一鍵完成室內(nèi)設(shè)計(jì)：哈佛學(xué)霸造出ArchiGAN，房間規(guī)劃家具擺放全都有，Demo可玩

魚(yú)羊 安妮 發(fā)自 凹非寺

量子位 出品 | 公眾號(hào) QbitAI

有一只AI，給它打開(kāi)門(mén)，再給一扇窗，它就能幫你規(guī)劃出整間公寓。

就像這樣，黑筆畫(huà)空間，綠筆涂出口，紅筆繪窗戶(hù)。

哪怕沒(méi)有設(shè)計(jì)知識(shí)，只是胡亂瞎畫(huà)幾筆，AI也會(huì)努力給出合理的布局：

△量子位隨手畫(huà)

實(shí)時(shí)調(diào)整，也沒(méi)有問(wèn)題：

這就是法國(guó)小哥 Stanislas Chaillou 產(chǎn)出的一只設(shè)計(jì)GAN，名字叫ArchiGAN。

精致公寓，一鍵生成，天天苦熬設(shè)計(jì)圖的工程師們生產(chǎn)力解放有望。

你以為這又是專(zhuān)業(yè)煉丹大師杰作？no，no，no~

這位Stanislas Chaillou小哥并不是一位專(zhuān)職的程序猿，他的主業(yè)其實(shí)是建筑設(shè)計(jì)。他在哈佛大學(xué)拿到了建筑學(xué)碩士學(xué)位，是名副其實(shí)的學(xué)霸。

△帥氣的學(xué)霸建筑師

真是不會(huì)煉丹術(shù)的程序猿不是好建筑師啊。

專(zhuān)業(yè)加持，難怪ArchiGAN不僅看起來(lái)好玩，還很務(wù)實(shí)，在規(guī)劃時(shí)甚至還考慮到了承重墻的設(shè)計(jì)是否實(shí)用。

這樣一個(gè)有設(shè)計(jì)天賦的GAN，其效果好到TensorFlow官方等都忍不住轉(zhuǎn)發(fā)，推特收獲上千贊，不少網(wǎng)友大呼“Amazing”。連谷歌大腦研究員David Ha都稱(chēng)贊道：

這是對(duì)pix2pix的絕妙應(yīng)用。

但它的效果還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止如此。

五大功能，一鍵實(shí)現(xiàn)

作為一只設(shè)計(jì)師GAN，ArchiGAN能夠?qū)崿F(xiàn)五種功能。

功能一：立體規(guī)劃，全面布局

ArchiGAN不僅能設(shè)計(jì)單層公寓的建筑結(jié)構(gòu)，還能實(shí)現(xiàn)整個(gè)公寓大樓的建筑設(shè)計(jì)。

每一層還都能實(shí)現(xiàn)不一樣的布局，而且不會(huì)出現(xiàn)這家的出口開(kāi)在隔壁家墻上的窘境。

整棟公寓，從上到下，樓梯門(mén)窗，ArchiGAN都安排得明明白白，每一戶(hù)的家具擺設(shè)還不帶重樣，太有工匠精神了～

功能二：戶(hù)型隨意DIY

有一個(gè)自己設(shè)計(jì)的房子的夢(mèng)想，現(xiàn)在就可以實(shí)現(xiàn)了。

屋門(mén)在哪，窗戶(hù)是一小塊還是整面墻都能欣賞外面的美景，廚房是不是開(kāi)放式，客廳能不能大到可以容下一套VR游戲設(shè)備……

所有這些期望與幻想，你都可以通過(guò)簡(jiǎn)單的涂抹操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。

黑色地面，綠色是門(mén)，紅色是窗戶(hù)，拿起畫(huà)筆輕輕一圖畫(huà)上幾個(gè)舉行的塊塊，屋子的構(gòu)造立刻就出來(lái)了。

功能三：家具也能自動(dòng)碼放好

正如開(kāi)頭展示的那樣，ArchiGAN還能規(guī)劃你家里的家具應(yīng)該如何擺放，還能顯示擺上之后的整體效果。

我們用不同的顏色展示不同的房間，綠色代表客廳，粉色代表臥室，紫色為洗手間，藍(lán)色為走廊，青色是廚房，橙色為衣柜。

當(dāng)上面的平面圖生成之后：

模型還能更近一步，根據(jù)房間功能的不同，規(guī)劃好整個(gè)房間的家具擺設(shè)，就像下面這樣：

細(xì)看可發(fā)現(xiàn)，臥室中的床、 客廳中的沙發(fā)和茶幾、浴室中的洗手臺(tái)等已配備好了。

你以為這就是ArchiGAN的全部實(shí)力了？

非也。

作者表示，ArchiGAN看似高度受限，其實(shí)卻具備極大的靈活性，不僅能設(shè)計(jì)形狀規(guī)則的公寓的內(nèi)部構(gòu)造，對(duì)于造型不規(guī)則的空間也設(shè)計(jì)得挑不出毛病，此其功能四也。

看看不規(guī)則的X邊形系列：

三角形、扇形、圓形、云朵形甚至對(duì)話(huà)框形，都能生成……

也就是說(shuō)，只有你想不出的形狀，沒(méi)有它設(shè)計(jì)不了的布局。

潛力也不會(huì)止步于此，作者表示，這ArchiGAN的第五個(gè)功能， 就是可用于整個(gè)建筑群/社區(qū)的規(guī)劃。

來(lái)看效果：

這個(gè)環(huán)狀的建筑和福建的客家土樓還有些神似~

研究人員表示，這些效果都證明了GAN在建筑領(lǐng)域的潛力，但目前ArchiGAN還有一定的局限性，主要分為三點(diǎn)。

一是在設(shè)計(jì)多層公寓中每一層的布局時(shí)，每一層的設(shè)計(jì)都有所不同，現(xiàn)在還無(wú)法保證承重墻的設(shè)計(jì)是否合理。

二是當(dāng)前產(chǎn)出的圖像清晰度有限。研究人員表示希望增加輸出層的size，外加英偉達(dá)后續(xù)開(kāi)發(fā)的Pix2Pix HD，再借助TensorRT增強(qiáng)算力實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

局限性之三體現(xiàn)在生成數(shù)據(jù)的格式上，目前智能生成的輸出文件是非矢量格式，建筑師和設(shè)計(jì)師不能直接拿來(lái)用。

從作者自述的三點(diǎn)的局限性也能看出，構(gòu)建這個(gè)ArchiGAN模型時(shí)，實(shí)用性是他們首要考慮的因素，能否真正幫到設(shè)計(jì)師和建筑師，才是最重要的。

多么踏實(shí)樸素的研究呀！用這種方法生成公寓，其實(shí)只需要3步↓↓↓

三步生成公寓

ArchiGAN主要采用了Pix2Pix圖像轉(zhuǎn)換技術(shù)，模型在谷歌云端平臺(tái)上訓(xùn)練，采用英偉達(dá)的Tesla V100 GPU進(jìn)行快速迭代和測(cè)試。

Pix2Pix使用條件生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)（cGAN）來(lái)學(xué)習(xí)從輸入圖像到輸出圖像的映射。所以ArchiGAN是直接從建筑平面圖中學(xué)習(xí)拓?fù)涮卣骱涂臻g組織的。

Chaillou通過(guò)格式化圖像來(lái)控制模型學(xué)習(xí)的信息類(lèi)型。比如，只給模型展示地塊的形狀，以及地塊所包含的建筑面積。

這就是典型的訓(xùn)練結(jié)果。訓(xùn)練這樣的序列花費(fèi)了一天半的時(shí)間。為了進(jìn)行更多次測(cè)試和迭代，模型最終在谷歌云的V100上跑了不到兩個(gè)小時(shí)。

雖然一開(kāi)始模型不太精確，但在250次迭代之后，機(jī)器形成了某種直覺(jué)。

ArchiGAN功能的實(shí)現(xiàn)要分成三步走，每一步都負(fù)責(zé)工作流中特殊的一部分任務(wù)。

模型一：平面布局（Footprint）量化

建筑的占地面積決定了平面圖上的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它們的形狀受到地塊形狀的限制，也就是說(shuō)，根據(jù)土地的形狀能夠推斷出房屋的平面布局。

于是，Chaillou把波士頓的GIS（地理信息系統(tǒng)）數(shù)據(jù)投喂給了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，訓(xùn)練出能夠生成房屋平面布局的模型。

喂食的圖像都是成對(duì)的，既有原始地塊（左），又有繪制上了給定建筑物的相同地塊（右），就像這樣：

模型二：空間規(guī)劃

模型二的主要工作是重新分區(qū)和開(kāi)窗。

作為輸入的是模型一生成的建筑平面面積，以及用戶(hù)指定的入口和窗口位置。

空間規(guī)劃模型是用800+公寓圖紙喂大的，這些圖紙同樣是成對(duì)的，包括公寓的平面面積和其中實(shí)際的空間劃分。

模型用不同的色塊來(lái)表示房間的不同功能。

鵝妹子嚶的是，GAN在訓(xùn)練過(guò)程中學(xué)會(huì)了自己開(kāi)窗。除了用戶(hù)指定的主窗，它還能自主規(guī)劃出新的出口。

模型三：家具布局

房間分好了，ArchiGAN表示這還不夠，貼心的設(shè)計(jì)師怎么能不往房子里擺家具呢？

依然是成對(duì)的圖像，房間的顏色被映射到適當(dāng)?shù)募揖卟季稚稀?/p>

這個(gè)模型能夠保留墻壁的結(jié)構(gòu)和房屋的門(mén)窗，同時(shí)根據(jù)房間的功能來(lái)置放合適的家具。

以上，建筑師可以在任兩步之間對(duì)模型進(jìn)行修改或微調(diào)，以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

學(xué)霸其人

Stanislas Chaillou出生于巴黎，本科就讀于瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院。

在建筑領(lǐng)域，Chaillou小有成績(jī)，在2017年獲得了耶魯、哈佛、紐約時(shí)報(bào)等機(jī)構(gòu)聯(lián)合評(píng)選的美國(guó)建筑獎(jiǎng)（ American Architecture Prizes），2018年又獲得了建筑大師獎(jiǎng)（Architecture Masterprize）。

Chaillou可謂學(xué)業(yè)和事業(yè)雙豐收，研究生還未畢業(yè)之時(shí)，就已經(jīng)在知名建筑事務(wù)所實(shí)習(xí)，比如芝加哥Adrian Smith & Gordon Gill，東京的Shigeru Ban Architects等。

此外，Chaillou還擔(dān)任非盈利跨學(xué)科智庫(kù)CitiX Initiative的執(zhí)行董事，關(guān)注智慧城市的建設(shè)。

傳送門(mén)

英偉達(dá)官方博客：

https://devblogs.nvidia.com/archigan-generative-stack-apartment-building-design/?linkId=70968833

Demo試玩地址：

http://stanislaschaillou.com/thesis/GAN/unit_program/

— 完 —