Projekt parametryczny
Projektowanie parametryczne to metoda projektowania, w której cechy (takie jak elementy budynku i komponenty inżynieryjne) są kształtowane zgodnie z procesami algorytmicznymi , w przeciwieństwie do bezpośredniego projektowania. W tej metodzie parametry i reguły określają związek między zamierzeniami projektowymi a odpowiedziami projektowymi. Termin parametryczny odnosi się do parametrów wejściowych wprowadzanych do algorytmów.
Chociaż dziś termin ten odnosi się do wykorzystania algorytmów komputerowych w projektowaniu, istnieją precedensy w pracy architektów. Antoni Gaudí wykorzystał model mechaniczny do projektowania architektonicznego (patrz model analogiczny ), przyczepiając ciężarki do systemu sznurków w celu określenia kształtów elementów konstrukcyjnych, takich jak łuki.
Modelowanie parametryczne można podzielić na dwa główne typy:
- Systemy oparte na propagacji, w których algorytmy dają ostateczne kształty, które są nieznane na podstawie początkowych danych parametrycznych.
- Systemy ograniczeń, w których ustala się ostateczne ograniczenia i stosuje się algorytmy do definiowania podstaw (konstrukcje, wykorzystanie materiałów itp.), które spełniają te ograniczenia.
Tak zwane procesy „wyszukiwania formularzy” są realizowane za pośrednictwem systemów opartych na propagacji. Form-finding optymalizuje określone cele projektowe pod kątem zestawu ograniczeń projektowych, co oznacza, że ostateczna forma projektowanego obiektu jest „znaleziona” w oparciu o te ograniczenia.
Historia (wczesne przykłady)
Analogowy projekt parametryczny
Jednym z najwcześniejszych przykładów projektowania parametrycznego był odwrócony model kościołów autorstwa Antonio Gaudiego . W swoim projekcie dla kościoła Colònia Güell stworzył model sznurków obciążonych ptasim śrutem, aby stworzyć złożone sklepienia i łuki. Dostosowując położenie ciężarków lub długość sznurków, mógł zmienić kształt każdego łuku, a także zobaczyć, jak ta zmiana wpłynęła na połączone z nim łuki. Umieścił lustro na spodzie modelu, aby zobaczyć, jak będzie wyglądał po zbudowaniu go prawą stroną do góry.
Cechy metody Gaudiego
Metoda analogowa Gaudiego obejmuje główne cechy obliczeniowe modelu parametrycznego (parametry wejściowe, równanie, dane wyjściowe):
- Długość cięciwy, waga śrutu i położenie punktu zaczepienia tworzą niezależne parametry wejściowe
- Położenia wierzchołków punktów na strunach będących wynikami modelu
- Wyniki są wyprowadzane z wyraźnych funkcji, w tym przypadku grawitacji lub prawa ruchu Newtona
Modyfikując poszczególne parametry tych modeli, Gaudí mógł generować różne wersje swojego modelu, mając pewność, że uzyskana struktura wytrzyma czystą kompresję. Zamiast ręcznie obliczać wyniki równań parametrycznych, mógł automatycznie wyprowadzić kształt krzywych sieci trakcyjnej na podstawie siły grawitacji działającej na struny.
Niemiecki architekt Frei Otto eksperymentował również z niecyfrowymi procesami parametrycznymi, używając baniek mydlanych do znajdowania optymalnych kształtów struktur tensegrity , takich jak Stadion Olimpijski w Monachium , zaprojektowany na Letnie Igrzyska Olimpijskie w Monachium w 1972 roku .
Architektura
Natura często służyła jako inspiracja dla architektów i projektantów. Technologia komputerowa dała projektantom i architektom narzędzia do analizy i symulacji złożoności obserwowanej w przyrodzie oraz zastosowania jej do strukturalnych kształtów budynków i miejskich wzorców organizacyjnych. W latach 80. architekci i projektanci zaczęli używać komputerów z oprogramowaniem opracowanym dla przemysłu lotniczego i filmowego do „animowania formy”.
Jednym z pierwszych architektów i teoretyków, który wykorzystał komputery do generowania architektury, był Greg Lynn . Jego blob and fold jest jednym z wczesnych przykładów architektury generowanej komputerowo. Nowy terminal 3 międzynarodowego lotniska w Shenzhen Bao'an , ukończony w 2013 r., zaprojektowany przez włoskiego architekta Massimiliano Fuksasa przy wsparciu projektu parametrycznego firmy inżynieryjnej Knippers Helbig , jest przykładem zastosowania projektowania parametrycznego i technologii produkcji na dużą skalę budynek.
Miejski design
Urbanistyka parametryczna zajmuje się badaniem i przewidywaniem wzorców osadnictwa. Architekt Frei Otto rozróżnia zajmowanie i łączenie jako dwa podstawowe procesy związane z całą urbanizacją. Procesy parametryczne mogą pomóc zoptymalizować ruch pieszych lub pojazdów, orientację bloków i elewacji oraz natychmiast porównać różne parametry wielu opcji projektowania urbanistycznego.
Oprogramowanie
Moc powierzchniowa
Power Surfacing to aplikacja SolidWorks do projektowania przemysłowego, swobodnych powierzchni organicznych i modelowania brył. Zeskanowane siatki można poddać inżynierii wstecznej za pomocą Power Surfacing RE.
Catia
CATIA ( Aplikacja trójwymiarowa, interaktywna wspomagana komputerowo ) została wykorzystana przez architekta Franka Gehry'ego do zaprojektowania niektórych z jego wielokrotnie nagradzanych krzywoliniowych budynków, takich jak Muzeum Guggenheima w Bilbao . Od tego czasu firma Gehry Technologies stworzyła Digital Project , własne oprogramowanie do projektowania parametrycznego w oparciu o swoje doświadczenia z systemem CATIA.
Autodesk 3DS Max
Autodesk 3ds Max to parametryczne oprogramowanie do modelowania 3D, które udostępnia funkcje modelowania, animacji, symulacji i renderowania dla gier, filmów i animacji. 3ds Max wykorzystuje koncepcję modyfikatorów i parametrów przewodowych do kontrolowania swojej geometrii i daje użytkownikowi możliwość skryptowania jego funkcjonalności. Max Creation Graph to wizualne środowisko do tworzenia narzędzi oparte na węzłach w 3ds Max 2016, które jest podobne do Grasshopper i Dynamo [ niewłaściwy link zewnętrzny? ] .
Autodesk Maya
Autodesk Maya to oprogramowanie do grafiki komputerowej 3D, pierwotnie opracowane przez Alias Systems Corporation (dawniej Alias|Wavefront), a obecnie będące własnością i rozwijane przez firmę Autodesk, Inc. Służy do tworzenia interaktywnych aplikacji 3D, w tym gier wideo, filmów animowanych, seriali telewizyjnych lub efekty wizualne. Maya ujawnia architekturę grafu węzłów. Elementy sceny są oparte na węzłach, a każdy węzeł ma własne atrybuty i możliwości dostosowania. W rezultacie wizualna reprezentacja sceny opiera się na sieci połączonych ze sobą węzłów, zależnych od wzajemnych informacji. Maya jest wyposażona w wieloplatformowy język skryptowy o nazwie Maya Embedded Language. MEL jest przeznaczony do tworzenia skryptów i umożliwia dostosowywanie podstawowej funkcjonalności oprogramowania, ponieważ wiele używanych narzędzi i poleceń jest w nim zapisanych. MEL lub Python można wykorzystać do inżynierii modyfikacji, wtyczek lub wstrzyknąć do środowiska uruchomieniowego. Interakcja użytkownika jest rejestrowana w MEL, umożliwiając początkującym użytkownikom wdrażanie podprogramów.
Konik polny 3D
Grasshopper 3d (pierwotnie Explicit History) to wtyczka do Rhinoceros 3D , która przedstawia użytkownikom wizualny interfejs języka programowania do tworzenia i edytowania geometrii.
Komponenty lub węzły są przeciągane na płótno w celu zbudowania definicji konika polnego. Grasshopper opiera się na wykresach ( patrz Wykres (matematyka dyskretna) ), które odwzorowują przepływ relacji od parametrów przez funkcje zdefiniowane przez użytkownika (węzły), w wyniku czego powstaje geometria. Zmiana parametrów lub geometrii powoduje propagację zmian we wszystkich funkcjach i przerysowanie geometrii.
Autodesk Revit
Autodesk Revit to oprogramowanie do modelowania informacji o budynku (BIM) używane przez architektów i innych specjalistów budowlanych. Revit został opracowany w odpowiedzi na zapotrzebowanie na oprogramowanie, które mogłoby tworzyć trójwymiarowe modele parametryczne, które obejmują zarówno geometrię, jak i niegeometryczne informacje projektowe i konstrukcyjne. Każda zmiana dokonana w elemencie w programie Revit jest automatycznie propagowana w modelu, aby zachować spójność wszystkich komponentów, widoków i adnotacji. Ułatwia to współpracę między zespołami i zapewnia dynamiczną aktualizację wszystkich informacji (powierzchni pięter, harmonogramów itp.) po wprowadzeniu zmian w modelu.
Autodesk Dynamo
Dynamo to graficzne środowisko programistyczne typu open source do projektowania. Dynamo rozszerza modelowanie informacji o budynku o środowisko danych i logiki graficznego edytora algorytmów.
Komponenty generatywne
GenerativeComponents, znane jako GC, to parametryczne oprogramowanie CAD opracowane przez firmę Bentley Systems, które po raz pierwszy zostało wprowadzone w 2003 r. i było coraz częściej wykorzystywane w praktyce (zwłaszcza przez londyńską społeczność architektoniczną) na początku 2005 r. i zostało wprowadzone na rynek w listopadzie 2007 r. GC uosabia dążenie do wprowadzenia możliwości parametrycznego modelowania brył 3D do projektowania architektonicznego, dążąc do zapewnienia większej płynności i płynności niż mechaniczne modelowanie brył 3D. [ potrzebne źródło ]
Użytkownicy mogą wchodzić w interakcje z oprogramowaniem poprzez dynamiczne modelowanie i bezpośrednie manipulowanie geometrią, stosowanie reguł i przechwytywanie relacji między elementami modelu lub definiowanie złożonych form i systemów za pomocą zwięźle sformułowanych algorytmów. Oprogramowanie obsługuje wiele standardowych plików wejściowych i wyjściowych, w tym DGN firmy Bentley Systems, DWG firmy Autodesk, STL (Stereo Lithography), Rhino i inne. Oprogramowanie można również zintegrować z systemami modelowania informacji o budynku.
Oprogramowanie posiada opublikowane API i wykorzystuje prosty język skryptowy, umożliwiający zarówno integrację z wieloma różnymi narzędziami programowymi, jak i tworzenie własnych programów przez użytkowników. To oprogramowanie jest używane głównie przez architektów i inżynierów przy projektowaniu budynków, ale było również wykorzystywane do modelowania struktur naturalnych i biologicznych oraz systemów matematycznych.
Generative Components działa wyłącznie w systemach operacyjnych Microsoft Windows.
WIKTOR
VIKTOR to platforma do tworzenia aplikacji, która umożliwia inżynierom i innym ekspertom dziedzinowym szybkie tworzenie własnych aplikacji online przy użyciu języka Python . Służy do tworzenia parametrycznych modeli projektowych i integruje się z wieloma pakietami oprogramowania. Umożliwia użytkownikom tworzenie intuicyjnych interfejsów użytkownika (GUI), które obejmują różne formy wizualizacji wyników, takich jak modele 3D, rysunki, widoki map lub satelitów oraz interaktywne wykresy. Dzięki temu możliwe jest udostępnianie aplikacji osobom nieposiadającym styczności z programowaniem.
Aplikacje wykonane za pomocą VIKTOR są online, co oznacza, że dane są aktualizowane automatycznie i wszyscy pracują z tymi samymi informacjami i najnowszymi modelami. Zawiera system zarządzania użytkownikami, pozwalający na nadawanie różnych uprawnień użytkownikom.
Marionetka
Marionette to graficzne narzędzie do tworzenia skryptów typu open source (lub środowisko programowania wizualnego) dla branży architektury, inżynierii, budownictwa, projektowania krajobrazu i rozrywki, które jest wbudowane w wersje oprogramowania Vectorworks dla komputerów Mac i Windows. Narzędzie zostało po raz pierwszy udostępnione w linii produktów oprogramowania Vectorworks 2016. Marionette umożliwia projektantom tworzenie niestandardowych algorytmów aplikacji, które budują interaktywne obiekty parametryczne i usprawniają złożone przepływy pracy, a także tworzenie zautomatyzowanych rysunków 2D, modelowania 3D i przepływów pracy BIM w oprogramowaniu Vectorworks.
Zbudowany w języku programowania Python, wszystko w Marionette składa się z węzłów, które są połączone ze sobą w układzie schematu blokowego. Każdy węzeł zawiera skrypt Pythona z predefiniowanymi wejściami i wyjściami, do których można uzyskać dostęp i modyfikować je za pomocą wbudowanego edytora. Węzły są umieszczane bezpośrednio w dokumencie Vectorworks, a następnie łączone w celu tworzenia złożonych algorytmów. Ponieważ Marionetka jest w pełni zintegrowana z oprogramowaniem Vectorworks, można jej również używać do tworzenia całkowicie niezależnych obiektów parametrycznych, które można wstawiać do nowych i istniejących projektów.
Modeluj
Modelur to wtyczka oprogramowania parametrycznego do projektowania urbanistycznego dla Trimble SketchUp , opracowana przez Agility doo (LLC). Jego głównym celem jest pomoc użytkownikom w tworzeniu koncepcyjnych brył miejskich. W przeciwieństwie do typowych aplikacji CAD, w których użytkownik projektuje budynki o typowych wymiarach, takich jak szerokość, głębokość i wysokość, Modelur oferuje projektowanie środowiska zabudowanego na podstawie kluczowych parametrów urbanistycznych, takich jak liczba pięter i powierzchnia brutto budynku.
Modelur na bieżąco oblicza kluczowe parametry kontroli miejskiej (np. współczynnik powierzchni użytkowej lub wymaganą liczbę parkingów), dostarczając informacji o projekcie urbanistycznym, podczas gdy rozwój wciąż się rozwija. W ten sposób pomaga podejmować świadome decyzje na najwcześniejszych etapach, kiedy decyzje projektowe mają największy wpływ.