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系統識別號 U0002-0507201113505900
中文論文名稱 數位模擬之材料實驗與製造
英文論文名稱 Digital Generation and Fabrication for the Experiments of Different Materials in Architectural Design
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 建築學系碩士班
系所名稱(英) Department of Architecture
學年度 99
學期 2
出版年 100
研究生中文姓名 彭智謙
研究生英文姓名 Chih-Chien Peng
電子信箱 mayday30723@hotmail.com
學號 698360020
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2011-06-15
論文頁數 123頁
口試委員 指導教授-彭智謙
委員-施宣光
委員-宋立文
中文關鍵字 數位紋理  參數化設計  由下而上  幾何排列  幾何多面體  數位製造 
英文關鍵字 Archi-Textile  Digital Patterns  Parametric Design  Bottom-Up  Geometric Composition  Polyhedron  Digital Fabrication 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 在研究中,主要分成數位設計與製造兩部份:首先,繪製各種不同的立體單元,透過電腦程式撰寫,將立體單元置入不同的多邊形平面網格與立體晶格中,透過旋轉、鏡射、複製、與變形等手法,產生繁複的表面以探討「織理性」;之後,並且實驗以各種不同材料實際製造出不同的紋理表面。

在數位設計方面的操作,新的數位設計軟體與工具能幫助我們更有效率的完成設計,因此利用Rhinoceros與Grasshopper來進行設計操作,並且透過不同方式的實驗,嘗試整理一套以數位設計工具所發展出來的設計方法。本研究主要將設計操作分成四個階段:堆疊、編織、組織與有機,是一種由下而上的操作分類方式,進而以牆面設計為基礎,設計一系列不同的M¬_Wall。而M¬_Wall的設計操作總共有六個系列,分別以空間的複雜度與繪製上的困難度區分,由簡單至複雜依序操作並模擬繪製。

關於數位製造方面的操作,當進行牆面參數化設計的模擬時,同時思考單元的製作方式,除了想要突破個人以往數位製造的操作方式,進而創造在製造方式上更多的可能。利用容器的製作與材料實驗,以達到大量製造與紋理表面生產的兩個需求。在單元製作上,利用了不同的方法與實驗,透過材料的特性,自然的形成特殊的紋理與空間。

依據繪製方法與操作出發點的不同,透過參數化由下而上的方式操作,因此能清楚的討論單元細部的組成與結構,更清楚的強調了單元材質與特性變化的可能性。不同於以往對於空間的想像是針對整體外形或是主體空間進行操作,本研究是由最基本單元的繪製與組成著手,就基本單元如何排列形成結構,以變化出許多有趣的形態,進而考慮單元的參數變化如何與材料的特性結合。最後,希望透過本研究的推敲與整理,期待將來數位設計對於空間氣氛的形塑能有更多的突破與可能性。
英文摘要 This study was divided into two parts: digital design and digital fabrication. First, various three-dimensional units were drawn using computer programs and placed into different plane and three-dimensional lattices to explore “archi-textile” through the complicated surfaces produced through rotation, mirror, replication and transformation. Moreover, an experiment was conducted in which various materials were used to produce surfaces with different patterns.

In terms of digital design manipulation, new digital design software and tools enable us to design in a more efficient way. Accordingly, Rhinoceros and Grasshopper were used for design manipulations, and a set of design methods developed by digital design tools were sorted out through different experiments. In this study, design manipulations were divided into four stages: stacking, weaving, organization and organics, which is an approach to classifying manipulations from the top down, thereby to design a series of M-Walls. The design manipulations of M-Walls consisted of six series of manipulations and simulations which were categorized according to spatial complexity and difficulty in drawing.

As to digital fabrication, units’ manufacture methods were taken into account in wall surface’s digital design. Also, an attempt was made to break through past digital fabrication, hoping that more possibilities in manufacturing ways could be created. Efforts were made to meet the two requirements of mass production and the generation of surface-patterns through the making of utensils and the experiments of materials. Concerning the making of units, different experiments were conducted on the material properties to produce special pattern and space in a natural way.

Through a top-to-down parametric manipulation based on different drawing methods and fabrications, a more clear discussion on unit details’ composition and structure was made possible to further highlight the possibilities in the changes of units’ textures and properties. Different from the past spatial imagination which focused on the manipulation of either overall appearance or subjective space, this study began with the drawing and composition of the most fundamental units to explore how those basic units can be arranged to form structures, further to produce more interesting patterns. Furthermore, how the change of units’ parameters can be integrated with material properties were also explored. Lastly, it is hoped that the results of this study can help bring more breakthroughs and possibilities to the digital design relating to the creation of spatial ambiences.

論文目次 目錄

第一章 緒論

1-1 研究動機
1-1.1個人對於數位建築設計的興趣………………………………… 02
1-1.2胚騰與異規閱讀心得…………………………………………… 03
1-1.3數位設計工具創造不同的設計思維…………………………… 04
1-1.4建築設計於數位時代之隱喻…………………………………… 05
1-1.5數位建築與自然的關係………………………………………… 06

1-2研究目的
1-2.1向大自然與生物學習…………………………………………… 06
1-2.2新的繪圖工具與電腦程式產生新形式的方法………………… 06
1-2.3由程式腳本的撰寫間接操作空間設計………………………… 07
1-2.4紋理模擬於空間操作的意義…………………………………… 07
1-2.5將虛擬世界中所模擬的設計於真實世界中實際建造………… 08

1-3預期成果 08


第二章 參考書籍與案例

2-1建築相關書籍與理論
2-1.1 Tooling………………………………………………………… 10
2-1.2活潑建築………………………………………………………… 10

2-2建築案例
2-2.1蛇形藝廊2002-伊東豐雄……………………………………… 12
2-2.2飯田橋車站-渡邊誠…………………………………………… 13
2-2.3青葉亭-阿部仁史……………………………………………… 14
2-2.4 Blobwall-GregLynn……………………………………………15

2-3腳本操作設計團隊
2-3.1THEVERYMANY………………………………………………………16
2-3.2 MATSYS ………………………………………………………… 18


2-4小結………………………………………………………………… 19


第三章 設計操作:堆疊與編織空間

3-1設計發想
3-1.1 雪花圖案的製作…………………………………………………22

3-2題目發想
3-2.1數位設計與製造探討…………………………………………… 25
3-2.2小設計操作……………………………………………………… 28
3-2.3小設計探討……………………………………………………… 30

3-3牆面設計M¬_Wall 01
3-3.1 六角形平面堆疊…………………………………………………32
3-3.2 六角磚……………………………………………………………33
3-3.3M_Wall 01 Grasshopper程式……………………………………33
3-3.4M¬_Wall 01三維模型模擬……………………………………… 34
3-3.5M¬_Wall 01模型操作與製造…………………………………… 36

3-4牆面設計M¬_Wall 02
3-4.1 三角形單元繪製…………………………………………………39
3-4.2 三角形框架圖形變化……………………………………………40
3-4.3 六角形單元繪製…………………………………………………41
3-4.4 六角架構圖形變化………………………………………………42
3-4.5 平面漸變圖形……………………………………………………43
3-4.6 M¬ Wall 02-A三維模型模擬……………………………………44
3-4.7 M¬ Wall 02-A實體模型製作方法………………………………44
3-4.8 M ¬Wall 02-B三維模型模擬……………………………………45
3-4.9 M ¬Wall 02-B實體模型製作方法………………………………46
3-4.10 M¬ Wall 02 模型操作與製造…………………………………47

3-5牆面設計M¬_Wall 03
3-5.1布料延展特性…………………………………………………… 51
3-5.2布料皺褶特性…………………………………………………… 52
3-5.3 M Wall 03三維模型模擬……………………………………… 53
3-5.4 M Wall 03形態變化…………………………………………… 53
3-5.5 M Wall 03實體模型製作方法………………………………… 54
3-5.5 M Wall 03模型操作與製造…………………………………… 55

3-6牆面設計M¬_Wall 04
3-6.1 堆疊的轉化………………………………………………………60
3-6.2 二維編織…………………………………………………………61
3-6.3 二維編織模擬與變化……………………………………………62
3-6.4 二維編織單元的變化……………………………………………62
3-6.5 編織與堆疊………………………………………………………62
3-6.6編織與堆疊的模擬……………………………………………… 62

3-7牆面設計M¬_Wall 05
3-7.1 三維編織…………………………………………………………65
3-7.2 M¬ Wall 05三維編織模擬………………………………………68
3-7.3 單元參數與變化…………………………………………………69
3-7.4 M¬ Wall 05實體模型製作方式…………………………………71
3-7.5 M¬ Wall 05模型操作與製造……………………………………72


第四章 設計操作:組織與有機空間

4-1單元的排列
4-1.1空間的組織……………………………………………………… 77
4-1.1組織……………………………………………………………… 78

4-2組織空間
4-2.1 M¬ Wall 06單元的組織…………………………………………80
4-2.1不同的單元組織………………………………………………… 82

4-3編織與組織的操作
4-3.1案例與材料操作………………………………………………… 83
4-3.2空間組織的實際操作…………………………………………… 86

4-4有機紋理
4-4.1 VB Script in Grasshopper ………………………………… 89
4-4.2 Voronoi in Rhinoceros ………………………………………91
4-4.3 Voronoi Ball球形空間設計……………………………………94


4-5 Voronoi Ball 模型操作與製造………………………………… 97


第五章 結論與建議

5-1心得與結論 ……………………………………………………… 103
5-2數位設計的操作心得 …………………………………………… 103
5-3數位製造的操作心得 …………………………………………… 105
5-4後續發展 ………………………………………………………… 105
5-4.1 參數化設計於建築空間的想像……………………………… 106
5-4.1 數位製造於建築空間的想像………………………………… 108

第六章 參考文獻與附錄

參考文獻 ………………………………………………………………109
附錄 ……………………………………………………………………110





圖目錄

第一章
【圖1-01】個人於研究所一年級的CNC作品………………………… 02
【圖1-02】胚騰…………………………………………………………03
【圖1-03】異規…………………………………………………………03
【圖1-04】細胞自動機…………………………………………………04
【圖1-05】案例:魚……………………………………………………04
【圖1-06】案例:古根漢美術館………………………………………05
【圖1-07】案例:阿拉伯文化中心……………………………………05
【圖1-08】紋理模擬模型………………………………………………07
第二章
【圖2-01】TOOLING…………………………………………………… 10
【圖2-02】活潑建築……………………………………………………11
【圖2-03】蛇形藝廊……………………………………………………12
【圖2-04】蛇形藝廊設計概念…………………………………………12
【圖2-05】飯田橋車站…………………………………………………13
【圖2-06】設計概念……………………………………………………13
【圖2-07】飯田橋車站結構發展………………………………………13
【圖2-08】青葉亭………………………………………………………14
【圖2-09】青葉亭連續介面……………………………………………14
【圖2-10】樹枝符號……………………………………………………14
【圖2-11】Greg Lynn………………………………………………… 15
【圖2-12】Blob Wall………………………………………………… 15
【圖2-13】Blob Wall組成單元……………………………………… 15
【圖2-14】Marc Forms ……………………………………………… 16
【圖2-15】畫廊結構模擬………………………………………………16
【圖2-16】畫廊實體結構………………………………………………17
【圖2-17】Andrew Kudless ………………………………………… 18
【圖2-18】P¬_Wall…………………………………………………… 18
【圖2-19】P¬_Wall單元製作………………………………………… 18
第三章
【圖3-01】Grasshopper步驟示範01………………………………… 22
【圖3-02】Grasshopper步驟示範02………………………………… 22
【圖3-03】Grasshopper步驟示範03………………………………… 23
【圖3-04】Grasshopper步驟示範04………………………………… 23
【圖3-05】題目命名與封面……………………………………………24
【圖3-06】CNC操作說明……………………………………………… 25
【圖3-07】16X16 Grids Design………………………………………28
【圖3-08】圖案分類:堆疊……………………………………………30
【圖3-09】圖案分類:編織……………………………………………30
【圖3-10】圖案分類:組織……………………………………………31
【圖3-11】圖案分類:有機……………………………………………31
【圖3-12】M_ Wall 01 操作步驟一………………………………… 32
【圖3-13】M_ Wall 01 操作步驟二………………………………… 33
【圖3-14】M_ Wall 01 操作步驟三………………………………… 33
【圖3-15】M_ Wall 01 牆面模擬…………………………………… 34
【圖3-16】六角磚單元模擬……………………………………………35
【圖3-17】六角磚製作步驟……………………………………………35
【圖3-18】M_Wall 01 操作與製造01…………………………………36
【圖3-19】M_Wall 01 操作與製造02…………………………………36
【圖3-20】M_Wall 01 操作與製造03…………………………………37
【圖3-21】M_Wall 01 操作與製造04…………………………………37
【圖3-22】M_Wall 01 模型單元………………………………………37
【圖3-23】M_Wall 01 模型上色………………………………………38
【圖3-24】三角單元Pattern………………………………………… 39
【圖3-25】三角形堆疊製作步驟………………………………………39
【圖3-26】三角架構圖形變化樣式……………………………………40
【圖3-27】六角單元Pattern………………………………………… 41
【圖3-28】六角框架漸變………………………………………………41
【圖3-29】六角架構圖形變化樣式……………………………………42
【圖3-30】六角架構漸變平面圖形……………………………………43
【圖3-31】M¬_Wall 02A 牆面模擬 ………………………………… 43
【圖3-32】M¬_Wall 02A 單元與細部 ……………………………… 43
【圖3-33】M¬_Wall 02A 單元製作方式 …………………………… 44
【圖3-34】M_Wall 02B 牆面模擬 ……………………………………45
【圖3-35】M_Wall 02B 單元繪製方式 ………………………………45
【圖3-36】M_Wall 02B 單元細部 ……………………………………46
【圖3-37】M_Wall 02B 單元製作方式 ………………………………46
【圖3-38】M_Wall 02操作與製造01 …………………………………47
【圖3-39】M_Wall 02操作與製造02 …………………………………47
【圖3-40】M_Wall 02操作與製造03 …………………………………48
【圖3-41】M_Wall 02操作與製造04 …………………………………48
【圖3-42】M_Wall 02模型單元 ………………………………………49
【圖3-43】M_Wall 02模型單元組成 …………………………………49
【圖3-44】M_Wall 02模型 ……………………………………………50
【圖3-45】布料延展性…………………………………………………51
【圖3-46】布料皺褶質感………………………………………………51
【圖3-47】M¬_Wall 03 牆面模擬…………………………………… 52
【圖3-48】三維模型形態變化…………………………………………53
【圖3-49】M¬_Wall 03 Grasshopper操作……………………………53
【圖3-50】M_Wall 03 單元與細部……………………………………54
【圖3-51】M_Wall 03 單元製作方式…………………………………54
【圖3-52】M_Wall 03 操作與製造01…………………………………55
【圖3-53】M_Wall 03 操作與製造02…………………………………55
【圖3-54】M_Wall 03 操作與製造03…………………………………56
【圖3-55】M_Wall 03 操作與製造04…………………………………56
【圖3-56】M_Wall 03 操作與製造05…………………………………56
【圖3-57】M_Wall 03 操作與製造06…………………………………57
【圖3-58】M_Wall 03 操作與製造07…………………………………57
【圖3-59】M_Wall 03 單元與模矩01…………………………………57
【圖3-60】M_Wall 03 單元與模矩02…………………………………58
【圖3-61】M_Wall 03 單元與模矩03…………………………………58
【圖3-62】M_Wall 03 單元與模矩04…………………………………58
【圖3-63】M_Wall 03 牆面模型01……………………………………58
【圖3-64】M_Wall 03 牆面模型02……………………………………59
【圖3-65】二維編織單元………………………………………………60
【圖3-66】二維編織牆面………………………………………………60
【圖3-67】二維編織模擬………………………………………………61
【圖3-68】二維編織漸變………………………………………………61
【圖3-69】編織與堆疊單元構成………………………………………62
【圖3-70】編織與堆疊Type1 …………………………………………62
【圖3-71】編織與堆疊Type2-1 ………………………………………63
【圖3-72】編織與堆疊Type2-2 ………………………………………63
【圖3-73】編織與堆疊Type3 …………………………………………64
【圖3-74】三維編織空間製作01………………………………………65
【圖3-75】三維編織空間製作02………………………………………66
【圖3-76】三維編織空間製作03………………………………………66
【圖3-77】三維編織空間製作04………………………………………67
【圖3-78】三維編織空間製作05………………………………………67
【圖3-79】三維編織空間牆面模擬01…………………………………68
【圖3-80】三維編織空間牆面模擬02…………………………………68
【圖3-81】三維編織單元模擬01………………………………………69
【圖3-82】三維編織單元模擬02………………………………………69
【圖3-83】三維編織單元模擬03………………………………………69
【圖3-84】M_ Wall 05 單元平面製作……………………………… 69
【圖3-85】M_ Wall 05 牆面模擬01………………………………… 70
【圖3-86】M_ Wall 05 牆面模擬02………………………………… 70
【圖3-87】M_ Wall 05 牆面模擬03………………………………… 71
【圖3-88】M_ Wall 05 單元製作方式……………………………… 71
【圖3-89】M_ Wall 05 操作與製造01……………………………… 72
【圖3-90】M_ Wall 05 操作與製造02……………………………… 72
【圖3-91】M_ Wall 05 操作與製造03……………………………… 73
【圖3-92】M_ Wall 05 操作與製造04……………………………… 73
【圖3-93】M_ Wall 05 模型單元…………………………………… 74
第四章
【圖4-01】單元平面的排列……………………………………………76
【圖4-02】單元三維的組構……………………………………………76
【圖4-03】空間組構方式01……………………………………………77
【圖4-04】空間組構方式02……………………………………………78
【圖4-05】空間組構模型模擬…………………………………………78
【圖4-06】組織空間單元組成…………………………………………79
【圖4-07】組織空間單元組構…………………………………………79
【圖4-08】組織空間材料單元…………………………………………80
【圖4-09】M¬_ Wall 06 牆面立面……………………………………80
【圖4-10】M¬_ Wall 06 牆面模擬……………………………………81
【圖4-11】組織空間模型模擬01………………………………………82
【圖4-12】組織空間模型模擬02………………………………………82
【圖4-13】組織空間模型模擬03………………………………………82
【圖4-14】案例操作01:單元組成……………………………………83
【圖4-15】案例操作01A:模型組成………………………………… 83
【圖4-16】案例操作01B:模型組成………………………………… 84
【圖4-17】案例操作02:單元組成……………………………………84
【圖4-18】案例操作02:模型組成……………………………………84
【圖4-19】案例操作03:單元組成……………………………………85
【圖4-20】案例操作03:模型組成……………………………………85
【圖4-21】組織空間操作01:單元組成………………………………86
【圖4-22】組織空間操作01:模型組成………………………………86
【圖4-23】組織空間操作02:平面單元………………………………87
【圖4-24】組織空間操作02:單元組成………………………………87
【圖4-25】組織空間操作02:單元組構………………………………88
【圖4-26】組織空間操作02:模型組構………………………………88
【圖4-27】有機紋理製作:Circle Packing 01 ……………………89
【圖4-28】有機紋理製作:Circle Packing 02 ……………………89
【圖4-29】有機紋理空間:Circle Packing 三維模擬01………… 90
【圖4-30】有機紋理空間:Circle Packing 三維模擬02………… 90
【圖4-31】有機紋理製作:Voronoi 01………………………………91
【圖4-32】有機紋理製作:Voronoi 02………………………………91
【圖4-33】Voronoi 空間模擬01 …………………………………… 92
【圖4-34】Voronoi 空間模擬02 …………………………………… 92
【圖4-35】Voronoi 空間繪製 ……………………………………… 92
【圖4-36】Voronoi 空間模擬03 …………………………………… 93
【圖4-37】Voronoi 空間模擬04 …………………………………… 93
【圖4-38】Voronoi 空間模擬05 …………………………………… 93
【圖4-39】Voronoi BallⅠ三維模擬01………………………………94
【圖4-40】Voronoi BallⅠ三維模擬02………………………………94
【圖4-41】Voronoi BallⅡ三維模擬…………………………………95
【圖4-42】Voronoi BallⅡ製作方式01………………………………96
【圖4-43】Voronoi BallⅡ製作方式02………………………………96
【圖4-44】Voronoi BallⅡ操作與製造01……………………………97
【圖4-45】Voronoi BallⅡ操作與製造02……………………………97
【圖4-46】Voronoi BallⅡ操作與製造03……………………………98
【圖4-47】Voronoi BallⅡ操作與製造04……………………………98
【圖4-48】Voronoi BallⅡ操作與製造05……………………………99
【圖4-49】Voronoi BallⅡ操作與製造06……………………………99
【圖4-50】Voronoi BallⅡ模型01………………………………… 100
【圖4-51】Voronoi BallⅡ模型02………………………………… 100
第五章
【圖5-01】案例「Fish」;單元轉化 …………………………………108




表目錄

【表3-01】數位設計操作分類…………………………………………25
【表3-02】設計操作分類………………………………………………30


參考文獻 參考文獻


外文書籍

1.Aranda & Lasch
《Tooling》;2006,New York,Princeton Architectural.
2.Ferre & Albert
《Verb Nature》;2005,New York,ACTAR-D.
3.Lynn Greg
《Animate Form》;1999,Princeton Architectural Press.
4.Taylor & Francis
《Evan Douglis Autogenic Structures》;2009,New York.
5.Tomoko Sakamoto
《From Control to Design》;2007,New York,ACTAR-D.



中譯書籍

1.Cecil Balmond
《Informal 異規》;2008,李寒松 譯,中國建築工業出版社。
2.David Wade & Anthony Ashton
《胚騰:無所不在的模式》;2004,蔡承志 譯,天下遠見出版。
3.Elizabeth A. T. Smith
《科技建築》;2001,陳珍誠 譯,台北,旭營文化出版。



中文書籍

1.何炯德
《Responsive Volatility 活潑建築》;2008,台北,田園城市出版。
2.劉育東/林楚卿
《新構築:邁向數位建築的新理論》;2009,台北,田園城市出版。



參考論文

1.李京翰
《非單調之中介表面》;2007,淡江大學建築研究所論文。
2.江青澤
《數位模擬自然紋理於建築設計的過程》;2009,淡江大學建築研究所論文。



參考網站

Scriptedbypurpose:http://www.scriptedbypurpose.net/
MATSYS:http://matsysdesign.com/
MARC FORNES & THEVERYMANY™:http://theverymany.com/
Greg Lynn:http://www.glform.com/
P&A Lab:http://pandalabccc.blogspot.com
論文使用權限
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