Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

projektowanie komputacyjne

na techniki komputerowe
by

steven seagal

on 9 January 2013

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of projektowanie komputacyjne

Projektowanie komputacyjne Projektowanie parametryczne Projektowanie generatywne Projektowanie komputacyjne to zagadnienie, które w ostatnim czasie szybko zyskuje na popularności. Obecnie dobrze zakorzenione w przemyśle samochodowym i lotniczym, powoli zaczyna wkraczać także jako narzędzie do świata architektury. Dlaczego? Ponieważ technologie projektowania wspomaganego komputerowo, oraz przede wszystkim fabrykacji stają się coraz bardziej dostępne i tańsze, a co za tym idzie, wzrasta dostępność produkcji niestandardowych elementów na masową skalę (tzw. mass customization).

Jak pisał Adrian Beukers i Ed van Hinte w swoim eseju Lightness (Lekkość), w naturze kształt jest tańszy niż materiał, zwracając uwagę na to, że koszt wytworzenia formy może być dużo niższy, jeśli znajdziemy optymalne rozwiązania strukturalne lub topologiczne opisujące problem projektowy. Nie jest już dzisiaj niczym zaskakującym, że dokonując strukturalnej optymalizacji topologii połączeń w mega-konstrukcjach można zaoszczędzić do 50% materiału.

Projektowanie komputacyjne, poprzez użycie różnych technik takich jak algorytmy genetyczne i sztuczna inteligencja, razem z metodą elementów skończonych, lub innymi technikami optymizacyjnymi, może pomóc zdefiniować problem projektowy w zupełnie inny sposób i znaleźć nową, często zaskakującą odpowiedź. Czy jest to problem czysto geometryczny, tak jak panelizacja podwójnie zakrzywionych powierzchni, czy też strukturalny, jak minimalizacja stresów w przestrzennej kratownicy, z pomocą mogą przyjść programy lub skrypty pisane w różnych językach oraz narzędzia do modelowania parametrycznego, takie jak Generative Components oraz Rhino Grasshopper. Modelowanie parametryczne pozwala na definiowanie hierarchicznych zależności pomiędzy obiektami geometrycznymi zamiast statycznego układu brył w przestrzeni, do którego przyzwyczajone są osoby korzystające z bardziej standardowych narzędzi CAD. Modelowanie parametryczne, które pozwala na szybkie przeglądanie wersji potencjalnych rozwiązań, jest dzisiaj coraz powszechniej stosowane w projektowaniu stadionów, wieżowców, części fasad, dachów jak i niewielkich detali konstrukcyjnych.

Terminologia związana z projektowaniem komputacyjnym podlega ciągłej transformacji, ponieważ dziedzina jest nowa i wciąż szybko się rozwija. Dosyć szeroko przyjęte jest odróżnianie ?projektowania parametrycznego? od ?projektowania generatywnego?: Projektowanie generatywne to proces w którym forma jest generowana na podstawie wielokrotnych iteracji, zazwyczaj dodawania/odejmowania elementów, lub dzielenia ich na mniejsze pod-elementy. Za narzędzia używane w projektowaniu generatywnym można uznać algorytmy genetyczne, sieci neuronowe, oraz wszystkie algorytmy wykorzystujące procesy symulacji sztucznego życia, takie jak automaty komórkowe, systemy samo-organizujące się, systemy cząsteczek-agentów, oraz pomocniczo systemy bazujące na metodzie elementów skończonych (finite element analysis), takie jak dynamiczna relaksacja. Projektowanie parametryczne to proces w którym wynikowa forma jest zazwyczaj jedną iteracją (przebiegiem) informacji geometrycznych przez drzewo hierarchicznych zależności pomiędzy elementami. Po wykonaniu takiej iteracji, otrzymujemy parametryczny model, który jest topologicznie statyczny, możemy za to zmieniać jego geometrię (skalować, rozciągać, manipulować parametrami). Projektowanie komputacyjne w praktyce Jednymi z pierwszych spektakularnych projektów wykonanych z użyciem projektowania parametrycznego był Swiss Re (tzw. ogórek) w Londynie, autorstwa biura Foster+Partners (2004). Wieżowiec ma 40 pięter i 180 m wysokości i jest tzw. budynkiem ekologicznym. Dzięki zbliżonemu do stożka kształtowi, zmniejszono parcie boczne wiatru i wyeliminowano zjawisko 'przeciągów' na poziomie ulicy, często towarzyszące wysokim budynkom. Podwójna szklana elewacja chroni przed zbytnim nagrzaniem wnętrza latem i zapewnia izolację zimą.
Budynek zdobył wiele nagród, m.in. prestiżową Nagrodę Stirlinga przyznawaną przez Królewski Instytut Architektów Brytyjskich. Kunsthaus Graz, czyli muzeum sztuki w Grazu, zostało zbudowane w 2003 jako element obchodów przyznania miastu tytułu Europejskiej Stolicy Kultury. Specjalizuje się ono w sztuce nowoczesnej czterech ostatnich dekad. Oryginalność muzeum opiera się na plastycznej i fantazyjnej formie przestrzennej blob, stworzonej przy użyciu zaawansowanych technik CAD. Kształt budowli przywodzi na myśl płynne kształty przyrodnicze. Budynek zaprojektowany przez Petera Cooka i Colina Fourniera, i określany przez nich jako "Friendly Alien", kontrastuje z okolicznymi domkami o dachach z czerwonej cegły. Przypominając bańkę powietrza, pokryty niebieskawym pleksiglasem, Kunsthaus to 60 metrów szerokości biomorficznej budowli. Z powierzchni szkła akrylowego wystają "dysze", które mają dostarczać do środka światło dzienne. Główna fasada wschodnia jest wzbogacona o 930 lamp fluorescencyjnych. Dzięki możliwości regulacji jasności ze zmiennością 20 klatek na sekundę, umożliwia to projekcję obrazów, filmów i animacji. Przejrzyste okna utwierdzone w „skórze” budynku pozwalają na swobodną kontemplację okolicy, podczas gdy „Igła”, czyli specjalna przestrzeń obudowana szkłem pozwala na uzyskanie doskonałego pejzażu starego miasta. Górne kondygnacje podtrzymują starannie odnowiony "Eisernes Haus" (żelazny dom) - najstarszą w Europie konstrukcję żeliwną z 1847 roku. Walt Disney Concert Hall – hala koncertowa znajdująca się w Stanach Zjednocznych w Los Angeles w stanie Kalifornia. Mieści 2256 ludzi i jest siedzibą orkiestry Los Angeles Philharmonic oraz Los Angeles Master Chorale.Autorem projektu budynku jest amerykański architekt Frank Gehry, będący jednym z głównych przedstawicieli dekonstruktywizmu oraz laureatem nagrody Pritzkera. Projekt ruszył w 1987, a całość została otwarta 23 października 2003 roku.Koszt projektu oszacowano na 274 miliony dolarów. Większość została sfinansowana przez prywatnych inwestorów i z darowizn, a firma The Walt Disney Company dołożyła około 110 milionów dolarów.Budynek jest obiektem zainteresowania wielu fotografów ze względu na swoją nowoczesną, metalurgiczną budowę. Również duża ilość projektów generatywnych doczekała się już realizacji. Przykładem może tu być szklane zadaszenie dziedzińca British Museum, gdzie użyto algorytmu dynamicznej relaksacji dla zoptymalizowania sił i wielkości paneli. Innym jest realizowne obecnie zadaszenie stacji metra w Neapolu projektu Rogers Stirk Harbour + Partners. W tym projekcie konstruktorzy – firma Expedition Engineering – postanowili wykorzystać algorytmy genetyczne, żeby zoptymalizować dystrybucję elementów strukturalnych zadaszenia ze względu na ilość światła dziennego penetrującą wnętrze stacji. Optymalizacja z użyciem ewolucji polega na hodowaniu kolejnych generacji potencjalnych rozwiązań w których osobniki stosunkowo dobrze spełniające zadane kryteria przekazują swoje cechy kolejnym. W tym przypadku optymalizowano na przestrzeni 70 generacji, każda po 400 osobników.
Obszarem zastosowań algorytmów generatywnych jest również urbanistyka, ponieważ użycie zasad samo-organizacji może pomóc w odnalezieniu układów przestrzennych które są lepsze od tych zaprojektowanych tradycyjnymi metodami na przykład pod względem komunikacyjności lub dystrybucji ze względu na nasłonecznienie. ?Agentom?, które reprezentują bloki zabudowy, można na przykład zadać zadanie znalezienia pozycji i orientacji umożliwiającej najlepsze skorzystanie z dostępnych widoków, oraz dostępu do naturalnego światła. Poprzez lokalne negocjacje na niskim poziomie hierarchii, otrzymujemy globalne (całościowe) rozwiązanie uwzględniające interesy każdego z podmiotów symulacji.
Układ, którego globalny stan jest czymś więcej niż sumą lokalnych stanów wszystkich jego elementów nazywany jest układem emergentnym. Emergencja to zjawisko związane z wykorzystaniem prostych reguł działania na lokalnym poziomie (interakcji pomiędzy pojedycznymi agentami), do stworzenia ?kolektywnej? inteligencji na globalnym poziomie całego stanu układu. Kolejnym czynnikiem, który w dużym stopniu wpływa na charakter dzisiejszej architektury, są możliwości oferowane przez symulacje komputerowe. Tradycyjnie symulacje używane były w ostatniej fazie projektowej do sprawdzenia czy obiekt spelnia swój cel. Obecnie biorą one czynny udzial w procesie projektowania na wszystkich jego etapach, począwszy od wstępnej fazy koncepcyjnej aż po analizę efektywności finalnych projektów. Analityczne techniki obliczeniowe bazujące na metodzie elementów skończonych (gdzie geometria podzielona jest na małe, połączone ze sobą elementy siatki), pozwalają na dokładną analizę strukturalną, energetyczną, bądź analizę dynamiki płynów nawet najbardziej skomplikowanych form. Co więcej, dzięki zastosowaniu modelowania parametrycznego oraz coraz bardziej powszechnego modelowania informacji o budynku BIM (ang. Building Information Modeling), możliwa jest również optymalizacja danej geometrii. Zapętlenie procesu tworzenia geometrii i jej analizy prowadzi do generacji formy która najlepiej spełnia wymagane warunki. Przykładem projektu, który wykorzystuje symulację komputerową w celu optymalizacji strukturalnej, jest most dla pieszych w Roche-sur-Yon we Francji projektu architekta Bernarda Tschumi we współpracy z francuską firmą Hugh Dutton Associés. Cylindryczną formę mostu oplata stalowa struktura, która składa się z siatki ukośnych, nitowanych ze sobą prętow. W celu rozróżnienia sił rozciągających i ściskających, belki przenoszące obciążenia rozciągające zostały zastąpione ściągami. Ściągi reprezentują zatem strefy, w których most pracuje na rozciąganie, zaś pozostałe pręty mają zoptymalizowane przekroje „H” i „T” dostosowane do wielkości występujących w nich sił ściskających. Rozłożenie sił zmienia się na przestrzeni mostu; pośrodku przęsła siły rozciągające występują w dolnej części, zaś w strefach podpór momenty zginające są odwrócone. Dzięki możliwości cyfrowej symulacji, architekci byli w stanie zaprojektować kratownice mostu, która odzwierciedla naturalny przebieg sił działających na poszczególne strefy.
Full transcript