Articole tematice

Căutare formală digitală. Suprafețe parametrice reactive

Digital Form Finding. Reactive Parametric Surfaces

Workshopul „Suprafețe parametrice reactive” a fost ținut în perioada 23-26 aprilie 2010, în cadrul Universității de Arhitectură și Urbanism „Ion Mincu”, București.

The workshop „Parametric Reactive Surfaces has been held at „Ion Mincu” University for Architecture and Urbanism during the 23-26 of April 2010.

O afirmație ca „form follows function” [1] astăzi ar fi fără sens. În prezent, nu se mai poate spune că forma este un rezultat al funcțiunii, nici măcar invers, ci forma și funcțiunea sunt ambele interdependente, alăturându-se multor altor concepte dintr-o schemă parametrică a unui obiect arhitectural [2].

Forma arhitecturală apare astfel ca o negociere între conceptele generatoare, ca un sistem complex în care regulile locale guvernate de concepte dau naștere la o formă emergentă. O astfel de formă arhitecturală este mai mult decât suma părților sale componente, un rezultat al tuturor conceptelor implicate, dar nefiind guvernată de niciunul dintre ele. Așa cum în biologie asistăm la formarea unor organisme bazate pe auto-organizare, în care nu există niciun element central generator, o celulă-mamă, tot așa în arhitectură forma este rezultatul interacțiunii dintre conceptele arhitecturale integrate. Relațiile de tipul „forma rezultă din funcțiune” nu mai sunt neapărat necesare, ci mai degrabă forma este generată de relația dinamică și interdependentă dintre o multitudine de factori (agenți) printre care funcțiune, performanță și stabilitate.

O astfel de abordare deschide calea unei arhitecturi parametrice, ce răspunde contextului transformat într-un flux de date, în care manipularea fiecărei părți componente este influențată de mecanisme de control, parametri, ce fac posibilă gestionarea modificărilor printr-o serie finită de variabile. Astfel, asistăm la geneza unei forme găsite prin intermediul computației, mai degrabă decât făurite.

Arhitecții ultimului deceniu adoptă căutarea formală ca o metodă prin care procesele atât cele naturale, cât și cele digitale de auto-organizare a formelor sunt instrumentalizate sub influența unor forțe extrinseci. Antoni Gaudi și Frei Otto sunt printre primii arhitecți ce utilizează o căutare formală fizică a materialului pentru a determina structuri optime sub acțiunea gravitației. Astfel, structurile atârnate ale lui Gaudi [3] și matematica bulelor de săpun a lui Frei Otto [4] determină forme arhitecturale inedite, performând o eleganță a forțelor invizibile aflate în echilibru.

Căutarea formală a fost îmbrățișată de către avangarda digitală din ultimele două decenii ca o metodă de proiectare ce poate negocia între diversele forțe contextuale ce modelează arhitectura cu o complexitate nemaiîntâlnită până acum. Prin căutare formală, forma și forțele sunt corelate prin intermediul unor reguli, determinând o stare în care forțele ce acționează asupra formei sunt într-un echilibru relativ.

Următoarele proiecte prezintă diverse experimente de căutare formală digitală așa cum au fost ele elaborate în timpul workshopului „Suprafețe parametrice reactive”, din cadrul Universității de Urbanism și Arhitectură „Ion Mincu”, ce a fost îndrumat de către Ionuț Anton și Dimitrie Ștefănescu. Scopul workshopului a fost acela de a prezenta unui grup de studenți domeniul proiectării parametrice cu fundamentele teoretice și logica funcțională, precum și dobândirea unor abilități tehnice de utilizare a unor programe de proiectare parametrice (Rhino [5] + Grasshopper [6]). Aceste cunoștințe tehnice și teoretice urmând apoi a fi testate în realizarea unor suprafețe modelate parametric și care să răspundă unor condiții de context.

A statement as „form follows function” [1] would be a nonsense today. Currently we cannot say that form is a resultant of function, nor the opposite, instead form and function are both interdependent, joining a series of concepts in a parametric diagram of an architectural object [2].

Architectural form today is a negotiation between generating concepts, just like a complex system in which local rules governed by concepts give birth to an emergent form. Such an architectural form is more than the sum of its parts, a result of all the involved concepts, but not governed by any one of them. Just as in biology, where we witness the formation of organisms based on self-organization, there is no central generating element, a mother cell, so to speak, so the architectural form is the result of the interaction between integrated architectural concepts. Relations like „form follows function” are no longer necessary, but rather, form is generated by the dynamical and interdependent logical rules established between a variety of factors (agents) including function, performance and stability.

Such an approach opens the way for a parametric architecture that responds to its context transformed into a data stream, in which the handling of each component is influenced by control mechanisms (parameters) that enable the management of variation through a finite number of variables. Thus we are witnessing the genesis of forms found through computation, rather than forged.

Architects of the last decade adopted form-finding as a method in which both natural and digital processes of self-organization of forms are instrumentalized under the influence of extrinsic forces. Antoni Gaudi and Frei Otto are among the first architects to use material physical form-finding to determine optimal structures that act under the action of gravity. Thus Gaudi’s hanging structures [3] and Frei Otto’s mathematics of soap bubbles determine surprising architectural forms, by performing an elegant balance of invisible forces.

Form-finding has been embraced by the digital avant-garde in the last two decades as a design tool that can negotiate between various contextual forces that shape an architectural complexity as never before. Through form-finding, shape and forces are linked by rules, resulting in a state of relative balance of the forces acting on the form.

Following projects present different experiments for digital form-finding, as they have been developed in the workshop for „Parametric Reactive Surfaces” held at „Ion Mincu” University for Architecture and Urbanism, and tutored by Ionuț Anton and Dimitrie Stefanescu. The workshop goal was to present a group of students with the theoretical framework for parametric design and the acquisition of technical skills for parametric design software (Rhino [5] + Grasshopper [6]). This technical and theoretical knowledge was tested in the development of surfaces parametrically modeled to meet certain context criteria.

NOTE / NOTES:

[1] trad.ns. forma urmează funcțiunea - concept susținut de Louis Sullivan / form follows function is a concept introduced by Louis Sullivan.

Louis H. Sullivan, „The Tall Office Building Artistically Considered”, 1896, http://academics.triton.edu/faculty/fheitzman/tallofficebuilding.html.

[2] Patrik Schumacher, The Autopoiesis of Architecture: A New Framework for Architecture: John Wiley and Sons, 2011.

[3] Mark Burry, „Digitally Sponsored Convergence of Design Education, Research and Practice”, în Computer Aided Architectural Design Futures 2005: Springer Netherlands, 2005.

[4] Frei Otto et al., Finding Form: Axel Menges, 1995.

[5] Rhinocerous 3D este un software generic de modelare tridimensională ce are posibilitatea de implementare de algoritmi geometrici sub formă de scripting / Rhinocerous 3D is a generic modelling software that has the possibility to implement gometric algorithm through scripting

www.rhino3d.com

[6] Grasshopper este o extensie a software-ului Rhinocerous ce permite o editare vizuală a unui algoritm geometric / Grasshopper is a plug-in for Rhinocerous that allows for a visual editing of a geometric algorithm

www.grasshopper3d.com

[7] Frei Otto et al., Finding Form: Axel Menges, 1995.

[8] Bernard Cache și Michael Speaks, Earth moves: the furnishing of territories: MIT Press, 1995.

TEXT:

Ionuț Anton, Dimitrie Ștefănescu

FOTO / PHOTO:

Chiriță Alexandru, Ionuț Anton, Dimitrie Ștefănescu

STRUCTURA SPAȚIALĂ DIFERENȚIATĂ / DIFFERENCIATED SPATIAL STRUCTURE

Echipa / Team: Ana Dabija | Mihai Burloiu | Andrei Petcu | Andreea Nica | Laura Bogoi

Proiectul propune realizarea unei structuri spațiale ce pornește de la relația dintre formă, forță și masă și simulează generarea unei forme de către linii naturale de forță concentrate pe trei puncte într-o tramă spațială. Pornind de la o tramă de puncte echidistante, geometria este modificată de un proces formativ ce aduce aminte de curgerea granulelor de nisip din experimentele lui Frei Otto [7]. Forma obținută, determinată de o funcție față de distanța fiecărui punct de cel mai apropiat punct de influență, este o descriere a unei suprafețe rezultate din curgerea naturală a forțelor de gravitație înspre aceste puncte de influență. Această suprafață continuă rezultată este discreditată și subdivizată în forme triunghiulare ce pot fi supuse unui proces de fabricație prin tăiere din fâșii plane.

Pentru a diferenția mai departe suprafața s-a folosit un sistem de perforații ce determină un grad de apertură al fiecărei triangulații în funcție de înălțimea sa, astfel încât structura să devină mai ușoară pe măsura ce se înalță. O astfel de regulă determină, de asemenea, ca triangulațiile din partea inferioară, cele care susțin toată structura, să fie cele mai rezistente.

The project proposes to achieve a spatial structure that starts from the relationship between form, strength and mass, and simulates the generation of a form by natural lines of force concentrated on three points in a grid space. Starting from regular grid of equally spaced points, the geometry is modified by a formative process that reminds of the grain of sand flow experiments conducted by Frei Otto [7]. The form, determined by a function of distance from each point in the grid to the nearest point of influence is a description of a surface that replicates the flow of natural forces of gravity towards the points of influence. The resulting continuous surface is discredited and divided into triangular shapes that can be subject to a manufacturing process by cutting flat strips of material.

To further differentiate the surface, a perforation system was used that determines the aperture of each triangulation according to height of the face, so that the structure becomes lighter as it rises. Such a rule also determines that the triangulation at the bottom to be the strongest, as it supports the whole structure.

PROIECTARE PRIN COMPONENT / COMPONENT DESIGN

Proiectul propune o strategie de tipul bottom-up, în care punctul de plecare este un singur component, proliferat pe o suprafață, ce prin deformări locale determină o geometrie globală. Componentul devine astfel reprezentarea geometrică a tuturor regulilor intrinseci ce duc la generarea formei. În termeni filosofici, un component poate fi văzut ca un „Objectile” a lui Bernard Cache [8], o formulă generică ce se poate adapta și care poate să ia forme diferite, în funcție de parametri ce îi sunt impuși.

Reactivitatea componentului în acest caz este dată de orientarea către un atractor ce se presupune a fi o sursă de lumină punctuală, astfel încât componentele să poată absorbi o cât mai mare cantitate de lumină. Suprafața de plecare modelată manual este subdivizată și câte un component este amplasat în locul fiecărei subdiviziuni. Diferențierea componentelor se realizează la nivel local generând pentru fiecare o geometrie diferită față de cea a vecinilor, în funcție de condițiile locale de curbatură a suprafeței și de orientare față de punctul de atracție.

Componentele sunt apoi realizate individual prin tehnologii de fabricație digitală. Prin alăturarea acestor componente unice fabricate, imaginea digitală a suprafeței de plecare este regăsită în realitate, interacțiunile dintre geometria individuală a fiecărui component generând astfel o formă globală.

The design strategy proposes a bottom-up approach, the starting point of the design being a single component, proliferated over a surface, that through local deformations determines a global geometry. The component becomes the geometric representation of all intrinsic rules that lead to the generation of form. In philosophical terms, a component can be seen as an „Objectile” of Bernard Cache’s [8], a generic formula that can adapt and can take different form depending on the parameters which would be imposed.

The reactivity of this particular component is given by the orientation towards to an attractor that is supped to be a punctual light source in such a way that the component can absorb a larger amount of light. The starting surface is manually shaped and subdivided and one component is placed in each subdivision. Differentiation of the components is done locally, generating a different geometry than its neighbors’ for each component, depending on the local conditions like surface curvature and orientation to the attractor point.

Individual components are then fabricated through digital fabrication technologies. By joining these unique components digitally fabricated, the image of the virtual surface appears in reality, thus the interaction of individual geometry of each component creating a global form.

GEOMETRIE MULTISTRATIFICATĂ / MULTILAYERED GEOMETRY

Utilizarea tehnicilor digitale poate încorpora mari fluxuri de date în procesul de proiectare, deschizând drumul către o arhitectură ce devine mai ușor influențată de contextul său. Cultura și societatea se traduc astfel în fluxuri continue de biți ce sunt procesate pentru a genera un rezultat semnificant. Imaginile bidimensionale pot reprezenta în mod eficient relativ puține categorii de informații. Diagramele statistice, de obicei, sunt realizate pentru a reprezenta o singură categorie de informații, tocmai pentru a putea fi clare și a transmite informația pentru care au fost realizate. Un proces multicriterial, în schimb, trebuie să suprapună mai multe informații din categorii diferite și să genereze un rezultat lizibil. În același mod și arhitectura este un rezultat al negocierii dintre cultură, societate și context.

În această idee proiectul prezentat își propune realizarea unei vizualizări multistratificate a unor date statistice ale orașului București. Pornind de la date ce reprezintă densitatea populației, spatiile verzi și originea călătoriilor zilnice se propune realizarea unei diagrame tridimensionale ce urmărește o vizualizare intuitivă a tuturor acestor indici. Astfel o geometrie a unei trame regulate este modelată și deformată în funcție de parametrii rezultați din setul de date folosit ca input. Rezultatul este o structură multi-parametrică ce exprimă prin variații geometrice statistici numerice. Forma efectivă a suprafeței nu mai este una regulată, ci adaptată local mai multor criterii ce contribuie la diferențierea fiecărui element din tramă. Prin utilizarea mai multor algoritmi ce negociază utilizarea mai multor forme diferite pentru un punct al tramei se asigură și mai multe grade de diferențiere, punând în valoare mai multe date ale diagramelor bidimensionale.

Using digital techniques can incorporate large data streams in the design process, leading way to an architecture that is more responsive to its context. Culture and society translates into continuous streams of bits that are processed to generate a significant result. Statistic diagrams are usually thought up to represent a single category of information, so that they can be clear and transmit the information for which they were made. A multi-criteria process instead should overlap more information from different categories and generate a readable result. In the same way architecture is the result of negotiations between culture, society and context.

The idea submitted by the project aims to achieve a multilayered visualization of Bucharest city’s statistical data. Based on data representing population density, green spaces and everyday journey departures, a three dimensional diagram that achieves intuitive visualization of all these indices is aimed. Therefore the geometry of a regular grid is modeled and deformed by a series of parameters resulting from the data set used as input. The result is a multi-parametric structure that expresses through geometric variations the numerical statistics. The actual shape of the surface is not regular, but locally adapted several criteria help differentiate each element of the grid. Using several algorithms that negotiate the use of several different typologies of shapes, ensures more degrees of differentiation, highlighting more data than a two dimensional diagram.