Co nieco o atraktorach i nie tylko…

Autor: Aleksander Świątek

Pamiętaci jak we wcześniejszym poście pisaliśmy o ramieniu KUKA i laboratorium Gramazio &Koehler z ETH w Zurychu. Cieszył się on ogromnym zainteresowaniem, dlatego postanowiliśmy rozwinąć ten temat i wytłumaczyć Wam jak to działało w warstwie koncepcyjnej.

Grasshopper to potężna aplikacja której jedną z największych zalet jest możliwość uzależnienia dowolnej cechy geometrii, którą projektujemy od dowolnego innego czynnika. Program poza tymi, które pewnie architektom od razu przychodzą do głowy jak rozmieszczenie obciążenia, podstawowe wymiary spotykane w produkcji mebli czy kierunek padania promieni słonecznych takimi czynnikami, może być właściwie wszystko co uda nam się zapisać w postaci 0 i 1. Można zatem naszą geometrię uzależnić od ruchu odczytywanego przez kamerkę w naszych laptopach czy nawet dźwięku, który odbierają głośniki naszego PC.

Dodatkowo warto zwrócić uwagę na super komunikację Grasshoppera oraz Rhinocerosa. Dzięki możliwości ‘podpięcia’ geometrii z Rhinocerosa do Grasshoppera, możemy bardzo szybko modyfikować nasz obiekt, a ilość efektów końcowych jest praktycznie nieograniczona. Co ważne, można to robić niewiarygodnie szybko i już nie bezpośrednio wpisując, bądź odczytując wartości liczbowe, ale poruszając, przeciągając i rozciągając naszą geometrię w Rhino.

Oto 1-szy przykład z serii. Ścianka ze standardowych cegieł jednak dosyć nietypowa. Położenie każdej z cegieł jest zmodyfikowane o obrót w jej płaszczyźnie horyzontalnej uzależniony od odległości danej cegły od krzywej/punktu.

Ten prosty skrypt pozwala nam na uzyskanie nieskończonej ilości możliwych efektów końcowych.
Ponieżej sekwencja i wyniku przy dwóch róźnych zestawach parametrów.

Aleksander Świątek, był jednym z projektantów i budowniczych Pawilonu P^3. Na codzień studiuje na Politechnice Łódzkiej i skryptuje. W lipcu (21-23) współprowadzi łodzkie warsztaty Architektura Parametryczna w Łódzkim Parku Technologicznym. Infomacje pod warsztaty.lodzkie@gmail.com

Więcej info pod:

http://www.archdaily.com/336849/5-robots-revolutionizing-architectures-future/

http://www.arch.mcgill.ca/prof/mellin/2010arch304/finalreview/eric/precedents.html

TWOFOUR54 UN Studio/ Historia Jednego Projektu

Projekt

TWOFOUR54 to propozycja holenderskiego UN Studio dla arabskiego miasta Abu Dabi zaprezentowana w 2009 roku. Dziś opowiemy nieco więcej o procesie projektowym.

Kompleks składa się z z trzech kwartałów E, H i L oraz z budynku pomocnicznego D, które mieszczą studia transmisyjne i nagraniowe, centrum handlowe i sklepy, hotel, szkołę, biura oraz mieszkania. W podziemiu zaproponowano parking. Nad kwartałami H i L zaproponowane zostały dwa wieżowce zorientowane w kierunku zachodnim, natomiast wieża nad kwartałem E, która mieści hotel, mieszkania w kierunku południowym.

Geometria wieżowców

Pięć sposród sześciu wieżowców ma podobną zasadę geometryczną opartą na symetrii elewacji i ramy, która składa się z czterech warstw wierzchniej, spodniej i dwóch bocznych połączonych zakrzywioną powierzchnią. Mają one różny stopień nachylenia, który zależy od programu i zasad estetycznych projektu. Połączenie pomiędzy częścią centralną wieżowca a elewacją to stożkowate przedłużenie ramy.

Ukierunkowanie wieżowców oraz wykorzystanie idei zamkniętej ramy dla elewacji wystawionych na silne działanie promieni słonecznych przynosi wiele korzyści energetycznych. Geometria północnych, wschodnich i zachodnich elewacji określona jest za pomocą linii, która dzieli szklane elementy na dwie części obrócone w stałej odległości od osi z. Dzięki zastosowaniu technologii trójwarstwowej fasady południowa elewacja działa jak łamacze światła, przepuszcza jedynie 25% promieniowania  co zmniejsza nagrzewanie się wnętrza i poprawia komfort użytkowników.

Z pozoru proste rozwiązania oparte są na szeregu złożonych zależności geometrycznych pomiędzy wartościami architektonicznymi i technicznymi, takimi jak dziłające siły i momenty w konstrukcji, makysmalna i minmalna głębokość pomieszczeń, wysokość i położenie instalacji (w tym szybów widnowych i klimatyzacji) oraz rozbudowany program architektoniczny. Wynkiem czego jest zbiór parametrów, który określa zagięcia, kąty, wysokości etc.

Model Parametryczny

Wstępna strategia.

Decyzja od powstaniu modelu parametrycznego (pięć lat temu!) miała przynieść wiele korzyści finansowych oraz pozwolić na pełną kontrolę i potencjalne zmiany w projekcie w szybki i skuteczny sposób. Pozwolił on przetestować wiele możliwych konfiguracji budynku, które brały pod uwagę (jako parametry) powierzchnię użytkową, wysokości kondygnacji czy położenie trzonów budynku. W rezultacie dało to  wiele interesujących rezultatów, które pozwoliły rozwiązać projekt w sposób optymalny.

Początkowe założenie użycia tej samej strategi projektowej dla pięciu wieżowców oraz model parametryczny ułatwiło oddanie projektu na czas, opracowanie wszelkiej niezbędnej dokumentacji i detali, oraz współpracę z liczną grupą branżystów.

Model parametryczny powstawał równocześnie z projektem, pozwoliło to na większą kontrolę i elestyczność. Pierwszy model opierał się zaledwie na kilku zmiennych, które pozwoliły dostosować ilość pięter, wysokość, wymiary trzonu czy nachylenie elewacji. Każda zmiana pociągała za sobą łańcuch reakcji, dlatego aby być pewnym, że wszystko idzie zgodnie z założeniami początkowymi , zostały wprowadzone kolejne parametry takie jak odległość ramy od elewacji, nachylenia wszystkich elewacji, kąt zgięcia paneli czy optymalna rozpiętość konstrukcji.

Konstrukcja

Jedyną z podstawowych zalet użycia modelu parametrycznego jest współdziałanie z modelem konstrukcji. Oparta została ona na prostych kolumnach w części środkowej, czterech pochylonych oraz dwóch potężnych kolumnach w części dolnej, które przenoszą skumulowane siły.

Dzięki opracowaniu modelu w Rhincerosie mogli łatwiej wykryć błędy, wprowadzać zmiany i zadawać pytania inżynierom wysyłając im jedynie zrzuty z ekranu. Dzisiaj programy typu Navisworks czy Inventor pomagają w kolaboracji pomiędzy architektem a inżynierem, ale zasada jest ta sama.

Parametry kontrolujące nachylenia wieżowców były kluczowe, ponieważ odpowiadały za estetykę całości, dynamikę wyrazu oraz elegancję projektu-pisze architektoniczną nowomową UN Studio.

Siatka konstrukcyjna dla parteru, która została zaproponowana już na samym początku została uzupełniona  uzupełniona przez drugą, w najwyższej części budynku. Pozwoliło to na kontrolowalnie nachyleń i niezależnych zmian w położeniu trzonu.

Proces produkcyjny

Aby wygenerować (!) plany użyto dwóch skryptów. (Nie należy tu myśleć, że po wygenerowaniu planów, wydrukowano je i wysłano na budowę, te plany są podkładem do dalszego detalowania i rysownia, dziś często jednak oddaje się również modele 3d jako część uzupełniająca projekt, niebawem pewnie przestaniemy oddawać rysunki...)

Pierwszy wygenerował rzuty i przekroje, wyekportował je do Autocada na odpowiednich warstwach, drugi zaś wyczyścił linie, dodał zakreskowania (hatch) oraz policzył powierzchnie użytkowe.

Projekt i materiały graficzne UN Studio w składzie: Ben van Berkel, Astrid Piber with Nuno Almeida and Albert Gnodde, Andreas Bogenschütz, Ariane Stracke, Chiara Marchionni, Jeong Eun Choi, Florian Licht, Ger Gijzen, Gustav Fagerström, Iris Pastor, Jaap Baselmans, Jaap-Willem Kleijwegt, Jay Williams, Ka Shin Liu, Kristin Sandner, Margherita Del Grosso, Martin Zangerl, Mirko Bergmann, Patrick Noome, René Rijkers, Rob Henderson, Silvia Filucchi, Stefano Rocchetti, Thomas van Bekhoven.

Przygotowane na podstawie strony http://www.unstudio.com/research

NURBS kontra Mesh

Teraz Rhino jest w modzie.

Kiedy mówię Rhino, mówią: acha teraz już Max nie jest modny, a tyle się go uczyłem. Chyba trzeba wyjaśnić różnicę pomiędzy oprogramowaniem opartym na polygonach (meshu) i na nurbsach.Od dłuższego już czasu tłumaczę, albo staram się tłumaczyć, to na analogicznym przykładzie jakim jest Illustartor i Photoshop, mimo, że wydaje się, że są podobne działają na całkwicie innych zasadach, jeden oparty jest na krzywych drugi na rastrach. Tyle słowem wstępu.

Co to jest CGI? I co to jest mesh?

Computer-generated imagery to elementy grafiki komuterowej użytej w filmach, grach komputerowych, reklamach, zdjęciach; mówiąć CGI myślimy głównie o efektach specjalnych czy fantastycznych postaciach. Zwróćmy uwagę, że ideą CGI jest wirtulaność, założenie, że projekty pozostają w świecie wirtualnym.

Mesh to sposób opisywania geometrii za pomocą siatki wieloboków zwykle opartej na trójkątach lub kwadratach. Obiekty trójwymiarowe łatwo można poddać modyfikacjom i deformacjom. Modele oparte na meshu łatwo reprezentują skomplikowane geometrie (?) tj. części ciała, rośliny, krajobrazy.

Programy, które opierają się na meshu to np, 3dMax, Maya, Blender. Podczas eksportowania do innych programów otrzymujemy siatkę złożoną z krótkich linii.

Co to są NURBS? 

Znów z angielskiego Non-Uniform Rational B-Spline to kolejny sposób opisywania geometrii tym razem za pomocą krzywych lub powierzchnii przy pomocy kilku punktów kontrolnych. W związku z tym, że wszystko oparte jest na krzywych i punktach jest to sposób łatwy w kontroli i precyzyjny. Podczas eksportowania nurbsów do innych programów otrzymujemy linie (polylines i splines) oraz powierzchnie.

Cała geometria w prosty sposób może być zmienionia, musimy jedynie zmienić kształy czy profil krzywej wyjściowej.
Do modelowania NURBS użyjemy Studiotools, Mol... i oczywiście Rhino :)

Po prawej krzywe wyjściowe do konstrucji modelu ucha, po lewej gotowy model z widocznymi krzywymi pierwotnymi i wtórnymi (isocurves) powstałymi w czasie modelowania.

Dlaczego lepiej używać geometrii typu NURBS w modelowaniu architektury?

• Pozwalają łatwiej kontrolować geomterię, 
• Możemy eksportować linie (np. całe przekroje i  rzuty) do innych programów, 
• Łatwo upewnić się, że nie tworzymy geometrii, która ma krzywe drugiego i wyższych stopnii
• Całą geometrię musimy skonstruować, a proces przypomina budowę.

PS. Czytając artykuły tłumaczące różnicę pomiędzy NURBS i Polygons natknąłem się na jedno ciekawe spostrzeżenie. NURBS służą do konstruowania a Polygons do rzeźbienia. :)

Podstawowa różnica między modelowaniem a pisaniem algorytmów.

Grasshopper (tak, prawie wszystkie plug-iny związane z Rhinocerosem mają nazwy zwięrząt) to graficzny algorytm. To słowo, obok całki i logarytmu,  prawdopodobnie spędzało Wam sen z powiek. Nie jest takie starszne, trzeba je jedynie nieco oswoić.
W Rhino pracujemy na geometriach dwu i trzywymiarowych, w Grasshopperze natomiast jedynie na algorytmach odpowiedzialnych za reprezentację graficzną. Jeśli zajrzycie do Słownika Języka Polskiego, żeby zobaczyć co to jest algorytm dowiemy się, że  to określony sposób rozwiązania jakiegoś problemu, składający się z ciągu następujących po sobie czynności 


Przykład.


Wyobraź sobie, że modelujesz dwunasto piętrowy budynek, jednym z elementów, które musisz wymodelować są kolumny. Poniżej zobaczymy jak robimy to w Rhino.
Najpierw, na wcześniej ustalonej siatce, rysujemy okręgi o danej średnicy, a potem je wyciągamy (extrude), kopiujemy na kolejne piętra i gotowe,
Po godzinnym spotkaniu z inżynierem budowlanym okazuję się, że sitaka jest za rzadka a kolumy te z parteru mają za mały obwód, natomiast te z kolejnych pięter mają za duży obwód... Musisz powtórzyć cały cykl od początku.

Zobaczmy, czy można to szybciej zrobić w Grassopperze.
Przecież tutaj nie pracujemy na geomterii, ale raczej na logice stojącej za nią. Raz określony algorytm działania daje różne rezultaty, w zależności od wybranych parametrów. Możemy nie tylko zmienić promień kolumn, ale także rozstawienie ich na siatce, a dodając kolejne właściowości dużo więcej, każda kolejna zmiana dla nas to w rzeczywistości zmiana parametrów. Zobaczmy poniżej.

Dzięki Grasshopperowi możemy usprawnić przygotowanie projektu a także być bardziej elastyczni i szybciej reagować na zmiany.

Czekamy na komentarze.