人工知能は建築の夢を見るか？

　これから技術革新が進むと、人工知能が建築を思考する時代が来ます。本記事ではまずざっくりとＡＩ×建築の可能性に言及していきます。

まずは簡単に自己紹介から

#0.プロフィール
- 建築学科の修士課程を２０１９春に修了
- ２０１８年の春ごろからＡＩと建築の可能性を模索し、人工知能の世界に足を踏み入れました。
- プログラミングは全くの**初心者**スタートです。
- 高度に専門的な部分は友人に手伝ってもらいました。
- 最近話題が増えてきたＡＩに注目している建築学生や建築関係者は多いと思うのですが、**どう使えるか分からない、やり方が分からない！**という人のために大学院での研究を記事で共有していこうと考えてます。
- これからの時代はAI利用が活発になっていくので、**ＡＩに興味が無い人**にも関心を持ってもらえるような記事を投稿していこうと思います！
- 読んでみて**思ったこと、疑問、批判**など、ぜひ**コメント**してください！

#1.建築デザイン × 人工知能 の可能性
　コンピューターを使った建築設計ツールはこれまでにも提案・利用されていますが、コンピューター自身が自由にデザインを提案するには至っていません。なぜなら人間が設定したパラメータの枠組みの中でしかデザインをシミュレートすることができないからです。

　それに対して最近話題のディープラーニングを使ったＡＩは、絵画を描いたりすることができます。このＡＩに建築画像を学習させると、独創的な建築画像が生み出せました！

#2.実際にＡＩに建築イメージを描かせてみた！
 さて、実際に建築の画像をＡＩに学習させてイメージを描かせてみました！
##2-1.建築画像の学習
まずはＡＩに膨大な建築画像を学習させます。これによって建築画像とはだいたいこういうものだという経験則をＡＩが獲得することができます。

![images.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/9fd72f3c-6065-d956-d01f-82736d4c8930.jpeg)

↑これは学習させた建築画像のごく一部です。

##2-2.まずはスケッチ！

![Frank_Lloyed_Wright_falling_water_0001_00-targets.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/27632d29-5fc1-62c3-f7f8-d586955395db.png)　![01 (1)-outputs.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/305e31a9-414a-d6b9-01ff-79eb133b76cd.png)
![Mies_Van_Der_Rohe_Farnsworth_House_0250_02-targets.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/67145c6c-69bc-88e4-5923-540342e4cd80.png)　![01 (55)-outputs.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/2a5eaf00-f574-fabf-8be4-bed9f0cebc94.png)
![00_Original00002.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/8d5feda8-2b99-56dc-5fc1-c0fe83726511.png)　![01 (46)-outputs.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/fe856fbb-e87b-79e3-b928-e666489a09c3.png)




元画像をＡＩにスケッチさせた画像ができました。

事前に学習させた数万枚の建築画像の経験を元にＡＩが画像を再現したものです。

##2-3.イメージとイメージの間を想像する

![Mies_Van_Der_Rohe_Farnsworth_House_0250_02-targets.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/67145c6c-69bc-88e4-5923-540342e4cd80.png)　![00_Original00002.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/8d5feda8-2b99-56dc-5fc1-c0fe83726511.png)

この２画像の中間をＡＩに想像して描かせて見ると.....

![morphing01.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/290f84b1-caf1-2eb9-7179-670ecbe6ed7e.png)


2つのイメージの中間をグラデーションのように表現できました！

![01 (50)-outputs.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/74f8cfc1-ce56-3683-073b-536b331eaee4.png)


　ちょうど中間付近の画像は両方の建築画像の形質を両立しているように見えます。空や芝生も自然に変化しているのも面白いです。

![00_BIG3_morphing-09.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/4a332682-16c6-f68c-2669-e7d2f1dc7b3b.png)

さらに３枚の画像をもとにした中間を作ることもできました！

![01 (25)-outputs.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/c39fc81a-01fc-6df8-ab90-3f32ea0ff184.png)


中央付近の画像は３枚の建築画像の特徴を含んでいるように見えます。

#3.使ったＡＩについて
 今回使用したのはVAEとpix2pixという画像生成システムです。実は画像をＡＩに描かせる際に、２段階のプロセスがあります。
##3-1.全体の構成を描く「VAE」
まず１段階目では建築画像の全体構成を再現します。ここで使うのがＶＡＥです。
リンク：https://keras.io/examples/variational_autoencoder_deconv/

非常にぼやけたような画像ですが、大まかな構成を再現できています。
![Frank_Lloyed_Wright_falling_water_0001_00-targets.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/000e5af3-c0ed-2e52-ab78-5fd4f97bee6f.png)　![Frank_Lloyed_Wright_falling_water_0001_00-inputs.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/22d0b4fe-1089-ea5d-d091-c0ca2538befd.png)
![Mies_Van_Der_Rohe_Farnsworth_House_0250_02-targets.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/151ebd03-ebdb-4d0c-47be-63db1e5cfcb5.png)　![Mies_Van_Der_Rohe_Farnsworth_House_0250_02-inputs.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/100fb1bd-af85-0e42-a2f6-6adde97a90a9.png)
![Le_Corbusier_Villa_Savoye_0085_02-targets.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/8fd69fa4-d873-8b41-15cd-448a33685a7c.png)　![Le_Corbusier_Villa_Savoye_0085_02-inputs.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/8ba7b0d9-8798-52ef-3482-19b473ad57f8.png)

##3-2.ディテールを描く「pix2pix」
２段階目ではこのＶＡＥで描いた全体の画にディテールを加えます。ここで使うのがpix2pixです。
リンク：https://github.com/affinelayer/pix2pix-tensorflow

ＶＡＥで描いた画がより具体的になり、元の写真に近い画像が得られます。元の写真と比べてみると、だいぶ近い表現になっていることが分かります。

![Frank_Lloyed_Wright_falling_water_0001_00-inputs.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/bcf808f3-8ce6-cbfa-dd9e-55110b40e390.png)　![Frank_Lloyed_Wright_falling_water_0001_00-outputs.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/470f2e37-bead-137e-ecb2-a0e77de2944b.png)　![Frank_Lloyed_Wright_falling_water_0001_00-targets.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/f0b76179-2923-6b9a-f487-8e2953e4578a.png)

![Mies_Van_Der_Rohe_Farnsworth_House_0250_02-inputs.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/542c77c4-5402-7863-273f-c7e1a6c6dd82.png)　![Mies_Van_Der_Rohe_Farnsworth_House_0250_02-outputs.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/82ac00a5-5533-b766-b363-71f56366d8ee.png)　![Mies_Van_Der_Rohe_Farnsworth_House_0250_02-targets.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/53749328-890b-21c2-808d-368c87849418.png)

![Le_Corbusier_Villa_Savoye_0085_02-inputs.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/08e2f4ae-9f3d-fe93-9bc8-68ae7037c471.png)　![Le_Corbusier_Villa_Savoye_0085_02-outputs.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/1fb98b04-16b3-7548-8401-863ce9dd913f.png)　![Le_Corbusier_Villa_Savoye_0085_02-targets.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/558b8ba4-f540-ece4-dc50-d1873d88b942.png)
#4.まとめ
ＡＩに建築の見た目を学習させると、今までに無い新しい建築のデザインを提案できます。
今回はざっくりと紹介しましたが、今後の記事でより具体的に説明していこうと思います。

以下の画像はＡＩによって生成された独創的な建築画像たちです。

日本の有名建築家の作品をまぜこぜにした画像
もともと何の建築だったか分かるでしょうか。
![01 (24)-outputs.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/71ee3564-3689-7640-0153-712b4e1b31b7.png)　![02 (25)-outputs.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/ac7cfe38-a32d-dc5c-68b4-32bbd4d358b4.png)　![03 (28)-outputs.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/9db346a9-0bbb-8859-5fe6-50fc37b03c10.png)
![04 (27)-outputs.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/7f3a3cff-c31c-828d-7d56-5f786e534ea9.png)　![01 (32)-outputs.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/31bed4a2-7468-1b81-f3d2-cf91f0c848be.png)　![04 (25)-outputs.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/ef9681f4-906d-31ba-b17f-7ea94be447be.png)

海外の著名建築を元に中庸をとった画像
![01 (25).png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/3e04046f-cf52-70bf-2b6a-bd867e0c3643.png)　![04 (25)-outputs.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/7f36842c-6636-bc6d-fd98-63c83b44054a.png)　![12_Morphing_10_06-outputs.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/274962/86bd716c-c20c-202e-3c03-3297119c70b6.png)

これらはまるで抽象画のような画像ですが、ＡＩが想像して描いた結果です。

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