數(shù)碼建筑基本理論及其實驗性設(shè)計解析

數(shù)碼建筑基本理論及其實驗性設(shè)計解析

0數(shù)碼建筑的構(gòu)思與計算機融合自1994年新澤西州理工學院的公立電子藝術(shù)博物館成立以來，數(shù)字建筑逐漸進入歷史舞臺。從威爾遜巴巴納利的畢爾巴格爾海姆博物館和nox藝術(shù)博物館（d2oexpo）的竣工開始，數(shù)字建筑從概念設(shè)計逐漸進入實踐建設(shè)。隨著扎克哈迪德廣州劇院“灰色雙礫石”方案的達成，數(shù)字建筑的距離中國人民越來越近。然而,目前我國高校及相關(guān)科研機構(gòu)中的數(shù)碼建筑設(shè)計教育基本一片空白,數(shù)碼建筑設(shè)計理論、設(shè)計方法的研究尚未真正起步,最多僅僅泛出一絲端倪,筆者有幸較早的接觸數(shù)碼建筑,并于2006年完成以數(shù)碼建筑為主題的碩士論文,此后,對數(shù)碼建筑設(shè)計及其理論的熱情與日俱增,并開始以實驗性的方式進行數(shù)碼建筑的設(shè)計研究,在此撰寫本文與同行分享個人在數(shù)碼建筑設(shè)計過程中的心得體會。數(shù)碼建筑設(shè)計的方法多種多樣,但較傳統(tǒng)意義的建筑設(shè)計方法最大的突破點是后者主要依賴設(shè)計者自身的構(gòu)思(其構(gòu)思源泉包括個人經(jīng)歷、靈感迸發(fā),對自然現(xiàn)象、社會現(xiàn)象的認知等等),設(shè)計過程中,設(shè)計參與者對設(shè)計方案的生成起絕對主導作用,即主要依賴人的主觀能動性;而數(shù)碼建筑則不然,其基本設(shè)計方法之一是借助計算機進行思考。某種程度上可以說,數(shù)碼建筑設(shè)計的出現(xiàn),使得建筑設(shè)計構(gòu)思途徑正逐步由原來的“建筑師構(gòu)思”向“建筑師+計算機”的“構(gòu)思疊合”轉(zhuǎn)移,甚至有時計算機的構(gòu)思占有更大主動性,從而更大程度上拓展、啟發(fā)建筑師的設(shè)計思路,甚至直接生成建筑形態(tài)、建筑空間。數(shù)碼建筑形體設(shè)計的技術(shù)支撐亦有多種,如3DMAX,RHINO,MAYA,CATIA,犀牛等,本文主要以筆者基于3DMAX技術(shù)所作的三個數(shù)碼建筑進行設(shè)計過程解析。1素描模型的基本方法1.1路徑和截面方向是截面圖形和路徑相對方向的一個重要因素,但同時也必須有一個特定的路徑方向。請看,有兩放樣建模是3DMAX里的常見命令,指的是截面圖形(shapes)在一段路徑(path)上形成的軌跡,截面圖形和路徑的相對方向取決于兩者的法線方向。路徑可以是封閉的,也可以是開敞的,但只能有一個起始點和終點,即路徑不能是兩段以上的曲線。所有的shapes物體皆可用來放樣,當某一截面圖形生成時其法線方向也隨之確定,即在物體生成窗口垂直向外,放樣時圖形沿著法線方向從路徑的起點向終點放樣。1.2dx放樣建模數(shù)碼建筑設(shè)計的一個特點是計算機運算過程中產(chǎn)生的三維形體的隨機性和不確定性,而3DMAX中的放樣建模是最具不確定性的一種命令類型,因而可以達到產(chǎn)生非預(yù)期形態(tài)、啟發(fā)思維的作用,所以,筆者借用3DMAX的這一特性生成數(shù)碼建筑的初步形體草圖,而后根據(jù)需要對生成形態(tài)進行篩選優(yōu)化、形體組合、深化。1.3創(chuàng)建三維物品首先打開3DMAX程序,隨意畫兩條自由曲線(也叫樣條曲線spline,如圖1所示),選擇其中任意一條曲線(此處為樣條曲線A),然后在右側(cè)工具面板處選擇創(chuàng)建三維物體(geometry)命令,選擇復(fù)合物體(compoundobjects)選項,再選擇放樣(loft),拾取放樣路徑(getpath,選擇樣條曲線B),由此立即生成一個三維物體,如圖2所示,這與NOXStudio的計算機草圖海灘印象有異曲同工之妙(如圖3所示)。1.4模型建立與放樣建模兩條樣條曲線確定后,可以互為截面圖形及路徑,其采取的步驟不同,得到的三維模型迥異,采用同樣兩條樣條曲線,因其放樣過程中的先后順序不同,得到兩個完全不一樣的三維模型。另外,放樣建模可以在同一個路徑基礎(chǔ)上分段選擇不同截面,或者說截面是可以改變的,此時會出現(xiàn)更復(fù)雜的變化,產(chǎn)生更復(fù)雜的形體效果,如圖4所示,放樣建模中變截面生成的襯布。當然,這需要設(shè)計者較為熟悉的掌握3DMAX建模。2優(yōu)化和形狀組合的選擇2.1截面及放樣路徑由放樣建模我們可以得到初步的設(shè)計形體,然而形體本身是否滿足我們的需要,主要取決于放樣截面及放樣路徑;又因為愈復(fù)雜的放樣截面及放樣路徑能夠產(chǎn)生的形體愈復(fù)雜、愈具有非預(yù)知性,所以我們可以對截面、路徑本身形態(tài)多做嘗試,同時對其生成先后順序作調(diào)整,則往往會出現(xiàn)意想不到的效果。在嘗試過程中,設(shè)計者會慢慢熟悉生成形體的一般特征,使之變得比較易于掌控。2.2計算機運算模型組合由一個截面、一個路徑生成的形態(tài)往往過于簡單或者過于單調(diào),也就是說計算機運算過程中產(chǎn)生的形態(tài)缺少靈動與變化,因此,我們可以將兩組以上放樣得到的模型組合在一起,推敲其空間、形體關(guān)系,此時,設(shè)計的主動權(quán)逐步由計算機主導轉(zhuǎn)向設(shè)計者主導。3變形調(diào)整和詳細處理3.1ffd命令多使用了適當?shù)恼{(diào)整當完成上述步驟,得到一個(或一組)概念性的形體時,我們應(yīng)根據(jù)需要對它進行變形調(diào)整,此時,3DMAX中對放樣、路徑線條本身的編輯變得可以大體控制;FFD命令又可以對形體本身作出適當調(diào)整。這一點對3DMAX稍微有些認識的人來說都很簡單,這里不再贅述。但值得注意的是,在對模型變形進行調(diào)整時,要求有較強的空間把握能力,即將來設(shè)計出來的形體要能基本滿足實際功能需求,這與常規(guī)的建筑設(shè)計方法并無兩樣,但是因其形體本身往往比較復(fù)雜,突破垂直的空間體性特征,呈現(xiàn)出非幾何狀態(tài),所以掌控起來稍顯困難,我們可以將“草圖”打印出來,逐步推敲、調(diào)整、完善。3.2設(shè)計細部處理手法的應(yīng)用當經(jīng)過上一步較為可控的變形調(diào)整之后,逐步得到一個較為滿意的空間、形體組合(如圖5所示),此時,相當于在計算機的幫助下,得到了一個設(shè)計草圖,完成了設(shè)計由“建筑師構(gòu)思”向“建筑師+計算機”的“構(gòu)思疊合”再到“建筑師掌控”的轉(zhuǎn)變,下面的細部處理工作與我們通常所說的“到效果圖公司盯圖、調(diào)整細部”并無太多區(qū)別,但是我們不要過于拘泥“草圖”本身,應(yīng)逐步將建筑師的主觀能動性體現(xiàn)出來,大膽作出調(diào)整、細化,同時,在細化過程中可以對新穎別致的細部處理手法多做嘗試與比較。4d干部設(shè)計模型的建立經(jīng)過上述步驟,基本接近了預(yù)期形體設(shè)計目標,但是對其內(nèi)部功能組織及空間利用、形體的完善性表達還遠遠不足,幸好目前國內(nèi)的實體模型公司已經(jīng)具備完整雕刻3DMAX模型的能力,我們可以將草圖模型提交模型公司將之雕刻出來,以期進一步調(diào)整。此時,可以根據(jù)修改完善后的模型作平面、立面、剖面,進行功能分區(qū)、流線組織等等,這與常規(guī)設(shè)計方法的不同之處主要體現(xiàn)在空間體系的非垂直性特征。本文主要探討基于3DMAX技術(shù)的數(shù)碼建筑形體設(shè)計,關(guān)于內(nèi)部空間組織的問題不再贅述。5數(shù)碼建筑中的應(yīng)用數(shù)碼建筑設(shè)計的方法多種多樣,手繪草圖法、實體模型法、計算機