Articolo NOVEDGE: Contorni apparenti, algoritmi digitali per la movimentazione delle superfici articolate.

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Per superfici articolate si intende quella categoria di superfici che nascono nel piano ed opportunamente piegate costruiranno dei pattern formati da facce tutte uguali o uguali a gruppi. Pensando di sostituire alle pieghe le cerniere introduciamo nel sistema il movimento, dando vita ad articolazioni che permettono a questa nuova entità di assumere diverse conformazioni nello spazio.

Le ordinarie procedure di tassellazione delle superfici complesse partono dalla forma ideata per arrivare ad una tassellazione più o meno fitta di elementi piani tutti diversi tra loro. Il processo di fabbricazione di queste superfici, pure se tecnologicamente e tecnicamente molto preciso, non si discosta molto da un processo di natura artigianale e la grande massa di elementi tutti diversi inevitabilmente propongono realizzazioni economiche molto dispendiose. L’aspetto originale proposte delle superfici articolate è disegnare una tassellazione regolare nel piano, creando facce a quattro o tre lati che ruotando sulle cerniere di contatto si articolano nello spazio creando forme complesse dal profilo mutevole. 

La conformazione totale è determinata dal movimento dei singoli tasselli intorno alla piega; quest’ultima non è altro che una porzione di retta intorno alla quale avvengono operazioni di rotazione delle facce a lei connessa. Operazione che trova una semplice risoluzione in condizioni di stasi, ma dobbiamo immaginare che i punti appartenenti alla cerniera non hanno coordinate fisse ma variano durante il movimento delle articolazioni, da qui la necessità di approfondire alcuni temi della rappresentazione digitale in grado di risolvere creativamente le diverse condizioni. 

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Contorni Apparenti - Algoritmi digitali per lo studio ed il controllo delle forme

Comunicazione tenuta da me il 16 Giugno 2014 nella rassegna "ARCHITETTURA, ARTE E DESIGN. Creare e controllare la forma con la modellazione ceramica e la modellazione digitale" a cura di Nino Caruso, Flavio Mangione e Cristina Vignatelli Bruni - presso Acquario Romano - Piazza M. Fanti, Roma 

Sempre più le nuove architetture che disegnano lo skyline delle città nel mondo, almeno le città più dinamiche, possono essere assimilate a grandi oggetti di design. Le forme morbide, senza spigoli, organico involucro dei progetti, manifestano gli stessi problemi di rappresentazione dei piccoli prodotti di design la cui ergonomia impone la conoscenza di superfici complesse. Per le architetture, la possibilità di disegnare forme di natura complessa è legata alla possibilità di costruirle.

Se osserviamo da vicino le architetture mostrate nelle immagini notiamo che la forma organica è discretizzata da una tramatura più o meno regolare composta da scaglie la cui geometria è nota e facilmente costruibile, elementi che giustapposti raccontano la forma complessa.

Il passaggio dalla forma alla costruzione propone lo stesso dualismo esistente tra la rappresentazione matematica (nurbs), in grado di gestire e manipolare l’idea concettuale della forma, e la rappresentazione numerica (mesh), capace di dare suggerimenti per la costruzione della forma.

La forma può essere generata da azioni semplici proponendo forme altrettanto semplici (estrusione di un profilo disegnato nel piano) per cui i processi compositivi coinvolgono primitive solide attraverso operazioni booleane. Ma le architetture che sono state illustrate sono principalmente frutto della manipolazione di superfici, le quali sono modificabili attraverso lo spostamento dei punti di controllo e le operazioni di morphing su oggetti composti da superfici complesse, generate a partire dal disegno di curve nello spazio poi vestite attraverso la tecnica dello sweep, del loft ecc….  

La successiva discretizzazione mediante rappresentazione numerica può essere ordinata se destinata a concept strutturali per l’architettura, o disordinata se si discretizza una superficie destinata alla stampa 3D.

Le forme complesse di natura espressiva, se pur di forma estremamente libera devono essere sapientemente generate, partendo eventualmente da una forma primitiva ricostruita in alcuni suoi aspetti matematici. Si genera in questo modo il giusto numero di punti di controllo con cui plasmare la forma in maniera ordinata, presentando una tramatura ottimale delle isoparametriche su cui successivamente far scorrere gli elementi strutturali. A favore di questa soluzione troviamo elementi sempre quadrilateri che riempiono le maglie (evitando il problema delle superfici tagliate), di contro si creano linee generatrici della struttura che si torcono nello spazio, risolvibili solo con strutture a sezione circolare. Strutture più razionali si ottengono affettando il modello con piani paralleli ai piani ordinati XY, YZ e XZ. Il risultato sono appunto centine a semplice curvatura che si deformano nei piani di sezione, centine la cui sezione può essere poligonale.

Ritornando al discorso della tassellazione osserviamo come negli anni ’60 alcuni illuminati progettisti sapevano come discretizzare superfici a doppia curvatura se pur luogo geometrico. Architetti contemporanei invece trattano le architetture come grandi oggetti di design e ne propongono una tassellazione disordinata, spesso inadatta per un controllo economico del progetto.

Chi si occupa di forma non deve limitarsi al controllo delle superfici ma deve essere in grado di discretizzare la stessa ottimizzando ogni singolo pannello in maniera da garantirne una forma costruibile (elementi piani o a singola curvatura), limitando al massimo i pannelli complessi (a doppia curvatura). All’ideazione della forma è doveroso accompagnare un algoritmo di discretizzazione ed ottimizzazione del dato prodotto.

Cos’è un Algoritmo? Un algoritmo è un procedimento formale che risolve un determinato problema attraverso un numero finito di passi. Un problema risolvibile mediante un algoritmo si dice computabile (wikipedia).

Definizione estremamente generica che dà l’idea di quanto la procedura algoritmica sia al di fuori di condizioni specifiche ma che rappresenta la sequenza di azioni mirate al conseguimento di un obbiettivo, appartenente a qualunque campo ma che evidentemente nega il racconto di atti espressivi.

La capacità di esplicitare algoritmi diventa, con i nuovi strumenti di rappresentazione, i sistemi nodali, un azione che guarda alle nuove complessità future.

Prendiamo ad esempio il modello frutto di estrusione che esprime un potenziale nel momento in cui scindiamo l’azione in singoli parametri e componenti che ne permettono la manipolazione e la variazione. Quando estrudiamo un cerchio, innanzi tutto dobbiamo decidere la giacitura di questa forma piana, possiamo prendere come prima variabile il raggio; la variabile è tale se la possiamo manipolare nel tempo. Le successive variabili saranno l’angolo spaziale e la lunghezza della linea direttrice dell’estrusione che ci permetterà di ottenere nel caso specifico il cilindro. Se manipoliamo i dati che abbiamo posto come valori modificabili, ci rendiamo conto che il risultato che si ottiene è un modello mutevole, dinamico, interattivo. Il modello disegnato al computer diventa un prototipo digitale di cui possiamo scegliere la forma che più tende al modello mentale. Ma possiamo anche andare oltre modellando una nuova curva generatrice e direttrice da sostituire, all’interno dell’algoritmo, alle geometrie precedentemente utilizzate. Ecco che lo spazio digitale diventa un laboratorio virtuale all’interno del quale sperimentare nuove forme.

La possibilità di esplicitare algoritmi attraverso linguaggi più o meno testuali regolati da opportune sintassi, permette al progettista di superare il limite determinato dalle interfacce dei software di disegno che costringono lo spazio digitale ad essere solo un infinito tavolo da disegno. Condizione che non portano alla consapevolezza del potenziale che si può ottenere avvicinando i metodi di rappresentazione digitale ad un controllo regolato da scripting. Lo scripting è un linguaggio testuale organizzato per mezzo di una sintassi, programmazione informatica che va organizzata secondo criteri progettuali.

L’idea presente in maniera astratta nella nostra mente va composta attraverso una sequenza di regole per lo sviluppo dell’algoritmo da tradurre in un codice che lo rende computabile in maniera digitale. Ad ogni valore delle variabili in imput, corrispondono diversi output, varianti dello stesso progetto selezionate e sperimentate dal progettista il quale, può appunto generare nuove soluzioni manipolando le variabili impostate o creando nuove connessioni. Nasce la figura del Computational designer capace di gestire la forma e le connessioni o la forma tramite le connessioni.

I sistemi nodali, come Grasshopper della McNeel agevolano la composizione di algoritmi digitali attraverso un codice composto da nodi distinguibili in variabili e componenti che rendono amichevole questo sistema di programmazione.

Quali sono i valori aggiunti operando con questo sistema?

1La possibilità di indagare una nuova dimensione dei modelli, il movimento, cominciando ad ipotizzare sistemi di natura responsiva da applicare alle diverse scale della progettazione. All’interno di questo ambito si inserisce la nostra ricerca sulle superfici piegate per il design e l’architettura, specializzazione della grande famiglia degli origami (Andrea Casale, Graziano Mario Valenti, Michele Calvano, “ARCHITETTURA DELLE SUPERFICI PIEGATE - le geometrie che muovono gli origami”, Edizioni Kappa, 2013, Roma).

 Al variare di imput, si ottengono forme diverse, legate ad un sistema comune, appartenenti ad una stessa famiglia. Tra questi prototipi digitali va scelto quello che il progettista reputerà più opportuno per assolvere le funzioni del progetto.

3La modellazione tramite l’esplicitazione di algoritmi consente la programmazione di regole da applicare su ogni singolo dato della massa. La massa di dati oltre che valori numerici possono essere forme da adagiare su una superficie complessa operando originali tassellazioni. Da qui l’esperienza di rilievo sulla scultura di Nino Caruso. 

Evento | ARCHITETTURA, ARTE E DESIGN - 16 Giugno, Roma

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Con questa conferenza, la quarta del ciclo della rassegna “La ceramica in architettura”, si affronta il tema della forma architettonica e della sua creazione e modellazione attraverso sistemi digitali, per poi passare alla prototipazione e realizzazione di oggetti di design e sistemi architettonici complessi.

L’incontro, che durerà l’intera giornata, vuole essere, oltre che un momento di approfondimento teorico e tecnico, l’occasione per delineare possibili sviluppi professionali per architetti.

Luca Ribichini, Leonardo Baglioni e Michele Calvano, docenti alla Sapienza, introdurranno il disegno e la modellazione matematica partendo da implicazioni di ordine storico, simbolico e geometrico sino ad arrivare alla spiegazione dei più avanzati modellatori matematici, fornendo delle linee guida per un corretto uso degli stessi (Rhinoceros, Grasshopper).

Di seguito lo studio Arago Design, attraverso un racconto della loro attività professionale e l’esposizione dei maggiori lavori, permetterà di approfondire l’argomento principale di questa conferenza: il rapporto tra strumenti di controllo e creazione digitale con tecniche artigianali consolidate.

Nella terza fase della conferenza verrà illustrato, grazie al contributo di Federico Baciocchi, il tema della scansione digitale della forma, utile per un lavoro di controllo, modifica e perfezionamento dell’oggetto realizzato.

Approfondita questa specifica tecnica di lettura tridimensionale verrà tirato in causa un esperto artista ceramista, Riccardo Monachesi, che si confronterà con le sue opere, svelando le metodologie compositive e le tecniche artigianali che hanno portato alla loro creazione. Attraverso una scansione digitale di queste opere se ne affronterà una inedita rilettura critica per svelarne i processi metodologici che hanno portato alla loro creazione.