Indagare l'oggetto di Design

Dalla lastra piegata fino a raggiungere la sedia.
L'oggetto può essere assemblaggio di primitive solide, non forme pure ma ricavabili  attraverso operazioni Booleane, oppure creazione di superfici da  implodere in un oggetto.

Creare dei tagli opportuni  sulla piastra che una volta curvata,simula,attraverso le fasce ottenute l'andamento della superficie a doppia curvatura.

Inizialmente  la deformazione delle fasce dovuta alla piegatura,  non ha permesso curve della stessa lunghezza e quindi la superficie non risultava sviluppabile.

Attraverso l 'analisi geometrica e l' uso di Grasshopper e Galapagos  sono stati individuati  tagli opportuni  per realizzare pieghe e curve utili a rendere la superficie più complessa, interessante e così sviluppabile.

L' obiettivo è stato quello di  scegliere una lastra piana, curvata,simulando l'andamento della superficie a doppia curvatura.

Siamo sempre più affascinati dalla curva e dalle superfici morbide, esenti da spigoli, ma la costruzione delle superfici a doppia curvatura è un problema che cerca sempre nuove soluzioni. Prendiamo ad esempio la superficie mostrata in figura, il diagramma di Gauss dimostra le zone non sviluppabili.

Una superficie a doppia curvatura, potrebbe non essere nelle corde di un designer artigiano che vuole, con semplici strumenti, realizzare le sue idee.

Grasshopper e Galapagos permettono di risolvere questo problema. Primo passo, sezionare la superficie complessa con un numero scelto di piani orizzontali. Questi intercettano la superficie in curve. Ovviamente le curve saranno tutte di lunghezza diversa, presentando una serie di curve. E' fondamentale, per rendere sviluppabile la superficie, che queste siano tutte della stessa lunghezza. La scelta è di lavorare sui punti di controllo appartenenti a spans opposte, attraverso un algoritmo di compensazione, che mentre vengono mossi i punti di controllo, misura la lunghezza della linea.

L'oggetto può essere assemblaggio di primitive solide, non forme pure ma ricavabili  attraverso operazioni Booleane, oppure creazione di superfici da  imploderle in un oggetto.

Creare dei tagli opportuni  sulla piastra che una volta curvata,simula,attraverso le fasce ottenute l'andamento della superficie a doppia curvatura.

Ovviamente si identifica una tolleranza di movimento intorno alla curva sezione per non perderne l'andamento. Si creano una serie di curve a diverso andamento ma di ugual lunghezza; l'estrusione retta di queste porta al risultato desiderato. Lo sviluppo sul piano di queste strisce determina, le dimensioni della lastra che dovrà essere ritagliata, in grado di proporre l'andamento della superficie a doppia curvatura.

OBBIETTIVI RAGGIUNTI:

OTTIMIZZARE LA SEDUTA

NO SPRECO NEI TAGLI

IMPILARE LE SEDIE L' UNA SULL' ALTRA

AVVOLGERE LA SEDUTA

QUALITA' DI CARATTERE STILISTICO

mc + francesca guadagnoli

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.  




Alla ricerca del foto realismo in 16 ore

Durante le 16 ore del corso di base di rendering l'obbiettivo era creare un rendering foto realistico partendo da un modello semplice di un' architettura. Una scena esterna che nello stesso tempo contiene anche le caratteristiche di un interno dovendo illuminare delle parti coperte con luci da interno.

il modello di partenza

Il compito era creare i materiali adatti ma il più difficile era riuscire a gestire le luci trovando l'equilibrio tra le luci dirette, la luce diffusa del cielo e l'illuminazione indiretta. Il risultato era ottimo ecco i rendering del lavoro in corso.

Castelli di carta. La piega per la costruzione di superfici articolate | su DISEGNARECON | Casale, Calvano

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L’antica arte del piegare la carta, l’Origami, sta vivendo un rinnovato interesse che coinvolge molti aspetti della ricerca.  Con il termine origami, si intende lo studio del modo di piegare il foglio di carta per imporgli una specifica forma.  La superficie tassellata per mezzo di specifiche pieghe, si propone come un nuovo soggetto di studio: la superficie piegata articolata. La forma congiunta al movimento, assume un particolare interesse nella contemporanea ricerca geometrica e architettonica. Il panorama contemporaneo, propone opere di architettura “responsiva”, capaci di modificare le proprie caratteristiche per adeguarsi a nuove condizioni. La superficie piegata articolata sembra particolarmente adatta a descrivere questo modo d’intendere l’architettura, reagendo a diverse volontà e di conseguenza modificando la propria conformazione attraverso un attento controllo progettuale della forma.

The ancient art of folding paper, Origami, is experiencing a renewed interest that involves various aspects of research. By the term origami, we mean the study of how to fold the sheet of paper to impose a specific shape. The tessellated surface by means of specific folds, is proposed as a new subject of study called folded and articulated surface. The form and its movement, has a special interest in the contemporary architectural and geometric research. The contemporary scene, presents responsive buildings: they react to stimuli by changing their formal and functional features to adapt itself to new conditions. The folded and articulated surface seems particularly suitable to describe this way of understanding the architecture, this is because it can react to different actions by modifying, consequently, its conformation through a careful control of the shape.

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. 

“Displacement mapping” come una soluzione per la modellazione di insieme

A differenza del bump mapping ed il normal mapping il “displacement mapping” o (displacement) è una soluzione per la modellazione vera calcolata nel momento del render, secondo una mappa “bitmap”. Questa mappa deve essere proiettata (spalmata) sull’oggetto che viene scavato o gonfiato per ottenere il modello desiderato. Questa soluzione è la migliore per ridurre il peso del modello poligonale.

L’effetto è quello che ci offre il modificatore di 3ds Max “Displace” ma le differenze sono, primo,“Displace” ha l’effetto immediato nel “viewport” e non solo nel render; Secondo, a “displace” sevono oggetti ben tassellati (suddivisi) perché qui si tratta di spostamento di vertici ma nel caso di “Displacement mapping” il calcolo della forma si effettua direttamente nel momento del render senza spostare vertici, quindi l’oggetto non deve essere suddiviso e può essere un solo poligono a formare un oggetto complesso. Da questo si nota che per il “displace” servono oggetti pesanti (con tanti vertici e poligoni) ma per il displacement mapping non appesantisce il modello ma in questo caso il calcolo del rendering è ovviamente più lungo.

L’immagine che si usa come bitmap per il “dispacement” è un'immagine preferibilmente in bianco e nero che descrive la profondità secondo la scala di grigio o la così detta “depth map” o  mappa della profondità, dove i pixel più chiari descrivono la parte vicina e quelli più scuri descrivono la parte lontana e tra il bianco assoluto e il nero assoluto c’è la distanza massima di profondità che può essere indicata dall’utente.

Può essere sfruttato bene nel caso della modellazione di insieme come creare griglie, tegole,  mattoni, bassi rilievi… 

Texturing avanzato come semplificazione alla modellazione Poligonale

La modellazione Poligonale è particolarmente indicata per ottenere un risultato veloce e realistico quando si tratta di architetture e oggetti di design che non contengono delle superfici complesse. La poca conoscenza dell'uso dell' immagine (Bitmap),come un input delle varie modifiche parametriche, ci portava a modellare a mano “virtualmente” ogni pezzo del nostro modello, come in tutti i primi tempi in cui abbiamo imparato a modellare. Come in Autocad prima di imparare il comando “Hatch” abbiamo provato un emozione e la noia di disegnare ad esempio un muro di mattoni usando le polilinee o addirittura le linee calcolando le fughe tra le mattoni. Poi si scopre all’improvviso che potevamo risparmiare un po’ di tempo imparando a mettere i retini.

Questo è il caso del Bitmap che appare sotto tanti comandi di 3dsMax o qualsiasi modellatore 3D.

Per fare un modello foto-realistico una buona conoscenza di un programma di grafica 2D è indispensabile. A volte per creare un materiale personalizzato per un render foto-realistico passo più tempo con Photoshop che non con 3dsMax prima di fare il Render.

Ecco un esempio complesso di Render in cui questo casale è semplice come modello geometrico ma la complessità è nel creare il texture complesso che è diverso da una facciata all'altra senza dover esplodere l'oggetto. Per applicare un materiale diverso per ogni facciata si è usato il modificatore unwrap con cui è stata esportata un immagine della proiezione di tutte le facce del modello e poi con photoshop si è creata la mappa corrispondente.

poi per rendere realistica la superficie scabra del casale o per modellare le tegole senza creare milioni di vertici e poligoni (e lasciare il file il più leggero possibile) è stato usato il Vray displacement modifier usando la seguente immagine in bianco e nero per dare la profondità al momento di render.

Per creare il terreno è stato usato il modificatore displace con cui è stato possibile alzare i vertici secondo la scala di grigio (nell’immagine seguente) nel modello di un piano semplice ben suddiviso. Questa Bitmap è stata fatta con Photoshop partendo dalle curve di livello ottenute da un topografo. Tra una curva di livello e un'altra c’è un salto di una percentuale fissa di grigio e poi è stato applicato il filtro Blur per eliminare la divisione netta tra un livello e l’altro. Il risultato è un modello del trerreno molto semplice e pulito evitando di usare il modificatore terrain che spesso crea superfici complesse e suddivisi in modo irregolare.

Superficie sperimentale S40I

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.