Salvatore Ferragamo

Nell'ambito del corso di Rappresentazione del Prodotto, insegnamento del corso di laurea di DESIGN DEL PRODOTTO, con la prof.ssa Elena Ippoliti si è deciso di fare un omaggio ad un grande artigiano che sin dagli inizi del 900, esporta la creatività italiana all'estero. Salvatore Ferragamo è uno dei simboli del nostro design, caratterizzato da inventiva ed artigianalità ad alto livello.

Rappresentare i suoi modelli è stato per gli studenti del corso un obbiettivo, da raggiungere attraverso un percorso obbligato che gli permettesse di conoscere tutti i mezzi di rappresentazione dei modelli. Una prima parte del corso si è basato sul processo di Reverse Modeling, che permettesse di passare dalla scansione della forma di un piede da calzolaio, alla sua rappresentazione matematica. Contemporaneamente gli studenti sono stati invitati ad effettuare una ricerca di archivio e bibliografica in modo da reperire il maggior numero di brevetti ( disegni su carta dell'autore). La forma e i disegni hanno consentito di costruire il modello utilizzando superfici nurbs in modo da creare delle rappresentazioni controllate. In un secondo tempo i ragazzi, dopo un approfondita documentazione sui materiali, hanno composto delle immagini statiche di diversi modelli di scarpe di Salvatore Ferragamo.

Sotto i lavori di Danilo Paniccia e Luca Paolo Vasa

Ovviamente ringrazio tutti i partecipanti al corso per l'entusiasmo manifestato e la prof.ssa Ippoliti per l'energia con cui ha sostenuto e portato avanti il percorso.

Il Reverse Modeling per il progetto di design

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INTRODUZIONE

Il Reverse Modeling (RM) è il processo con il quale è possibile dedurre la rappresentazione della forma dall’acquisizione digitale del modello fisico. 

Le finalità del processo possono essere diverse, nel design può essere utilizzato sia per le operazioni di restyling che per operazioni più prettamente progettuali. Attualmente le metodologie e le tecniche utilizzate non seguono delle procedure standard, mostrano invece una dicotomia di comportamenti nei confronti del problema, in alcuni casi sono prevalenti le operazioni artigianali, in altri le azioni mirano al massimo rigore per il conseguimento dell’estrema accuratezza nel risultato.

Nel processo progettuale dell’oggetto di design, il RM ha un ulteriore compito, risolvere 

lo scollamento esistente tra il prototipo ed il modello progettato, assumendo un ruolo attivo nel percorso ideativo dell’oggetto.

Solo una ricerca sperimentale di tipo applicativo consente di analizzare i problemi, i metodi e le tecniche di conversione da un modello numerico (nuvola di punti, rilievo) al modello matematico (progetto digitale). 

Lo studio si prefigge quindi l’obbiettivo di risolvere le problematiche insite nel processo di RM applicato al progetto di design. Esperienza svolta avvalendosi delle nuove potenzialità offerte dai dispositivi digitali, asservendoli agli strumenti tipici del disegno e della geometria descrittiva nella loro accezione più contemporanea. Inoltre la ricerca ha portato risultati alternativi alle odierne tecniche computazionali in uso nelle procedure risolutive del problema. 

La ricerca è stata affrontata secondo una metodologia sistematica, articolata in una prima fase di indagine conoscitiva che precede quella di analisi, in seguito il rilievo e quindi un’applicazione sperimentale. 

La fase conoscitiva ha indagato gli strumenti di rilievo digitale, i software per l’analisi e l’editing del dato numerico e i software di modellazione matematica. 

La fase di analisi è stata rivolta ai problemi propri della rappresentazione matematica negli oggetti di design. 

La successiva fase di rilievo è stata caratterizzata dalla ricerca delle entità geometriche proprie dell’oggetto, dedotte dal dato numerico acquisito.

Quindi la sperimentazione ha risolto le relazioni tra prototipo, dato acquisito e modello matematico, ricostruendo l’antico rapporto tra prototipo, disegno e modello mentale ideativo.

Gli esiti vengono attraverso strumenti propri della nostra area, che esprimono nella ricerca il loro potenziale come mezzi di comprensione e soluzione del processo di Reverse Modeling.  




La luce per il Reverse Modeling

Da sempre la luce è stato uno strumento di esplorazione, in grado di svelare elementi nascosti e dare corpo agli oggetti per mezzo delle ombre. Per il rilievo, la luce, se strutturata, consente di descrivere l'ogetto reale nello spazio digitale attraveso la nuvola di punti.

Ancora, l'ogetto se posto sotto la luce, esalta le sue qualità formali riflettendo in modo differenziato in funzione anche alla sua curvatura. Quest'ultima affermazione rende la luce uno strumento per il Reverse Modeling.

Ricordo che in alcuni post di qualche tempo fa ho identificato, nel mondo degli oggetti di design, alcuni che ho definito bilanciati in quanto provvisti di piano di simmetria o asse di rivoluzione. Grazie alla definizione di un algoritmo espresso con un cluster di Grasshopper (mirrorGeometry), possiamo trovare le cosiddette caratteristiche strutturanti, utili all'orientamento della mesh di rilievo e ad un corretto funzionamento. Nel video, è presentata la procedura risolutiva.

E' stato inoltre detto che oltre oltre alle geometrie strutturanti era necessario mettere in evidenza le curve di stile che spesso non sono spigoli, ma zone caratterizzate da una repentina variazione di curvatura, utili a ricostruire la Nurbs per il RM, o ad evidenziare le pezze quadrilatere di  superfici matematiche che copriranno l'intera complessità dell'oggetto.

L'analisi della curvatura di una mesh viene spesso fatta con costosi software specializzati nell'editing e appunto l'analisi di superfici poliedriche frutto di scansione. Di seguito si propone una definizione capace di simulare una luce modulata nella sola frequenza del bianco e del nero, mettendo in evidenza le sole zone a curvatura pronunciata, disegnando sull'oggetto le CURVE DI CONTORNO APPARENTE che permetteranno di procedere con la successiva fase di lofting, specifica del caso illustrato nelle figure. 

La soluzione evolutiva

Siamo sempre alla ricerca delle geometrie strutturanti (piano di simmetria) di un prodotto di design equilibrato, Nel caso in esempio la scocca del vecchio telefon a disco S62.

Nella generalità dei casi, la costruzione del “bounding box”, termine inglese con cui i software chiamano il parallelepipedo limite, non è un’operazione immediata. Infatti, lo strumento informatico, per sua natura limitato, costruisce il bounding box con le facce sempre parallele ai piani coordinati di costruzione. Una soluzione di questo tipo, per la scocca, da luogo ad un poliedro completamente inadeguata agli obbiettivi prefissati poiché identifica delle geometrie strutturanti non in aderenza con quelle della forma analizzata.

La variabile su cui operare è la posizione del piano di costruzione, ma per far ciò è necessario relazionare la variabile alla condizione limite che si vuole raggiungere, quella che permette di ottenere il più adeguato bounding box per il quale uno dei piani di simmetria è coincidente con quello della scocca del telefono.

Attraverso un disegno esemplificativo bidimensionale, sono presentate alcune riflessioni riguardanti la ricerca del miglior rettangolo limite, per il quale l’asse di simmetria è coincidente con l’asse di simmetria della figura inscritta. In queste immagini è proposta la semplificazione sul piano del problema nello spazio. La prima immagine in alto, mostra la forma casualmente posizionata rispetto ad un sistema di assi cartesiani dove l’asse x è rosso e l’asse y è verde. Il rettangolo limite si pone, per costruzione, parallelamente agli assi coordinati identificando una superficie interna di pertinenza.

Leggiamo l’area del poligono il cui valore deve essere preso esclusivamente come indice di paragone, che risulta pari a 34756 mm2. La seconda immagine vede il sistema cartesiano ruotato intorno all’origine, permettendo al rettangolo limite di far aderire il suo lato lungo al lato destro del trapezio inscritto. Leggiamo nuovamente l’area del poligono rosso e ci rendiamo conto che il valore è diminuito a 27463 mm2. Nell’ultima immagine in basso, abbiamo ulteriormente ruotato il sistema cartesiano in modo da avere l’asse x parallelo alla base del trapezio. Il rettangolo limite che si forma, è quello da noi cercato, in quanto il suo asse di simmetria, coincide con l’asse di simmetria del trapezio. L’area del poligono ottenuto è di 25757 mm2, la più piccola sino ad ora rilevata. Ma continuando a ruotare il sistema cartesiano, notiamo che il valore numerico riprende a crescere, di conseguenza la condizione di rettangolo limite con area più piccola in assoluto, è quella che soddisfa le nostre esigenze. Trasponendo la soluzione nello spazio digitale, possiamo affermare con certezza, che nel caso della scocca, il bounding box migliore sarà quello con il volume minimo.

La variabile sulla quale operare è quindi l’orientamento del piano di costruzione; l’obbiettivo da perseguire è il minimo ingombro del bounding box. Possiamo sfruttare lo strumento Grasshopper, per creare una definizione che metta insieme condizioni geometriche e condizioni computazionali, per la ricerca dell’orientamento del piano che determini il minor volume.

In basso l'algoritmo che rende variabile il piano di costruzione riferimento del parallelepipedo limite, entita che sarà ruotata in funzione di tre gradi di libertà, quelli di rotazione intorno gli assi coordinati, sin quando il bounding box non sarà il più piccolo.

Attraverso i tre slider, è possibile manipolare la rotazione attorno i tre assi sin quando non otteniamo il più piccolo box limite. Ovviamente l'algoritmo deve essere automatizzato, e ciò avviene grazie al risolutore evolutivo Galapagos. I genomi da manipolare sono i tre gradi di libertà, il Fitness da perseguire, il minimo volume.

In sintesi: Il parametro di partenza è la rappresentazione numerica della scocca, intorno a questo si costruirà il bounding box  ovviamente orientato in relazione al piano di costruzione corrente. Identifichiamo per comodità l’origine del piano di costruzione nel baricentro della mesh  e costruiamo una definizione che consenta al piano di ruotare liberamente nello spazio, concedendo come gradi di libertà le tre rotazioni principali. Gli sliders identificano i range di rotazione intorno ai tre assi coordinati e vanno da zero a 180°, l’intero angolo piatto. Solo adesso si introdurrà la componente evolutiva, collegata agli sliders  e ad un lettore di volume del bounding box. La scocca del telefono, innesca un processo reiterativo in cui vengono variati i valori degli sliders e volta per volta, vengono letti i valori dei volumi. Andando avanti con la reiterazione i valori dei parametri variabili vengono posizionati nell’intorno di quei dati che forniscono il volume più basso, dando vita ad un processo asintotico che sempre più si avvicina al valore ottimale del parallelepipedo di ingombro minimo. Il percorso, essendo asintotico, non ha termine, ma grazie alla tolleranza posseduta dal software, superato un certo valore di precisione, il dato ottenuto sarà considerato esatto.

Le immagini mostrano il processo con il quale, attraverso il bounding Box si è trovato il piano di simmetria.

Tra rappresentazione numerica e rappresentazione matematica

Il mondo del design, vede nella complessità degli oggetti che lo caratterizzano, la possibilità di dividerlo in due grandi insiemi. Il primo gruppo è contraddistinto da forme che permettono di riscontrare, attraverso una loro attenta osservazione, un chiaro equilibrio delle parti che si distribuiscono in relazione ad assi e piani di simmetria: elementi che dividono la figura piana o l’oggetto tridimensionale in due parti congruenti e speculari. Volendo denominare questa tipologia di modelli con un nome caratterizzante, la si potrebbe chiamare “modelli bilanciati”. L’altro grande insieme, invece, raccoglie tutti quelli esclusi dal precedente e vede nel gesto espressivo del designer, l’elemento generativo della forma e per questo i modelli che ne fanno parte saranno chiamati "modelli espressivi". La loro essenza generativa, rende questa categoria lontana dalla nostra ricerca, in quanto oggetti che vengono progettati in assenza di geometrie palesi. 

La componente mostrata nel video, è stata chiamata Mirror Geometry ed è un cluster nel quale è sintetizzato un algoritmo geometrico in grado di individuare in maniera automatica il piano di simmetria o l'asse di rivoluzione presente in un oggetto bilanciato.

In input introduciamo la mesh, aperta o chiusa, per la quale vogliamo conoscere la geometria strutturante; subito sotto, una linea che mette in relazione l'algoritmo al modello mesh; l'ultimo dato in imput è un valore che definisce la qualità del dato analizzato. In uscita una stringa di testo che dichiara la geometria individuata e la geometria stessa pronta ad essere introdotta in successivi algoritmi.

Mirror Geometry: ecco il piano e l'asse di simmetria!

In questo video si raccontano le potenzialità di un cluster che sto mettendo a punto parallelamente al mio progetto di ricerca sul Reverse Modeling nel design.

Le idee sono coltivate in maniera continuativa sempre grazie al confronto con il prof. A. Casale ed il prof. G.M. Valenti del corso di Disegno Industriale di Roma SAPIENZA.

  

MirrorGeometry per Grasshopper: prove tecniche di RM

Nell'applicazione delle procedure per il Reverse Engineering, il primo problema che sorge è quello dell'individuazione dell'asse o del piano di simmetria della Mesh acquisita con scanner laser 3D. La conoscenza di queste geometrie è fondamentale per diversi motivi: la loro individuazione permette di orientare il prodotto nello spazio digitale distinguendo un sopra ed un sotto, un fronte ed un retro, una destra ed una sinistra. Nello specifico, la presenza di un piano di simmetria permette il passaggio da Mesh  a Nurbs, lavorando solo su una metà dell'oggetto, per poi specchiarlo in un secondo momento; mentre l'asse di rivoluzione, consente, una volta intercettata la generatrice attraverso un opportuno piano, di costruire la superficie di rivoluzione appoggiandoci all'asse rilevato.

La ricerca che sto svolgendo mi ha portato alla definizione di una componente di Grasshopper in grado di estrapolare il piano di simmetria o l'asse di rivoluzione da Mesh adeguate.

Come dati di input sono richiesti la Mesh del prodotto da ricostruire matematicamente e un dato di tolleranza (B) funzionale all'accuratezza della Mesh acquisita; come dati di output abbiamo una stringa (Str) che evidenzia ulteriormente il tipo di dato rilevato (piano di simmetria o asse di rivoluzione) e la geometria ricercata (Geo), utile al proseguimento delle azioni di RE.

Nelle immagini del post, i modelli adoperati sono Mesh frutto di tassellazione, essendo la componente Mirror Geometry ancora in fase di sviluppo. 

mc