設 計 領 域 に 被 さるコンクリ ート 屋 根 を 対 象 とする 鉄 板 でも 可 ) シェル 厚 は 一 様 に.m とし 荷 重 条 件 は.6kN/mの 鉛 直 等 分 布 荷 重 RC 自 重 ) ヤング 率 は.6 MPa ポアソン 比.6 として 解 析 を 行 う 応 力 解 析 を 行 う 上 で m m に 要 素 分 割 を 行 っている 全 体 システムは 感 性 評 価 システム と 形 態 評 価 システム の つのシステムで 構 成 されている 全 体 システムの 流 れを 図 に 示 す 形 態 評 価 システム では まず 複 数 の 初 期 個 体 となる 屋 根 形 態 を 乱 数 を 用 いて 発 生 させる 発 生 させた 全 ての 屋 根 形 態 に 対 し FEM 解 析 を 行 う この 解 析 結 果 を 基 に 相 当 応 力 を 計 算 し 力 学 的 評 価 と する 同 時 に 感 性 学 習 で 得 られた 結 果 を 用 いて 屋 根 形 態 の 感 性 評 価 を 行 う 総 合 評 価 は 感 性 評 価 と 力 学 的 評 価 を 考 慮 して 求 め こ れを GA の 適 応 度 とする その 後 GA 操 作 を 行 い 次 世 代 の 屋 根 形 態 が 生 成 される この 操 作 を 設 定 した 世 代 まで 繰 り 返 す 感 性 評 価 システム では まず 評 価 者 一 人 一 人 に 学 習 用 感 性 評 価 システム を 用 いてアンケートを 実 施 し 種 々の 形 態 に 対 する 感 性 学 習 を 行 う 今 回 はこの 感 性 の 学 習 の 部 分 にラフ 集 合 と 重 回 帰 分 析 を 用 いると 同 時 に 得 られた 結 果 を 用 いて 感 性 の 特 徴 分 析 を 行 っている 価 し 得 られた 評 価 者 の 感 性 を 学 習 することで 新 たな 屋 根 形 態 に 対 してアンケートを 行 わないでも 評 価 者 の 感 性 を 評 価 の 基 準 として 取 り 組 むことができるのではないかと 考 えている 本 アンケートでは 現 実 性 を 考 慮 し VR 技 術 による 立 体 視 6) を 用 注 いたアンケートを 行 っている ) 建 設 地 をイメージした 背 景 を 付 け より 現 実 味 のある 空 間 アンケートを 行 うことにより より 正 確 な 感 性 の 抽 出 を 行 うことができると 考 えられる 本 アンケートは 芝 浦 工 業 大 学 の 名 の 学 生 に 行 った アンケート 個 体 は 実 験 計 画 法 を 用 いて 選 択 した 学 習 用 個 体 が 6 個 体 乱 数 を 用 いて 選 択 した 検 証 用 個 体 が 6 個 体 の 合 計 個 体 を 使 用 した アン ケートに 用 いた 個 体 の 一 部 を 図 に アンケート 結 果 の 一 部 を 表 に 示 す 学 習 用 個 体 の 選 択 は 表 に 示 す 遺 伝 子 座 のパラメータを 表 のように 水 準 もしくは 水 準 にし L6 直 交 表 のそれぞれの 列 番 にわりつけを 行 い 7) 6 個 体 の 学 習 用 個 体 を 選 択 した. 感 性 の 学 習 アンケートにより 得 た 結 果 を 用 いて 感 性 の 学 習 を 行 った 今 回 は 浮 遊 感 についてのみ 学 習 を 行 った 学 習 方 法 にはラフ 集 合 と 重 回 帰 分 析 を 用 いた つの 分 析 方 法 を 用 いて 分 析 を 行 った 後 検 証 個 体 に 対 する 推 定 を 行 い より 精 度 の 高 い 推 定 方 法 を 形 態 評 価 システム の 感 性 学 習 の 部 分 に 用 いる. 感 性 評 価 システム. NURBS 曲 線 本 研 究 では 既 報 ) 注 と 同 様 に NURBS 曲 線 で 形 態 を 表 現 する ) NURBS 曲 線 はスプライン 曲 線 の 一 種 である 制 御 点 階 数 重 みを 指 定 することにより 自 由 度 の 高 い 滑 らかな 曲 線 を 描 くことができ る 例 として 表 に 示 す 制 御 点 で 描 いた NURBS 曲 線 を 図 に 示 す 感 性 評 価 システム 学 習 用 感 性 評 価 アンケートシステム 感 性 評 価 アンケートを 実 施 感 性 の 学 習 重 回 帰 分 析 ラフ 集 合 形 態 評 価 システム 初 期 個 体 発 生 任 意 数 ) 応 力 解 析 評 価 ) 力 学 的 評 価 ) 感 性 評 価 GA 操 作 最 終 個 体 生 成 ~を 設 定 した 世 代 まで 繰 り 返 す. 形 態 の 定 義 形 状 は 既 報 ) と 同 様 に 表 に 示 す 遺 伝 子 座 によって 与 える NURBS 曲 線 を 用 いることにより x-z 方 向 y-z 方 向 共 に 同 数 の 遺 伝 子 座 で 形 態 を 定 義 することができる 建 物 屋 根 は 連 続 性 現 実 性 を 重 視 し 極 端 に 複 雑 な 形 状 の NURBS 曲 線 が 生 成 されないように 始 点 と 終 点 の 座 標 を 固 定 させ 制 御 点 の 数 を 6 階 数 を 重 みを 全 て とした 制 御 点 の 位 置 の 設 定 では 始 点 と 終 点 を 除 いた つの 制 御 点 は 長 辺 方 向 短 辺 方 向 それぞれ 区 間 に 分 割 し その 区 間 中 に 設 定 するものとして 水 平 方 向 と 鉛 直 方 向 の 座 標 を 決 める 水 平 方 向 の 座 標 は bit 種 類 とし 区 間 の 長 さの / / のどちら かを 選 択 する 鉛 直 方 向 の 座 標 は bit 種 類 とし 最 大 を mと してその 高 さの / / / / のいずれかを 選 択 する 選 択 では bit 種 類 で 短 辺 方 向 と 長 辺 方 向 の 屋 根 を 閉 じるか 閉 じない かを 選 択 することができる 以 上 の 設 定 により 計 6 の 遺 伝 子 座 で 形 態 を 定 義 することができる y 方 向. 制 御 点 制 御 点 図 全 体 システムフロー 制 御 点 制 御 点 制 御 点 制 御 点 x 方 向 図 NURBS 曲 線 表 遺 伝 子 座 表 制 御 点 制 御 点 x 座 標 y 座 標 x-z 方 向 x 方 向 制 御 点 の 位 置 bit) z 方 向 制 御 点 の 位 置 bit) 選 択 制 御 点 制 御 点 制 御 点 制 御 点 制 御 点 制 御 点 制 御 点 制 御 点 y-z 方 向 y 方 向 制 御 点 の 位 置 bit) z 方 向 制 御 点 の 位 置 bit) 選 択 制 御 点 制 御 点 制 御 点 制 御 点 制 御 点 制 御 点 制 御 点 制 御 点 アンケートシステム 本 研 究 では 評 価 者 の 感 性 を 事 前 に 学 習 する 学 習 用 感 性 評 価 アンケートシステム を 構 築 している 予 め 複 数 の 屋 根 形 態 を 評

3 属 となった 個 体 番 号 個 体 番 号 6.. 決 定 ルールと C.I. 値 各 個 体 に 対 する 条 件 属 性 と 決 定 属 性 を 用 いて 決 定 ルールと C.I. 値 の 算 出 を 行 った 9) C.I. 値 とは 算 出 された 決 定 ルールと 同 じ 決 定 クラスの 対 象 数 のうちで そのルールにあてはまる 対 象 数 の 占 める 割 合 のことである 算 出 された 決 定 ルールと C.I. 値 の 一 部 を 表 6 に 示 す 個 体 番 号 7 個 体 番 号 図 アンケート 個 体 表 浮 遊 感 に 関 する の 人 数 分 布 浮 遊 感 に 関 する 人 数 分 布 個 7 体 6 6 番 7 6 号. ラフ 集 合 ラフ 集 合 は 98 年 にポーランドの Z.Pawlak 教 授 により 提 案 され 8) 対 象 集 合 から 情 報 知 識 )をラフに 抽 出 する 手 法 として 感 性 工 学 の 分 野 で 広 く 研 究 9))) が 行 われているが 建 築 の 分 野 では 建 築 物 のファサードの 評 価 ) などに 用 いられている 程 度 で まだまだ 応 用 例 は 少 ない.. 条 件 属 性 と 決 定 属 性 浮 遊 感 に 影 響 する 要 因 として 開 口 の 大 きさ 形 態 の 複 雑 さ 形 態 の 高 さが 影 響 するという 仮 定 から 開 口 ライズ 比 x 開 口 ライ ズ 比 y 平 均 ライズ 比 変 化 の 度 合 い 空 間 ボリューム を 条 件 属 性 として 用 いた 条 件 属 性 の 一 覧 を 表 に 示 す 表 の 範 囲 分 けは アンケート 用 個 体 の 各 パラメータ 値 を 上 位 から 並 べなおし た 時 に それぞれの 要 素 数 がおおよそ 分 割 となるような 切 りのよ い 数 字 で 分 割 した 開 口 ライズ 比 とは 短 辺 方 向 長 辺 方 向 のそ れぞれの 開 口 最 大 高 さをそれぞれのスパンで 割 ったスパンに 対 する 開 口 の 高 さ 比 である 平 均 ライズ 比 とは 形 態 の 最 大 高 さを 短 辺 方 向 長 辺 方 向 それぞれのスパンで 割 ったスパンに 対 する 高 さ 比 を 平 均 したものである 変 化 の 度 合 い とは 今 回 用 いている NURBS 曲 線 は 次 関 数 に 近 い 曲 線 を 描 くので つの 極 大 値 を 直 線 で 結 び 直 線 と 極 小 値 との 距 離 を 形 態 の 変 化 の 度 合 いとして 用 いている 空 間 ボリューム とは 形 態 の 全 表 面 積 を 投 影 面 積 で 除 した 投 影 面 積 に 対 する 比 であり 屋 根 形 態 の 凹 凸 の 大 きさや 数 による 形 態 変 化 や 複 雑 さを 示 している 決 定 属 性 は 学 習 用 感 性 評 価 アンケートシステムで 得 た 人 の 被 験 者 の の 平 均 値 を 算 出 し 小 数 点 以 下 を 四 捨 五 入 したものを 決 定 属 性 として 用 いている その 結 果 決 定 属 性 は -- のみの 配.. コラムスコア 算 出 ラフ 集 合 を 用 いた 推 定 精 度 の 算 出 には コラムスコア 理 論 9) を 用 いた コラムスコアは 決 定 ルール 条 件 部 を 属 性 値 単 位 に 分 解 し ルール 条 件 部 が 高 評 価 であればあるほど 含 まれる 属 性 値 に 高 得 点 を 与 えながら すべてのルール 条 件 部 について 得 点 を 合 算 したもので 個 々の 属 性 値 の 決 定 クラスへの 一 種 の 寄 与 程 度 を 表 している 算 出 された 決 定 ルールと C.I. 値 を 用 いてコラムスコアを 算 出 した 結 果 を 表 7 に 示 す 色 塗 られているセルは 各 決 定 属 性 に 対 してコラム スコアが 最 大 となる 条 件 属 性 を 示 している x 方 向 y 方 向 表 水 準 表 遺 伝 子 座 直 交 表 水 準 番 号 列 番 第 水 準 第 水 準 第 水 準 x 方 向 スパン/)*/ x 方 向 スパン/)*/ x 方 向 スパン/)*/ x 方 向 スパン/)*/ x 方 向 スパン/)*/ x 方 向 スパン/)*/ x 方 向 スパン/)*/ x 方 向 スパン/)*/,6 m 9m m 7,8 m 9m m 9, m 9m m, m 9m m 閉 じる 開 く 6 y 方 向 スパン/)*/ y 方 向 スパン/)*/ 7 y 方 向 スパン/)*/ y 方 向 スパン/)*/ 6 8 y 方 向 スパン/)*/ y 方 向 スパン/)*/ 7 9 y 方 向 スパン/)*/ y 方 向 スパン/)*/ 8,9 6 m 9m m, 7 m 9m m, 8 m 9m m, 9 m 9m m 6 閉 じる 開 く 表 条 件 属 性 一 覧 要 因 範 囲 属 性 記 号 要 因 範 囲 属 性 記 号 配 属 数 x >= A ラ x >=. J ボ リ イ 空 開 ュー > x >=. B ズ 間 口. > x >=. K 8 比 ム. > x C x. > x L 9 度 変 x >= D ラ x >. M イ 開 合 化 > x >= E y ズ 口. > x >. N い の > x F 比. > x O 7 ラ x >=. G イ 平 ズ 均. > x >=. H 比. > x I 表 6 決 定 ルールと C.I. 値 表 7 コラムスコア 決 定 属 性 決 定 属 性 決 定 属 性 条 件 属 性 決 定 属 性 決 定 属 性 決 定 属 性 決 定 決 定 ルール C.I. 値 決 定 ルール C.I. 値 ルール C.I. 値 A.. B C O. A K.9 M.7 C..9 E L O. K O.9 A J. D.8.8 B E O. B I L.9 G. B I O.9 F J. E..8 D I O.9 A F.8 F.. B F O.9 I N. G. F H L.9 D N. H.9. B D O.9 B K. I..6 A I. A E. J.. B F I. E J. K.. L.7.8. M.7 N.. O.8.6

4 .. 精 度 検 証 算 出 されたコラムスコアを 用 いて 推 定 精 度 を 算 出 した 精 度 の 算 出 方 法 は 算 出 されたコラムスコアを 得 点 とし アンケート 個 体 全 てにおいて 全 条 件 属 性 に 対 する 決 定 属 性 別 の 総 計 を 算 出 する 総 計 の 一 番 高 い 決 定 属 性 をその 個 体 の 推 定 値 とする 推 定 値 と 実 際 値 の 一 致 した 数 を 全 個 体 数 で 割 った 値 をそれぞれの 精 度 正 答 率 )と する 推 定 結 果 を 表 8 に 示 す 表 8 ラフ 集 合 による 推 定 結 果 個 体 番 号 推 定 値 実 際 値 個 体 番 号 推 定 値 実 際 値 正 答 率 6%.. 特 徴 分 析 算 出 されたコラムスコアを 用 いて 感 性 の 特 徴 分 析 を 行 った 表 7 に 示 すコラムスコアから 決 定 属 性 の 主 な 特 徴 条 件 属 性 )を 下 記 に 示 す これらの 感 性 の 特 徴 を 用 いることにより 同 条 件 の 形 態 でなくとも 感 性 評 価 を 行 うことができる 浮 遊 感 を 感 じない 空 間 ボリュームが 小 さい. 以 下 ) やや 複 雑 な 形 状 変 化 の 度 合 い ~) 開 口 ライズ 比 は x 方 向 y 方 向 ともに 小 さい. 以 下 ) どちらでもない 空 間 ボリュームはやや 大 きい 以 上 ) 複 雑 な 形 状 か シンプルな 形 状 のどちらか 変 化 の 度 合 い 以 上 又 は 以 下 ) 平 均 ライズ 比 は 小 さい. 以 下 ) 開 口 ライズ 比 は x 方 向 y 方 向 ともに 小 さい. 以 下 ) 浮 遊 感 を 感 じる 空 間 ボリュームが 大 きい 以 上 ) シンプルな 形 状 以 下 ) 平 均 ライズ 比 は 大 きい. 以 上 ) 開 口 ライズ 比 は x 方 向 y 方 向 ともに 大 きい. 以 上 ) 次 に 図 と 表 を 用 いて 抽 出 された 各 評 価 に 対 する 特 徴 が 評 価 者 の 感 性 を 捉 えているのかを 検 証 する 個 体 番 号 の 形 態 は 全 体 的 に が 低 く 浮 遊 感 を 感 じない 形 態 であり ライズ 比 は 低 く 開 口 が 無 い 形 態 となっている 個 体 番 号 6 の 形 態 は 中 間 的 な 分 布 で どちらともいえない 形 態 であり ライズ 比 はやや 低 く シンプルな 形 状 で 開 口 が 小 さ い 形 態 となっている 個 体 番 号 7 の 形 態 は 全 体 的 に が 高 く 浮 遊 感 を 感 じる 形 態 であり ライズ 比 は 高 く シンプルな 形 状 で 開 口 が 大 きい 形 態 となっている 以 上 の 特 徴 をラフ 集 合 により 抽 出 した 特 徴 を 比 べてみると ほぼ 一 致 しており 特 徴 はある 程 度 捉 えていることが 分 かる.6 重 回 帰 分 析 各 要 因 と の 相 関 性 についての 散 布 図 と 相 関 係 数 を 図 a) ~e)に 示 す 開 口 ライズ 比 y の 相 関 係 数 が.7 と 一 番 高 く 空 間 ボリューム と 変 化 の 度 合 い の 相 関 関 係 は 低 くなっている それぞれの 要 因 と の 間 に 相 関 性 も 見 られたことから 重 回 帰 分 析 を 用 いて 回 帰 方 程 式 を 算 出 し 検 証 個 体 の に 関 する 推 定 を 行 った 各 要 因 の 組 合 せに 対 して 重 回 帰 分 析 を 行 い Ru 説 明 変 数 選 択 基 準 ) ) を 算 出 し Ru が 最 大 となる 要 因 の 組 合 せを 検 索 した Ru が 最 大 となるときの 組 合 せが 最 適 な 回 帰 方 程 式 である 表 9 に 要 因 の 組 合 せと Ru の 値 を 示 し 算 出 した 回 帰 方 程 式 を 式 )に 示 す f x) =.7x.88x + x x.6 ) x = 空 間 ボリューム x = 平 均 ライズ 比 x = 開 口 ライズ 比 x x = 開 口 ライズ 算 出 された 回 帰 方 程 式 を 用 いて ラフ 集 合 の 場 合 と 同 様 に 検 証 個 体 に 対 する 推 定 値 と 正 答 率 の 算 出 を 行 った 結 果 を 表 に 示 す 以 上 の 結 果 より 浮 遊 感 に 関 しては 要 因 と 浮 遊 感 との 間 に 相 関 性 が 見 られたため ラフ 集 合 を 用 いた 推 定 よりも 重 回 帰 分 析 を 用 いた 推 定 のほうが 精 度 が 高 い よって 重 回 帰 分 析 により 算 出 された 回 帰 方 程 式 を 用 いて 感 性 評 価 を 行 い その 評 価 を 形 態 評 価 システムに 用 いることにした 表 9 Ru 算 出 結 果 要 因 組 合 せ Ru 要 因 組 合 せ Ru 要 因 組 合 せ Ru 空 間 ボリューム 空 間 ボリューム 空 間 ボリューム 変 化 の 度 合 い 平 均 ライズ 比 開 口 ライズ 比 x.89.8 平 均 ライズ 比.8 開 口 ライズ 比 x 開 口 ライズ 比 y 開 口 ライズ 比 x 開 口 ライズ 比 y 開 口 ライズ 比 y.... 表 重 回 帰 分 析 による 推 定 結 果 個 体 番 号 推 定 値 実 際 値 個 体 番 号 推 定 値 実 際 値 正 答 率 88% 空 間 ボリューム 図 a) 空 間 ボリュームの 相 関 図 相 関 係 数 :.9

5 変 化 の 度 合 い 図 b) 変 化 の 度 合 いの 相 関 図 相 関 係 数 : 平 均 ライズ 比 図 c) 平 均 ライズ 比 の 相 関 図 相 関 係 数 : 開 口 ライズ 比 x 図 d) 開 口 ライズ 比 x の 相 関 図 相 関 係 数 : 開 口 ライズ 比 y 図 e) 開 口 ライズ 比 y の 相 関 図 相 関 係 数 :.7. 形 態 評 価 システム. 評 価 方 法 力 学 的 評 価 は 既 報 ) と 同 様 に FEM 解 析 により 求 められる 各 要 素 の 要 素 相 当 応 力 σ i )から 求 められた 相 当 応 力 σ e )を 用 いる 要 素 相 当 応 力 σ i )は 式 )で 表 される 個 体 としての 相 当 応 力 は 屋 根 の 形 態 断 面 数 量 )も 考 慮 し 各 要 素 の 要 素 相 当 応 力 σ i )に 各 要 素 面 積 A i )をかけたものを 足 し 合 わせ 投 影 面 積 A )で 除 した 値 を 各 個 体 の 相 当 応 力 σ e )とする 式 )) σ = i σ = e σ + σ xi σ i A A i yi σ σ xi yi + τ 感 性 評 価 は 回 帰 方 程 式 により 算 出 された を 用 いる 総 合 評 価 は 感 性 評 価 が 高 いものの 中 で 力 学 的 評 価 が 高 いもの 相 当 応 力 が 小 さい)を 選 択 するという 考 えから 感 性 が. 以 上 の 場 合 は 力 学 的 評 価 を 総 合 評 価 とし その 他 の 場 合 は という 大 き な 値 とし 総 合 評 価 が 小 さいほどGA 操 作 における 適 応 度 が 高 い 形 態 とした. GA の 設 定 本 研 究 では 繰 返 世 代 数 を 世 代 初 期 個 体 数 を 個 体 とし 個 体 の 多 様 性 を 高 めるために 交 叉 率 を % 交 叉 は 多 点 交 叉 突 然 変 異 率 は. とした しかしこの 設 定 では 評 価 の 高 い 個 体 が 出 現 しても 進 化 の 過 程 で 消 滅 してしまう 可 能 性 がある よって 本 研 究 では 交 叉 する 個 体 を 選 択 する 前 に 適 応 度 が 一 番 高 い 個 体 エリ ート 個 体 )をコピー 保 存 エリート 保 存 )し エリート 個 体 を 無 条 件 で 次 世 代 に 伝 える エリート 保 存 後 エリート 個 体 も 含 む 全 て の 個 体 の 中 からルーレット 選 択 交 叉 突 然 変 異 を 行 い 新 たな 個 体 を 作 り 出 す そして この 新 しい 個 体 の 適 応 度 を 算 出 する この 中 で 一 番 適 応 度 の 低 い 個 体 と 保 存 したエリート 個 体 を 交 換 する 以 上 を セット 世 代 とし これを 次 世 代 の 個 体 とする. 感 性 評 価 のみを 対 象 とした 実 行 結 果 感 性 がシステムに 反 映 されているかどうかを 検 証 するために ま ず 感 性 評 価 のみでシステムを 実 行 した 初 期 個 体 と 最 終 個 体 の 一 部 を 図 -a)b)に を 表 に 示 す 感 性 評 価 のみでシステムを 実 行 した 場 合 最 終 個 体 は 全 て 短 辺 方 向 長 辺 方 向 ともに 開 口 がある 形 態 となっている 回 帰 方 程 式 では 開 口 の 有 無 が 大 きな 要 因 となっており 開 口 が 大 きいほうが が 高 くなる 回 帰 方 程 式 の 結 果 と 一 致 しており システムに 感 性 が 反 映 されていると 考 えられる. 力 学 的 評 価 のみを 対 象 とした 実 行 結 果 力 学 的 評 価 のみでシステムを 実 行 した この 場 合 相 当 応 力 が 小 さいほど その 個 体 の 適 応 度 は 高 くなる 最 終 個 体 の 一 部 を 図 -c) に を 表 に 示 す 力 学 的 評 価 のみでシステムを 実 行 した 場 合 最 終 世 代 の 個 体 は 全 て 長 辺 方 向 短 辺 方 向 共 に 屋 根 が 閉 じた 形 態 となっている 両 方 向 xyi ) )

6 閉 じることにより 要 素 に 働 く 力 が 分 散 されるために 全 体 の 応 力 が 小 さくなる 平 均 値 を 見 ても 初 期 世 代 は 9.98 であったのに 対 し 最 終 世 代 では.6 と 小 さくなっており 力 学 的 評 価 がシステムに 反 映 されていることが 分 かる. 総 合 評 価 を 対 象 とした 実 行 結 果 感 性 評 価 と 力 学 的 評 価 の 両 方 を 考 慮 した 総 合 評 価 を 用 いてシステ ムを 実 行 した 最 終 個 体 の 一 部 を 図 -d)に を 表 に 示 す 総 合 評 価 でシステムを 実 行 した 場 合 短 辺 方 向 が 閉 じていて 長 辺 方 向 に 開 口 のある 形 態 が 生 成 された これは 力 学 的 評 価 のみでシス テムを 実 行 した 場 合 に 生 成 される 両 方 向 が 閉 じた 形 態 と 感 性 評 価 の みでシステムを 実 行 した 場 合 に 生 成 される 両 方 向 に 開 口 のある 形 態 を 組 み 合 わせた 形 態 となっている 感 性 評 価 と 力 学 的 評 価 をバラン ス 良 く 表 現 しており 総 合 評 価 がシステムに 良 く 反 映 されているこ とがわかる 表 初 期 個 体 と 最 終 個 体 の 総 合 力 学 的 力 学 的 個 体 番 号 感 性 評 価 総 合 評 価 個 体 番 号 評 価 評 価 感 性 評 価 総 合 評 価 a) 初 期 個 体 No- No- 表 初 期 個 体 と 最 終 個 体 の 感 性 個 体 番 号 感 性 個 体 番 号 感 性 表 初 期 個 体 と 最 終 個 体 の 応 力 感 b) 最 終 個 体 性 評 価 の み ) 力 学 c) 最 終 個 体 的 評 価 の み ) 総 d) 最 合 終 評 個 価 体 ) No- No-6 No- No-7 No-9 No- 個 体 番 号 力 学 的 個 体 番 号 力 学 的 平 均 値 9.98 平 均 値.6 図 初 期 個 体 と 各 最 終 個 体. 結 論 本 研 究 は 佐 々 木 睦 朗 氏 の 自 由 で 解 放 された 人 間 的 な 建 築 空 間 の つの 感 性 表 現 である 浮 遊 感 を 対 象 として 浮 遊 感 を 持 ち かつ 力 学 的 合 理 性 の 高 い 屋 根 形 態 を 得 ることを 目 的 とした 研 究 であ る 感 性 評 価 アンケートシステムでは 立 体 視 を 用 いたアンケート を 行 った 学 習 には ラフ 集 合 と 重 回 帰 分 析 の 両 手 法 を 用 いており 開 口 ライズ 比 x 開 口 ライズ 比 y 平 均 ライズ 比 空 間 ボ リューム の つの 要 因 を 用 いて 評 価 し 両 手 法 による 精 度 の 検 証 を 行 い 結 果 の 比 較 をした そこで 得 た 感 性 と FEM 解 析 により 得 た 力 学 的 評 価 を 用 いて 力 学 的 評 価 のみ 感 性 評 価 のみ 総 合 評 価 の ケースについてシステムを 実 行 した 本 研 究 で 得 られた 結 論 を 以 下 に 示 す ) 立 体 視 を 用 いたアンケートを 行 うことにより より 現 実 性 の 高 いアンケートシステムを 構 築 することができた

7 ) 条 件 属 性 として 仮 定 した 開 口 ライズ 比 x 開 口 ライズ 比 y 平 均 ライズ 比 空 間 ボリューム の つの 要 因 が 浮 遊 感 と 関 わっていることが 分 かった ) 浮 遊 感 は 重 回 帰 分 析 を 用 いることにより 正 答 率 88%という 高 い 精 度 で 推 定 することができ 形 態 創 生 のシステムに 反 映 させることが 可 能 である ) 力 学 的 評 価 のみでシステムを 実 行 した 場 合 長 辺 方 向 短 辺 方 向 共 に 閉 じた 形 態 が 生 成 された ) 感 性 評 価 のみでシステムを 実 行 した 場 合 最 終 個 体 は 全 て 短 辺 方 向 長 辺 方 向 ともに 開 口 がある 形 態 となっている 回 帰 方 程 式 では 開 口 の 有 無 が 大 きな 要 因 となっており 開 口 が 大 きいほうが が 高 くなるため システムに 感 性 が 反 映 されていると 考 えられる 6) 総 合 評 価 でシステムを 実 行 した 場 合 短 辺 方 向 が 閉 じていて 長 辺 方 向 が 開 いている 形 態 が 生 成 された つまり 力 学 的 評 価 のみでシステムを 実 行 した 場 合 と 感 性 評 価 のみでシステ ムを 実 行 した 場 合 の 両 結 果 をバランスよく 組 み 合 わさった 結 果 となり システムの 有 効 性 を 示 すことができた 今 後 の 課 題 を 以 下 に 示 す ) 浮 遊 感 以 外 の 躍 動 感 緊 張 感 流 動 感 軽 快 感 透 明 感 についても 特 徴 分 析 を 行 い 形 態 評 価 システムに 反 映 させる 予 定 である ) 形 態 の 形 状 は NURBS 曲 線 を 用 いて 滑 らかな 曲 線 を 表 現 してい るが 今 後 は 折 板 構 造 のような 直 線 も 同 一 システムに 取 り 入 れて 多 様 な 形 状 を 表 現 できるようにする 予 定 である ) 現 在 は 社 会 的 感 性 利 用 者 地 域 住 民 等 の 感 性 )のみを 対 象 としているが 設 計 者 の 感 性 も 取 り 込 み 社 会 的 感 性 と 設 計 者 の 感 性 を 融 合 させるシステムに 発 展 させていく 予 定 であ る ) 条 件 属 性 の 範 囲 分 けにおいて 各 要 因 の 大 小 イメージと 数 値 との 関 係 を 明 らかにしていく 予 定 である 謝 辞 本 研 究 を 実 施 するにあたりご 協 力 を 頂 いた 年 度 芝 浦 工 業 大 学 大 学 院 の 嶋 田 裕 希 氏 青 砥 哲 朗 氏 及 び 大 倉 研 究 室 の 皆 様 に 厚 く 御 礼 申 し 上 げます 注 ) NURBS 曲 線 生 成 プログラムは Visual Basic 6. にて 作 成 し た 注 ) アンケート 画 面 は インチのスクリーンを 用 い 被 験 者 の 座 る 位 置 はスクリーンから mcm の 位 置 とし 横 視 野 角 を 8 度 縦 視 野 角 6 度 とした 背 景 は 円 柱 状 のオブジェク トの 表 面 に 都 会 の 風 景 のテクスチャを 張 った 被 験 者 は 偏 光 メガネを 着 用 することにより 映 像 を 立 体 的 に 見 ることが できる 参 考 文 献 ) 日 本 建 築 学 会 : 建 築 システムの 最 適 化 建 築 システム 最 適 化 特 別 研 究 委 員 会 報 告 書 年 ) 日 本 建 築 学 会 : 構 造 形 態 創 生 の 理 論 と 応 用 年 ) M.P. Bendsoe and N. Kikuchi, Generating Optimal Topologies in Structural Design using a Homogenization Method, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol.7, pp.97-, 988 ) Xie, Y.M., G.P. Steven, Evolutionary Structural Optimization for Dynamic Problems, Computers and Structures, Vol.8, No. 6, pp.67-7, 996 ) 大 森 博 司 崔 昌 禹 : 等 値 線 を 利 用 した 拡 張 ESO 法 による 構 造 形 態 の 創 生 日 本 建 築 学 会 構 造 系 論 文 集 第 9 号 pp.87-9 年 月 6) 奥 田 敏 : 自 己 組 織 化 法 に 基 づく 構 造 の 位 相 最 適 化 設 計 シミュレーション 日 本 機 会 学 会 第 回 最 適 化 シンポジウム 講 演 論 文 集 pp.7- 年 月 7) 三 井 和 男 :セルオートマトンによる 構 造 システムの 自 律 的 生 成 と 最 適 化 日 本 建 築 学 会 構 造 系 論 文 集 第 号 pp.- 年 月 8) 河 村 拓 昌 大 森 博 司 : 遺 伝 的 アルゴリズムによる 立 体 トラス 構 造 物 の 形 態 創 生 日 本 建 築 学 会 構 造 系 論 文 集 第 8 号 pp.- 年 月 9) 勝 山 信 之 山 川 宏 : 遺 伝 的 アルゴリズムによる 感 性 を 考 慮 した 設 計 の 遺 伝 と 進 化 に 関 する 研 究 日 本 機 会 学 会 第 回 設 計 工 学 システム 部 門 講 演 会 講 演 論 文 集 pp 年 6 月 ) Furuta, H., Maeda, K. and Watanabe, E.: Applicatio of Genetic Algorithm to Aesthetic Design of Bridge Structures, Microcomputers in Civil Engineering, 6), pp.-, 99 ) 本 間 俊 雄 : 空 間 構 造 の 形 態 発 想 支 援 に 関 するシステム 開 発 の 試 み 計 算 工 学 講 演 会 論 文 集 7) pp 年 月 ) 堤 和 敏 太 田 優 子 佐 々 木 啓 介 : 感 性 を 考 慮 した 建 物 屋 根 形 態 創 生 に 関 する 研 究 構 造 工 学 論 文 集 Vol.B, 年 月,pp.-6. ) 佐 々 木 啓 介 堤 和 敏 : 感 性 を 考 慮 した 建 物 屋 根 形 態 創 生 に 関 する 研 究 その 非 対 称 屋 根 形 態 の 創 生 構 造 工 学 論 文 集 Vol.B pp.-9 6 年 月 ) 佐 々 木 啓 介 堤 和 敏 :ラフ 集 合 を 用 いた 建 築 屋 根 の 感 性 学 習 と 特 徴 分 析 に 関 する 研 究 日 本 建 築 学 会 技 術 報 告 集 第 号 p9-6 年 ) 佐 々 木 睦 朗 :FLUX STRUCTURE TOTO 出 版 年 6) 青 砥 哲 郎 嶋 田 裕 希 大 倉 典 子 他 :バーチャル 豊 洲 キャンパス 提 示 シ ステムの 構 築 芝 浦 工 業 大 学 研 究 報 告 理 工 系 編 第 9 巻 号 別 冊 年 月 7) 田 口 玄 一 小 西 省 三 : 直 交 表 による 実 験 のわりつけ 方 日 科 技 連 99 年 8) Z.Pawlak:Rough sets, Internat. J. Inform. Comput. Sci., Vol., No., pp.-698) 9) 森 典 彦 田 中 英 夫 井 上 勝 雄 :ラフ 集 合 と 感 性 海 文 堂 年 ) 井 上 勝 雄 黒 坂 英 里 岡 田 明 :ラフ 集 合 を 用 いたパッケージデザインの 嗜 好 分 析 第 7 回 ファジィシステムシンポジウム 講 演 論 文 集 pp.69-6 年 ) 井 上 卓 也 原 田 利 宣 : 自 動 車 フロントマスクデザインの 分 析 企 画 への ラフ 集 合 の 応 用 第 7 回 ファジィシステムシンポジウム 講 演 論 文 集 pp.67-6 年 ) 齋 藤 篤 史 宗 本 順 三 松 下 大 輔 : 感 性 評 価 に 基 づく 形 態 要 素 のラフ 集 合 を 用 いた 組 合 せ 推 論 の 研 究 日 本 建 築 学 会 計 画 系 論 文 集 第 9 号 pp.8-9 年 8 月 ) 上 田 太 一 郎 :Excel でできるデータマイニング 入 門 同 友 館 年