Stefan Pejic – Geometrija i vizuelizacija slobodnih formi

Generisanje I vizuelizacija paviljona od linijskih elemenata | Generisanje paviljona primenom voronoi ćelija| Faza III

Strategija generisanja paviljona:

1. Formiranje polazne osnve paviljona: Prvi korak ka dobijanju paviljona predstavlja odabir polazne osnove na osnovu koje će tokom procesa biti generisana forma paviljona.

Sklop više površina u jednu prouzrokuje kompleksnost oblika budućeg paviljona. (slika1)

2. Podela početne forme na segmente: Prilikom podele na segmente komandom ,,Rebuild”, treba obratiti pažnju da broj segmenata bude jednak u oba pravca za svaku postavljenu površinu. (Slika2)

3. Korigovanje početne forme kontrolnim tačkama: Aktivacijom kontrolnih tačaka (F10), ostvaruje se mogućnost pomeranja kontrolnih tačaka. Tim procesom dobija se mogućnost korigovanja početne forme paviljona kao i naglašavanja oslonaca i visina. (Slika3)

4. Pretvaranje dobijene površi u Mesh: Novonastalu modifikovanu površinu potebno je pretvoriti u Mesh koji predstavlja polaznu osnovu u narednim fazama generisanja paviljona. (Slika4)

5. Odabir oslonaca i visina: Dupliranjem krivih dobijaju se 3 krive koje će imati ulogu oslonaca pri generisanju paviljona, kao i 3 krive koje će predstavljati visine. Konkavne krive imaju ulogu oslonaca, dok su konveksne visine. Na slici su prikazani oslonci. (Slika5)

6. Formiranje 3D strukture paviljona: Putem alata iz dodatka ,,Kangaroo” treba pravilno proračunati sve sile koje će delovati na ovu strukturu. Pravilnim unošenjem podataka u alatku ,,Solver” ,iz istog dodatka, dobija se nova forma -Mesh po zadatim parametrima koje je moguće korigovati do dobijanja željenog izgleda buduće strukture. (Slika6)

7. Dodavanje tačka na Mesh: Naredni korak u generisanju paviljona predstavlja nasumično postavljanje tačaka na sam Mesh čiji broj je direktno uslovljen poluprečnikom koji je odabran pri funkciji ,,sudaranja sfera” korištenoj korištenoj za dobijanje čistije i uniformnije strukture. (slika7)

8. Optimizovanje tačaka: Korigovanjem parametara korištenih za formiranje novonastale strukture dobijaju se oprimizovane tačke, jasno rapoređene, od kojih treba naglasiti da najveću vrednost prilikom ove optimizacije imaju tačke na krajnjim krivim (osloncima i visinama) što je i suština ovog koraka. (Slika8)

9. Formiranje sklopa voronoi ćelija: Formiranje rastera dobija se korišćenjem alatke ,,3DVoronoi” gde se na osnovu formiranog meša dobija sklop ćelija, uslovljen postavljenim parametrima. Kako bi novonastali sklop voronoi ćelija bio ujednačeniji, a ujedno i forma paviljona čistija i skladnija, ponovo se koristi alatka za ”sudaranje sfera” (SphereCollide). (Slika9)

10. Optimizovanje voronoi strukture: Ovaj korak teži rešavanju problema prethodnih faza istraživanja koji se javlja na spojevima više različitih ćelija, naime dve tačke koje su previše blizu jedna drugoj treba da se udalje ili spoje. Neki od puteva ka rešenju jesu korištenje ”Magnetic Snep” komande koja ne daje dobre rezultate u ovom slučaju jer formira nepravilne/deformisane ćelije. Rešenje se ogleda u ponovnom korištenju alatke za ”Sudaranje sfera” na osnovu koje se dobijaju ujednačene i čistije ćelije zajedno sa spojnicama sa potebnim brojem tačaka. (Slika10)

11. Konstruisanje spojnica: Spojnice predstavljaju sastavni i ključni element za generisanje ovog paviljona. Prvenstveno je potebno formirati i koristiti ravni upravne na štapove strukture. Novoformiranim ravnima potebno je odseći nepotebne delove spojnica koji nastaju ovim putem. Razlog za to ogleda se tome što štapovi treba upravno da ”ulaze” u fomirane spojnice. (Slika11)

12. Optimizovanje spojnica: Na krajevima strukture nastaju potencijalni problemi jer neke od njih imaju samo 2 štapa koja ulaze u strukturu. Iz tog razloga spojnice na tim mestima, zbog nedostatka jedne presečne ravni upravne na štap, ostaju veće od ostalih spojnica. Rešenje ovog problema ogleda se u zasebnom konstruisanju istih. (Slika12)

13. Dodavanje debljine štapova: Nakon konstruisanja spojnica i formiranja otvora unutar istih, naredni korak ogleda se u postavci debljine štapova koji generišu ovaj paviljon. Ovaj proces najbrže se vrši primenom alatke ”Offset” gde je potebno zadati parametre koji predstavljaju debljinu štapova, imajući u vidu prethodno fomirane otvore na spojnicama. (Slika13)

14. Priprema linijskih elemenata za lasersko sečenje: Štapove kojima je prethodno dodata debiljina potrebno je kontruisati tako da krajnji delovi uležu u otvore na spojnicama. Tako optimizovane linijske elemente potrebno je numerisati radi lakšeg sastavljanja paviljona. (Slika14)

15. Priprema spojnica: Gotove spojnice potrebno je ”razviti” alatkom ”Unroll” i tako pripremiti za dalju obradu. Ukoliko se iste izrađuju putem 3d štampe, na spojevima površina radi lakšeg savijanja potrebno je formirati kanalice. (Slika15)

16. Finalna struktura generisanog paviljona: Nakon završetka svih prethodnih koraka dobijamo finalni izgled novonastale strukture paviljona fomiranog od linijskih elemenata primenom voronoi ćelija.

Generisanje I vizuelizacija paviljona od linijskih elemenata | Generisanje paviljona primenom voronoi ćelija| Faza II

1.Formiranje polazne osnove paviljona

Ovu fazu potrebno je započeti odabirom polazne osnove iscrtane u programu Rhino, koja predstavlja osnovno polazižte u generisanju forme paviljona. Potrebno je formirati sklop jedne ili više površina i podeliti iste (komandom Rebuild) na određen broj segmenata koji mora biti jednak u oba pravca za svaku postavljenu površinu. (Slika1)

Formiranu površ zatim treba modifikovati uz pomoć kontrolnih tačaka. Ovaj proces znatno utiče na formu koja će proisteći iz postavljene osnove. Sledeći korak je pretvaranje modifikovane površine u Mesh koji se koristi u narednim fazama generisanja paviljona . (Slika2)

2. Primena fizike za dobijanje samonosive strukture pomoću dodatka za Grasshopper pod nazivom Kangaroo2

Tokom ove faze potrebno je uraditi nekoliko veoma bitnih segmenata za generisanje paviljona. Prvi u nizu jeste odabir oslonaca, tačnije krivih koje će biti oslonci paviljona. Zatim putem alata iz dodatka Kangaroo treba proračunati sve sile koje će delovati na ovu strukturu. U ovoj fazi veoma je bitno izvršiti dobar odabir oslonaca kako bi stuktura bila samonosiva tj. kako bi sve sile koje deluju na nju bile pravilno raspoređene od najudaljenijih elemenata ka osloncima. Pravilnim unošenjem svih podataka u alatku ,,Solver” iz dodatka Kangaroo dobija se forma-Mesh paviljona koja se koristiti u narednim procesima generisanja konstrukcije. (Slika3)

3.Generisanje paviljona primenom voronoi ćelija i razlog takvog odabira

Na početku sledeće faze, neposredno pre upotrebe alatki za dobijanje voronoi ćelija, dobijeni Mesh je potrebno pretvoriti u mnoštvo zasebnih kvadova koji se grupisanjem pretvaraju u Polysurface koji se dalje može nesmetano modifikovati.

Razlog što je u narednoj fazi odabrana primena voronoi ćelija na dobijenu površinu jeste što one strukturi daju mnogo prirodniji izgled nego kada se podela površi izvrži putem trougaonih elemenata.

Kada se dobijena površina pretvori u sklop određenog broja voronoi ćelija (Slika4), pojaviće se jedan od problema koji treba rešavati u narednoj fazi istraživanja, a to su tzv. kritične ivice. (Slika5). One nastaju na spojevima ćelija i potencijalno se mogu rešiti ponovnim korišćenjem dodatka Kangaro i alatkom za tzv. sudaranje sfera(SphereCollide), gde se na osnovu radijusa sfera dobija prirodnija i ,,čistija,, forma. Košićenjem ove alatke dobijaju željeni rezultatie ali i dalje postoji momenata koji potencijalno mogu biti problem prilikom fabrikacije ovako dobijene strukture.

4. Formirani algoritam i priprema za sledeću fazu

Pošto je tokom ove faze jasno formiran algoritam koji se može primeniti na bilo kakvu osnovu paviljona u narednoj fazi se treba baviti kompleksnijim formama, rešavanjem navedenih problema, a takođe treba pokušati rešiti problem koji se javlja na ćelijama kod oslonaca i na ”lomovima” strukture. (slika6)

Zaključno sa rešavanjem ovog problema pristupa se finalnoj fazi generisanja ovakvog paviljona, a to je fomiranje štapastih elemenata jednakih dužina kao i konstruisanjem spojnica između istih.

Generisanje I vizuelizacija paviljona od linijskih elemenata | Generisanje paviljona primenom voronoi ćelija| Faza I

Tema istraživanja predstavlja generisanje i vizuelizaciju paviljona formiranog od štapastih elemenata primenom voronoi strukture.

Problem ovakvog načina formiranja paviljona ogleda se u kompleksnosti generisanja strukture uz pomoć ravanskih elemenata bez primene skupih tehnika fabrikacije, kao što su 3D štampa, varenje metalnih elemenata,..Takođe jedan od problema za koji je potrebno naći adekvantno rešenje jeste i nemogućnost da se obuhvate i natrkiju veće površine.

Standardna rešenja voronoi struktura formirana su od niza nepravilno raspoređenih elemenata različitih veličina koje možemo primetiti na mestima promene geometrije strukture i za koje je teško pronaći jedinstvenu logiku formiranja. Pristup koji je vodilja za generisanje ovakvog paviljona jeste da ga čine približno jednaki i pravilno raspoređeni ravanski elementi.

Cilj predstavlja pronalaženje algoritma, jasno i pravilno generisanih štapastih elemenata, koji će za razliku od standarnih rešenja biti primenljiv na bilo kakvu formu paviljona kao i veće površine istih. Pored toga, uvođenjem i postavljanjem dodatnih elemenata unutar zasebnih voronoi ćelija, a na osnovu analize insolacije očekuje se da će biti unapređen i kvalitet boravka korisnika ovakvog tipa paviljona. Treba naglasiti da bi se ovim algoritmom u velikoj meri umanjila i cena izvođenja.