Parametrisches Design

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Parametrisches Design ist eine Entwurfsmethode, bei der Merkmale (z. B. Bauelemente und technische Komponenten) nach geformt werden Algorithmisch Prozesse im Gegensatz dazu, direkt gestaltet zu werden. Bei dieser Methode bestimmen Parameter und Regeln die Beziehung zwischen Designabsichten und Entwurfsantwort.[1][2] Der Begriff parametrisch Bezieht sich auf Eingabeparameter in die Algorithmen.[1][2][3][4][5][6][7]

Während sich der Begriff heute auf die Verwendung von Computeralgorithmen im Design bezieht, gibt es Präzedenzfälle in der Arbeit von Architekten. Antoni Gaudí verwendete ein mechanisches Modell für das architektonische Design (siehe Analoges Modell). Er befestigte Gewichte an einem Stringssystem, um Formen für Gebäudemerkmale wie Bögen zu bestimmen.[3]

Die parametrische Modellierung kann in zwei Haupttypen unterteilt werden:

  • Propagationsbasierte Systeme, bei denen Algorithmen zu endgültigen Formen führen, die auf der Grundlage der anfänglichen parametrischen Eingaben unbekannt sind, über ein Datenflussmodell.
  • Einschränkungssysteme, bei denen endgültige Einschränkungen festgelegt werden und Algorithmen verwendet werden, um Grundlagen (Strukturen, materielle Verwendung usw.) zu definieren, die diese Einschränkungen erfüllen.[4]

So genannte "Formfindung" -Prozesse werden durch propagationsbasierte Systeme implementiert. Die Formfindung optimiert bestimmte Designziele gegen eine Reihe von Designbeschränkungen, was bedeutet, dass die endgültige Form des entworfenen Objekts basierend auf diesen Einschränkungen "gefunden" wird.[4]

Geschichte (frühe Beispiele)

Analoges parametrisches Design

Ein auf dem Kopf stehender Kraftmodell des Sagrada Família, Sagrada Família Museum

Eines der frühesten Beispiele für das parametrische Design war das Aufwärtstrendmodell von Kirchen von durch Antonio Gaudi. In seinem Design für die Kirche von Colònia Güell Er erstellte ein Modell von Strings, die mit Vogelhot abgewichtet wurden, um komplexe Gewölbedecken und Bögen zu erstellen. Durch die Einstellung der Position der Gewichte oder der Länge der Saiten konnte er die Form jedes Bogens verändern und sehen, wie diese Änderung die damit verbundenen Bögen beeinflusste. Er legte einen Spiegel auf den Boden des Modells, um zu sehen, wie er einmal nach rechts aufgebaut aussehen würde.

Merkmale der Methode von Gaudí

Die analoge Methode von Gaudí umfasst die Hauptmerkmale einer Rechenförderung eines parametrischen Modells (Eingabeparameter, Gleichung, Ausgabe):

  • Die Saitenlänge, das Vogelschutzgewicht und die Ankerpunktsposition sind alle unabhängigen Eingangsparameter bilden
  • Die Scheitelpunkte der Punkte auf den Saiten sind die Ergebnisse des Modells
  • Die Ergebnisse werden durch explizite Funktionen abgeleitet, in diesem Fall Schwerkraft oder Newtons -Bewegungsgesetz.

Durch das Ändern einzelner Parameter dieser Modelle könnte Gaudí unterschiedliche Versionen seines Modells erzeugen und gleichzeitig sicher sein, dass die resultierende Struktur in reiner Komprimierung stehen würde. Anstatt die Ergebnisse der parametrischen Gleichungen manuell berechnen zu müssen, konnte er automatisch die Form der Catenärkurven durch die auf die Saiten wirkende Schwerkraft ab ableiten.[5]

Frei OttoTensegrity Strukturen, die für die ausgelegt sind 1972 Sommerspiele in München, sind ein Beispiel für einen nicht digitalen parametrischen Prozess.

Der deutsche Architekt Frei otto experimentierte auch mit nicht digitalen parametrischen Prozessen unter Verwendung von Seifenblasen, um optimale Formen von zu finden Tensegrity -Strukturen wie in der Münchner Olympia -Stadion, designed for the 1972 Sommerspiele in München.[8]

Die Architektur

Abfahrtshalle von Shenzhen Bao'an internationaler Flughafen

Die Natur hat oft als Inspiration für Architekten und Designer gedient.[8] Die Computertechnologie hat Designer und Architekten die Werkzeuge zur Analyse und Simulation der in der Natur beobachteten Komplexität gegeben und auf strukturelle Gebäudeformen und städtische Organisationsmuster angewendet. In den 1980er Jahren begannen Architekten und Designer mit Computern, die für die Luft- und Raumfahrt- und Moving -Bildindustrie entwickelt wurden, um "animierte Form" zu verwenden.[6]

Einer der ersten Architekten und Theoretiker, die Computer zur Erzeugung von Architektur verwendeten, war Greg Lynn. Seine Klecks und Fold Architecture ist einige der frühen Beispiele für computergenerierte Architektur. Shenzhen Bao'an internationaler FlughafenDas 2013 abgeschlossene neue Terminal 3, das vom italienischen Architekt entworfen wurde Massimiliano Fuksas, mit parametrischer Entwurfsunterstützung durch das Engineering -Unternehmen Knippers Helbig, ist ein Beispiel für die Verwendung parametrischer Design- und Produktionstechnologien in großem Maßstab.[9]

Urban design

Der parametrische Urbanismus befasst sich mit der Studie und Vorhersage von Siedlungsmustern. Architekt Frei Otto unterscheidet die Besetzung und Verbindung als die beiden grundlegenden Prozesse, die an der gesamten Urbanisierung beteiligt sind.[7] Parametrische Prozesse können dazu beitragen, Fußgänger- oder Fahrzeugzirkulation, Block- und Fassadenorientierungen zu optimieren und die unterschiedlichen Leistungen mehrerer städtischer Designoptionen sofort zu vergleichen.[10]

Software

Kraftplatte

Stromflächen ist a Solidworks Anwendung für industrielles Design / Freiform organische Oberfläche / Festkörpermodellierung. Eng integriert in Solidworks, es funktioniert mit allen Solidworks Befehle. Gescannte Maschen können sein dekompiliert mit Stromflächenre.

Catia

Catia (Computergestützte dreidimensionale interaktive Anwendung) wurde vom Architekten verwendet Frank Gehry Entwerfen Sie einige seiner preisgekrönten krummlinigen Gebäude wie die Guggenheim Museum Bilbao.[11] Gehry Technologies, der technologische Arm seines Unternehmens, hat seitdem geschaffen Digitales Projekt, ihre eigene parametrische Designsoftware basierend auf ihren Erfahrungen mit Catia.

Autodesk 3ds max

Autodesk 3ds max ist eine parametrische 3D -Modellierungssoftware, die Modellierung, Animation, Simulation und Rendering -Funktionen für Spiele, Film- und Bewegungsgrafiken bietet. 3DS MAX verwendet das Konzept von Modifikatoren und Kabelparametern, um seine Geometrie zu steuern, und gibt dem Benutzer die Möglichkeit, seine Funktionalität zu skriptieren. Max Creation Graph ist eine visuelle Programme zur Erstellung von Tools auf der basierten Programmierung von Tools in 3DS Max 2016, die der Heuschrecke und Dynamo ähnelt.

Autodesk Maya

Autodesk Maya ist eine 3D -Computergrafiksoftware, die ursprünglich von der Alias ​​Systems Corporation (ehemals Alias ​​| Wavefront) entwickelt wurde und derzeit von Autodesk, Inc. gehalten und entwickelt wurde. Es wird verwendet, um interaktive 3D . Maya enthält eine Knotengrafikarchitektur. Szenenelemente sind Knotenbasis, jeder Knoten hat seine eigenen Attribute und seine Anpassung. Infolgedessen basiert die visuelle Darstellung einer Szene auf einem Netzwerk von Verbindungsknoten, abhängig von den Informationen des anderen. Maya ist mit einer plattformübergreifenden Skriptsprache ausgestattet, die als Maya-eingebettete Sprache bezeichnet wird. Mel wird zum Skripten und Mittel zur Anpassung der Kernfunktionalität der Software bereitgestellt, da viele der verwendeten Tools und Befehle darin geschrieben sind. Mel oder Python können verwendet werden, um Änderungen, Plug-Ins zu entwickeln oder in die Laufzeit injiziert zu werden. Die Benutzerinteraktion wird in MEL aufgezeichnet, sodass Anfänger -Benutzer Subroutinen implementieren können.

Heuschrecke 3d

Die Heuschrecker -Leinwand mit einigen Knoten

Heuschrecke 3d (ursprünglich explizite Geschichte) ist ein Plug-In für Rhinoceros 3d Dadurch werden die Benutzer eine visuelle Programmierschnittstelle zum Erstellen und Bearbeiten von Geometrie vorgestellt.[12]

Komponenten oder Knoten werden auf eine Leinwand gezogen, um eine Grashüpferdefinition zu bauen. Heuschrecke basiert auf Grafiken (siehe Grafik (Diskrete Mathematik)), Die den Beziehungsfluss von Parametern durch benutzerdefinierte Funktionen (Knoten) abbilden, was zur Erzeugung der Geometrie führt. Durch das Ändern von Parametern oder Geometrie werden die Änderungen in allen Funktionen ausbreitet, und die Geometrie wird neu gezeichnet.[5]

Autodesk Revit

Autodesk Revit Erstellt Informationsmodellierungssoftware (BIM), die von Architekten und anderen Gebäudeprofis verwendet wird. Revit wurde als Reaktion auf die Notwendigkeit einer Software entwickelt, die dreidimensionale parametrische Modelle erstellen konnte, die sowohl Geometrie als auch nicht geometrische Design- und Konstruktionsinformationen umfassen. Jede Änderung an einem Element in Revit wird automatisch durch das Modell verbreitet, um alle Komponenten, Ansichten und Anmerkungen konsistent zu halten. Dies erleichtert die Zusammenarbeit zwischen Teams und stellt sicher, dass alle Informationen (Bodenbereiche, Zeitpläne usw.) dynamisch aktualisiert werden, wenn Änderungen im Modell vorgenommen werden.

Autodesk Dynamo

Dynamo ist eine grafische Open -Source -Programmierumgebung für das Design. Dynamo erweitert die Erstellung Informationsmodellierung mit der Daten- und Logikumgebung eines grafischen Algorithmus -Editors.

GenerativeComponents

GenerativeComponenten, parametrische CAD -Software, die von Bentley Systems entwickelt wurde,[9] wurde erstmals im Jahr 2003 eingeführt, wurde zunehmend in der Praxis (insbesondere von der Londoner Architekturgemeinschaft) Anfang 2005 eingesetzt und wurde im November 2007 kommerziell veröffentlicht. GenerativeComponents verfügt über eine starke traditionelle Basis von Nutzern in der Wissenschaft und in technologisch fortschrittlichen Designfirmen. Generativenträger werden häufig durch den Spitznamen 'GC' bezeichnet. GC verkörpert die Suche nach parametrischen Modellierungsfunktionen von 3D solide Modellierung In die architektonische Konstruktion, um mehr Fluidität und Flüssigkeit zu bieten als mechanische 3D -Feststoffmodellierung.

Benutzer können mit der Software interagieren, indem sie die Geometrie entweder dynamisch modellieren und direkt manipulieren oder Regeln anwenden und Beziehungen zwischen Modellelementen erfassen oder komplexe Formen und Systeme durch präzise ausgedrückte Algorithmen definieren. Die Software unterstützt viele Industrie -Standarddateieingaben und -ausgänge, einschließlich DGN von Bentley Systems, DWG von Autodesk, STL (Stereo -Lithographie), Rhino und anderen. Die Software kann sich auch in Gebäudeinformationsmodellierungssysteme integrieren.

Die Software verfügt über eine veröffentlichte API und verwendet eine einfache Skriptsprache, die sowohl die Integration mit vielen verschiedenen Softwaretools als auch die Erstellung benutzerdefinierter Programme durch Benutzer ermöglichen.

Diese Software wird hauptsächlich von Architekten und Ingenieuren für die Gestaltung von Gebäuden verwendet, wurde aber auch zur Modellierung natürlicher und biologischer Strukturen und mathematischer Systeme verwendet.

Generative Komponenten werden ausschließlich auf Microsoft Windows -Betriebssystemen ausgeführt.

Viktor

Viktor ist eine Plattform für Anwendungsentwicklung, mit der Ingenieure und andere Domänenexperten ihre eigenen Online -Anwendungen schnell erstellen können Python. Es wird verwendet, um parametrische Designmodelle zu erstellen und in viele Softwarepakete zu integrieren.[13] Es ermöglicht Benutzern, intuitive Benutzeroberflächen (GUI) zu erstellen, die unterschiedliche Form der Visualisierung von Ergebnissen wie 3D -Modellen, Zeichnungen, Karten- oder Satellitenansichten und interaktiven Diagrammen enthalten. Dies ermöglicht es, die Anwendungen für Personen ohne Programmieraffinität zur Verfügung zu stellen.

Anwendungen mit Viktor sind online, sodass Daten automatisch aktualisiert werden und jeder mit denselben Informationen und den neuesten Modellen arbeitet. Es enthält ein Benutzerverwaltungssystem, das den Benutzern unterschiedliche Rechte verleiht.

Marionette

Marionette ist ein grafisches Scripting -Tool (oder visuelle Programmierumgebung) für die Architektur-, Ingenieur-, Bau-, Landschafts- und Unterhaltungsdesign -Branchen, die in die Mac- und Windows -Versionen der Vectorworks -Software integriert sind. Das Tool wurde erstmals in der Vectorworks 2016 -Reihe von Softwareprodukten zur Verfügung gestellt. Mit Marionette können Designer benutzerdefinierte Anwendungsalgorithmen erstellen, die interaktive parametrische Objekte erstellen und komplexe Workflows optimieren sowie automatisierte 2D -Zeichnungen, 3D -Modellierung und BIM -Workflows in der VectorWorks -Software erstellen.

Alles in der Python -Programmiersprache, alles in Marionette, besteht aus Knoten, die in einer Flussdiagrammanordnung miteinander verbunden sind. Jeder Knoten enthält ein Python-Skript mit vordefinierten Eingängen und Ausgängen, auf die mit einem integrierten Editor zugegriffen und geändert werden kann. Knoten werden direkt in das VectorWorks -Dokument eingebaut und dann angeschlossen, um komplexe Algorithmen zu erstellen. Da Marionette vollständig in die VectorWorks-Software integriert ist, kann sie auch verwendet werden, um vollständig in sich geschlossene parametrische Objekte zu erstellen, die in neue und vorhandene Designs eingefügt werden können.

Modellur

Modellur ist eine parametrische Urban design Software-Plug-In für Trimble Sketchup, entwickelt von Agilicity D.O.O. (GMBH). Das Hauptziel ist es, den Benutzern zu helfen, eine konzeptionelle städtische Massierung zu schaffen. Im Gegensatz zu üblichen CAD -Anwendungen, in denen der Benutzer Gebäude mit üblichen Abmessungen wie Breite, Tiefe und Höhe entworfen hat, bietet Modelur das Design der gebauten Umgebung durch wichtige städtische Parameter wie die Anzahl der Geschichten und der grobe Bodenbereich eines Gebäudes.

Modellur berechnet die wichtigsten städtischen Kontrollesparameter im laufenden Fliegen (z. B. das Verhältnis von Bodenflächen oder die erforderliche Anzahl von Parkplätzen) und liefert städtische Designinformationen, während sich die Entwicklung noch weiterentwickelt. Auf diese Weise hilft es, eine gut informierte Entscheidung in den frühesten Phasen zu treffen, wenn Entwurfsentscheidungen die höchste Wirkung haben.

Siehe auch

Verweise

  1. ^ a b Jabi, Wassim (2013). Parametrisches Design für Architektur. London: Laurence King. ISBN 9781780673141.
  2. ^ a b Woodbury, Robert (2010). Elemente des parametrischen Designs. Routledge. ISBN 978-0415779876.
  3. ^ a b Frazer, John (2016). "Parametrische Berechnung: Geschichte und Zukunft". Architekturdesign. 86 (März/April): 18–23. doi:10.1002/ad.2019. S2CID 63435340.
  4. ^ a b c Woodbury, Robert; Williamson, Shane; Beesley, Philip (2006). "Parametrische Modellierung als Entwurfsdarstellung in Architektur: Ein Prozesskonto". Kumulatives Index des computergestützten architektonischen Designs.
  5. ^ a b c Davis, Daniel. "Eine Geschichte der Parametrie". Abgerufen 5. April 2014.
  6. ^ a b "Parametrisches Design: Eine kurze Geschichte". AIACC. Abgerufen 5. April 2014.
  7. ^ a b Schumacher, Patrik (2009). "Parameterismus - Ein neuer globaler Stil für Architektur und urbanes Design". AD -Architekturdesign. 79 (4).
  8. ^ a b Cruz, Renato Godoi da; Arcipreste, Cláudia Maria; Pinheiro, Rafael Lemieszek; Ribas, Rovadávia Aline de Jesus (2021-08-02). "Generatives Design: Informationsfluss zwischen genetischem Algorithmus und parametrischer Konstruktion in einer Stahlstrukturkonstruktion". Ambiente Construdo. 21: 271–289. doi:10.1590/S1678-86212021000400569. ISSN 1415-8876.
  9. ^ a b "Computerdesign -Software". Abgerufen 25. Februar 2016.
  10. ^ Steinø, Nicolai und Veirum (2005). "Ein parametrischer Ansatz für das städtische Design". Digitales Design: Die Suche nach neuen Paradigmen [23. Ecaade Conference Proceedings / ISBN 0-9541183-3-2] Lissabon (Portugal) 21.-24. September 2005, S. 679-686. Cumincad.
  11. ^ "The Construction - Guggenheim Museum Bilbao". Guggenheim Museum Bilbao. Abgerufen 2017-05-20.
  12. ^ "Heuschrecke". Abgerufen 25. Februar 2016.
  13. ^ "Plattform". Viktor. Abgerufen 2020-09-16.