數位形構 Digital Fabrication :: 隨意窩 Xuite日誌
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  • 四月可說是「數位構築設計」月, 因為有兩個重要的會議將於歐洲舉辦, 一個是四月初在丹麥哥本哈根舉辦的2011年Smart Geometry會議(http://smartgeometry.org/content/smartgeometry-2011-copenhagen-0), 今年SG2011以Building the Invisible: Incorporating Real World Data into Digital Design為主題, 除了各類有潛力應用在建築設計創新的各種技術Workshop外, 也邀請到如UN Studio的Ben van Berkel和其他數位設計研發單位的主講者來擔任論壇的Keynote, 這個會議幾年下來的影響力日漸增加, 與會者分享內容可以明顯感受到建築實體環境與數位概念技術正愈來愈貼近, 在建築實踐上加

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    (C)ode - (C)ollective 網站彙集了一些Grasshopper與Rhinoscript的參數設計案例,對學習相當實用。 http://www.code-collective.org/

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    分享我在這期2011年2月號世界建築雜誌(北京清華大學出版)發表的設計評論文章--互動式建築的實虛共構策略, 主要在介紹過去十餘年因數位化產生的互動性概念所衍生出的前衛建築設計概念, 在全球化後消費社會的驅動下, 建築的任務核心逐漸由居住機器變成溝通的流動介面.....

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    201101110136RP模型測試

    系上為了採購數位構築最後也最貴的機器Rapid Prototyping Machine快速成型機 (就是3D Printer), 我嘗試做了一些小模型讓廠商的機器先測試看看, 首先是Mobius環, 由Rhino裡的兩個橢圓形做出的連續曲面, 在Paracloud GEM中加入菱形單元並控制兩端不同厚度, 最後丟回Rhino以VRay加上簡單陰影反光效果渲染. 下方的塔狀結構是在Grasshopper中生成基本形態, 同樣在GEM加入pattern, 最後轉成stl檔案輸出成實體模型, 這機器是粉末狀RP的機型所列印出來的, 東海同學應該下學期就可以用到.



    Mobius Strip 3D Pattern by Rhino and Paracloud GEM

     



    VRay Rendering



    Twist Tower Model (by Rhino + Grasshopper and Paracloud GEM)


    VRay Renderings



    用上面的模型輸出成STL檔案, 由國內生產的RP機器測試印出的兩個模型, 一個彩色, 一個純白

    2010年數位工藝論壇(DigitalCrafting Symposium)在丹麥哥本哈根的皇家藝術與建築學院舉行, 討論數位形構技術給予設計, 構築與分析三個方面的整合影響, 其中八場精采的演講影片已經上線, 包含 Clooud 9的西班牙建築師Enric Ruiz-Geli, Harvard GSD教授 MOS事務所主持建築師Michael Meredith....等等, 自己還沒時間一一聽, 但應該很值得花時間全部聽完.

    http://www.digitalcrafting.dk/?cat=16

    近日Lift Architects建築師Andy Payne先生又寫出一個有趣好用的軟體叫螢火蟲(Firefly), 是Rhino外掛Grasshopper的外掛, 可以將GH的參數數位模型和控制實體互動的晶片Arduino做連接, 讓實體世界的感應裝置可以動態影響數位模型, 很容易可以拿來發展互動式建築, 以下連結影片是別人拿它來做一個感光結構皮層的實驗....

    http://vimeo.com/11308747

    另外是運用Firefly與一個彎曲感應器連結去彎曲數位表面的實驗....

    http://www.fireflyexperiments.com/videos/

    實體與數位的即時整合愈來愈緊密, 雖然這看起來像是類似Kinect或Wii的技術, 但是設計者似乎有很多的可能性可以運用在建築的新想法上, 參數模型 (Parametric Modeling)+實體運算 (Physical Computing)+數位構築 (Digital Fabrication), 看來不安於現狀的建築設計師們有得玩了 .

    因教學事務繁忙, 久未貼文. 終於逮到空檔分享一下指導的研究生曾功達同學, 為他的畢業設計所開發的軟體介面, 叫做GPD (Green Pattern Designer), 他的設計在於探討利用數位構築的流程開發能客製化生產如自然紋理一般的綠色建築皮層, 白話一點來說, 就是預見未來的使用者能透過GPD網路軟體, 選擇適當的環境條件結構效能構造尺寸美學因素等設計因子, 經由運算生成數位模型, 直接將模型資訊輸出給製作工廠(fabricator), 工廠以CNC等機具生產建築零件後, 寄送給使用者組裝或協助組裝, 有點像IKEA家具, 但是完全可以預先客製化的新建築生產流程, GPD軟體第一版只有提供幾何多樣性選項部分, 未加入設計因子, 也暫時沒有從使用者角度來設計使用界面(就是除了作者以外其他人可能搞不懂怎麼用), 不過已經可以嗅出其實踐的可能性了. 

    這會是台灣建築系第一遭可以真正從開發參數軟體到1:1生產建築設計的實踐. 拭目以待.

    http://dozencreation.com/sandbox/sketch_oct27a/  


    < 研一C設計期末作品 >

    這個學期東海建築研究所設計組一年級設計課-Sentient Geometry for Urban Habitat 在探討運用數位方法所衍生的幾何型態, 如何因應新的都市建築環境議題, 題目的設定請見第一階段貼文, 我們有幸請到賴怡成老師, 劉家驊先生, 還有一位Pratt Institute畢業的國外客評Brian Jones蒞臨評圖, 我把同學第二階段品做了些許整理如下:

    Project I - Ecoweb Habitat [曾功達]

    Ecoweb Habitat 從研究蜘蛛網形態與外在環境的對應關係, 如結構之點選取,編織秩序, 密度分布等規則, 轉化為參數運算法則, 運用在都市建物之間成為建築內部與外部環境的中介介面, 用來捕捉風,雨, 陽光等動態自然元素並加以利用, 並產生都市第二層的活動場域.

    Rules of Environmental Conditions


    Parametric Formal Study with Grasshopper


    Parametric Formal Study with Grasshopper



    Tectonics of Ecoweb

     

    Project II - Mountain City [徐曼琪]

    Mountain City提出一種會與自然同消長的都市高層住居形式, 如同豹紋一般的有機生長變化, 人工化的居住單元會因為人口的減少或搬移, 而被隨時間蔓延的垂直自然綠帶所逐漸置入替換, 最終成為高密度都市中的新生態系統.

     

    Project III - Vertical Row Houses [簡良霖]

    此案概念是延續前階段蜷曲的連續空間幾何, 將台灣特有的透天街屋形態嘗試垂直化成水平街道, 在高密度的都市環境中尋求低密度的空間經驗, 延伸向上而隨機重疊的公共街道廣場和混合居住商業單元, 共同形塑出如三明治般的新都市空間原型.

     

    Project IV - Woven Space: Eco Bus Station [蔡昱偉]

    以竹子為材料來"編織"彈性客製化的表面空間, 先分析了竹子的材料限制做為參數條件(如直徑與彎曲率的關係), 衍生出三度空間的物件編織方法, 進而設計一座具通風採光孔隙的連續表面空間-節能公車站.

    201006110834iRhino 3D

    現在在iPhone,iPod Touch和iPad上可以直接看Rhino的3dm檔了(左圖)(http://www.irhino3d.com/cn/), 雖然不是甚麼創意, 拿來做即時presentation或者還算有用, 比起來若使用iPad搭配上SketchBook Pro可以拿來直接做設計就酷多了(右圖)(http://itunes.apple.com/us/app/sketchbook-pro/id364253478?mt=8). iPad快在台上市阿!!

         

    SentientGeometry設計課程在利用參數設計方法, 探討幾何與衍生的都市居住program新概念. 以下是研一C Studio同學第二階段發展的作品:


    賴可謙同學的[Twist House], 這個案子將現代建築系統模矩化的空間平面, 與參數所產生的連續扭轉立面, 做布林運算差集的幾何詮釋, 所產生的建築形態在古典與現代的歷史建築語彙上找到一種新的結合方式.

     

      

    李建鋒同學的[Wind Tower Station], 這個案子在提出一種解決都市交通壅塞與汙染問題的新策略. 在連接人口密集都會區之間的高速公路交流道旁, 建立起一座座兼具臨時居住與會面空間的垂直轉運塔, 小型車若未達足夠乘車人數必須到此進行轉乘大眾運輸系統進入城市中, 以減少都市車流與空氣的排放量, 此塔螺旋造型乃利用自然風力將車輛進出排放的汙染源集中至中心往上帶, 過程中將空氣經一層層綠化的過濾層做清淨的處理再回到環境中.

     


    徐曼琪同學延續上一階段對豹紋紋理的生長的形態觀察, 提出一套都市集合住宅與自然系統隨時間而消長變化的共存形式.

     


     

    曾功達同學亦運用上階段對蜘蛛編網的規則, 在都市間隙中創造出一個循環生態系統, 利用陽光雨水與風力的捕捉支援都市極度水泥化所缺乏的呼吸介面.

     

    蔡昱偉同學在探討(參數化)編織方法形成各類彈性空間的可能性.

    這學期設計課程的下半段將大量倚賴Grasshopper來建構數位參數模型, 將運用動態而關聯性幾何秩序原理, 來創造都市棲居模式的空間原型. AA畢業生Zubin M. Khabazi 的Generative Algorithms using Grasshopper是我目前看到最清楚完整的Grasshopper教學文件, 約180頁內容循序漸進地從基本觀念到進階應用案例練習, 是進入衍生及參數式設計技術的最佳入門磚, 另外他針對編織(Weaving)的概念也編寫了另一個技術教學, 非常值得參考, 兩書可按下方封面下載.

            

     

     

    這個學期我在東海建築研究所設計組(C組)所帶的設計課題目是 -- Sentient & Sustainable Geometry for Urban Habitat  [都市棲居-人與環境之幾何構築],敘述如下: 

      
    幾何(Geometry)問題自久遠的年代以前便是建築思考的核心,它的運用方式與思維模式反映了一個時代與文化的特質,文藝復興與巴洛克時代著重在視覺上靜態與動態的和諧構成,歌德式建築則專注於材料與結構的表現可能,Le CorbusierJohn Hejduk的作品將現代建築中的抽象幾何,以嚴謹的構成規則創造出空間形式的詩意,而今日的數位工具使建築幾何的流動與複雜性更往前躍進
    ,然而,建築處理的核心議題仍然是人與環境、人與人之間的對話關係,特別是當代面臨極端都會化、資源過度開發所引起急迫環境問題的時代,建築中的幾何不應只是內向的構成邏輯與視覺感受,更應是環境系統裡扮演互動與聯繫的中介,Sentient and Sustainable Geometry的設計命題希望結合當代(數位)設計/構築方法所引發的新構築方式,以及對新環境材料工法的運用,透過幾何的原型開發,更積極創造能誘導社會與環境行為在不同尺度上的活動和居住介面,練習中將觀察自然系統中的形態機制找尋靈感,從其幾何、材料、結構層面的構成規則對應環境系統的關係,轉化為一種可能的使用物件和都市居住原型,過程中需思考開發具有互動性(Interactive)、趣味性(Enjoyable)、環境友善與感受性(Environmental-Sensitive)、功能與美學風格(Stylish)上創新的幾何物件/空間原型,符合當代都市氛圍與能和環境和諧共存的設計。

    本設計題目將分為兩個階段,前階段將以(環保)概念家具/物件練習數位設計/形構方法(Digital Design/Fabrication)材料與構成工法將配合Project Greenway: The Sustainable Accessory競圖案,第二階段將延續相同之構成方法,轉化其原理概念至都市棲居空間原型上。

    目前第一階段已經告一段落,同學們的作品在概念上大部分都達到預期的目標,也能適應使用Rhino來建構幾何形體,以下是大家的設計版面,提供參考。

     

    徐曼琪同學作品 [Breathable Farm Wall] - 利用住家衛浴空間製造的濕氣來滋養牆面的可置換式植物,一方面有外牆隔熱效果,一方面因濕氣變化可形成似豹紋般的綠色景觀,兼具生產食物功用,如同會呼吸的環保牆面,此作品已獲得Columbia University 建築規劃(GSAPP)學院舉辦的Project Greenway競圖優選。

      

    李建鋒同學作品 [Breeze Blade] - 造型概念來源是楓葉種子,其掉落時會因其葉片扭轉角度擾動空氣而產生旋轉緩降動作,他將其轉化為運用捷運站地面通風口產生的上升氣流來做微型風力發電的都市裝置,可供緊急手機充電用



    曾功達同學作品 [Ecoweb Storage] -  如同蜘蛛網般的置物/儲藏裝置,運用最少的線性材料編織出能靈活在室內外空間儲物的吊掛網,相當實用的仿生作品

     蘇民同學作品 [Square with Lightcells] - 以細胞分裂概念創造新的動態都市景觀,可充氣式的半透明遮陽/雨棚在需要時展開,會因來往市民/遊客密度而變化其大小,相互推擠而形成連續的都市遊廊

     

    簡良霖同學作品 [The Leafroll Bag] - 一個如捲曲樹葉的隨身背袋,大小不同的個人物件可隨意放置平攤的三角面,內部的金屬片受壓後會自動捲起來收納成可吊掛或背起的蛹狀造型

    蔡昱偉同學作品 [Stress Reactor] - 一張受壓會變形以分散支撐身體重量的椅子,用鞋底回收材料製作椅墊,其剖面造型直接反映了力學的傳遞

     

    賴可謙同學作品 [Tangram Table] - 雙層三角形組合而成的桌面系統,可任意拼接成不同的組合造型專供兒童上課時多樣的情境使用

    201003271810ParaCloud初測試

    近日取得專為處理較為複雜3D圖案模型的衍生式設計軟體ParaCloud GEM, 初步測試結果覺得是個簡單上手的工具,很容易可以跟其他的3D模型軟體(如Rhino, SketchUp)相互轉換搭配, 製作出效果不錯的行數位形體, 下面幾個圖例是我從Rhino中畫出一個Mobius Strip的網格模型, 再匯出給ParaCloud做套入格狀元件的過程, 給大家參考一下.



    (1) 在Rhino中製作Mobius Strip的NURBS曲面, 將之轉成 Mesh網格模型



    (2) 在 ParaCloud匯入網格做平移複製決定厚度





    (3) 載入格狀框架Frame作為網格單元, 做出3D圖案模型, 匯出之後各位可以想像可以直接用 RP 輸出成實體模型吧?

    另外, Paracloud還有將模型自動做成三角面攤平給 CNC铣床輸出的功能, 研究後再 Po文分享.

     

    風在日常生活裡面和人擁有不可切割的重要性。大至全球的巨型風向,小至地區性的溫差平衡過程。風的產生,主要是源於空氣受熱不均,產生的溫差而影響的壓力差,此種壓力差的平衡過程,即稱為"風"。因為有風的功用,使地球生態,生物維持互相交流穩定的運作生長,人也能透過視覺、聽覺、嗅覺來感受風的變化。

    在人的環境中,把風用級數區別,不同級數的風,產生強度不同的影響。依Theo Jansen creates’creatures的異動結構單元研究依據,將其組構成易動動態生物體的基本單元出發,做為變動的基本型態。依照台中市每年平均風向風量,在一年四季365天所產生風向及強度做依據,配合基本單元架構。一個基本單元有14個可變動的關節點,在這14個單元點各有其對應風向風量變動的軌道方向及大小。最後,使用兩組單元結構構成一個風的展示館於科博館基地的草坪上。使其薄膜架構,配合結構軌道,在一天當中,依風向風量產生多種不同變化的風形架構,依不同的風量產生不同的空間形態,而改變不同的使用方式和空間形態。在傍晚時結,會依風向風量而使整個薄膜架構較密集,可在中心點產生表演場域;在上午時段架構伸展,形成一個叫開放的活動及陰影變化的空間。此架構體會依不同風向風量季節而有所改變型態。

    從車流中找出車與車之間的規則,車子之間似乎有一種牽引力,當一台車改變運動方向/速度時(如減速/左右轉/超車 ),後面的行車位了安全也改變的原有運動方向/速度,當一台車影響了另一台車,連續下去會出現億個連續的軌跡,這就是我所說的影響力。所以當一個等速的車潮中,只要有一台車改變,而整個車流都會改變。



    空間概念發展:
    影響力-車子與車子之間看不見但確實存在的一種力量,我把它稱為一種引力。而不同的車輛,速度都會引響引力的大小與性質,所以討論到空間本身也應該有性質與力場,他們之間會互相響,而響會發生在空間與空間交集處,所謂的過度空間或是牆面,而這些地方是我覺得空間內有趣的地方,往往過度空間不被重視可是他卻是人與人交談/互動的地方。


    空間因為這些力場,開始改變過度空間與主要機能空間相互的關係,產生一種以過度空間為主的建築形式。


    榕樹本身因為枝葉茂密,為了讓每片葉子可以有著最大的受光面積它發展出一套自己的生物機制。討論在於榕樹的向(光)性的行為上,榕樹如何因應:一為互生葉子:每次只長出一片新的葉子,而且新葉子的投影位置是舊葉子位置順時鐘旋轉137度所得到。二為角度結構:新生長的樹枝與原本樹枝的生長方向夾角成60度可以有最穩固的結構關係與最大的樹冠面積。

    於是,利用這幾個規則加上當地地區太陽的日照仰角方向角的規則:一條不斷與太陽產生互動關係的環狀動線空間,面狀結構因為角度的關係而改變它的使用關係(牆面或是樓板),在不斷繞行與角度的變化下,開始進行整體建築的日光的分配。 人的活動會因為季節與program而有不同在日光上的需求,於是在地面層的活動會因為建築的設定(日光照近建築內的量與角度)而開始不斷的與太陽產生互動關係。在設定上,以開閉館時間為主要設定,在這段時間內不同時段陽光會直射進入此建築內的不同空間內來發生特定的program,而主要的program設定則是:餐飲休憩空間與新型態日晷,光影實驗室,遠眺平台與彈性展示空間 - 一個新型態的"日光展示館"。

     

    受光角度生長規則模型



     



    回應題目從動態現象觀察中找出運行的內在規則,我嘗試觀察的對象是年輪。年輪生長春天快、夏秋較慢,在冬天成長停滯,這種季節性生長節奏每年重複,形成年輪紀錄時間的同心放射圖案。每一個年輪內具有兩種類型細胞,春季雨量陽光較充足細胞生長較大,夏秋細胞較小。生長輪不僅顯示樹齡,且記錄每一年氣候狀況,我希望討論建築空間是否能如年輪般可呼應時間留下的痕跡 ... 

    <Grasshopper 概念模型發展> 

    1.從年輪的形式操作,輪距與射線模型(年輪會因降雨量改變,距離不固定。切分射線固定輪數可控制,輪距離隨機改變)

    2.雨量在剖面上的詮釋─藉著變動的介面,感受時間的痕跡。

    3.利用Voronoi參數,形成平面,控制各層空間數量、大小、密度。

     

    < Vertical Timescape _ Seasonal Tower (間地景─季節塔)  >

    規則:密度隨時間累積,受氣後影響改變細胞大小

    因季節氣候所需,利用Voronoi/變數改變空間密度/大小

     

    主要展示內容為四季植物。

    在空間系統上,因日照和氣候又下而上為冬、秋、春、夏四季。展示空間(植物)由下而上漸大漸少,公共空間(室內展演廳)漸小漸多。在同一時間,散步於展館,可以看到四季的植物。

     

    跟蹤(Stalking)是有關於人與人與環境間一種特殊的互動方式,不同的環境條件將影響跟蹤者與被跟蹤者的行為方式,例如較開放的空間對於被跟蹤者是較安全的場域,而對跟蹤者來說反而容易被發現,跟蹤者會傾向尋找角落或物件躲藏。從這樣的動態模式,找到兩者特殊的路徑,一條弧線(被跟蹤者)、一條折線(跟蹤者-因為需要躲藏被跟蹤者的視線),弧線做為展覽動線,折線則與延伸出基地的線成為附近居民穿越的捷徑,在這兩個系統的交疊下,產生出縫隙開口,在居民(做為跟蹤者)穿越基地時,可以由這些開口偷看到內部的展覽,而參觀者也從裡面隱約看的到外面行走的人的部分,在空間上室內室外開始變得模糊,兩者動線時而接近時而遠離,透過聲音或光線可以感知另一邊的存在,形成一種新的看與被看的關係

    跟蹤路徑

     

    展覽路徑與都市涵構關係



    以水母在水中的運動及和水的關係為最初的觀察及發想,這種借力使力的方式讓我對於人、環境、建築以及展覽方式有新的一些想法。我最初利用grasshopper軟體建構數位模型,以點對點間的影響去改變場域,模擬水母在水中運動對水的擾動形成力場的關係,之後就是一系列對於場域改變(強度、密度、方向性)的實驗模型。

     

    水母路徑參數場域模型(Grasshopper Model)

     實體場域模型

     

    面狀擾動模型(Grasshopper Model)

    關於設計中的展覽我希望它可以是一個動態場域,在都市涵構下以基地的流動方向做為我形成展覽的基礎,希望可以由這個展覽對內可以體驗在海中狀態(藉由影像、屋頂的形成的光線柱子的排列形成流動方向),另外也藉由人群聚集而啟動不同的展覽模式對外則是可以藉由屋頂改變顯示出人群的流動,藉由它成為另一種地景面貌。

     

    都市路徑流動參數模型

    為了讓大家進一步了解參數式設計的概念, 我嘗試從數位化建築設計發展的歷程開始來切入說明一下其中的來龍去脈, 基本上電腦輔助設計系統(CAD systems)發展起於1970年代的2D繪圖軟體、1980年代的

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