Для чего нужен grasshopper
Зачем использовать Grasshopper
Часть 1. Анализ и симуляция
Роман Хорев, Арсений Афонин
Время чтения: 7 мин
Grasshopper — это инструмент без чёткого предназначения: он создавался не для решения классических архитектурных задач, вроде черчения или моделирования.
Разбираемся, как Grasshopper и другие алгоритмические инструменты помогают архитекторам решать нестандартные задачи и меняют подходы к проектированию. В цикле из 3-х статей мы последовательно рассмотрим разные этапы проектирования на примере работы с павильонами — типологией, которая даёт архитектору наибольший простор для экспериментов.
Зачем архитектору Grasshopper? Чтобы хоть чуть-чуть приблизиться к ответу, необходимо разобраться с тем, что это за инструмент и как он появился.
В середине 1990-х—начале 2000-х в арсенале архитектора появилось новое поколение цифровых инструментов. По сути это были даже не инструменты, а среды, позволяющие создавать собственные инструменты и алгоритмы из набора простых функций, компонентов или библиотек. К таким средам сегодня относятся Grasshopper — плагин для Rhino и Dynamo — плагин для Revit. Всё это инструменты нодового, или визуального, программирования: чтобы создавать в них даже достаточно сложные алгоритмы, не нужно уметь программировать (то есть писать код текстом), — это делается с помощью визуального интерфейса. Одновременно с ними распространились и инструменты текстового программирования: MEL Script на Maya, Rhinoscript на Rhino и Processing с его библиотеками для работы с геометрией.
Grasshopper появился в 2007 году и изначально был задуман для того, чтобы уменьшить количество рутинной работы в Rhino: он фиксировал последовательность действий во время моделирования — и позволял возвращаться к любому шагу, чтобы изменять его. Поэтому изначально плагин назывался Explicit History, или «Подробная история».
Со временем Grasshopper начал развиваться и обрастать новыми функциями, для него стали появляться сторонние плагины, выводящие возможности программы далеко за пределы моделирования. Так из небольшого плагина с утилитарным предназначением он превратился в среду для экспериментов, а количество поклонников плагина выросло до десятков тысяч. Из-за такой популярности Grasshopper стал полноценным компонентом Rhino, который встроен в программу, начиная с 6-й версии.
Современные возможности Grasshopper и других алгоритмических инструментов позволяют архитектору быстро анализировать и корректировать решения.
Анализ и симуляция
Чтобы получить полное представление о контексте проектирования, посмотреть на него под разными углами или проанализировать уже конкретные архитектурные решения, можно использовать разные инструменты — от GIS-инструментов для анализа городского контекста до плагинов на инструменты моделирования для анализа геометрии (например, для расчёта инсоляции). Большую часть таких задач можно решить и с помощью Grasshopper.
Анализ может включать симуляцию некоторых физических процессов, таких как направление ветра, распределение потоков людей, естественное освещение и многое другое. Но это не всегда необходимо. Например, для того, чтобы, рассчитать технико-экономические показатели, симуляция не нужна, достаточно лишь 3D-модели проекта. В таких случаях анализ сводится к получению числовых данных на основе геометрии модели (площадей, объемов, коэффициентов), их визуализации и сравнения. Делать такие расчёты в Grasshopper проще всего, ведь перевод геометрии в цифры и обратно — самая базовая из возможностей этого инструмента.
А вот для того, чтобы понять, выдержит ли конструкция нужную нагрузку или проверить, отвечает ли проект нормам инсоляции, нужно получить дополнительные данные — для этого нужна симуляция нагрузок и процессов.
IaaC, Fab Lab House, 2010
Авторы: Команда архитекторов и инженеров из института IaaС, MIT Center For Bits and Atoms, мастерских Fab Lab и др.
Зачем использовать Grasshopper
Часть 2. Проектирование
Роман Хорев, Андрей Астахов, Арсений Афонин
Время чтения: 13 мин
Grasshopper — это инструмент без чёткого предназначения: он создавался не для решения классических архитектурных задач, вроде черчения или моделирования.
Разбираемся, как Grasshopper и другие алгоритмические инструменты помогают архитекторам решать нестандартные задачи и меняют подходы к проектированию. В цикле из 4-х статей мы последовательно рассмотрим разные этапы проектирования на примере работы с павильонами — типологией, которая даёт архитектору наибольший простор для экспериментов.
В первом тексте мы рассказывали о возможностях анализа и симуляции в среде Grasshopper, в этом поговорим о том, как Grasshopper и другие алгоритмические инструменты помогают архитектору в процессе разработки проекта.
Выделить какой-то один способ применения алгоритмических инструментов на этом этапе невозможно: как мы уже писали, среда Grasshopper используется для создания собственных инструментов, позволяющих решать совершенно разные задачи. В большинстве случаев инструменты, созданные на базе Grasshopper, используются для того, чтобы просто оптимизировать рутинные процессы на этапе моделирования — сделать автоматически то, что вручную делается очень долго или не делается вообще. Но это далеко не всё. Можно условно разделить все сценарии использования Grasshopper на этапе проектирования на 3 группы:
1. Автоматизация или оптимизация рутинных процессов — сценарий, когда архитектор знает, что хочет получить, но хочет сэкономить время, избавив себя от однообразной работы.
2. Создание параметрической модели — сценарий, когда архитектор ещё не до конца понимает, как будет выглядеть финальный результат, и создаёт гибкую модель объекта, изменяя различные параметры которой можно вручную подобрать оптимальное решение (одно или несколько).
3. Генерация решений — сценарий с совершенно открытым концом, когда архитектор не знает заранее, что получит и разрабатывает либо правила для автоматического генерирования одного решения (например, в случае симуляции стайного поведения), либо правила отбора самого оптимального из множества решений, созданных на основе параметрической модели (например, при использовании эволюционных алгоритмов).
Автоматизация / оптимизация
В случае, когда Grasshopper используется для автоматизации рутинных процессов, речь, как правило, идёт о процессе создания цифровой модели. В этом случае в Grasshopper воспроизводится та логика построения модели, которая использовалась бы при работе в Rhino. Таким образом за короткий срок можно смоделировать и проверить множество различных решений или быстро построить детализированную модель проекта.
Ниже — примеры павильонов, в проектировании которых Grasshopper использовался именно для этого.
Serpentine Pavilion, 2005
Авторы: Alvaro Siza, Eduardo Souto de Moura, Cecil Balmond
Алваро Сиза и Эдуардо Соуто де Моура — два именитых португальских архитектора, имена которых не ассоциируются с алгоритмическими инструментами. Но в 2005 году они стали авторами нового павильона Serpentine — лондонской галереи, которая ежегодно приглашает знаменитых архитекторов для создания летнего павильона в Гайд-парке.
Павильон был реализован благодаря Сесилю Балмонду ( Cecil Balmond ) — инженеру и дизайнеру из компании Arup. Именно Балмонд и его команда отвечали за создание цифровой модели в Grasshopper: Алваро Сиза и Эдуардо Соуто де Моура разработали концепцию, форму и внутреннее пространство и определили, что павильон должен быть сделан из дерева.
Быстрое создание всех деталей, отсутствие чертежей и прямая связь между инструментами цифрового проектирования и цифрового производства — использование Grasshopper позволило реализовать павильон в срок и с высоким качеством сборки.
Летний павильон Музея «Гараж» в Парке Горького, 2013
Авторы: Сергей Неботов, Ольга Лебедева, Максим Хазанов, Василий Банцекин. На этапе реализации к команде подключились Анастасия Балакирева и Илья Терновенко.
После этапа концепции с красивым и элегантным решением возникли сложности: нетривиальная форма вместе с жесткими ограничениями бюджета заставили архитекторов покорпеть на этапе реализации — необходимо было решить, как и из чего павильон будет построен. В конце концов архитекторы пришли к идее создания оболочки из стеклопластика, геометрия которой была рассчитана с помощью Grasshopper. Без него подобрать оптимальный паттерн оболочки, рассчитать расход материала и смоделировать её было бы невозможно.
Создание параметрической модели
Второй и самый интересный сценарий использования Grasshopper — создание параметрической модели, то есть гибкой цифровой модели, которая изменяется при изменении исходных параметров. В этом случае возможности алгоритмических инструментов более плотно интегрируются в процесс проектирования: вместо того, чтобы перекладывать на язык алгоритмов логику одного решения, архитектор разрабатывает алгоритм скорее для самой логики принятия решений.
Например, граница пространства под строительство павильона на участке определяется по одним правилам; общая форма павильона — по другим (в зависимости от размера доступного пространства и ориентации по сторонам света), конструкция павильона — по третьим (ведь должна оставаться возможность легко менять шаг конструктивных элементов, и т. д).
Обычно создание такой модели занимает значительно больше времени, однако эти затраты окупаются ближе к дедлайну: всего в несколько кликов архитектор может менять итоговый результат, изменяя лишь некоторые параметры проекта, а не перемоделивать объём вручную. Перебор различных вариантов становится увлекательным творческим процессом, а не ужасно долгим однообразным занятием.
Serpentine Pavilion, 2016
В 2016 году павильон для галереи Serpentine спроектировало бюро BIG. Архитекторы создали сложную динамичную форму, сложив блоки из стекловолокна наподобие кирпичей со смещением относительно друг друга. Конструкция стен напоминала классический стеллаж — полупрозрачную структуру, которая выглядит по-разному в зависимости от угла зрения.
Основное пространство павильона образовано двумя криволинейными поверхностями стен, сходящихся вверх к одной общей прямой грани. Толщина этих стен динамически менялась на протяжении всей длины павильона благодаря использованию блоков разной глубины. Такая логика построения формы предполагала почти бесконечное количество вариантов: контуры стен фактически могли быть любыми, равно как и их толщина.
Для поиска самого удачного решения архитекторы использовали детальную параметрическую модель, в которой размер каждого отдельного блока и его крепления, а также толщина стенок менялись в зависимости от нескольких кривых и положения блока по вертикали. Чем ниже блок, тем больше толщина его стенок, и наоборот. Полые блоки позволили снизить конструктивную нагрузку и оптимизировать вес павильона. Для этого использовались стандартные инструменты Grasshopper.
IaaC, Fab Lab House, 2010
Авторы: Команда архитекторов и инженеров из института IaaС, MIT Center For Bits and Atoms, мастерских Fab Lab и др.
Про то, как алгоритмические инструменты использовались на этапе анализа во время создания дома-павильона IaaC, мы уже писали в предыдущей статье, а сейчас расскажем об их использовании при разработке проекта.
Архитекторы построили параметрическую модель общей формы дома и, имея в руках мощные инструменты для анализа инсоляции, определили её оптимальные параметры. В качестве отправной точки для формы будущего павильона был выбран параболоид — это геометрическое тело очень компактно и имеет наименьшую площадь поверхности, а следовательно и минимальные теплопотери. Хотя с точки зрения теплопотерь параллелепипед того же объёма был бы намного менее эффективным решением, с точки зрения классических строительных технологий он был бы более эффективным. Но благодаря использованию технологий цифрового производства в проекте IaaC и Fab Lab House это не было решающим фактором.
С помощью анализа различных конфигураций модели архитекторы подобрали оптимальные параметры параболоида, при которых количество попадающей на оболочку солнечной энергии было бы максимальным.
Чтобы показать универсальность своего подхода, авторы определили оптимальные формы подобных павильонов ещё для двух городов, кроме родного Мадрида: Рейкьявика (Исландия) и Найроби (Кения). Формы оказались совершенно разными. Тем самым команда продемонстрировала, что Fablab House — не просто проект конкретного дома, а метод, применимый для строительства и в других условиях.
Генерация решений
Архитекторы пошли дальше создания параметрической модели в цифровой среде. Имея в руках мощные вычислительные возможности алгоритмических инструментов, архитекторы начали использовать их для автоматической генерации различных решений и выбора оптимального.
Принципиальное отличие такого генеративного дизайна от классического подхода к проектированию заключается в том, что он избавляет архитектора от ручного перебора множества вариантов решения задачи. Не зная заранее, каким будет итоговый результат, архитектор приближается к нему путём создания алгоритма для автоматической генерации и оценки решений. Звучит довольно утопично, но эксперименты с таким подходом продолжаются уже около 20 лет.
Для генерации решений существует множество различных технологий: от эволюционных алгоритмов до использования агентных систем. О каждой из них подробнее расскажем на примерах.
Floe, 2018
Авторы: Roland Snooks и Philip Samartzis
Временная инсталляция Floe австралийского архитектора и исследователя Роланда Снукса (Roland Snooks) хоть и не называется павильоном, но по объёму и концепции вполне вписывается в ряд проектов этой типологии. Инсталляция была выставлена в Национальной галерее Виктории в Мельбурне.
Роланд Снукс уже 17 лет исследует возможности технологий для генерации форм, сопоставимых по сложности с природными объектами. Для этого, как и многие другие, он использует агентные системы — в частности алгоритмы симуляции стайного поведения (swarm behaviour), с помощью которых можно генерировать сложные и непредсказуемые формы. Как это работает? Представьте себе, что вы можете программировать логику поведения в воздухе отдельной птицы (агента) и её реакцию на других птиц в стае. А потом, запустив симуляцию движения целой стаи (агентную систему), зафиксировать траекторию ее перемещений в пространстве — получится сложная и элегантная скульптура, не лишенная при этом внутренней логики и гармонии, присущей движению настоящей птичьей стаи, но незаметной на уровне каждой отдельной птицы.
Этот принцип наглядно показан в видеоразборе Processes — этот генеративный проект художника Кейси Риаса (Casey Reas) иллюстрирует, как работают агентные системы в 2D. После просмотра можно послушать самого Роланда Снукса, рассказывающего о симуляции агентных систем уже в пространстве.
Однако генерация подобных форм без возможности их производства и реализации проекта имеет мало смысла (этот этап архитекторы прошли ещё 2010-х). Поэтому сегодня в логику алгоритмов закладываются и возможности производства.
Обзор программы Grasshopper
В последние годы все большую популярность стал набирать параметризм – это особая методика вычислительного проектирования. Для его эффективного осуществления и была создана программа The Grasshopper. При этом некоторые люди, задаются вопросом о том, зачем она вообще нужна, и пытаются доказать, что всю работу по созданию архитектурных проектов можно сделать при помощи уже существующих, стандартных 3D утилит. Но, суть в том, что нужно понимать, что это кардинально разные вещи.
Для чего нужна Grasshopper
Grasshopper программа, которая не имеет четко обозначенных задач. Она была разработана не для того чтобы заниматься решением самых обычных задач архитектуры.
Чем больше им пользовались, тем более он развивался и приобретал новые функции. Вскоре у него начали появляться сторонние плагины, которые помогали программе выйти далеко за пределы моделирования. Современный Grasshopper дает архитекторам возможность быстрого анализа и корректировки решений.
Для получения полного представления о контексте проектирования, возможности просмотреть на абсолютно со всех сторон и провести анализ конкретных решений, можно использовать различные инструменты. От простейших до очень сложных. Но все это не потребуется, если работать в Grasshopper.
Анализ включает в себя симуляцию некоторых физических процессов, например, направление ветра, естественное освещение и так далее. Но это не всегда является необходимостью. Расчеты данного вида наиболее легко произвести в Grasshopper. Для нее это одна из основных функций.
Вообще, все формы использования программы можно разделить на 3 группы:
Область использования
Grasshopper является программой, в которой не нужно писать код, это сделано уже самим плагином, вернее, его разработчиками. Требуется просто объединить между собой блоки, которые уже подготовлены и подписаны. Этот подход делает ее возможности еще шире. С ее помощью возможно выполнить практически любую задачу.
Есть люди, которые считают, что Grasshopper не пользуются крутые архитекторы и дизайнеры. На самом деле, это не так, ее активно применяют современные дизайнеры. Она помогает воплощать в жизнь самые сложные формы, изменять их геометрию, причем в режиме онлайн.
Интерфейс
Стоит еще раз напомнить, что Grasshopper является приложением для визуального программирования в рамках комплекса Rhino. Поэтому сначала нужно открыть основную программу. Далее происходит запуск непосредственно Grasshopper. Плагин открывается и потом уже появляется его главное окно, в верхней части которого располагаются основные рабочие параметры. В нем можно производить все действия, предусмотренные Грассхоппер.
Через окно можно создавать различные проекты под названием definition (определение) или же documents (документы). Это происходит путем расположения разных частей на общем окне редактирования. Их выходы присоединяются ко входам последующих компонентов. Тем самым они образуют своеобразный информационный график, который читается слева направо.
Интерфейс программы Грассхоппер состоит из:
Системные требования
Для того, чтобы установить данную программу нужны такие минимальные требования:
Плюсы и минусы данной программы
Достоинствами этой программы являются:
Итоги
Грассхоппер программа, которая незаменима в работе архитекторов. Она может стать прекрасной заменой сразу нескольким приложениям. Это незаменимая вещь для тех, кто занимается проектированием.
Конечно, каждый сам решает пользоваться данной программой или нет, но можно смело заявить о том, что она помогает придерживаться современных тенденций в архитектуре. Тем более, что новые технологии всегда будут вытеснять старые. Не получится вечно использовать только классические способы моделирования.
Полезное видео
Вебинар по теме:
Пособие по Grasshopper (RU)
Третье издание V3.3
ДОБРО ПОЖАЛОВАТЬ
Перед вами третье издание пособия по Grasshopper. Данное пособие было написано Эндрю О.Пэйн из Lift Architects для Rhino4 и Grasshopper версии 0.6.0007, в момент публикования оно представляло собой гигантское обновление для, и так, уже мощной платформы Grasshopper. В данный момент мы стоим перед следующим важным изменением в развитии Grasshopper и, поэтому, было подготовлено необходимое обновление существующего пособия. Мы взволнованы предстоящим добавлением данного обновленного пособия, а теперь и интернет-пособия, к тому невероятному вкладу, который уже внесли члены сообщества Grasshopper.
Уже имея превосходную базу, взятую за основу, наша команда в Mode Lab отправились создавать и развивать третье издание. Такая переработка имеющегося материала предоставила нам полный гид для наиболее современной версии Grasshopper 0,90076, подчеркивая, как нам кажется, обновления самых восхитительных функций. Обновленные тексты, графика и примеры работ направлены на то, чтобы обучить визуальному программированию даже самого начинающего новичка, а также провести быстрое введение в Генеративное Проектирование для опытного пользователя. Цель этого пособия в том, чтобы служить полевым гидом для новичков и давних пользователей, направленным на изучение азов использования Grasshopper в их творческой деятельности.
Мы надеемся, что, в конце концов, это пособие вдохновит вас на изучение многочисленных возможностей программирования с Grasshopper. Мы желаем вам удачи в начале вашего путешествия.
ПРОЕКТ ПОСОБИЕ ПО GRASSHOPPER
Mode Lab стали авторами Третьего Издания пособия. http://modelab.is
Если вы хотите принять участие в этом проекте, зайдите на наш проект на GitHub, разде Wiki, что узнать с чего начать (https://github.com/modelab/grasshopper-primer/wiki).
БЛАГОДАРНОСТЬ
Особую благодарность мы выражаем Дэвиду Руттену за нескончаемое вдохновение и бесценную работу первопроходца в Grasshopper. Мы бы также хотели поблагодарить Эндрю О.Пэйна за предоставление ресурсов, с которых началась эта работа. Ну, и наконец, огромная благодарность Бобу МакНилу и всем в Robert McNeel & Associates за их щедрую поддержку все эти годы. Также благодарим Наталью Медведеву и Владимира Воронича за перевод пособия на русский язык.
НЕОБХОДИМОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Rhino5
Rhino 5.0 является лидером на рынке моделирующего ПО для промышленного проектирования. Крайне сложные формы могут быть смоделированы или получены прямо посредством 3D преобразователей. Имея мощный движок на основе NURBS (неоднородный рациональный В-сплайн), Rhino 5.0 способен создавать, редактировать, анализировать и переводить кривые, поверхности и твердые тела. Ограничений по сложности, степени или размеру просто нет.
Grasshopper
ФОРУМ
Раздел общих вопросов по Grasshopper содержит ответы на многие вопросы, которые у вас могут возникнуть, а также полезные ссылки:
Касательно общих вопросов относительно Rhino3D, сначала проверьте на Форуме МакНила, Discourse.
Для чего нужен grasshopper
Арсений Иванов
Это пожалуй самое распространенное заблуждение среди тех кто впервые столкнулся с этим плагином и оно же самое фатальное. «Обычным», в определенной степени, является Rhinoceros, но как только мы устанавливаем поверх этого пакета Grasshopper, ситуация в корне меняется. Grasshopper это инструмент визуального программирования, то есть программирования в котором вы не пишите код, это сделали за вас разработчики, вы просто объединяете между собой подготовленные и подписанные блоки. Такой подход невероятным образом расширяет возможности программы, практически любая задача сформированная в вашем воображении, найдет решение! Всё зависит только от вас. А если говорить о сложности интерфейса, для тех, кто не знаком с нодовыми редакторами, могу только сказать, что такой подход, используется в конструкторе LEGO для программирования модулей MINDSTORMS EV3 рассчитанный на детей от 10 лет.
МИФ №2. В других программах можно делать то же самое, что и в Grasshopper, только проще.
Можно ли сделать секционную модель в 3ds MAX? Да можно, можно даже вручную разложить контуры на плоскость для последующей передачи на производство. Сложно ли это? Не так, чтобы очень, разве что немного нудно. Так в чем же тогда проблема? А в том, что я, например, знаю о существовании людей, которые могут бриться топором или, скажем, осколком стекла (привет, 123D Make), и этот процесс, наверняка, находится в их зоне комфорта, но ведь это не значит, что это удобно и рационально.
Регистрируйтесь на серию мастер-классов » Как создать и организовать студию дизайна интерьеров?»
МИФ №4. Эта программа не используется серьезными архитекторами и дизайнерами.
австрийское бюро COOP HIMMELB(L)AU
BMW Welt
Dalian International Conference Center
Dalian International Conference Center
Лондонское бюро Zaha Hadid Architects. Надо ли говорить, что бюро придумавшее и популяризировавшее термин «параметризм», пользуется этим плагином?
Galaxy Soho
Galaxy Soho
Burnham Pavilion for Chicago
Aria and Avia lamps
Jakob + MacFarlane, Париж
FRAC Centre
100 Apartments Hérold
Ricard Contemporary Art Foundation.
. и многие другие, не говоря уже о том, что во всех значительных архитектурных вузах Европы и Америки Grasshopper идет отдельным курсом.
Если вам понравился материал, раскажите о нем друзьям