Параметрическое проектирование — это метод проектирования, в котором такие элементы, как строительные элементы и инженерные компоненты, формируются на основе алгоритмических процессов, а не прямой манипуляции. В этом подходе параметры и правила устанавливают связь между замыслом проекта и ответом проекта. [1] [2] [3] Термин параметрический относится к входным параметрам, которые подаются в алгоритмы. [1]
Хотя этот термин теперь обычно относится к использованию компьютерных алгоритмов в дизайне, ранние прецеденты можно найти в работах таких архитекторов, как Антонио Гауди . Гауди использовал механическую модель для архитектурного проектирования (см. Аналоговая модель ), прикрепляя грузы к системе струн для определения форм для строительных элементов, таких как арки. [3]
Параметрическое моделирование можно разделить на две основные категории:
Системы на основе распространения, где алгоритмы генерируют окончательные формы, которые не предопределены на основе начальных параметрических входных данных. Системы ограничений, в которых устанавливаются окончательные ограничения, и алгоритмы используются для определения фундаментальных аспектов (таких как структуры или использование материалов), которые удовлетворяют этим ограничениям. [4] Процессы поиска формы часто реализуются через системы на основе распространения. Эти процессы оптимизируют определенные цели проектирования по набору ограничений проектирования, позволяя «найти» окончательную форму спроектированного объекта на основе этих ограничений. [4]
Параметрические инструменты позволяют отражать как ассоциативную логику, так и геометрию формы, сгенерированной параметрическим программным обеспечением. Интерфейс проектирования предоставляет визуальный экран для поддержки визуализации алгоритмической структуры параметрической схемы для поддержки параметрической модификации. [5]
Принцип параметрического проектирования можно определить как математическое проектирование, где взаимосвязь между элементами проектирования показана в виде параметров, которые могут быть переформулированы для создания сложных геометрий; эти геометрии основаны на параметрах элементов; путем изменения этих параметров одновременно создаются новые формы. [6]
В параметрическом программном обеспечении для проектирования дизайнеры и инженеры могут свободно добавлять и корректировать параметры, которые влияют на результаты проектирования. Например, материалы, размеры, требования пользователя и данные о теле пользователя. В процессе параметрического проектирования дизайнер может раскрыть версии проекта и конечного продукта, не возвращаясь к началу, установив параметры и установив взаимосвязь между переменными после создания первой модели. [7]
В процессе параметрического проектирования любое изменение параметров, например, редактирование или разработка, будет автоматически и немедленно обновлено в модели, что является своего рода «кратчайшим путем» к финальной модели. [8]
Слово параметр происходит от греческого para (кроме, перед или вместо) + metron (мера). Если мы посмотрим на греческое происхождение слова, то станет ясно, что это слово означает термин, который заменяет или определяет другую меру. [9]
В параметрическом программном обеспечении САПР термин параметр обычно обозначает переменный термин в уравнениях, которые определяют другие значения. Параметр, в отличие от константы, характеризуется наличием диапазона возможных значений. Одной из самых соблазнительных возможностей параметрической системы является возможность исследовать множество вариантов дизайна путем изменения значения нескольких управляющих параметров [10]
Одним из самых ранних примеров параметрического проектирования была перевернутая модель церквей Антонио Гауди . В своем проекте церкви Колония Гуэль он создал модель струн, утяжеленных дробью, для создания сложных сводчатых потолков и арок. Регулируя положение грузов или длину струн, он мог изменять форму каждой арки и наблюдать воздействие на соединенные арки. Он поместил зеркало в нижней части модели, чтобы увидеть, как она будет выглядеть, если ее построить правильной стороной вверх.
Аналоговый метод Гауди включал в себя основные черты параметрической вычислительной модели (входные параметры, уравнение, выход):
Длина струны, вес дроби и местоположение точки привязки выступают в качестве независимых входных параметров.
Вершинные положения точек на струнах служат результатами модели. Результаты выводятся с использованием явных функций, в данном случае гравитации или закона движения Ньютона. Изменяя отдельные параметры этих моделей, Гауди мог генерировать различные версии своей модели, гарантируя, что полученная структура будет находиться в состоянии чистого сжатия. Вместо того, чтобы вручную вычислять результаты параметрических уравнений, он мог автоматически выводить форму цепных кривых через силу гравитации, действующую на струны. [11]
Немецкий архитектор Фрай Отто также экспериментировал с нецифровыми параметрическими процессами, используя мыльные пузыри для поиска оптимальных форм тенсегрити-структур, таких как на Олимпийском стадионе в Мюнхене , спроектированном для летних Олимпийских игр 1972 года в Мюнхене . [12]
Природа часто служила источником вдохновения для архитекторов и дизайнеров. [12] Компьютерные технологии предоставили дизайнерам и архитекторам инструменты для анализа и моделирования сложности, наблюдаемой в природе, и применения ее к структурным формам зданий и городским организационным моделям. В 1980-х годах архитекторы и дизайнеры начали использовать компьютеры с программным обеспечением, разработанным для аэрокосмической и кинопромышленности, чтобы «оживить форму». [13]
Одним из первых архитекторов и теоретиков, использовавших компьютеры для создания архитектуры, был Грег Линн . Его архитектура blob и fold является ранним примером архитектуры, созданной с помощью компьютера. Новый Терминал 3 международного аэропорта Шэньчжэнь Баоань , завершенный в 2013 году, был спроектирован итальянским архитектором Массимилиано Фуксасом при поддержке параметрического проектирования инжиниринговой фирмы Knippers Helbig . Он служит примером использования параметрического проектирования и производственных технологий в крупномасштабном здании. [14]
В общем архитектурном проекте все аспекты дизайна и их размеры можно рассматривать как параметры, такие как местоположение, ориентация, форма, солнечное излучение и т. д. [15]
Итеративный процесс — это подход к постоянному улучшению концепции, дизайна или продукта. Создатели создают прототип, тестируют его, настраивают его и повторяют цикл с целью приблизиться к решению. [16]
В случае параметрической архитектуры итерация может, в принципе, создавать вариации при каждом проходе через тот же набор инструкций. Примерами могут служить изменение размера и формы плиты пола при строительстве небоскреба или изменение угла модульной облицовочной системы при ее укладке на волнистую поверхность. Помимо создания вариаций, итерация может быть мощным инструментом как для оптимизации, так и для минимизации времени, необходимого для достижения этой оптимизации. Используя текучую параметрическую систему, которая может давать немедленную обратную связь, проектировщик может генерировать решения и быстро тестировать их, перебирая множество возможностей, каждая из которых создается с различным набором параметров. [17]
Параметрический урбанизм фокусируется на изучении и прогнозировании моделей расселения. Архитектор Фрей Отто определяет занятие и соединение как два фундаментальных процесса, вовлеченных в любую урбанизацию. [18] Параметрические процессы могут помочь оптимизировать движение пешеходов или транспортных средств, ориентацию блоков и фасадов, а также мгновенно сравнить различные характеристики нескольких вариантов городского дизайна. [19]
Параметрические методы проектирования позволяют архитекторам и городским дизайнерам лучше решать и реагировать на разнообразные городские контексты, экологические проблемы и социальные проблемы. Интегрируя данные и анализ в процесс проектирования, параметрический урбанизм позволяет находить более обоснованные и адаптивные решения для задач городского дизайна, что в конечном итоге приводит к более устойчивой и устойчивой городской среде.
С развитием технологий и улучшением качества жизни людей, все больше факторов влияют на конечный результат дизайна интерьера и мебели. Пространство, форма, цвет, линия, свет, цвет, рисунок и текстура — все это влияющие элементы. [20]
Параметрический метод проектирования дает промышленным дизайнерам больше возможностей для дизайна. Параметрический метод проектирования дает дизайнерам мебели возможность бросать вызов более сложным конструкциям мебели и создавать более сложные формы. При решении эргономических проблем параметрические методы проектирования могут помочь дизайнерам создавать реальные цифровые сценарии и предоставлять более удобные концепции дизайна.
Использование проектных таблиц в мебельной промышленности для реализации параметрического проектирования полезно, когда необходимо выполнить большой заказ с разными размерами одной и той же модели мебели, поскольку это сокращает время работы и вероятность ошибки. [21]