[JCR] CGAN-Assisted Renovation of the Styles of Street Facades

CGAN-Assisted Renovation of the Styles and Features of Street Facades—A Case Study of the Wuyi Area in Fujian, China

Abstract: This research addresses the challenge of achieving a unified planning of architectural styles in urban expansion and preserving traditional buildings in villages and towns. It uses a conditional generative adversarial network (CGAN) to develop a technique for designing building facades in villages and cities. The results serve as design references, enhancing efficiency. The CGAN-Assisted model is applied to rehabilitate building facades and in visual design for rural tourism products, demonstrating practical usefulness and design potential. Using villages and towns in China’s Wuyishan area as an example, the study involves model training, image generation, and comparing results for different assumed buildings.

Findings show that CGAN can produce reference schemes for facade design. The model’s adaptability extends to other design domains. The method applies beyond World Heritage cities for consistent architectural styles in cities and villages. This research contributes to the field of architectural design by providing a generative technique for building facade design in villages and cities. The CGAN model proves to be effective in generating design schemes and can be applied to various design domains. The method showcased its potential in rehabilitating building facades and visualizing rural tourism products. The research outcomes have implications for enhancing design efficiency and maintaining architectural style consistency in different urban and rural contexts. [SCITIP]

DOI: https://doi.org/10.3390/su142416575

CITE: Zhang, Lei, Liang Zheng, Yile Chen, Lei Huang, and Shihui Zhou. 2022. “CGAN-Assisted Renovation of the Styles and Features of Street Facades—A Case Study of the Wuyi Area in Fujian, China” Sustainability 14, no. 24: 16575. https://doi.org/10.3390/su142416575

作者的话

1. 心得分享

《CGAN-Assisted Renovation of the Styles and Features of Street Facades—A Case Study of the Wuyi Area in Fujian, China》这篇新发表的论文主要是说到在双遗产的武夷山地区，高铁高速公路的沿线村庄的建筑立面需要风貌整治，但是，沿线的村庄一栋栋小房子很多哇，如果建筑师或者规划师都靠人力一栋一栋重新设计，那得搞到什么时候😩？因此，我们基于武夷风格之上，收集回来的测绘材料数据，进行 CGAN 的学习的训练，机器学习完毕以后，遇到新的村庄建筑立面可以快速通过程式进行生成式设计。除此以外，这个建筑风格的应用我们还尝试迁移到了乡村的旅游产品开发，也取得了初步的生成结果😊

2. 简单讲讲

随着社会经济的发展，建筑风貌的统一规划成为了城市扩张与村镇传统建筑保护之间较量的难题。同时也让人们对传统村镇建筑外观与生活品质重新审视。本文利用条件生成对抗网络 (CGAN) 构建村镇建筑立面生成的方法，从而逐步实现村镇街巷风貌的治理。同时在村镇建筑立面修复、乡村旅游产品平面设计方面也进行了推导，展现出了在规划设计领域具有应用价值和潜力。研究中，以中国武夷山地区村镇为例，利用该方法展开了模型训练、图像生成，并进行了假定的不同建筑轮廓和产品轮廓推导结果的对比。研究表明：（1）通过 CGAN 可以将村镇常规民用建筑立面进行推导设计。（2）在产品平面设计方面，尤其是常见的旅游文化产品扇子和水杯，展现出显著的潜力。（3）该方法的构建不仅在世界遗产城市下的村镇适用，对于建筑风貌一致性有需求的城市、村镇，未来都可以进一步推广使用。

全球自然和文化遗产是人类宝贵的资源。面对快速的城市现代化进程，大型现代建筑层出不穷。一个城市的发展，也不可避免地需要建设大量的公共交通基础设施，如高铁等。在高铁视线范围内的传统村落中，建筑立面的协调统一成为一个关键问题。对数百个村镇的建筑风格进行统一管控，需要耗费大量的时间和精力。因此，面对大量重复的设计工作，如何控制传统村落建筑风格的协调统一，提高建筑师的工作效率，是一个值得探讨的问题。

本论文的研究目标如下：（1）针对武夷山地区的真实需求。为配合武夷山作为双世界遗产的地位和国家公园、国家级考古遗址的创建，中国对武夷山周边的街道立面外观统一有着强烈的要求。(2) 探索优化村镇建筑风貌设计的途径。近年来，中国不断为武夷山地区的建筑发展提供大量资金支持。由于涉及的建筑物数量众多，无法在规定时间内完成设计工作，需要更高效的设计流程。(3) 使武夷风格建筑更具可持续性。武夷地区有一种重要的地域建筑风格，被称为武夷风格。有条不紊、连贯一致的设计方法可以增强武夷山地区文化旅游的地域特色和物质资源。这将使设计人员消除重复性工作。对于大量建造难度不大的简单老旧建筑，可以利用基于机器学习的批处理技术，开发出一系列的设计方案，供专家评估，将设计过程从手动转变为人机协作设计。

3. 文章插图

场地中还有部分未完成的建筑，仅有楼板和框架结构，缺少外墙。可以根据建筑的大致轮廓进行立面的生成。如图 12 所示，按照上述的方法进行生成后，在体量较大，轮廓较为复杂的立面上生成的效果较好（图 B5），而体量较小，轮廓简单的立面，生成效果较为一般（图 A5）。可以在 Fix-FSL 的步骤中，对效果一般的 FSL 进行人工的调整，有利于生成最优的 BE。值得注意的是，CGAN 方法仅根据装饰物的角度确定建筑物立面开口的位置。在实际项目中，必须彻底检查窗口大小、方向、通风、照明、隐私和其他建筑质量和场地条件。因此，生成的结果仅适用于理论论证。

除了对建筑体本身的应用外，基于本案例中的该村镇对未来的旅游业的规划，本研究尝试将模型应用于产品的平面设计中，作为旅游文化产品设计的参考。如图 13 所示，图 A 和图 B 是常见的路标牌和门牌，将其作为材料进行两次生成后，结果较为杂乱，部分文字和图标已模糊不清，但总体的风格与建筑一致，需要进行一定的修正和调整。图 C 和图 D 对应了常见的旅游文化产品扇子和水杯，经过两次生成后，最终的效果较为可观，除了产生了部分污渍外，几乎可以直接作为产品的成品。以上两类产品的试验可知，对于具有可读性功能较强的路标牌和门牌，模型生成的效果一般。但作为艺术性将强的扇子和水杯，模型生成的效果较好。因为艺术性较强的产品的平面设计宽容度较高，模型可以着重对这类产品进行进一步的应用，具有显著的价值潜力。