CC BY
39Рябова О. В., канд. арх., Друцкая Д. М., магистрант Донбасская национальная академия строительства и архитектуры
МЕТОДЫ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ ДИГИТАЛЬНОЙ АРХИТЕКТУРЫ
daria_drutskaja@mail.ru
В статье на основе примеров существующей практики формообразования выявлены основные особенности и методы проектирования дигитальной архитектуры, а также актуальность ее использования в сфере архитектурного проектирования в Украине. Выявлена целесообразность распространения метода компьютерного моделирования в сфере архитектурного проектирования. Полученные результаты являются основой совершенствования метода архитектурного проектирования инновационных объектов и адаптации данного метода для Донецкого региона.
Ключевые слова:дигитальная архитектура, формообразование, параметр, адаптация, тессе-ляция, паттерн, динамика, фрактал.
Актуальность данного 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;
• отсутствием методической и вспомогательной литературы, учитывающей особенности региона;
• необходимостью адаптации данного метода к региональным особенностям архитектуры и градостроительства Донбасса.
Степень изученности: Вопросам формообразования в современной архитектуре посвящено немало работ отечественных и зарубежных авторов. Несмотря на молодость понятия дигитальной архитектуры, ее теорий и принципов, сегодня возможно перечислить ее деятелей-практиков и теоретиков, а также провести анализ их работ. Основными для исследования стали научные работы, в которых рассматривалась тема нелинейности: В. Гинзбурга, В. Гринченко, И. Карнаухова, Э. Лоренца, Б. Мандельброта, Мацыпура, И. Пригожина, А. Снарского, Л. Черногора и др. «В статьях Л. Черногора, наш мир описывается как открытые нелинейные системы». Философ-постмодернист Жиль Делез в своём исследовании «Складка. Лейбниц и барокко» описывает складчатость, как основное свойство топологических структур в современной архитектуре. Формированию теории дигитального направления в архитектуре на Западе способствовали статьи и книги Чарльза Дженкса и ГрегаЛинна. «Архитектор и теоретик Чарльз Дженкс в статье «Новая парадигма в архитектуре» описал появление направления в архитекту-
ре на фоне формирования научных трудов о сложных системах, включающих фрактальную геометрию и нелинейную (дигитальную) динамику». Теоретик И.А. Добрицына в книге «От постмодернизма к нелинейной архитектуре» раскрыла суть дигитального направления с точки зрения композиционного формообразования [1]. На этом список существующих трудов на тему дигитальной архитектуры не заканчивает-
В данном исследовании ставится цель -выявить иизучить методы формообразования объектов дигитальной архитектуры созданных на основе методов компьютерного моделирования и математических алгоритмов.
Объект данного исследования: объекты дигитальной архитектуры.
Задачи данного 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:
• аналитические методы;
• метод прогнозирования.
Основной материал
На сегодняшний день в мировой практике наряду с традиционным архитектурным проектированием существуют поисковое проектирование по новым направлениям. Одним из таких направлений является дигитальная архитектура - это особое направление архитектуры, которое осваивает сложные математические основы и новые динамические принципы формообразования. Главная идея - идея свободной формы движения [2].
Дигитальность - это математическая абстракция, отражающая математические принци-
пы 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.[2].
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» [3].
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 почти неизвестным направлением.
Исследование опирается на опыт научных разработок в области дигитальной архитектуры Крамаренко К.А., Бабеева К.В.: «Дигитальной архитектуре свойственно опираться наразлично-го 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» [4].
Основной отличительной чертой, является применение математических алгоритмов.
Математические алгоритмы, применяемые для формообразования в дигитальной архитектуре приведены в табл. 2.
Программное обеспечение для создания дигитальных объектов
На сегодняшний день архитектурные компьютерные программы поражают количеством и разнообразием. Для этого необходимы программы, работающие с определенными математическими алгоритмами. К таким относят: AutodeskMaya; Rhinoceros 3d, который имеет множество плагинов таких как: Grasshooper, PointSetReconstruction, ArrayCrvPlus, Armadillo, QuantumTransform,Constructiveelements 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.
Вывод
• В результате проведенных исследований быливыявлены методы формообразования объектов дигитальной архитектуры, адаптированные к процессу проектирования в Донецком регионе:
• геометрические,
• параметрические,
• алгоритмические методы;
• Выявлены и изучены математические алгоритмы, применяемые для формообразования в дигитальной архитектуре.
В результате проведенных исследований можно сделать вывод, что на сегодняшний день инновационные методы проектирования набирают обороты и являются чрезвычайно актуальными. Это обуславливается гармоничным восприятием формы, спроектированной на основе природных законов и их высокой адаптивностью к дальнейшим изменениям, так как данный метод формообразования является параметрическим, 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 [12]. И несмотря на то, что техника эта используется сравнительно недавно, дигитальные технологии уже изменили характер архитектуры и будут менять его в дальнейшем. Донбасс имеет
широкие перспективы для развития такого особенностями, что предполагает соответству-направления как дигитальная архитектура. До- ющие архитектурные сооружения. нецкий регион богат яркими неповторимыми
Таблица 2
Математические алгоритмы, применяемые для формообразования _в дигитальной архитектуре_
Методы
Бифуркация
«Бифуркация — термин происходит от лат. Ьйигсш — «раздвоенный» и употребляется в широком смысле для обозначения всевозможных качественных перестроек или метаморфоз различных объектов при изменении параметров, от которых они зависят» [5].
Примеры архитектурных проектов
Рис. 2. Концепции небоскребов студии AmniosiA.
Фракталы
«(лат. йгаСш — 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» [6].
Рис. 4 Концепции небоскребов фрактального членения студии AmniosiA.
Рис. 3. Снежинка Коха и построение кривой Коха.
Ь-системы
«Математическая модель для изучения развития простых многоклеточных организмов, которая позже была расширена и используется для моделирования сложных ветвящихся структур. Эта модель получила название LmdenmayerSystem, или просто L-System» [7].
Рис. 5. Модель Л-системы
Рис. 6. Модели колонн студии THEVERYMANY
Аттракторы
«Аттрактор (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 точ-ка,периодическая траектория, или некоторая ограниченная область с неустойчивыми траекториями внутри (как у странного аттрактора)» [8].
Рис. 7. Странный аттрактор Лоренца
Рис. 8. Макет модели SeroшsiPavШюnархитектора-экспериментатора AlisaAndrasek 2007 г.
Тесселяция
«Разбиение без каких-либо накладок и без пробелов» [9].
Рис. 9. Пример простейшейтесселяции
Рис. 10. Модель павильона студии AchimMenges 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» [10].
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 мате-матико-геометрическими вычислениями.
Тригонометрические кривые
« Тригонометрические функции, такие как синус (Sin), косинус (Cos) и тангенс (Tan) являются важными инструментами математиков, ученых и инженеров» [11].
Рис 13. Синусоида
Рис 14. Концепция моста через Темзу
Рис 1S. Макет выставочного центра. _Архитектор GregLynn_
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Войтицкая М. «Физика» и «метафизика» дигитальной архитектуры: поиски формыи воплощение невозможного // А.С.С. - 2005. - №2.
2. От постмодернизма - к нелинейной архитектуре: Архитектура в контексте современной философии и науки./ Добрицына И. А. - М.: Изд-во Прогресс-Традиция, 2004. - 416 с.
3. Добрицына И.А. Первые опыты нелинейной архитектуры. / Добрицына И.А. // Языки науки - языки искусства. (Материалы VII меж-дунар. конференции РАН.Серии «Нелинейный мир»). 2004. - С.138-147
4. Крамаренко К. А., Бабеев К.В. Принципы формообразования в нелинейной архитектуре [Электронный ресурс]. -Строительство и техногенная безопасность,2011. - Режим доступа: http ://pk.napks.edu.ua/Hbrary/compilations_vak/ sitb /2011/36/p_16_23.pdf
5. Афраймович В. С., Рабинович M. И. Бифуркация [Электронный ресурс] - Энциклопе-дияфизики и техники, 2011 - Режим доступа: http://femto.com.ua/articles/part_1/0327.html
6. Хохрина Ю., Макаров В. Определение фрактала [Электронный ресурс] -Фракталы,
2013. - Режим доступа:
http://fraktals.ucoz.ru/index/0-2
7. PrzemyslawPrusinkiewicz, AristidLin-denmayer. The Algorithmic Beautyof Plants -NewYork: Springer-Verlag, 1990- 13 с.
8. Прохоров А. М. Аттрактор [Электронный ресурс] - Физическая энциклопедия, 1988. -Режим доступа: http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/4825/CT РАННЫЙ
9. Jinny Beyer.Tessellation [Электронныйре-сурс] -DesigningTessellations: TheSecretsofInterlockingPatterns, 2013. - Режим-доступа: http://en.wikipedia.org/wiki/Tessellation
10.Jirousek, Charlotte. Pattern [Электронный-ресурс] - Art, Design, and Visual Thinking, 1995. - Режимдоступа: http://char.txa.cornell.edu/language/element/pattern/ pattern.htm
11.Потурнак С.А., Кузнецов А. В. Тригонометрические функции [Электронный ресурс] -Большой Энциклопедический словарь,2000. -Режим доступа: http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc3p/297102
12.Мартин Тамке. Новые технологии и рождение формы / Мартин Тамке // - М.: Изд-во Проект Россия 44. 2007. -С. 187
