Computer Aided Design IV
Kód | Zakončení | Kredity | Rozsah | Jazyk výuky |
---|---|---|---|---|
500CAD4 | KZ | 2 | 0P+2C | anglicky |
- Garant předmětu:
- Henri Hubertus Achten, Šimon Prokop
- Přednášející:
- Cvičící:
- Henri Hubertus Achten, Šimon Prokop
- Předmět zajišťuje:
- ústav modelového projektování
- Anotace:
-
Předmět CADIV-Scripting je určen studentům, kteří se chtějí naučit modelovat algoritmicky, nikoli pouze ovládat tradiční CAD nástroje repetitivním klikáním. Seznámí se se základy procedurálního a generativního modelování v grafickém skriptovacím prostředí Grasshopper. Cílem kurzu je naučit studenty vytvářet si vlastní sadu digitálních nástrojů, které jim umožní efektivněji a flexibilněji navrhovat architektonické struktury a systémy.
Výuka probíhá převážně formou dialogu s důrazem na aktivní spolupráci. Klíčové principy jsou odvozovány společně se studenty, čímž se posiluje jejich hlubší porozumění a schopnost samostatné práce. Každá lekce je postavena na konkrétní návrhové úloze (např. návrh mrakodrapu, urbanismus v okolí řeky, optimalizace nosné konstrukce, design fasádních komponent aj.), přičemž některé úlohy se vztahují i k digitální výrobě (3D tisk, CNC, laser).
Předmět je určen především začátečníkům v oblasti parametrického a generativního navrhování. Pro pokročilé studenty, kteří již absolvovali CAD 3 Scripting, je připraven individuální plán zaměřený na samostatné řešení vlastního projektu pod vedením pedagoga. Tento přístup navazuje na osvědčenou koncepci předmětu CAD 3, která umožňuje talentovaným studentům rychle dosáhnout vysoké úrovně samostatnosti.
- Požadavky:
-
Naprosto základní ovládání počítače.
- Osnova přednášek:
- Osnova cvičení:
-
Metaballs: Objevení procedurálního modelování
Studenti si vymodelují jednoduchý objekt zvaný metaball pomocí malého mračna naklikaných bodů a posléze ono mračno nahradí příkaze Populate3D, které vytvoří náhodně uniformně rozmístěné body v prostoru a pochopí tak návaznost různých procedur a funkcí. Součástí této hodiny je samozřejmě i vydatný úvod do UI/UX vizuálně skriptovacího prostředí Rhino-Grasshopper.
Mrakodrap: Generátory čísel RANGE a SERIES
Vysvětlení základních generátorů čísel RANGE a SERIES pro úplné základy procedurálního modelování na příkladu obálky mrakodrapu. Po pochopení základního způsobu data-matchingu v GH si na příkladu rotace vysvětlíme obvyklé komplikace spojené s prací s listy, které mají jinou délku.
Graph Mapper: Nelineární vývoj číselné řady
Vysvětlení použití Graph Mapperu (grafická reprezentace křivkové funkce) pro změnu chování číselných řad z minulé hodiny z lineárního průběhu na kvadratický, kubický či řízený funkcí sinus nebo perlin noise. Nezbytné pro schopnost modelovat volné tvary řízené matematickou funkcí.
Attractors 1: Modelování energie centra města
Základní vysvětlení principu attraktoru, jako dalšího generátoru čísel na základě vzdálenosti od attraktorového objektu. Práce s inverzní hodnot, mocninou vzdálenosti (decay/falloff value) a opakování funkce remap pro získání plné kreativní kontroly nad modelem.
Attractors 2: Pokračování a usnadnění postupu s více objekty
Po správném pochopení, jak atraktory fungují v předchozí hodině je možné přistoupit k používání nativních komponentů GH zvané Fields, které práci s atraktory usnadňují. Hlubší pohled do problematiky ladění více atraktorových objektů navzájem a jak se při ní vyhnout Data Tree. Konzultace a ukázky příkladů atraktorů z domácího úkolu.
Lokální koordináty: Parametr t, souřadnice uv a všechny komponenty s Evaluate v názvu
Společně se dostaneme k důvodu, proč má na sobě křivka parametr t a jak tento fakt souvisí se souřadným systémem UV na površích. Zde je jasná návaznost na předmět Matematika 1. Dále se studenti seznámí se všemi komponenty, které mají slovo evaluate v názvu, pro pochopení, že se jedná o stejný princip, jen objekty občas vyžadují jiné koordináty. V druhé polovině lekce mají za úkol na povrchu rozděleném pomocí IsoTrim (UV souřadnice) na menší povrchy vymodelovat alespoň pyramidty, nebo svůj vlastní trojzorměrný fasádní panel.
List and Data Tree 1: List Item, Shift List, Dispatch
Dovysvětlení složitějších a speciálních (dosud nevyužívaných) metod pro práci s listem. Ke každému je uveden jiný malý příklad pro názornost a schopnost metodu abstrahovat a použít v jiném kontextu.
Jako speciálně důležitá operace je vyzdvižen komponent Dispatch, který v GH umožňuje práci s kondicionály - if statements. Toto může být závěr hodiny, ale podle rychlosti skupiny a úrovně pochopení listům lze již plynule navázat na fenomén Data Tree - práci s víceorzměrnými daty. (List listů, vícero seznamů zanořených v seznamu)
List and Data Tree 2: List listů, aneb nebojme se Data Tree
Klíčovým pochopením této lekce je fakt, že pokud dobře internalizujeme a chápeme práci s Listy, je Data Tree vlastně to samé. Na praktických příkladech, kde se Data Tree nedá vyhnout (práce s Gridem, dělení více křivek na body, IsoTrim a další), si předvádíme typické situace, kde je potřeba přemýšlet i nad strukturou dat, nejen nad typem dat, která se napojují mezi komponenty.
Kangaroo: Simulace fyzikálních interakcí
Seznámení se Gaudího metodou zavěšených závaží pro modelování ideálních tvarů kleneb. Vytvoření skriptu pro jednoduchý oblouk (rozdíl mezi parabolou a catenary řetězovou křivkou). Rozšíření jednoduchého skriptu na práci s klenební kopulí nejdříve čtvercového tvaru, posléze obecného tvaru Mesh.
Křivky a rovnice: Parametrické vyjádření křivek a nekarteziánské souřadné systémy
Seznámení s komponentem Evaluate (Math) a jeho versatilitou. Vyhledejte si na Wikipedii jakoukoliv křivku vyjádřenou parametricky a pokuste se ji vymodelovat z bodů generovaných komponentem Evaluate. Jak vytvořit spirálu a šroubovici? Jaké má klíčové parametry? A proč není v GH přímo komponent, který by šroubovici vytvářel?
Pollination - LadyBug: Sluneční analýza
Nezávislý plugin Ladybug patří mezi industry standard a je hojně využíván i na UCEEBu. Seznámíme se s úplně základním využitím EPW souborů s meteorologickými daty pro analýzu návrhu v koncepční fázi. Ladybug má nástroj pro modelování sluneční dráhy po obloze, který je velmi užitečný při řešení proslunění a stínění.
Anemone: Odstranění limitace Grasshopperu používáním smyček (For Loop / For Each / While)
GH je podobně jako MS Excel v základu neschopen cyklického příkazu a řeší vše, co je v Canvasu jedním kaskádovitým výpočtem. Jednolité komponenty v sobě mohou smyčky mít, ale základní uživatel zopakovat proceduru nemůže. Tento limit odstraňuje plugin Anemone (a HoopSnake). Na jednoduchém příkladu pohybu v silovém poli (opakování Fields) si ukážeme, že existují situace, kde se bez smyčky neobejdeme. Umět je vycítit a rovnou zvolit jiný přístup je užitečné, protože v opačném případě hrozí strévení extrémně mnoho času něčím, co nemá řešení. Upevnění pojmů procedurální VS generativní.
Galapagos: Evoluční optimalizace
GH obsahuje základní nativní plugin pro evoluční optimalizaci Galapagos. Vysvětlíme si, jak v tomto kontextu chápat, co je to gen, fitness hodnota a funkce, jedinec, populace a jak je možné použít evoluční optimalizaci při navrhování. Obecné rozebrání, co lze při navrhování optimalizovat. Jedním z uváděných příkladů je spolupráce mezi FA, CIIRC a Škoda auto, kde se používala evoluční optimalizace pro hledání rozvržení výrobních linek uvnitř omezeného prostory výrobní haly.
- Cíle studia:
-
Cílem předmětu je rozvinout u studentů schopnost algoritmického, procedurálního a nedestruktivního modelování, které představuje zásadní posun oproti tradičním, manuálně orientovaným metodám digitálního návrhu. Studenti se naučí navrhovat systémy, jejichž geometrii lze efektivně upravovat prostřednictvím vstupních parametrů nebo změnou postupnosti generujících operací, aniž by bylo nutné model rekonstruovat od základu. Tento způsob práce odpovídá současným standardům prestižních zahraničních univerzit (např. ETH Zürich, TU Delft, ITKE Stuttgart) a je v praxi běžně využíván v předních mezinárodních ateliérech (např. MVRDV, BIG, Snøhetta).
Studenti si osvojí základní principy práce v prostředí Rhino-Grasshopper a seznámí se s jeho rozšiřitelností prostřednictvím komunitně vyvíjených pluginů. Důraz je kladen na praktické uplatnění získaných dovedností v konkrétních návrhových úlohách a jejich propojení s aktuálními otázkami architektonické a urbanistické tvorby.
Procedurální přístup umožňuje efektivní generování a iteraci návrhových variant (zkrácení tzv. design loop), čímž vytváří prostor pro kvalitativní i kvantitativní optimalizaci návrhu. Studenti budou schopni navrhovat s ohledem na komplexní hodnoticí kritéria, jako jsou denní osvětlení a oslunění, statické vlastnosti, proudění větru, environmentální náklady (LCA), prostorové kvality prostředí (např. pomocí space syntax) a další aspekty udržitelného a výkonného návrhu.
Výstupy z učení
Po absolvování předmětu bude student schopen:
- Vysvětlit základní principy algoritmického, parametrického a procedurálního modelování a jejich výhody oproti tradičním metodám navrhování.
- Orientovat se v grafickém skriptovacím prostředí Rhino-Grasshopper a v jeho rozšiřujících pluginech.
- Navrhnout a implementovat vlastní generativní model pro architektonickou nebo urbanistickou úlohu pomocí vizuálního programování.
- Modifikovat návrh pomocí změny vstupních parametrů nebo skriptovací struktury bez nutnosti manuální rekonstrukce modelu (nedestruktivní přístup).
- Aplikovat principy procedurálního modelování při řešení konkrétních návrhových úloh včetně výškových budov, urbanistických struktur, fasádních systémů a nosných konstrukcí.
- Konzultovat a kriticky vyhodnotit návrhový proces na základě výstupů z generativního systému.
- Optimalizovat návrh podle vybraných kvantifikovatelných kritérií (např. oslunění, statika, proudění, LCA, prostorová kvalita).
- Spolupracovat při vývoji návrhu v dialogu a iterativním prostředí, s důrazem na sdílení know-how a reflektování různých přístupů.
- Samostatně vést komplexní návrhový proces s využitím generativních principů a připravit podklady pro jeho digitální výrobu (3D tisk, CNC, laser).
- Zhodnotit vlastní postup a navrhnout další směry rozvoje digitálních nástrojů v kontextu konkrétní architektonické problematiky.
- Studijní materiály:
-
Pottmann, H., Asperl, A., Hofer, M., Kilian, A.: Architectural Geometry, Bentley Institute Press, 2007
Online zdroje
http://www.grasshopper3d.com/page/tutorials-1
https://www.khanacademy.org/math/trigonometry
https://www.youtube.com/watch?v=jvPPXbo87ds
http://wiki.bk.tudelft.nl/toi-pedia/Math_Inspired_Geometry_in_Grasshopper
https://www.rhino3d.com/download/Rhino/4.0/EssentialMathematicsSecondEdition
http://docs.mcneel.com/rhino/6/training-level1/en-us/Default.htm
https://www.rhino3d.com/learn/?query=kind:%20architecture&modal=null
https://modelab.gitbooks.io/grasshopper-primer/content/1-foundations/1-foundations.html
- Poznámka:
- Další informace:
- https://scripting.molab.eu/
- Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:
- Rozvrh není připraven
- Rozvrh na letní semestr 2024/2025:
-
06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po Út St Čt Pá - Předmět je součástí následujících studijních plánů:
-
- Architecture and Urbanism, in English (volitelný předmět)
- Landscape Architecture, in English (volitelný předmět)