都市中老舊街區的老屋多因為保護隱私，在皮層上外加鐵窗而導致室內光線的不足、環境的適應性不佳及視覺景觀的問題。所以本研究欲重新探索皮層(尤其在鐵窗)在建築上的意義，經由皮層與人體和衣服織理的類比，以及皮層與環境和使用者互動關係之研究，找尋織理變化並結合不同的系統資訊讀取的運算機制，且透過皮層如服裝織理的扭轉機制，讓光線能進入空間改善室內光環境，根據使用者的情境，創造空間使用的多元適應性，其目的為建構一個具調光性與互動性的鐵窗原型。

   架構在Semper(1951)提出四元素中的圍合，以及Frampton(1995)在構築上的節點，以及數位科技在實體運算的互動等議題，進行下列的五個研究步驟:一、文獻回顧：將不同的理論演進作分析、研究皮層在建築上的定位與使用者之間的關係。二、案例研究：不同的案例皮層發展目標不同，如何對應環境與室內空間的連結。三、織理：織理如何從二維變成三維化的過程，且透過不同的動作就能創造不同的變化。四、互動：透過不同的軟硬體學習，資訊的輸入與輸出將動作實踐。五、系統與設計：透過不同系統的設計、整合，透過系統的整合能加快設計的速度。將不同的環境、空間和使用者的資訊設定後，創造不同的鐵窗設計。

   最後選擇士林老屋為基地，透過基地中不同環境因子間的關係建立（包括如光照、私密性、空間使用、使用者等），並整合運算機制與系統，發展一組對應到空間和使用之調光的鐵窗結構原型。此原型除了可以提供空間的適應性與良好的光線品質外，也可以改善老舊街區立面皮層上的視覺景觀。未來發展希望透過本研究讓此裝置能改變空間使用方式，且讓環境與使用者作互動，讓光線與隱私能夠透過織理(反光布)的扭轉反射讓空間充滿光線的變化與使用可能性。

For privacy and safety concerns, housings in old neighborhood usually have their windows attached with grilles that cause insufficient light in the indoor area and the unfavorable exterior appearance view. Through the analogy between the body and clothing, this research explores the relationship among buildings, skins, environments and users. Besides, we integrate the information with different computational mechanisms and technologies. The purpose of the research is to create a structure with lighting control and interactivity, in order to improve the environment of the lighting in-door, and multivariate adaptation through the mechanism of the twisting pattern.

Based on the weaving view within Semper’s (1951) architectural elements, Framption’s joint element on tectonic (1995), and the interactive technology, this research composes of five steps. 1) Literature review: understanding the ideas within theories and focus on the meaning of skin in the architectural view in relationship with the users. 2) Cases study: making the good relationships between the indoor and the outdoor areas is necessary, due to the diverse functions of the skin in different situations. 3) Weaving patterns exploration: Examining the process of changes from two dimension to three dimension, and finding the trigger of the changing factors in the weaving process. 4) Interaction implementation: Exercising experiments by applying different software and hardware for twisting information input and output. 5) System and design: Integrating different systems and their mechanisms, we intend to propose a twisting prototype of grille to respond to the different situations.

Finally, the research chooses an old housing in Shilin district as a base. Through establishing the mathematic relationship between different environmental elements (such as lighting, privacy, space usage, users), the computational mechanisms and operations provide us to develop an effective prototype of skin with the lighting control corresponding to the diverse situations. This prototype can not only provide space for adaptability and lighting quality, but also can improve the block’s facade of the visually landscape. In the future, we hope that the prototype can change the spatial application dynamically, and create the interactivity between the environment and users in the different functional buildings.

謝誌……………………………………………………………………I
中文摘要………………………………………………………………II
英文摘要(Abstract)…………………………………………………III

第一章 緒論
1-1研究動機………………………………………………………………2
1-1.1 都市老屋問題…………………………………………………………………3
1-1.2 Skin & Bones 外皮與建築………………………………………………5
1-1.3 織理動態變化的可能性……………………………………………………6
1-2研究問題與目的……………………………………………………………………7
1-2.1 空間與使用者之適應性…………………………………………………8
1-2.2 織理與空間使用關係建立…………………………………………………9
1-2.3 互動設計與使用者之關係………………………………………………10
1-2.4 軟硬體結合數位製造與實踐……………………………………………11
1-3研究流程……………………………………………………………………………13

第二章 文獻回顧與案例研究
2-1服裝與織理…………………………………………………………………………15
2-1.1 元素……………………………………………………………………………16
2-1.2 織理……………………………………………………………………………21
2-2介面與互動…………………………………………………………………………22
2-2.1 參數化…………………………………………………………………………23
2-2.2 實體運算………………………………………………………………………25
2-3 案例研究……………………………………………………………………………28
Case1…………………………………………………………………………28
Case2…………………………………………………………………………29

第三章 先期研究一 : Twisting 與 Pattern變化
3-1 Pattern的切割與發想………………………………………………………32
3-1.1 分割………………………………………………………………………………32
3-1.2 組構分析………………………………………………………………………32
3-1.3 與織理關係…………………………………………………………………34
3-2 Pattern與織理………………………………………………………………34
3-2.1 Pattern的變化與組構……………………………………………………35
3-2.2 線構………………………………………………………………………………40
3-2.3 織理三維化……………………………………………………………………40
3-2.4 織理三維組構…………………………………………………………………41
3-3 Pattern與框架………………………………………………………………42
3-3.1 垂直與水平…………………………………………………………………42
3-3.2 框架節點轉換………………………………………………………………44
3-3.3 Pattern與框架關係………………………………………………………45
3-4 Pattern與張力………………………………………………………………46
3-4.1 扭曲……………………………………………………………………………46
3-4.2 拉扯………………………………………………………………………………47
3-5 先期研究(一)小結……………………………………………………………48

第四章 先期研究二 : Twisting的互動實作
4-1 互動系統操作…………………………………………………………………50
4-1.1 Arduino_code和Grasshopper_firefly連接類比……………50
4-1.2 Uno版的連接輸入與輸出………………………………………………51
4-2 輸入輸出流程…………………………………………………………………53
4-2.1 光線感知器(Photocell Sensor)……………………………………53
4-2.2 光線感知數據與Grasshopper數據讀取…………………………54
4-2.3 光線數據連結動態皮層關係實作……………………………………55
4-2.4 光線數據連結伺服馬達(Servo)數據操作…………………………58
4-2.5 數據連結伺服馬達(Servo)實作………………………………………59
4-2.6 Iphone APP互動與輸出端實作………………………………………60
4-3 互動模型設計…………………………………………………………………63
4-3.1 互動模型的出發點…………………………………………………………63
4-3.2 Twist的實現與意義………………………………………………………64
4-4.3 Twist動態數據整合………………………………………………………68
4-4 Twisting & Lighting………………………………………………………69
4-4.1 Twisting coding & Firefly components ………………………69
4-4.2 Twisting 與光線…………………………………………………………70
4-5 先期研究(二)小結……………………………………………………………72

第五章 設計與實踐_以士林承德路老屋為例
5-1 操作流程………………………………………………………………………76
5-1.1 流程的設計與系統………………………………………………………76
5-1.1.1 單元組織分割系統……………………………………………………76
5-1.1.2 鐵窗系統…………………………………………………………………77
5-1.1.3 內部動態反射面的反射分析系統………………………………78
5-1.1.4 物理環境分析系統……………………………………………………79
5-1.2 系統與軟體……………………………………………………………………80
5-1.3 光線與互動…………………………………………………………………81
5-2 基地選定………………………………………………………………………82
5-2.1 都市基本問題……………………………………………………………82
5-2.2 選定基地與基地介紹…………………………………………………83
5-3 設計操作…………………………………………………………………………85
5-3.1 鐵窗構築與細部設計……………………………………………………85
5-3.2 鐵窗與空間…………………………………………………………………91
5-3.3 皮層互動與程式……………………………………………………………93
5-3.4 鐵窗設計模擬…………………………………………………………………95

第六章 討論與發展
6-1 未來發展可能性………………………………………………………………97
6-2 模型及結………………………………………………………………………97
6-2.1 測試成果…………………………………………………………………97
6-2.2 未來發展…………………………………………………………………98
參考書目…………………………………………………………………………100

圖目錄
第一章
【圖1-01】大三作品_皮層模型變化 2
【圖1-02】大四作品_運動中心_Diamond sport center 2
【圖1-03】淡水區鄰里漏巷光線不足 3
【圖1-04】立面現象(淡江大學城) 4
【圖1-05】Skin+Bones內頁 6
【圖1-06】百貨公司內的互動設計 10
【圖1-07】Kinect鏡頭與互動 11
【圖1-08】樂高、四驅車(拆解) 11
【圖1-08】研究流程表 13

第二章
【圖2-01】Aegis Hyposurface(宇宙之盾_超表面) 18
【圖2-02】Curtain Wall House與外皮細部 20
【圖2-03】Screenplay作品 21
【圖2-04】Institut du Monde Arabe與外皮光影空間 24
【圖2-05】Ai Bahar Tower 與外皮細部 26
【圖2-06】Kiefer Technic Showroom與外皮的開闔 27
【圖2-07】Dominus winery與皮層細部 28
【圖2-08】Signal Box 與皮層細部 29

第三章
【圖3-01】統領大樓和萬年大樓立面 32
【圖3-02】Grasshopper模擬格狀化開口變位 33
【圖3-03】格狀化開閤與光圓點關係 33
【圖3-04】淡江大學大學城宿舍外皮分割分析圖 34
【圖3-05】格狀化分割 35
【圖3-06】格狀化分割植入圓的元素 35
【圖3-07】點、線、弧線構成 36
【圖3-08】獨立元素的構成 36
【圖3-09】Grasshopper模擬皮層變動與組合過程 37
【圖3-10】框架作動與Pattern作動 37
【圖3-11】Pattern的重新組構 37
【圖3-12】圓形元素的構成與圖像組構 38
【圖3-13】模擬牆面分割和影響點 39
【圖3-14】隨著影響點移動開口變化 39
【圖3-15】線與面的構成 40
【圖3-16】Pattern的旋轉 40
【圖3-17】單元的形成和三維的組構 41
【圖3-18】單元組合 41
【圖3-19】Pattern左右橫向組合 42
【圖3-20】支撐的形成和結構的延伸 42
【圖3-21】皮層上下交疊中空可能性 43
【圖3-22】水平與垂直百葉、格柵 43
【圖3-23】Graph mapping 的框架模擬 44
【圖3-24】框架的模擬形成 44
【圖3-25】框架與動態皮層組合 45
【圖3-26】框架與動態皮層組合模擬二 45
【圖3-27】圓形構成Pattern旋轉 46
【圖3-28】Pattern上下串聯 46
【圖3-29】拉扯模擬(轉軸) 46
【圖3-30】Pattern上下串聯 47
【圖3-31】Pattern拉扯與光影 47
【圖3-32】Pattern拉扯與光影透視 47

第四章
【圖4-01】Arduino UNO板基本插接位置 50
【圖4-02】按鈕開關LED連結示意圖 51
【圖4-03】Firefly模擬開關燈 52
【圖4-04】Firefly模擬開關燈_亮燈 52
【圖4-05】Photocell Sensors 53
【圖4-06】Arduino與Firefly的Serial Monitor讀取數據方式 54
【圖4-07】對Photocell的光源遮蔽 54
【圖4-08】光感數據的變化 55
【圖4-09】光感數據控制球體的大小 55
【圖4-10】光感數據控制球體大小變化 56
【圖4-11】光感數據控制Pattern開闔變化 56
【圖4-12】光感數據控制Pattern開闔變化 57
【圖4-13】4組Photocell數據的讀取 57
【圖4-14】Servo旋轉角度設定 58
【圖4-15】Servo旋轉 59
【圖4-16】數據的整合 59
【圖4-17】Breath APP 60
【圖4-18】Breath連接Grasshopper模擬 60
【圖4-19】數據改變圓柱高低 61
【圖4-20】MIX Control APP 61
【圖4-21】APP控制開闔的變化 62
【圖4-22】透過Ghowl讀去訊號及輸出 62
【圖4-23】入射角的模擬 63
【圖4-24】齒輪以及桿件 65
【圖4-25】模型組構與切割 65
【圖4-26】模型光照實驗 66
【圖4-27】光感數值變化 67
【圖4-28】反光角度與光照角度 68
【圖4-29】數據蒐集 68
【圖4-30】Twist pattern 69
【圖4-31】Firefly components 69
【圖4-32】春分秋分太陽照射角與Pattern變化 70
【圖4-33】夏至太陽照射角與Pattern變化 70
【圖4-34】冬至太陽照射角與Pattern變化 70
【圖4-35】春分秋分光線模擬 71
【圖4-36】夏至光線模擬 71
【圖4-37】冬至光線模擬 71
【圖4-38】實驗一影片(影格) 72
【圖4-39】設計Sketch與實作模型 72
【圖4-40】實驗模型一UNO板的連接和光感 73

第五章
【圖5-01】結構單元分割圖 76
【圖5-02】互動示意圖 77
【圖5-03】Reflect反射分析 78
【圖5-04】GECO光線分析 79
【圖5-05】軟體應用過程圖 80
【圖5-06】日夜模式不同的互動導光板 81
【圖5-07】淡水、士林、萬華老屋 82
【圖5-08】士林承德路巷內老屋 83
【圖5-09】士林老屋室內平面圖 83
【圖5-10】老屋空間現有存在的問題 84
【圖5-11】鐵窗模型製作 85
【圖5-12】皮帶嫁接細部 86
【圖5-13】鐵窗模型製作細部 87
【圖5-14】模型主體架構透視圖 88
【圖5-15】模型動態扭曲的不同狀態 89
【圖5-16】鐵窗立面模擬 90
【圖5-17】鐵窗單元應用 90
【圖5-18】鐵窗角度與空間 91
【圖5-19】空間變化與皮層變化 92
【圖5-20】程式模擬 93
【圖5-21】程式模擬圖 94
【圖5-22】實驗二影片(影格) 95

第六章
【圖6-01】扭曲測試_藉由雙轉軸 99

【外文】
Andrew Payne , 2010 , Interactive Prototyping , http://fireflyexperiments.com/
Cache,B , 2002 , Gottfried Semper stereotomy , biology and geometry
Farshid Moussavi and Michael Kubo , 2008 , THE FUNCTION OF ORNAMENT , ACTAR
Mark Muckenheim , 2012 , INSPIRATION , PAGE ONE
Le Penseur , 2010 , Parametric Architecture with Grasshopper
Lisa lwamoto , 2009 , Digital Fabrications-Architectural and Material Techniques , Architecture Briefs
Mark Muckenheim & Juliance Demel , 2012 , Inspiration , PRGEONE

【中文】
董育綸 , 2005 , 導引與交流-光盒子數位設計演作 , 成功大學建築系碩士論文秋茂林編 , 2003a , 數位建築發展 , 田園城市文化
秋茂林編 , 2003b , 設計運算向度 , 田園城市文化
秋茂林編 , 2003c , 數位設計教育 , 田園城市文化
漆志剛編 , 2013 , 同居台北 , 田園城市文化
劉育東 , 2006~2007 , 一個融合古典與數位思考的新構築先期架構—案例研究 , 國立交通大學建築研究所_成果報告書

【參考網站】
http://www.arcspace.com/exhibitions/unsorted/skin--bones/
http://chinese.engadget.com/tag/Kinect/
http://forum.arduino.cc/
http://fireflyexperiments.com/
https://itunes.apple.com/