Design with AI : prototyping, mechanism and idea of AI tools

The field of AI (Artificial Intelligence) has made breakthroughs since 2014, thanks to technological advances in machine learning and deep learning. The technological breakthroughs have also facilitated the application of AI in a variety of disciplines. In particular, in the field of image processing, deep learning has achieved many impossible goals before. In this context, there is a growing interest in the use of AI, which is also affecting the field of architecture. Just as the differences between the two games that AI defeats human in history, the unnoticeable but significant advances were actually done. This shift from superficial to deeper perceptions is also reflected in the application of AI in architecture: from simply being a carrier for AI images, to a more recent focus on research into the basic algorithms that could be supplicated to practical design process. These studies have produced numerous illuminating results, and their number is increasing all the time. The popularity of AI research has given rise to two attitudes: technical optimists who are keen to develop and promote Architectural AI tools and are committed to making it easier for more people to use AI in architectural design; or a never-ending stream of doubts and cautions about AI: what can AI do? Will it work well enough? Will it replace architects in the future? Many of the materials and dicussion available today do not make these questions clearer: they are either too technical and limited to a specialist issue, making it difficult for people without appropriate programming knowledge to read and answer their real questions; or they only show fancy outcomes from AI without analysing and demonstrating its principles, increasing misunderstandings and anxiety. A rational and clear interpretation of AI is necessary and urgent, especially at this time when we are being unconsciously pushed forward by technology. This thesis is going to answer those question in a way combining history and current status, theory and practice. In the first part of the study, the history of digital design is firstly reviewed and summarised in order to draw out patterns and common themes of concern in its development, which can be used as a reference for the analysis of AI tools. Several common types of AI tools are then classified and presented, showing their purpose, technical principles and individual characteristics. The experimental section then divides the AI tools into four prototypes: Imitated Patch, Synesthesia, Statistical Prediction, and Reality Virtualisation, each category being experimented with an abstract and simplified project. From the results of the experiments, the working principles as well as the pros and cons of each type of tool are summarised. Finally, in the discussion section, all the results are combined to summarise in an objective and rational manner the characteristics of AI tools, the challenges and the attitude we need to take towards them: Understanding AI is a powerful yet significantly limiting tool that can greatly expand our capabilities and perceptions, but also relies on humans to develop and set goals for it. The role and capabilities of architects still cannot be replaced by AI, and we should work with it rationally and with a keen eye on the changes AI will bring to the whole world.

Il campo dell'IA (Intelligenza Artificiale) ha fatto notevoli passi avanti dal 2014, grazie ai progressi tecnologici nell'apprendimento automatico e nell'apprendimento profondo. I progressi tecnologici hanno anche facilitato l'applicazione dell'IA in diverse discipline. In particolare, nel campo dell'elaborazione delle immagini, l'apprendimento profondo ha raggiunto molti traguardi impossibili in precedenza. In questo contesto, si registra un crescente interesse per l'utilizzo dell'IA, che sta interessando anche il campo dell'architettura. Proprio come le differenze tra i due giochi in cui l'IA sconfigge l'uomo nella storia, i progressi impercettibili ma significativi sono stati effettivamente fatti. Questo passaggio da percezioni superficiali a percezioni più profonde si riflette anche nell'applicazione dell'IA all'architettura: da semplice vettore di immagini IA, si è passati a una più recente attenzione alla ricerca sugli algoritmi di base che potrebbero essere integrati nel processo pratico di progettazione. Questi studi hanno prodotto numerosi risultati illuminanti e il loro numero è in continuo aumento. La popolarità della ricerca sull'IA ha dato origine a due atteggiamenti: gli ottimisti tecnici, desiderosi di sviluppare e promuovere strumenti di IA architettonica e impegnati a rendere più facile l'uso dell'IA nella progettazione architettonica; oppure un flusso inesauribile di dubbi e cautele sull'IA: cosa può fare l'IA? Funzionerà in maniera sufficientemente efficace? Sostituirà gli architetti in futuro? Molti dei materiali e dei dibattiti disponibili oggi non chiariscono queste domande: o sono troppo tecnici e limitati a un argomento specialistico, rendendo difficile la lettura e la risposta alle domande reali di chi non ha conoscenze di programmazione adeguate; o mostrano solo risultati fantasiosi dell'IA senza analizzarne e dimostrarne i principi, aumentando le incomprensioni e l'ansia. Un'interpretazione razionale e chiara dell'IA è necessaria e urgente, soprattutto in questo momento in cui siamo inconsapevolmente spinti in avanti dalla tecnologia. Questa tesi intende rispondere a queste domande combinando storia e attualità, teoria e pratica. Nella prima parte dello studio, la storia del design digitale viene innanzitutto passata in rassegna e riassunta al fine di individuare modelli e temi comuni di interesse nel suo sviluppo, che possono essere utilizzati come riferimento per l'analisi degli strumenti di IA. Vengono poi classificati e presentati diversi tipi comuni di strumenti di IA, mostrandone lo scopo, i principi tecnici e le caratteristiche individuali. La sezione sperimentale suddivide poi gli strumenti di IA in quattro prototipi: Imitated Patch, Synesthesia, Previsione statistica e Virtualizzazione della realtà; ogni categoria è stata sperimentata con un progetto astratto e semplificato. Dai risultati degli esperimenti, vengono riassunti i principi di funzionamento e i vantaggi e gli svantaggi di ogni tipo di strumento. Infine, nella sezione dedicata alla discussione, tutti i risultati vengono combinati per riassumere in modo oggettivo e razionale le caratteristiche degli strumenti di IA, le sfide e l'atteggiamento che dobbiamo assumere nei loro confronti: La comprensione dell'IA è uno strumento potente ma significativamente limitante, che può ampliare notevolmente le nostre capacità e percezioni, ma che dipende anche dall'uomo che lo sviluppa e ne stabilisce gli obiettivi. Il ruolo e le capacità degli architetti non possono ancora essere sostituiti dall'IA e dovremmo lavorare con essa in modo razionale e con un occhio attento ai cambiamenti che l'IA porterà al mondo intero.