X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Актуальность исследования продиктована: интенсивным распространением метода дигитального проектирования в мире; в новизне и современности данного метода, как в мировой практике, так и на территории Украины; значимостью прояснения смысла современных инновационных поисков, развивающих нестандартные стратегии и методы формообразования в архитектуре.

В данном исследовании ставится цель - выявить иизучить методы формообразования объектов дигитальной архитектуры созданных на основе методов компьютерного моделирования и математических алгоритмов.

Объект исследования: объекты дигитальной архитектуры.

Задачи исследования:

с учетом современных требований, тенденций и опыта выявить методы формообразования объектов дигитальной архитектуры;

выявить и изучить математические алгоритмы, применяемые для формообразования в дигитальной архитектуре;

Применены следующие методы исследования:

анализ электронных ресурсов;

библиографический поиск;

графически-аналитический метод;

систематизация полученных результатов

Предполагаемый результат:

на основе проведенных исследований будут выявлены методы формообразования объектов дигитальной архитектуры;

адаптировать методы формообразования дигитальной архитектуры к процессу проектирования в Днепропетровском регионе;

Основной текст. Рождение теоретического концепта свободной формы в архитектуре связано с попыткой теоретически осмыслить произведение архитектуры не как вещь, не как объект, а как некую топологическую структуру, выявить его родство с другими системами, соотносимыми с классом сложных систем. Качества нежесткости, уступчивости, большой надежности и жизнеспособности топологических систем оказались привлекательными для новой архитектуры, уместными для принятия новых доктрин, ориентированных на отказ от универсальности и однозначности. Концепт свободной формы поначалу был ориентирован на освоение понятия складки, заимствованного из топологической геометрии.

В осмыслении математических теорий архитекторы опирались на философское истолкование топологических представлений. Вышедшая в 1988 году работа Жиля Делеза «Складка. Лейбниц и барокко» кардинально повлияла на сознание архитекторов, настроенных на инновации. Делез развивает свою теорию становления и виртуозно связывает ее со своим философским толкованием концепции складки, отражающей идею саморазвития, самоорганизации сложных систем (как и творчества самой природы), ядро которого образуют некие «блоки становления», или симбиозные соединения типа «оса-орхидея» или «человек-вирус». Складка, по Делезу, связана с идеей самоорганизации материи. «Квантом» самоорганизации является потенциальный переход энергии становления в материю, иначе — события в складку. Философское толкование складки метафизично.

В 1993 году концепция складки впервые предложена небольшой инициативной группой архитекторов для архитектурной теории. Лидерами группы являются американский теоретик-архитектор Питер Эйзенман и представители молодого поколения — американские архитекторы Грег Линн, Джефри Кипнис, голландец Бен ван Беркель. Концепция складки в архитектуре преломляется метафорически и становится основанием новой поэтики. За понятием складка здесь стоит идея нового метода — бесшовного соединения различий —противоположных по своей природе образов, структур, фигур. Это новое для архитектуры понятие рождает ассоциации с генетикой, с природными и виртуальными мутационными процессами. После манифестации 1993 года такие понятия, как становящаяся форма, форма-движение, складка, врастают в теоретический дискурс авангардно настроенных архитекторов. И в начале 90-х годов ХХ века это уже архитектурные метафоры и, одновременно, понятийные структуры. В работах инициативной группы метафорически осознаны «силовые поля», рождающие «кванты». Но рядом с философски-метафорическим пониманием явления стоит четкая нацеленность на новые технические возможности компьютера для нелинейных экспериментов по формообразованию.

Событие в понимании архитектора-теоретика Питера Эйзенмана, в своих размышлениях идущего вслед за логикой Жиля Делеза, — это потенциальная энергия становления архитектурного произведения. Каждый выплеск этой энергии (каждый «квант») застывает в складке топологической структуры произведения. В архитектуре складка — это пространственное выражение события. Топология произведения архитектуры выстраивается, таким образом, как серия складок. Но синтезирующую функцию обеспечивает теперь не созидатель-архитектор в момент озарения, а компьютерная программа. Топологические структуры фрактальны, и это позволяет архитектору математически моделировать сложнейшие организмоподобные структуры и поверхности. Связь складки с топологией, так, как она может быть воспринята архитектурой, четко выражена в теоретической статье Грега Линна «Криволинейная архитектура» (1993). Главный тезис статьи касается новой стратегии работы с формой и состоит в следующем. Развивая парадигматические основания складки в архитектуре, Линн предлагает освоить два понятия: гладкосмешанности и гибкости, которые, как он считает, согласовывают новую стратегию архитектуры с топологической геометрией, и значит, связывают ее с самой Теорией катастроф.

Концепция Джефри Кипниса отражена в статье «К новой архитектуре: концепция складывания» (1993). Кипнис видит складку как прием формообразования, как стратегию гладкосмешения, при которой из двух или более типов структурной организации выстраивается нечто принципиально новое. Например, гомогенная сетка накладывается на гетерогенное, иерархически выверенное построение. Кипнис считает, что новая архитектура должна искать способы новой гетерогенности, не позволяя форме оседать в какую бы то ни было иерархию. Однако новая архитектура ни в коем случае не должна предписывать принципиальные основы формообразования, а лишь предлагать тактику поиска новизны. Бесценные для архитектуры ресурсы, которые дарит новая техника, как считает Кипнис, пока недостаточно освоены теорией. И новые смыслы прорастают сами, как бы изнутри архитектурной дисциплины, в эксперименте.

На сегодняшний день в мировой практике наряду с традиционным архитектурным проектированием существуют и поисковое проектирование по новым направлениям. Одним из таких направлений является дигитальная архитектура.

Особое направление архитектуры, которое осваивает сложные математические основы и новые динамические принципы формообразования можно назвать дигитальной архитектурой. Главная идея – идея свободной формы движения.

Дигитальность – это математическая абстракция, отражающая математические принципы нелинейности, которые лежат в основе некоторых понятий и дисциплин математического знания таких как: теория хаоса, фрактальная геометрия, тригонометрия, дифференциальная геометрия, интегральные и дифференциальные уравнения и т.д.

Из слов Добрициной: «Нелинейная архитектура — не стилевое направление, она не является даже движением единомышленников. Эта новая архитектура не связана единой философской, культурной или идеологической установкой, интегрирующей формальный поиск и задающей ему жесткие рамки. Нелинейность в архитектуре определена, прежде всего, особой техникой моделирования архитектурной формы».[1]

Дигитальная архитектура опирается как на структуру организмов животного и растительного миров, так и на формулы, определяющие законы движения пластов земной поверхности, как на космические постулаты об изменчивости и нелинейности Вселенной, так и на логарифмические формулы высшей математики, закладываемые в качестве основы в программное моделирование.[2]

В мире дигитальная архитектура на данный момент приобретает всё большее распространение и популярность. Однако в странах СНГ и в Украине в частности такая архитектура пока остаётся новым и неизвестным направлением.

Дигитальной архитектуре свойственно опираться на различного рода теоретические основы, такие как:

1. Теория хаоса. Основоположник Эдвард Лоренс. Математический аппарат, описывающий поведение некоторых нелинейных динамических систем, подверженных в некоторых условиях явлению, известному как хаос.

2. Теория сложности. Это теория о возможности внезапного некоего нового организованного образования в результате взаимодействия компонентов какой либо системы. Это происходит в том случае, если система отошла далеко от состояния равновесия и подведена к пороговому состоянию между порядком и хаосом.

3. Теория катастроф. Математическое описание катастроф-скачкообразных изменений, внезапного ответа системы на плавное изменение внешних условий, дается теорией и бифуркацией. Теория катастроф анализирует критические точки потенциальной функции.

4. Теория фракталов.

5. Теория складки

Основной отличительной чертой, является применение математических алгоритмов (представлены в таблице 1).

На сегодняшний день архитектурные компьютерные программы поражают количеством и разнообразием. Для этого необходимы программы, работающие с определенными математическими алгоритмами. К таким относят: Autodesk Maya; Rhinoceros 3d, который имеет множество плагинов таких как: Grasshooper, PointSet Reconstruction, ArrayCrv Plus, Armadillo, Quantum Transform,Constructive elements и т.д.

Особо примечательным является Grasshooper. Для дизайнеров, которые ищут новые формы, используя генеративные алгоритмы, Grasshooper представляет собой графический редактор алгоритмов, будучи тесно интегрированым с 3-D Rhino инструментами моделирования.

Математические алгоритмы, применяемые для формообразования в дигитальной архитектуре Таблица 1
Методы	Примеры	Примеры архитектурных проектов
1	2	4
Бифуркация Бифурка́ция — термин происходит от лат. bifurcus — «раздвоенный» и употребляется в широком смысле для обозначения всевозможных качественных перестроек или метаморфоз различных объектов при изменении параметров, от которых они зависят.[3]	Рис 1. Бифуркационная зависимость.	Рис 2. Концепции небоскребов студии AmniosiA.
Фракталы (лат. fractus — дроблёный, сломанный, разбитый) — геометрическая фигура, обладающая свойством самоподобия, то есть составленная из нескольких частей, каждая из которых подобна всей фигуре целиком. В математике под фракталами понимают множества точек в евклидовом пространстве.[4]	Рис 3. Снежинка Коха и построение кривой Коха.	Рис. 4 Концепции небоскребов фрактального членения студии AmniosiA.
L-системы Математическая модель для изучения развития простых многоклеточных организмов, которая позже была расширена и используется для моделирования сложных ветвящихся структур. Эта модель получила название LindenmayerSystem, или просто L-System. [5]	Рис 5. Модель Л-системы	Рис 6. Модели колонн студии THEVERYMANY
1	2	3
Аттракторы Аттра́ктор (англ. attract — привлекать, притягивать) — компактное подмножество фазового пространства динамической системы, все траектории из некоторой окрестности которого стремятся к нему при времени, стремящемся к бесконечности. Аттрактором может являться притягивающая неподвижная точка,периодическая траектория, или некоторая ограниченная область с неустойчивыми траекториями внутри (как у странного аттрактора).[6]	Рис. 7 Странный аттрактор Лоренца	Рис 8. Макет модели Seroussi Pavillionархитектора-экспериментатора Alisa Andrasek 2007 г.
Тесселяция Разбиение без каких-либо накладок и без пробелов.[7]	Рис 9. Пример простейшей тесселяции	Рис 10. Модель павильона студии Achim Menges на международном воркшопе 2011 г.
Паттерны (англ. 'pattern — образец, шаблон, система) — заимствованное слово. Слово «pattern» используется как термин в нескольких западных дисциплинах и технологиях, откуда оно и проникло в русскоязычную среду. Смысл термина «паттерн» больше уже чем просто «образец», и варьируется в зависимости от области знаний, в которой используется. [8]	Рис 11. Пример паттерна на окрасе кожи рыбы	Рис 12. Геометрическая структура Мечети Шейха Лотфолах (Исфахан, Иран) выложенная изразцами, имеющих структуру простого паттерна, который создается простыми математико-геометрическими вычислениями.
1	2	3
Тригонометрические кривые Тригонометрические функции, такие как синус (Sin), косинус (Cos) и тангенс (Tan) являются важными инструментами математиков, ученых и инженеров. [9]	Рис 13. Синусоида	Рис 14. Концепция моста через Темзу. Рис 15. Макет выставочного центра. Архитектор Greg Lynn

Вывод. В результате проведенных исследований можно сделать вывод, что на сегодняшний день инновационные методы проектирования набирают обороты и являются чрезвычайно актуальными.

Были выявлены такие методы формообразования как:

геометрические,

параметрические

алгоритмические методы.

Это обуславливается гармоничным восприятием формы, спроектированной на основе природных законов и их высокой адаптивностью к дальнейшим изменениям, так как данные методы формообразования являются параметрическими, что позволяет быструю и простую коррекцию формы на различных этапах проектирования. По мере вступления архитектуры в информационную эру приоритет в проектировании перешел от объекта к процессу его создания: важным стало не столько то, что проектируется, сколько как это происходит. Процесс проектирования и задействованные в нем технологии оказались не менее существенны, чем результат. И несмотря на то, что техника эта используется сравнительно недавно, дигитальные технологии уже изменили характер архитектуры и будут менять его в дальнейшем. Днепропетровская область имеет широкие перспективы для развития такого направления как дигитальная архитектура. Днепропетровский регион богат яркими неповторимыми особенностями, что предполагает соответствующие архитектурные сооружения.

Список использованной литературы

Добрицына И.А. От постмодернизма ­­– к нелинейной архитектуре: Архитектура в контексте современной философии и науки. - М.: Прогресс-Традиция, 2004. - 416 с.

Добрицина И. А. Первые опыты нелинейной архитектуры : дис. канд. арх. наук : 18.00.01 / Добрицина Ирина Александровна – Москва, 2007. – 150 с.

Электронный ресурс: [http://ru.wikipedia.org/wiki/%C0%F2%F2%F0%E0%EA%F2%EE%F0]

Электронный ресурс: [http://en.wikipedia.org/wiki/Tessellation]

Электронный ресурс: [http://ru.wikipedia.org/wiki/%CF%E0%F2%F2%E5%F0%ED]

Электронный ресурс: [http://ru.wikipedia.org/wiki/%D2%F0%E8%E3%EE%ED%EE%EC%E5%F2%F0%E8%F7%E5%F1%EA%E8%E5_%F4%F3%ED%EA%F6%E8%E8]

Электронный ресурс: [http://en.wikipedia.org/wiki/Digital_architecture]

Электронный ресурс:[http://www.adaptik-a.com/research/item/29-nonlinear-methods-of-morphogenesis]

Электронный ресурс:[http://azpa.com/#/projects/501]

Код для цитирования: Скопировать