THE PARAMETRIC APPROACH IN ARCHITECTURAL 3D MODELLING

Full Text

Все большее усложнение процессов архитектурного и дизайн-проектирования вызвали к жизни информационные технологии, которые позволяют работать с многослойными данными в различных ортогональных проекциях. С начала 90-х годов XX века подобное программное обеспечение претерпело эволюционное изменение. Начав использовать компьютер как электронный кульман в конце 80-х - начале 90-х архитекторы и дизайнеры [1-4] подошли к использованию параметрических инструментов. Информационные технологии подарили архитекторам, инженерам, дизайнерам, градостроителям и множеству других специалистов, работающих с трехмерными моделями новые возможности работы с компьютером. Одним из таких инструментов стали алгоритмическо-параметрические инструменты - Grasshopper 3D и Dynamo. Среди множества компонентов параметрической среды Grasshopper 3D особое место занимают инструменты работы, приводящие к неким результатам с трехмерным выходом данных. Такие, например, как Voronoi 3D, Delanay, различные параметрические инструменты, ретопологизирующие трехмерную сетку объекта. Упражнение «Ячейки-кристаллы (паттерны) Вороного» В рамках дисциплины «Современные технологии трехмерного моделирования» студентам был предложен для анализа, разбора и модификации для создания кристаллоподобный трехмерной геометрии параметрический алгоритм, воссоздающий ячейки так называемого паттерна Вороного. Вороной Г.Ф (16.04.1868 - 7.11.1908) - известный российский математик. Разработчик диаграммы Вороного, применяющейся в информатике [5]. Паттерн Вороного (рис. 1) строится на основе точек, между всеми точками находятся минимальное расстояние между соседними точками. Проводятся условные линии между точками и находится серединный перпендикуляр - точка, на основе которой строится плоскость перпендикулярная линии, соединяющей 2 точки. Эти плоскости - границы между соседними точками, формируют друг с другом оболочку ячейки. Ячейки таким образом имеют одну совпадающие грани. Алгоритм создания ячеек Вороного включает в себя следующую последовательность действий (рис. 2) [6]: Создание условного трехмерного пространства-контейнера, ограничивающего будущие ячейки Вороного (Center Box). При этом в качестве контейнера может быть выбрана любая трехмерная геометрия, созданная в Rhinoceros 3D, 3Ds Max, Maya, Blender, Archicad, Autocad и любых других трехмерных редакторах. Непосредственным условием является импорт геометрии в программный комплекс Rhinoceros 3D, для последующего присваивания в Grasshopper 3D. Распространение в контейнере случайного набора точек (Populate 3D). При этом точки также могут быть указаны в точных трехмерных координатах или импортированы как облако точек из внешних файлов. Построение по точкам трехмерных ячеек Вороного (Voronoi 3D). Извлечение трех и более точек из первоначального набора случайных точек, по которым создается интерполированная кривая (Interpolate Curve). Для кривой можно задать степень кривизны и периодичность. Между интерполированной кривой и всеми точками из случайного набора замеряется дистанция, в зависимости от которой происходит отсев удаленных ячеек (компонент Crv CP). Т.е. только те ячейки, которые находятся в непосредственной близости от интерполированной кривой, остаются в выбранном состоянии (компоненты Smaller, Cull). Отдельные ячейки сливаются между собой в единую сетку (SUnion). Сетка подразделяется на большее количество полигонов, сглаживаясь при этом (компонент Weaverbird Loop). Из сглаженной сетки создается решетчатая структура, в которой ребро превращается в набор двух компланарных ребер (компланарных с исходным ребром) с затянутой полигональной сеткой между ними, а полигоны граней удаляются (компонент Weaverbird Carpet). Решетчатой структуре придается заданная толщина, т.е. трехмерный объект из поверхностного без дырочного состояния трансформируется в толщинный объект. Работа с Weaverbird После придания толщины структура подвергнута дополнительной итерации сглаживания с созданием дополнительных подразделений полигонов (компонент Weaverbird Loop). Рисунок 1. Диаграмма Вороного Рисунок 2. Эволюция построения Innovative Project. 2016. Том 1. No1. 125 Полученная трехмерная параметрическая геометрия может быть на любой из стадий оптимизирована в зависимости от поставленной задачи, запечена (Bake) в трехмерную форму, экспортирована в любой трехмерный редактор для дальнейшей работы. Также следующим этапом модель может быть напечатана на 3D принтере в качестве прототипа-эскиза для дальнейшего визуального анализа и презентации. Числовые параметры, вводимые во входы компонентов, можно изменять в реальном времени (или с некоторой задержкой) получая результат, перестраиваемой геометрии. Таким образом, алгоритм построения ячеек Вороного можно считать параметрическим. Сборка (definition) параметрических компонентов в единую композицию в дополнении Grasshopper 3D с отображением ключевых действий (рис. 3). Дальнейшее развитие данной сборки ячеек Вороного может включать в себя оптимизацию структуры или поиск количества членений, подбор реальных значений структуры, оптимизацию сетки по солнцу и другие вариации (рис. 4). Выводы. Увеличение количества входящих параметров в реальном проектировании, каждодневные колебания курсов цен на строительные материалы, технологии, строительные работы и многие другие связанные с реальным проектированием составляющие, подводят архитекторов к использованию инструментов комплексного анализа, моделирования и проектирования архитектурных объектов с возможностью изменения и перестройки проектируемого объекта в реальном времени с глобальным пересчетом смет и ведомостей до мельчайшей детали. Параметрический подход является ключом в данном вопросе. Несмотря на кажущуюся сложность моделирования параметрических композиций в реальной архитектурной практике, работа с алгоритмами, структурами данных, детальный разбор имеющихся сборок приводит к глубинному пониманию процессов, лежащих в основе параметрического дизайна и помогает ускорить процесс проектирования и изменения исходных моделей.

About the authors

K. V. Burlakov

Samara State University of Architecture & Civil Engineering

References

Supplementary files