metis - Knowledge-based search and query methods for accessing information of semantic models (BIM) to support searching in early design stages.

• Applicants: Professor Dr. Andreas Dengel; Professor Dr.-Ing. Frank Petzold
• Subject Area: Structural Engineering, Building Informatics and Construction Operation ; Image and Language Processing, Computer Graphics and Visualisation, Human Computer Interaction, Ubiquitous and Wearable Computing
• Term: from 2013 to 2018
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 235841221

• Final Report Year: 2017

Final Report Abstract

Ziel des Forschungsprojektes METIS war die informationstechnische Unterstützung der frühen Phasen des Entwurfsprozesses, um effizient ähnliche architektonische Situationen als Inspiration, konkrete Lösung oder zur Ermittlung des eigentlichen Problems recherchieren zu können. Der iterative Charakter des Entwurfsprozesses bedingt einen kontinuierlichen Wechsel zwischen kreativen, analytischen und prüfenden Schritten, um durch die Auswahl aus den vielversprechendsten Varianten den sinnvollsten Entwurfsansatz auszuwählen. Für die computerbasierte Unterstützung dieser visuell geprägten Denkweisen wurden vergleichbar der Identifikation eines Menschen anhand seines Fingerabdruckes, semantische Fingerabdrücke erarbeitet und als topologische Metadaten abgeleitet. Die Fingerabdrücke werden als Graph repräsentiert und als Teilgraph des gesamten Graphen des Gebäudemodells für Suchalgorithmen genutzt. Beim Ansatz im Projekt ‚metis‘ werden Entwurfsgedanken in einem mehrstufigen Verfahren formalisiert. Die Entwurfsgedanken werden in Skizzen beschrieben und topologische Zusammenhänge der Skizzen computerbasiert in Graphen formalisiert. Mit Hilfe dieser Graphen erfolgen Suchanfragen, die gefundenen Treffer dienen entweder als Inspiration für Entwurfsgedanken bzw. für deren Konkretisierung oder als Feedback für eine Veränderung der Suchanfragen. Zur Ermittlung von Treffern, die die ähnlichen Entwürfe repräsentieren, wurden mehrere Methoden konzipiert, implementiert und evaluiert. Es handelt sich dabei sowohl um klassische (Sub-)graph-Matching-Methoden, als auch adaptierte fallbasierte Ansätze, die auf aktuellen CBR-Techniken basieren. Außerdem wurden auch direkte Datenbankabfragen in einer Graphdatenbank angewendet. In den Evaluationen zeigten diese Retrieval-Methoden eine grundsätzliche Funktionalität. Sie können jedoch, aufgrund der noch frühen Forschungsund Entwicklungsphase, die sich bspw. in der Genauigkeit und Laufzeit bemerkbar macht, noch nicht als produktiv in der Wirtschaft einsetzbar bezeichnet werden. Verwendet werden können diese Retrieval-Ansätze über mehrere, eigens im Projekt konzipierte Entwurfsmodellierungsprototypen, die als Benutzeroberflächen mit modernen Techniken (bspw. touch- oder webbasiert) realisiert wurden. Es wird dabei eine Anfrage in einer ebenfalls im Rahmen des Projektes erarbeiteten Anfragesprache konstruiert und an die Retrieval-Komponente übermittelt. Diese Benutzeroberflächen wurden ebenfalls in Nutzertests evaluiert und können als von der Zielgruppe grundsätzlich akzeptiert bezeichnet werden.

Publications

• (2014). Automated Generation of Building Fingerprints Using a Spatio-Semantic Query Language For Building Information Models. 10th European Conference on Product & Process Modelling
  Daum S., Borrmann A., Langenhan C., Petzold F.
  
• (2015). Ein Föderiertes Informationssystem Zur Unterstützung Topologischer Bim-Basierter Ansätze. 27. Forum Bauinformatik, Aachen. 09/2015
  Langenhan C.
  
• (2015). Migrating the Classical Pen-and-Paper Based Conceptual Sketching of Architecture Plans Towards Computer Tools – Prototype Design And Evaluation. GREC 2015. Nancy. 8/2015
  Bukhari S., Dengel A., Bayer J., Langenhan C., Althoff K.-D., Petzold F. and Eichenberger-Liwicki M.
  
• (2015): Distributed Domain Model for the Case-Based Retrieval ofArchitectural Building Designs. Ukcbr, 2015. 20th Uk Workshop On Case-Based Reasoning Located At Sgai International Conference On Artificial Intelligence. 20th UK Workshop on Case-Based Reasoning located at SGAI International Conference on Artificial Intelligence
  Ayzenshtadt V., Langenhan C., Bukhari S., Althoff K-D., Petzold F. and Dengel, A.
  
• (2016): Comparative Evaluation of Rule-Based and Case-Based Retrieval Coordination for Search of Architectural Building Designs. The Twenty Fourth International Conference on Case-Based Reasoning (ICCBR 2016). Georgia Institute of Technology in Atlanta, Georgia, USA
  Ayzenshtadt V., Roith J., Langenhan C., Bukhari S., Althoff K-D., Petzold F. and Dengel, A.
  
• (2016): Perspectives on Architecture: Different Abstraction Layer of Building Information ImplaySpecial Working Methods and Interaction Metaphors to Support a Variety Course of Action. Sigradi, 2016. XXth Conference of the Iberoamerican Society of Digital Graphics. Buenos Aires. Argentina
  Langenhan C. and Petzold F.
  
• (2016): Supporting The Building Design Process With Graph-Based Methods Using Centrally Coordinated Federated Databases. ICCCBE, 2016. 16th International Conference on Computing in Civil and Building Engineering
  Roith J., Langenhan C. and Petzold F.
  
• (2016): Thinking with Containers: A Multi-Agent Retrieval Approach for the Case-Based Semantic Search of Architectural Designs. In: Joaquim Filipe; Ana L. N. Fred (Hrsg.). Proceedings of the 8th International Conference on Agents and Artificial Intelligence. International Conference on Agents and Artificial Intelligence (ICAART-2016), Rome, Italy
  Ayzenshtadt V., Langenhan C., Bukhari S., Althoff K-D., Petzold F. and Dengel, A.
  
• (2017): Semantic Pattern-Based Retrieval of Architectural Floor Plans with Case-Based and Graph-Based Searching Techniques and Their Evaluation and Visualization. International Conference on Pattern Recognition Applications and Methods (ICPRAM-2017), Porto, Portugal
  Sabri Q.U., Ayzenshtadt V., Bayer J.