Генеративное проектирование в архитектуре и дизайне

Одна из новых тенденций в архитектуре и дизайне - это использование вычислительных методов для проектирования, по средством создания определенных алгоритмов и скриптов, которые создают архитектурные формы.

Введение

Вся история архитектуры - это история взаимодействия человечества с окружающей

средой и поиски способ изменить эту среду и улучшить её для нужного человечеству уровня.

Во всё время человек оперировал различными условиями и своими возможностями. Что

представляют из себя различные образцы протоархитектуры, найденные археологами на

местах раскопок древних городов? Это здания и сооружения, представляющие собой

компромиссное решение между климатическими, ландшафтными, материальными и т.д.

условиями местности и среды и экономическими, социальными и прочими возможностями

человека и общества, умноженные на технический прогресс того времени. Данным

соотношением можно описать почти любой исторический объект протоархитектуры. Но в

данной формуле не хватает еще одного коэффициента, который появился с дальнейшим

развитием архитектуры – это коэффициент эстетической привлекательности, который вывел

архитектуру из разряда утилитарного решения проблемы в разряд искусства.

Что же представляют из себя все эти факторы создания архитектурного объекта,

здания или сооружения? Возможно ли описать все эти факторы, влияющие на архитектурное

решение одним языком? Стоит сначала определиться что из себя представляют все эти

условия.

Рассмотрим, для примера, климатические и ландшафтные условия и что они

представляют из себя. Климат – это многолетние состояние погодных условий определенной

местности, таких как: влажность, количество осадков, скорость и направления ветра,

облачность, количество осадков и количество солнечной радиации. Что объединяет все эти

факторы? Тем что их можно измерить и представить в виде цифр. Что мы получаем в

результате? Информацию, которую мы можем анализировать, систематизировать и самое

главное применить. Ландшафтные условия. Что представляет из себя ландшафт

определенной местности? Что он представляет из себя: геологический фундамент, рельеф,

гидрографические особенности, почвенный покров и единый биоценоз. Возможно ли

описать данные природные условия языком цифр, коэффициентов и формул? Почему бы и

нет, человечество уже давно изучает природу с точки зрения математики, физики, геометрии

и химии. За современную историю человечества собран такой объем информации, что хватит

чтобы подробно описать то или иное природное явление или образование на самом

подробном уровне.

Что же представляют собой все эти данные? Информацию, или если более полно

выразится «Информационную модель», которая включает в себя все численные,

количественные и качественные характеристики среды. Возможно ли так же описать вторую

часть формулы числовым языком? Количество рабочих, количество материалов, средств

труда и сроки строительства – вся эта информация уже изначально содержит в себе

количественные показатели, выраженные цифрами и значениями.

Так мы подходим к главному выводу. Если мы имеем дело с цифровой информацией,

так почему же не оперировать всей этой информацией методами уже известными методами

работы с цифровыми данными?

Весь процесс архитектурного проектирования можно охарактеризовать работой с

теми или иными данными и разделить на три раздела или этапа: анализ исходных данных,

создание решения на основе данных и получение итоговых данных для реализации. Казалось

бы, вся эта модель проектирования уже имеет отражение в таком понятие как

Информационное моделирование зданий или сокращенно BIM (от принятого в английском

языке термина BuildingInformationModeling). Но в данной системе имеется один недостаток –

вся эта система работает в ручном режиме управления человеком и на весь процесс

проектирования накладывается тот самый коэффициент влияния человека, о котором

говорилось выше. То есть человек оказывается в виде субэлемента этой системы,

шестерёнки или детали, к тому же не самой лучшей.

Как же выглядит человек в системе архитектурного проектирования? Выполняя роль

исполнителя проекта, кем он является? Играет ли он роль того самого регулировщика из

начала 20го века, который является элементом большой системы, выполняя заранее

определенную ему роль или нет? Это подводит нас к основной теме моего исследования –

кем является человек, когда создает проект? Механизмом системы или её создателем?

Общее понятие о генеративном проектирование

Генеративная архитектура – это архитектура, полученная в результате определенных

алгоритмов, основанных на ранее полученных данных и системы принятия решений

созданной архитектором. В данном подходе к архитектурному проектированию изменяется

роль архитектора в данном процессе. Архитектор не просто создает объект архитектуры –

архитектор создает систему, которая создает архитектурный объект и работает уже на

другом уровне абстракции и принятия решений. Общая схема проектирования в данном

методе выглядит так:

В данной системе существует три категории данных:

- Исходные данные (Идея);

- Алгоритм проектирования (Привила, алгоритмы и исходный код);

- Результирующие данные (Результат).

Разберем более подробно каждую категорию данных:

- Исходные данные. Данная категория включает в себя все входные данные

необходимые для проекта. Такие как: географические, климатические, ландшафтные,

материальные, необходимые технико-экономические результаты и прочие необходимые

данные для архитектурного проектирования;

- Алгоритм. Это программный код, содержащий в себе все необходимые алгоритмы

для создания постепенного создания архитектурного объекта на основе ранее полученных

данных. Данная часть проекта обладает определенной автономией и возможностью

неоднократно использоваться для других проектов;

- Результирующие данные или выходные данные – это вся та информация, которую

мы получим в результате генеративного проектирования. Она может быть представлена как

в виде архитектурных чертежей, так и в виде определенных скриптов для производства и

строительства архитектурных объектов минуя стадию чертежей. Так же включает в себя всю

информацию о проекте, начиная от спецификаций элементов и заканчивая стоимостью всего

проекта и каждого элемента по отдельности.

Какова же роль архитектора в данном процессе? Архитектор определяет наилучшее

решение алгоритмов, задаванием исходных данных и проверкой результата. Данное ращение

позволит архитектору уйти от роли ремесленника в системе и прийти роли создателя этой

системы.

В работе открываются два пути для реализации своих проектов:

- Идея -> Алгоритм -> Результат;

- Эксперимент -> Неожиданная идея -> Результат.

Основными методами в генеративном проектирование являются следующие методы:

- Установка параметров;

- Построение алгоритмов и правил;

- Программирование процессов;

- Варьирование результатов моделирования;

- Визуализация процессов.

Все эти методы могут привезти к запланированным либо случайным результатам

проектирования, всё зависит от цели, поставленной изначально.

Практическое применение

Для лучшего понимания данной методики можно рассмотреть следующий пример

работы в данной системе, на примере «Генеративного панно», разработанного автором

данной статьи.

Данное изделие создано полностью генеративным способом. Это означает, что все

алгоритмические операции происходят в автоматическом режиме, полностью на основе

определенных генеративных алгоритмов, которые и создают форму. В исходных данных

заданы ширина и высота изделия, тип крепления и толщина материала из которого возможно

изготовить данное изделие.

На рисунке выше изображен весь алгоритм формообразования, которые

состоит из трех частей: исходные данные, основная часть алгоритма и выходные данные.

При изменение исходных данных, происходит обработка данных и формирование новой

геометрии и новые выходные данные для модели, такие как размеры и количество

элементов, количество металлической фурнитуры для крепления всех элементов, вплоть до

количества и марки необходимых для сборки болтов. Так же возможно добавление модуля

для расчета сметной стоимости изделия и рабочие чертежи для изготовления деталей.

Одной из особенностей данной модели является, абсолютная уникальность каждого

нового созданного изделия по сравнению с предыдущим. Большая часть алгоритма состоит

из так называемых «Рандомизаторов» - это программные модули выдающие различные

значения, но в определенных границах.Так же основой для рандомных значений является

определенное число, в данном проекте - это время.

Данное решение создано на основе модуля, изображенного выше. Для каждого

момента времени существует лишь одно панно, с каждой секундой оно меняется, что

обеспечивает необходимую генеративность данного изделия и его исключительную

уникальность.

Можно с полной уверенностью утверждать, что будущее дизайна и

архитектуры лежит в русле вычислительного проектирования. Где так или иначе будет

использована вся мощь компьютерных технологий для создания и последующей реализации

всех творческих решений. Данные технологии могут помочь вывести проектирование на

качественно другой уровень, так как в случае генеративного проектирования мы работаем не

над одним конечных изделием, а сразу над бесконечным множеством изделий и весь ранее

полученный опыт будет применяться в будущих решениях. Это можно охарактеризовать

эволюционными процессами в природе и такие же процессы благодаря таким решениям,

могут возникнуть и в архитектуре, и в дизайне.