Генеративный дизайн (), или порождающий дизайн, — подход к проектированию и дизайну цифрового или физического продукта (сайт, изображение, мелодия, архитектурная модель, деталь, анимация и так далее), при котором человек делегирует часть процессов компьютерным технологиям и платформам.
В этом случае дизайнер, инженер или иной заказчик непосредственно не ищет решение поставленной задачи, а описывает её параметры и ограничения программе, после чего та создает (генерирует) варианты решения, которые формируют видение продукта.
В отличие от традиционных инструментов дизайна и проектирования, генеративные системы полуавтономно создают и первично отбирают варианты решений, что изменяет характер взаимодействия человека с системой: программа воспринимается не как средство, а как полноценный участник творческого процесса, «партнёр».
История
Примеры генеративного творчества в докомпьютерную эпоху Приёмы генеративного творчества использовались задолго до изобретения компьютерных технологий. Известным многим с детства элементарным порождающим устройством является калейдоскоп. Примером более сложного докомпьютерного генеративного устройства служат карты для гадания и гадалка, генерирующая прогнозы путем раскладов — использование генеративных устройств, считает Ф.Галантер, «старо, как само искусство». По его мнению, генеративные модели не привязаны к какой-либо технологии, а порождающие устройства в творческой деятельности могут быть и не высокотехнологичным, и встречается даже в древних культурах. Генерирующие устройства и алгоритмы (например, бросание костей) являются «механизмом» множества игр — так, в Древней Индии существовала игра в кости, являвшаяся олицетворением «творческого принципа» создания мира.
В средние века Луллий создал механическое генерирующее устройство (Ars), призванное ответить на все вопросы: считается, что в основу механизма были положены идеи каббалы, согласно которой все возможные знания о мире исчерпываются перестановками, сочетаниями и размещениям букв еврейского алфавита — Ars был призван генерировать все «осмысленные» сочетания этих первоэлементов знаний.
В 1751 году У. Хейс изобрел генеративный метод написания музыки для «самых захудалых талантов».
К докомпьютерным практикам генеративного творчества можно отнести и более современные опыты Бена Лапоски, который, начиная с 1952 года, создавал удивительные картинки («электронные абстракции», «осциллоны») при помощи осциллографа. По сути, Лапоски изобрёл «приставку», визуализирующую амплитудные и временные параметры электрических сигналов. Опыты Лапоски интересны тем, что он одним из первых визуализировал процессы и результаты генеративного творчества — принцип визуализации является одним из основополагающих в генеративном дизайне.
Современная история генеративного дизайна Если исключить артефакты, история генеративного дизайна началась в середине XX века вместе с появлением первых компьютеров, позволявших создавать изображения. В 1960-х годах Bell Labs начала применять компьютеры для решения разнообразных творческих задач вроде создания графики, анимаций и эстетических объектов. В 1980-х годах были развёрнуты и приобрели форму и статус научного направления серьезные исследования в области компьютерного творчества. Изучались, прежде всего, возможности компьютерного творчества в информатике, архитектуре и дизайне. В частности, в 1982 году компанией Autodesk разработана первая версия программы AutoCAD, различные приложения которой используются в машиностроении, строительстве, архитектуре. В 1984 году была создана первая версия программы ArchiCAD (Radar CH), получившая распространение в проектировании зданий. Позднее CAD-программы станут одними из частых случаев внедрения генеративных механизмов. В 2004 году выходят статьи обозревателя Business Week Брюса Нуссбаума «Сила дизайна» (The Power of Design) и «Редизайн бизнеса в Америке» (Redesigning American Business), которые декларируют: «Профессия дизайнера поменяла свою суть, переместившись из области рисования в область мышления, от стилизации к инновации, от придания вещи формы к визуализации новых парадигм в бизнесе». Было положено начало новой философии бизнеса, в которую генеративный дизайн (генеративное творчество) вносит всё более значительный вклад. В 2010-х технологии обучения генеративных систем быстро совершенствуются. Так, в 2014 году Ян Гудфеллоу изобретает генеративно-состязательную сеть (GAN), которая с успехом используется для получения фотореалистичных изображений одежды, сумок, портфелей, сцен компьютерных игр, интерьеров, объектов промышленного дизайна. К исследованиям в области генеративного творчества и разработке генеративных технологий подключаются крупные ИТ-компании — Google, Microsoft, Oracle, Symantec, Hewlett Packard, Adobe, Яндекс, uKit Group, Mail.ru Group — и промышленные концерны вроде Siemens. В 2014 году Google приобретает компанию DeepMind Technologies Limited — сегодня проект занимается изучением широкого спектра проблем искусственного интеллекта: «понимание» естественных языков машинами, генерация изображений нейронными сетями, разработка систем, способных играть в различные игры и пр. В то же время стартуют прикладные исследования о применении генеративных подходов в цифровом дизайне. В 2014 году выходцы из Google анонсируют систему Grid, онлайн-конструктор сайтов, применяющий алгоритм Molly для подбора цветов страницы (первая версия проекта стала доступна в 2016-м). В 2015-м Торонтский университет и компания Adobe прототипируют DesignScape — инструмент, предлагающий различные варианты компоновки текста и графики на слайдах: результаты исследования представлены на научной конференции CHI’15 (Conference on Human Factors in Computing Systems). В 2016 году генеративный дизайн становится доступен и понятен массовому потребителю: группа российских разработчиков (А.Моисеенков, О.Пояганов, И.Фролов и А.Усольцев) создает приложение Prisma, позволяющее обрабатывать изображения в стиле известных художников — в основу работы проекта положена нейронная сеть, которая подбирает множество вариантов стилизации фотографий. В том же году Google запускает открытый проект Quick, Draw! — обучение нейросети генерации вариантов изображений на базе грубых набросков пользователей: по данным на май 2017 года, в эксперименте поучаствовали свыше 15 млн человек.
Общий принцип работы генеративных систем и взаимодействия с ними В настоящее время генеративные модели основываются на внушительной теоретической основе и практическом опыте. В первую очередь речь идёт о так называемых эволюционных алгоритмах, в основе которых лежат математические модели механизмов естественной эволюции. Широко используются следующие методы: клеточные автоматы, фракталы, нейросети, «искусственная жизнь», системы Линденмайера (L-системы), «математический хаос», рандомизация, «шум Перлина» и другие.
Несмотря на разницу подходов, можно выделить ряд базовых этапов взаимодействия пользователя с системой генеративного дизайна: Формулирование задачи — описание результата, который намерен получить пользователь. Несмотря на то, что речь идет о получении отчасти случайного результата или множества результатов, базово задача конкретизируется. Установка параметров — тем или иным образом системе задаются характеристики, которым должны соответствовать генерируемые решения (это может быть реализовано в виде опросника, визарда или панели настроек). Генерация — программа, опираясь на заданные условия и заложенные в нее алгоритмы, «перебирает» сочетания и визуализирует процессы и объекты. Алгоритмы обеспечивают «осмысленность» генерируемых объектов: например, если генерирующим устройством служит синтезатор мелодий, генерируемые объекты должны опознаваться как мелодии (а не как какофония). Отбор объектов — пользователь оценивает сгенерированные варианты и выбирает удовлетворяющий его вариант. Если в области предыдущих операций достигнуты впечатляющие успехи автоматизации, то оценка основывается на таких способностях человека как вкус и здравый смысл — а они плохо формализуемы, что позволяет говорить о том, что генеративные системы не заменят специалистов.
Сферы применения и примеры программного обеспечения
Промышленный дизайн «Генеративный дизайн (порождающее проектирование) — … множество новых инструментов автоматического проектирования, которые применяются для оптимизации изготовления, снижения веса изделий и экономии используемых материалов. Результатом применения этих инструментов становятся органичные и даже внеземные с виду детали, которые позволяют сократить стоимость производства». Ф. Кин Одной из известных систем промышленного дизайна является на сегодня Autodesk Dreamcatcher, которая позволяет решать прикладные задачи конструирования и проектирования с учётом различных требований к материалам, способу производства, эффективности: пользователь загружает требования к конструкции, система находит множество алгоритмически синтезированных решений и предлагает их пользователю для оценки или корректировки задачи.
В качестве примеров успешного применения технологий генеративного дизайна с данной и подобными программами можно назвать: Снижение веса отдельных элементов — совместная программа Airbus и Autodesk по снижению веса отдельных элементов гражданских самолетов. Синтез формы — совместная программа Toyota и Materialise по разработке суперлегкого автомобильного кресла с необычной структурой. Создание медицинских имплантов — применение генеративного дизайна позволяет точно воссоздавать трабекулярные структуры (микроскопические элементы ткани), распределяя крошечные поры по материалам и воссоздавая шероховатость поверхности при имитации костей.
Веб-дизайн «Это инструменты, которые помогут упростить построение интерфейса, подготовку графики и контента, а также персонализацию продукта» (Юрий Ветров, руководитель команды портального дизайна Mail.ru и автор сайта algorithms.design) Верстка. Датский стартап Uizard Technologies анонсировал нейросеть pix2code, способную распознавать макет, скриншот или изображение интерфейса и генерировать готовую интерактивную страницу с кодом, оформлением и графическими элементами, тем самым позволяя автоматизировать рутинный процесс верстки. Редизайн веб-страниц. Российский онлайн-сервис uKit AI обучается приводить страницы сайта к современным техническим и визуальным требованиям современного веба: пользователь получает новую, адаптивную версию фронт-енда, сгенерированную на основе материалов со старой версии сайта, и может прикрепить ее к существующему домену. Веб-типографика. Rene, проект дизайнера и инженера из Airbnb Джона Голда, позволяет оценить и сравнить разные варианты сочетаний и кеглей, указав системе базовый набор ограничений. Ещё одним примером успешного внедрения генеративных технологий является Prototypo — генератор шрифтов.
Графический дизайн и визуализация данных Фирменный стиль. Сервис Logojoy применяет генеративные технологии для создания нескольких вариантов логотипов и простых элементов фирменного стиля по базовым требованиям пользователя. Визуальные коммуникации. Онлайн-редактор AutoDraw от Google Drawings анализирует «ваш корявый рисунок и предлагает вместо него более совершенный вариант». Человек рисует в редакторе любую абстрактную фигуру, а сервис подбирает и выдает миниатюры рисунков и иконок, которые лучше подходят вы можете выбрать подходящий". Дизайн плакатов и упаковок. Одним из частных случаев применения генеративного подхода стала рекламная кампания Nutella Unica, разработанная агентством Ogilvy & Mather Italy для производителя Ferrero, — в 2017 году было выпущено семь миллионов баночек Nutella с уникальными рисунками на каждой этикетке: изображения создавал алгоритм, который комбинировал цвета и графические шаблоны.