Geri Dön

Data-driven design framework for AI-aided interactive architectural panels

Yapay zekâ destekli etkileşimli mimari paneller için veri odaklı tasarım çerçevesi

PDF İndir

  1. Tez No: 982721
  2. Yazar: ÖMER KASIM KAROUT
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. AYŞEGÜL AKÇAY KAVAKOĞLU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Mimarlık, Architecture
  6. Anahtar Kelimeler: Etkileşimli mimari, Interactive architecture
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Bilişim Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Mimari Tasarımda Bilişim Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Mimari çevreler tarihsel olarak teknolojik dönüşümlerle yakın bir ilişki içinde evrilmiştir; ancak yapay zekânın (YZ) mimarlık alanındaki entegrasyonu büyük ölçüde soyut ve dolaylı bir düzeyde kalmıştır. Güncel mimari pratikte YZ, çoğunlukla biçim üretimi, optimizasyon, görselleştirme veya performans analizi gibi süreçlerde bir tasarım aracı olarak kullanılmakta; fiziksel mekânın kendisine doğrudan entegre edilmek yerine dijital arayüzlerin arkasında konumlanmaktadır. Bu durumun bir sonucu olarak mimari duvarlar, hâlen ağırlıklı olarak durağan sınırlar ya da pasif bilgi taşıyıcıları olarak varlığını sürdürmektedir. Bu tez, söz konusu yaklaşımı sorgulayarak, yapay zekânın doğrudan mimari elemanların içine yerleştirildiği, YZ destekli ve veri odaklı bir tasarım çerçevesi önermektedir. Bu çerçeve kapsamında duvar kaplama ve döşeme sistemlerinin, insan varlığını algılayabilen, yorumlayabilen ve fiziksel olarak tepki verebilen etkileşimli panel sistemlerine dönüşmesi hedeflenmektedir. Araştırma, bu tür duvar sistemlerinin insan–yapı etkileşimine aktif olarak katılan, algısal olarak okunabilir ve kinetik arayüzler hâline nasıl gelebileceğini incelemektedir. Hesaplamalı tasarım, yapay zekâ, etkileşimli mimarlık, medya mimarlığı ve görsel algı alanlarının kesişiminde konumlanan bu çalışma, hesaplamalı zekânın ekranlar ve dijital gösterimler aracılığıyla dışsallaştırılması yerine, fiziksel mimari sistemlerin içine nasıl yerleştirilebileceğini araştırmaktadır. Mimarlık alanındaki YZ araştırmalarının büyük bir kısmı, tasarımcıyı destekleyen dijital araçlar geliştirmeye odaklanırken, bu tez YZ'yi mimarinin fiziksel bir katmanı olarak ele almakta; duvarların insan etkinliğini gerçek zamanlı olarak algılayabilen, işleyebilen ve buna yanıt verebilen sistemler hâline gelmesini amaçlamaktadır. Yapay zekâ bu bağlamda otonom bir yaratıcı özne olarak değil, algısal girdiler, mekânsal davranışlar ve insan algısı arasında aracılık eden destekleyici bir katman olarak konumlandırılmaktadır. Fiziksel prototipleme, makine öğrenmesi, hareket ve görüntü yakalama teknikleri, dijital simülasyon ve algı kuramlarını bir araya getiren araştırma, duvarların temsili görüntüler yerine eşgüdümlü kinetik jestler aracılığıyla iletişim kurmasını sağlayan bir iş akışı önermektedir. Araştırma, tanımlanan tasarım süreci ve prototipleme aşamaları içerisinde etkileşim potansiyellerini incelemek amacıyla tasarım odaklı bir araştırma metodolojisi benimsemektedir. Bu metodolojik yaklaşım, birbirini izleyen ve birbiriyle ilişkili dört ana aşama üzerinden yapılandırılmıştır: (1) etkileşim sistemlerinin, davranış mantıklarının ve teknik gereksinimlerin araştırıldığı vaka çalışması temelli prototipleme süreci; (2) doğrudan yansıtma davranışlarının ötesine geçmek amacıyla yapay zekânın etkileşimli sisteme entegre edilmesi; (3) farklı tasarım varyasyonlarının üretilmesi, görsel ve mekânsal potansiyellerin test edilmesi ve algısal performansın değerlendirilmesi için simülasyon ve sistemin yeniden oluşturulması; (4) araştırma boyunca elde edilen bilgilerin bir araya getirilerek veri odaklı panel sistemlerinin tasarımı ve üretimi. Bu dört aşama, kavramsal sorgulama ile deneysel üretimi ve fiziksel gerçekleştirmeyi birbirine bağlayan bütüncül bir iş akışı oluşturmaktadır. Araştırmanın çıkış noktası, mimari mekânlarda etkileşimli dijital medyanın giderek artan varlığıdır. Ekranlar ve projeksiyon sistemleri yaygınlaşmış olsa da, bu araçlar çoğu zaman mimarinin malzeme ve mekânsal mantığından kopuk bir görsel dil üretmekte; bedensel katılımdan ziyade izlemeye dayalı bir etkileşim biçimini ön plana çıkarmaktadır. Bu tez ise etkileşimi fiziksel hareket ve malzeme artikülasyonu üzerinden ele alarak, kullanıcı ile mimari arasında bedensel bir ilişki kurmayı amaçlamaktadır. Görüntü ve hareket yakalama verileri kullanılarak, önerilen paneller insan hareketini eşgüdümlü mekanik tepkilere dönüştürmekte ve kullanıcı ile çevresi arasında mekânsal bir iletişim biçimi oluşturmaktadır. Paneller, geleneksel anlamda görüntü sergilemek yerine veriyi harekete dönüştürerek yorumlama, hareket ve mekânsal farkındalığı teşvik eden bir deneyim sunmaktadır. Araştırmanın merkezinde algı kavramı yer almaktadır. Etkileşimli mimari sistemler, davranışları algısal bir düzene sahip olmadığında görsel olarak kaotik ya da bilişsel açıdan erişilemez hâle gelebilmektedir. Bu soruna yanıt olarak çalışma, Gestalt psikolojisini hem analitik hem de üretken bir çerçeve olarak ele almaktadır. Gestalt ilkeleri, dağınık elemanlardan tutarlı görsel bütünlerin nasıl oluştuğunu açıklamak ve önerilen panel sisteminin tasarım mantığını yönlendirmek amacıyla kullanılmaktadır. Bu ilkeler, özellikle Daniel Rozin'in Weave Mirror adlı kinetik çalışmasının analizinde uygulanmakta; soyutlama, senkronizasyon, yakınlık ve görsel süreklilik gibi tasarım kararlarına yön vermektedir. Bu bağlamda hareket, başlı başına bir animasyon unsuru olarak değil, tanınabilirliği ve mekânsal okunabilirliği destekleyen bir kompozisyon aracı olarak ele alınmaktadır. Birinci tasarım aşaması, Rozin'in Weave Mirror çalışmasından esinlenen veri odaklı bir panel prototipinin geliştirilmesine odaklanmaktadır. Prototip, 36 adet motorize görüntü biriminden oluşan bir iç mekân duvar yüzeyi olarak kurgulanmıştır. Derinlik algılayıcı kameralar ve Arduino tabanlı kontrol sistemleri aracılığıyla kullanıcının varlığı ve hareketi algılanmakta; elde edilen görüntü verileri gri ton değerlerine dönüştürülerek servo motor hareketlerine yeniden eşlenmektedir. Bu süreç sonucunda kullanıcının silueti, düşük çözünürlüklü ancak fiziksel bir yansıma olarak ortaya çıkmaktadır. Bu aşamanın amacı birebir bir temsil üretmek değil, hareket, soyutlama ve algının eşgüdümlü fiziksel bileşenler aracılığıyla nasıl ifade edilebileceğini araştırmaktır. Bu ilk prototip, çözünürlük, soyutlama, hareket hızı, senkronizasyon ve tanınabilirlik arasındaki ilişkileri açığa çıkaran keşifsel bir araç olarak işlev görmektedir. Yinelemeli testler, mekanik kısıtların algısal etkilerini ortaya koyarken; kalibrasyon, sistem gecikmesi, malzeme sınırları ve üretim koşulları gibi pratik sorunları da görünür kılmaktadır. Böylece araştırma, etkileşimli mimari sistemlerin fiziksel üretim gerçeklikleriyle doğrudan ilişkilendirilmektedir. İkinci aşamada, yapay zekâ sistemin etkileşim kapasitesini genişletmek amacıyla sürece dâhil edilmektedir. Erişilebilir makine öğrenmesi araçları ve görsel geliştirme platformları kullanılarak panel; jestleri, beden pozisyonlarını, nesneleri ve sesli girdileri tanıyacak şekilde eğitilmektedir. Tanımlanan her bir girdi, yönlü hareketler veya ifade edici kinetik desenler gibi önceden belirlenmiş mimari tepkileri tetiklemektedir. Yapay zekâ bu bağlamda opak veya otonom bir yapı olarak değil, öğrenilen girdileri tasarımcı tarafından belirlenen davranışlara eşleyen kontrollü bir tetikleyici mekanizma olarak kullanılmaktadır. Bu sayede panel, kullanıcı etkileşimine bağlı olarak davranışını uyarlayan koşullu bir arayüze dönüşmektedir. Üçüncü aşama, simülasyon ve sistemin yeniden oluşturulmasına odaklanmaktadır. Dijital araçlar aracılığıyla birim sayısı, geometri, aralıklar, malzeme özellikleri ve hareket davranışları gibi parametreler değiştirilerek farklı tasarım varyasyonları üretilmekte; bu varyasyonların görsel netlik, hareket sürekliliği ve kullanıcı etkileşimi üzerindeki etkileri değerlendirilmek üzere önceden render alınan ve gerçek zamanlı simülasyonlar gerçekleştirilmektedir. Bu süreç, üretim öncesinde yapısal ve mekânsal tasarım kararlarının yönlendirilmesini sağlamaktadır. Dördüncü ve son aşama, araştırma boyunca elde edilen tüm bilgilerin bir araya getirilerek daha gelişmiş ikinci bir prototipin tasarımına ve üretimine aktarılmasını kapsamaktadır. Bu prototip, yapısal bütünlüğü, duyusal tepkiselliği ve gerçek zamanlı geri bildirimi geliştirmekte; döküm elemanlar ve üç boyutlu baskı bileşenleri gibi farklı malzeme stratejilerini içermektedir. Bu aşama, önerilen çerçevenin tek bir üretim yöntemi, ölçek veya estetikle sınırlı olmadığını ortaya koymaktadır. Araştırma boyunca yinelenen temel bir tema, soyutlama ile tanınabilirlik arasındaki dengedir. Aşırı gerçekçilik sistemi mekanik bir ekrana indirgerken, aşırı soyutlama etkileşimi belirsizleştirebilmektedir. Bu iki uç arasında konumlanan paneller, kullanıcıyı görsel tüketimden ziyade bedensel hareket ve yorumlama yoluyla etkileşime davet etmektedir. Gestalt psikolojisine dayalı tasarım stratejileri, arayüzün algısal olarak okunabilir kalmasını sağlarken aktif katılımı teşvik etmektedir. Bu tezin temel katkısı, yapay zekâ destekli etkileşimi fiziksel olarak uygulanabilir mimari panellere entegre eden, çoğaltılabilir ve veri odaklı bir tasarım çerçevesi ortaya koymasıdır. Algı kuramı, makine öğrenmesi, simülasyon ve malzeme prototiplemesini tasarım odaklı bir metodoloji içinde bir araya getiren çalışma, mimarlıkta akıllı davranışların tasarımcı kontrolünü ve mekânsal netliği koruyarak nasıl yerleştirilebileceğini göstermektedir. Nihai bir ürün sunmaktan ziyade, bu araştırma etkileşimli paneller, uyarlanabilir iç mekânlar ve bedensel insan–yapı etkileşimi üzerine yapılacak gelecekteki çalışmalar için metodolojik bir zemin oluşturmaktadır. Sonuç olarak bu tez, mimarlığın teknolojiyi yalnızca barındıran bir çerçeve olmak zorunda olmadığını; aksine zekânın mekânsallaştırıldığı, maddeselleştirildiği ve deneyimlendiği bir alan hâline gelebileceğini savunmaktadır. Duvarların algılayabilen, yorumlayabilen ve tepki verebilen sistemlere dönüşmesiyle mimarlık, durağan bir arka plan olmaktan çıkarak insan deneyiminin aktif bir katılımcısı hâline gelmekte; dinleyen, uyumlanan ve hareket aracılığıyla iletişim kuran bir mimarlık anlayışı önermektedir.

Özet (Çeviri)

This thesis explores a workflow to develop an AI-aided, data-driven design framework aimed to achieve interactive panels on walls to improve user engagement. The study aims to achieve wall tiling tessellations to become interactive paneling systems, capable of responding physically to human presence. Using image and motion capture; these panels translate body movement into coordinated kinetic gestures, bridging a form of spatial communication between users and environments. Within the domains of computational design, artificial intelligence and interactive architecture, this research proposes a medium in which AI is housed in physical spaces. While researches of AI whithin the domain of architecture have typically been working on tools to help generate forms or optimize designs behind digital interfaces, this thesis explores its potential as a more physical layer embedded within architecture itself, allowing walls to sense, process and react to human activity in real-time. The thesis uses design-led research method to explore the interaction potentials within the defined design process and prototyping. This exploration bases upon four stages: (1) Case-study prototyping to explore the interaction system and needs, (2) Integration of AI to the interactive system (3) Simulation and re-creation of the system to generate different designs and experiment visual potentials, (4) design and fabrication of data-driven panels, which combines all knowledge gathered in the study. Moreover, The first stage focuses on the development of a data-driven panels' prototype using 36 display units inspired by Rozin's Weave Mirror. Using depth cameras and Arduino based controls enabled the prototype to interact and reflect the user's movement. The aim of the first stage is to investigate the necessary components and workflows needed for this project and how motion and perception can be represented using physical materials. Supporting the research with Gestalt psychology provides a conceptual base for how forms emerge through arrangement and proximity. In the second stage, artificial intelligence (AI) is introduced to aid the system's interactivity. Through Machine learning models, the panel is trained to recognize gestures, body positions, and voice inputs, each will trigger different responses and actions. These include expressive visual outputs or directional movement, transforming the panel into an interactive interface that evolves its behavior based on what it learns from the users interacting with it. The third stage centers on simulation and system creation. Digital tools are utilized to experiment with design variations, such as the number, shape and placement of display units. The fourth stage informs the construction and design of a second, more advanced prototype that enhances structural integrity, sensory responsiveness, and real-time feedback. Beyond the technical framework, the research in this thesis also reflects on questions of perception and engagement. The system operates between finding the balance between abstraction and recognition, prompting viewers to interpret meaning through motion. Design strategies rooted in Gestalt psychology to ensure that the interface remains perceptually understandable.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    558722

    An algorithm aided design approach for using daylight in early phases of architectural design

    Mimari tasarımın erken evrelerinde gün ışığını kullanan algoritma destekli bir tasarım yaklaşımı

    MAHMUT CAN KOÇAK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Mimarlıkİstanbul Teknik Üniversitesi

    Bilişim Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SEMA ALAÇAM

  2. Tez No

    960844

    Kanıta dayalı tasarım yaklaşımının açık yeşil alan tasarım sürecine entegrasyonu

    Integration of evidence-based design approach into the design process of urban open green space

    NAZLI DENİZ ERSÖZ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    Peyzaj MimarlığıBursa Teknik Üniversitesi

    Peyzaj Mimarlığı Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÜL SAYAN ATANUR

    PROF. DR. GÜLŞEN AYTAÇ

  3. Tez No

    994756

    Peyzaj tasariminda bir keşif araci: üretken yapay zeka temelli tasarim karar destek modeli

    Ai-enabled generative decision support model as a predictive decoding tool for landscape design

    SAFİYE ELİF SERDAR YAKUT

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2026

    Peyzaj Mimarlığıİstanbul Teknik Üniversitesi

    Peyzaj Mimarlığı Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MELTEM ERDEM KAYA

  4. Tez No

    1014173

    DE NOVO FRATAXİN PROTEİNİ TASARIMI: KATLANMA MOTİFLERİ, METAL İYON BAĞLANMA BÖLGELERİ, MOLEKÜLER DOCKİNG VE MOLEKÜLER DİNAMİK SİMÜLASYONLAR İLE OPTİMAL STABİLİTE İÇİN YAPAY ZEKÂ DESTEKLİ YAKLAŞIMLAR

    DE NOVO FRATAXIN PROTEIN DESIGN: AI-ASSISTED APPROACHES FOR OPTIMAL STABILITY THROUGH FOLDING MOTIFS, METAL ION BINDING SITES, MOLECULAR DOCKING AND MOLECULAR DYNAMICS SIMULATIONS

    KEVSER KÜBRA KIRBOĞA

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2026

    BiyomühendislikSüleyman Demirel Üniversitesi

    Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ECİR UĞUR KÜÇÜKSİLLE

  5. Tez No

    1006306

    Tüketici karar süreçlerinde yapay zeka destekli sohbet robotlarının (chatbots) rolü

    The role of AI-supported chatbots in consumer decision-making processes

    FATMANUR PUYTU

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2026

    İletişim BilimleriMaltepe Üniversitesi

    İletişim Bilimleri Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)

    DOÇ. DR. ÜLKÜ İLGİ ELDEM ANAR

Geri Dön