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系統識別號 U0002-2108201322580700
中文論文名稱 形態發生計算之建築設計應用
英文論文名稱 An Exploration on Morphogenesis Computation in Architecture
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 101
學期 2
出版年 102
研究生中文姓名 張世麒
研究生英文姓名 Shih-Chi Chang
電子信箱 jscharvest@hotmail.com
學號 600360043
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2013-07-03
論文頁數 155頁
口試委員 指導教授-陳珍誠
委員-施宣光
委員-賴怡誠
中文關鍵字 形態學  面域分割  時間基礎  過程基礎  規則  複雜性 
英文關鍵字 Morphogenesis  Sub-Division  Time-Based  Process-Based  Rules  Complexity 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 本研究以形態運算為基礎,探討在歷時性的運算過程中,基本形態不斷繁衍出更複雜的形體。分別由生物學與設計運算兩個領域當中找尋簡單的規則,透過遞規的運算衍生出複雜性,進而以面域分割(Sub-division)原理討論電腦運算在形態上的生成變異。研究後期進一步探討數位時代關於設計的裝飾性,以基本形變規則做為疊代運算的基礎,進而產生複雜且不可預測的形態。

本研究分為兩大部分,第一部份嘗試探討形態學發生的基本運算原理,首先以點與線為基礎進行討論,分別以路徑軌跡、重力場、細胞自動機與智能行為演算法等規則做為形態生成的依據。第二部份則是以面與體為運算因子,使用面域分割原理分別對於曲面與量體做碎形處理,在每一次疊代中給予不同條件下,些微的規則差異將導致最終生成形態的顯著差異。本研究最後以柱式做為形態計算的依據,透過不同運算規則的運用與組合來探討形態生成變化的可能性。本研究中對於數位工具的使用分為兩大類:ISOSurface與面域分割;ISOSurface是以點為基礎,透過點順序的安排進而形構成面;面域分割則是以面為根本形狀,取其控制點加以位移導致面的形變。

研究過程討論在每次疊代運算時置入或替換不同的規則,進而產生不可逆的形變運算結果,期待在相同的初始條件下因規則的變異進而衍生出千變萬化的可能。希望以此概念設計為出發點,進而在未來建築設計領域上產生新的發展方向,並期許銜接數位設計在虛擬與實務應用之間的距離。
英文摘要 Based on morphological computations, this study explores the productions of complex form from basic patterns during the process of time-based computations. By seeking simple rules from the domains of biology and design computation, and through recursive operations to derive complexities, the study uses the surface subdivision principle to discuss the morphological variations produced by computer generations. The latter part of the study further examines the decoration of designs of the digital era, using basic geometric transformation rules as the basis for iterative computations to produce complex and unpredictable patterns.

This study is divided into two parts. The first part attempts to explore the fundamental principles of morphogenesis. Initially using points and lines as the basis for discussion, rules such as those in path trajectory, gravitational field, cellular automata and intelligent behavior algorithms are then applied for morphogenesis. The second part uses surfaces and s as the computational factors and the principle of surface subdivision to conduct fractal processing on curved surfaces and volumes. By applying different conditions at each iterative step, slight variations in rules would cause significant differences in the final patterns generated. Finally, this study uses the column form as the basis for morphological computations, to explore the possibility of morphogenesis alterations via different applications and combinations of computational rules. This study categorizes the use of digital tools into two major groups: ISO-Surface and surface subdivision. While ISO-Surface is point-based and constructs surfaces through sequential arrangements of points, surface subdivision uses surfaces as the basic forms and achieves surface transformations by selecting and moving the control points.

Placement or replacement of different rules at each iterative computation is discussed in the study to produce irreversible results of morphological computations, and to derive possibilities with the same initial conditions but varying rules. Using such a conceptual design as the starting point, it anticipates to set new developments in the domain of architectural designs in the future, and to bridge the gap between virtual and practical applications of digital designs.
論文目次 目錄

第1章 緒論 1
1-1 研究動機 1
1-1.1 個人對速度機械動態機制的興趣 1
1-1.2 大四設計課模擬THEO JANSEN 的仿生獸之心得 1
1-1.3 聆聽ETH BENJAMIN 與MICHAEL 的演講之啟發 2
1-1.4 近期GRASSHOPPER 參數化設計之發展 2
1-1.5 PROCESSING 程式語言的編寫 3
1-1.6 個人對於數位設計與製造之興趣 3
1-1.7 以數位工具生成空間之形態 3
1-2 研究目的 4
1-2.1 向大自然學習 4
1-2.2 探討形態發生之基本元素 4
1-2.3 探討以時間軸為基礎的形態軌跡 4
1-2.4 探討場域之生成 5
1-2.5 探討行為與形態之關係 5
1-2.6 結合近代複雜科學與建築 5
1-2.7 創造非手工生產的數位形態 6
1-3 相關領域 6
1-4 研究成果 6
第2章 相關案例與書籍 7
2-1 案例 7
2-1.1 THEVERYMANY 7
2-1.2 NERIOXMAN 8
2-1.3 RETUR(N)INGMATTER 9
2-1.4 ECHOECHONOISENOISE 10
2-1.5 PANGENERATOR 11
2-1.6 SCI-ARC PHANTOM GEOMETRY 12
2-2 參考書籍 13
2-2.1 GREG LYNN,《ANIMATE FORM》 13
2-2.2 STAN ALLEN,《OBJECT TO FIELD》 14
2-2.3 DANIEL SHIFFMAN,《THE NATURE OF CODE》 15
2-3 TED 網路演講 16
2-3.1 GREG LYNN: 16
2-3.2 MICHAEL HANSMEYER: 17
2-3.3 MICHAEL HANSMEYER 與GREG LYNN異同之處: 19
2-4 程式庫與插件 20
2-4.1. GRASSHOPPER 20
2-4.2. FIREFLY: 20
2-4.3. GHOWL: 20
2-4.4. KANGAROO: 20
2-4.5. MILLIPEDE: 21
2-4.6. RABBIT: 21
2-4.7. PROCESSING 22
2-4.8. CONTROLP5: 22
2-4.9. PEASYCAM: 22
2-4.10. PLETHORA: 22
2-4.11. TOXICLIBS: 23
2-5 關鍵字 24
2-5.1 RULE: 24
2-5.2 TIME-BASED: 24
2-5.3 TRACE: 24
2-5.4 FILED: 24
2-5.5 COMPLEXITY: 25
2-5.6 MORPHOGENESIS: 25
2-6 小結: 25
第3章 點、線架構 26
3-1 設計發想 26
3-2 點構成 26
3-2.1 TRACE 26
3-2.2 PERLIN NOISE 30
3-2.3 GFORCE_POINT 34
3-2.4 CA_POINT 37
3-3 點形態 41
3-3.1 RADNOM_POINT 41
3-3.2 METABALL_POINT 46
3-3.3 CONTROL_POINT 52
3-3.4 ROME_POINT 55
3-4 小結 60
第4章 面、體架構 61
4-1 前言 61
4-2 面狀構成 61
4-2.1 SURFACE_SUB 61
4-2.2 MESH_PLAN_SUB 65
4-3 體狀構成 70
4-3.1 MESH_SPHERE 70
4-3.2 MESH_CUBE_SUB 75
4-3.3 MESH_CUBE_SUB_ROTATE 83
4-3.4 MESH_CUBE_SUB_SCALE_FRUCTAL 87
4-3.5 MESH_CUBE_SUB_CTRL 90
4-4 小結 96
第5章 柱、拱形態 97
5-1 前言 97
5-2 柱形態 97
5-2.1 MESH_COLUMN_SQUARE 97
5-2.2 MESH_COLUMN_OCTAGON_3PARTS_LOOP3 104
5-2.3 MESH_COLUMN_OCTAGON_4PARTS_LOOP3 112
5-2.4 MESH_COLUMN_OCTAGON_4PARTS_LOOP4 116
5-2.5 MESH_COLUMN_OCTAGON_4PARTS_LOOP3_FACEN 117
5-2.6 MESH_COLUMN_OCTAGON_6PARTS_LOOP3_FACEN 119
5-3 拱形態 121
5-3.1 前言 121
5-3.2 NOISE_DOME 121
5-3.3 PALASCHIEMA_DOME 123
第6章 結論與建議 127
6-1 操作過程 127
6-2 數位製造操作與心得 131
6-3 個人心得與結論 133
6-4 後續研究與建議 134
附錄 138

圖目錄

圖1 1 Eadweard Muybridge Photoshot 1
圖1 2 Mesh Grammar Dome by Michael Hansmeyer 2
圖2 1 Growth Project by THEVERYMANY Studio Marc Fornes 7
圖2 2 Neri Oxman 8
圖2 3 Alisa Andrasek 、Jose Sanchez 9
圖2 4 reTUR(n)INGmatter workshop 9
圖2 5 BZ_Reaction 10
圖2 6 Snow Crash Model by Echoechonoisenoise 10
圖2 7 .float Project by penGenerator 11
圖2 8 SCI-Arc’s Robot House;Phantom Geometry 12
圖2 9 Bezier Cruve Define ;Ring to Cup Animate 13
圖2 10 Mondrian;Evolutionary Change;Flocks 14
圖2 11 Animeat Form,Object to Field,The Nature of Code 15
圖2 12 Sub-division Cube by ETH CAAD 17
圖2 13 Subdivided Columns by ETH CAAD 18
圖 3 1 Grasshopper Definition of Trace Morphosis 26
圖 3 2 Morphosis of Square Trace 27
圖 3 3 Trace Morphosis 28
圖 3 4 Delauany Edge of Square Trace Morphosis 29
圖 3 5 Perlin Noise and Random 30
圖 3 6 MD Slider Function 31
圖 3 7 Random Function 31
圖 3 8 Perlin Noise Function 31
圖 3 9 Grasshopper Definition of Perlin Noise Morphosis 32
圖 3 10 Bounding Edge of Populate 2D 32
圖 3 11 Morphosis of Perlin Noise 33
圖 3 12 Sagrada Familia Church 34
圖 3 13 Islamis Pattern and Force Study Model of Sagrada Familia Church 34
圖 3 14 Islamis Pattern Design Process 35
圖 3 15 Movement of Pattern Morphosis 35
圖 3 16 The Section of Pattern Morphosis 36
圖 3 17 1D Cellular Automata Rules 37
圖 3 18 Cellular Automata Pattern 37
圖 3 19 2D Cellular Automata Rules 38
圖 3 20 Grasshopper Definition of CA Morphosis 38
圖 3 21 The Process of CA Morphosis 39
圖 3 22 Type of the CA Morphosis 39
圖 3 23 The Section of CA Morphosis 40
圖 3 24 Sub-Division Column by ETH 41
圖 3 25 Construct Method 41
圖 3 26 The Method of Random Point Object 42
圖 3 27 Grasshopper Definition of Ranodm Point Object 42
圖 3 28 The Morphosis of Ranodm Point Object 43
圖 3 29 Type of the Ranodm Point Object 43
圖 3 30 The Section of Ranodm Point Object 44
圖 3 31 ISO-Curve Definition 0.0-1.0 46
圖 3 32 The Process of ISO-Curve 46
圖 3 33 Construct Method 47
圖 3 34 ISO-Curve 47
圖 3 35 ISO-Curve Process 48
圖 3 36 Overlap ISO-Curve 49
圖 3 37 Type of ISO-Curve 50
圖 3 38 ISO-Curve Morphosis 51
圖 3 39 Based Setting 52
圖 3 40 Construct Method 52
圖 3 41 Morphosis Proccess 53
圖 3 42 Control Morphosis 53
圖 3 43 Column Order 55
圖 3 44 Based Seeting 56
圖 3 45 Construct Method 56
圖 3 46 Column Construct Method 57
圖 3 47 Type of Inside Point 57
圖 3 48 Type of Rome Morphosis 58
圖 3 49 Section of Rome Morphosis 59
圖 4 1 Polyline、 B-Spline 61
圖 4 2 B-Spline Surface 62
圖 4 3 Lofting Method 62
圖 4 4 Lofting Cross Surface 62
圖 4 5 Surface Sefinition 63
圖 4 6 Divided Surface 63
圖 4 7 Face Movement 64
圖 4 8 Face Movement Type 64
圖 4 9 Mesh Method 65
圖 4 10 Mesh Method 65
圖 4 11 The Order of Mesh Face 66
圖 4 12 Mesh Plan Definition 67
圖 4 13 Divided Mesh Face 67
圖 4 14 Hoopsnake Definition 68
圖 4 15 Mesh Plan Movement 69
圖 4 16 Mesh Definition 70
圖 4 17 Mesh Sphere Transform 71
圖 4 18 Grasshopper Definition 71
圖 4 19 Mesh Sphere Movement 72
圖 4 20 Mesh Sphere Movement 73
圖 4 21 Mesh Sphere Movement 73
圖 4 22 Sphere Sub_Division Type 74
圖 4 23 WeaverBird Panel 75
圖 4 24 The Process of Sub-Division 75
圖 4 25 Catmull-Clark Sub-Division 76
圖 4 26 Loop Sub-Division 76
圖 4 27 Sub-Division Cube 77
圖 4 28 Oder of Sub-Division Mesh Cube 77
圖 4 29 Mesh Cube Definition 78
圖 4 30 Cluster Function 79
圖 4 31 Cluster Definition 80
圖 4 32 Mesh Cube Type 80
圖 4 33 Sub-Division of Mesh Cube 81
圖 4 34 Sub-Division of Mesh Cube 81
圖 4 35 Type of Sub-Division of Mesh Cube 82
圖 4 36 Order of WeaverBird Data 83
圖 4 37 Rotate Plan Setting 83
圖 4 38 Rotate Cube Process 84
圖 4 39 Grasshopper Definition 84
圖 4 40 Rotate Cube with Looping Process 85
圖 4 41 Contrast of Each Looping Object 86
圖 4 42 WeaverBird Edge Function 87
圖 4 43 Rules of Offset Curve 87
圖 4 44 Mesh Face 88
圖 4 45 Loop1 Mesh Cube Wireframe 88
圖 4 46 Loop2 Mesh Cube Wireframe 88
圖 4 47 Loop3 to Loop5 Mesh Cube Wireframe 89
圖 4 48 Mesh Cube Wireframe 89
圖 4 49 Control Point of Each Loop 90
圖 4 50 Cube Sub-Division Process 91
圖 4 51 Outline Control Point 91
圖 4 52 Grasshopper Definition 92
圖 4 53 Grasshopper Definition 92
圖 4 54 Loop1 Process Case1 93
圖 4 55 Loop2 Process Case1 94
圖 4 56 Loop1 Process Case2 94
圖 4 57 Loop1 Process Case3 95
圖 4 58 Control Point Sub-Division Cube Types 95
圖 5 1 Grasshopper Definition 97
圖 5 2 Outline Control Point 98
圖 5 3 Column Proportion Setting Definition 98
圖 5 4 Partition of the Column 99
圖 5 5 Column Setting Cluster 99
圖 5 6 Rules Setting of Grasshopper Definition 100
圖 5 7 Loop1 Column Type 100
圖 5 8 Cluster Setting Loop Count 101
圖 5 9 Loop1 Sub-Division Column Process 101
圖 5 10 Mesh Column Square Sub-Division Types1 102
圖 5 11 Mesh Column Square Sub-Division Types2 103
圖 5 12 Re-Construct Square Edge Point 104
圖 5 13 Non-Relist Data Column Loop1 105
圖 5 14 Relist Data Column Loop1 106
圖 5 15 Original Square Edge Point 107
圖 5 16 Re-Construct Control Point Definition 107
圖 5 17 Control Point Partition Display 108
圖 5 18 Column Proportion Setting Definition 108
圖 5 19 Rules Input Definition 109
圖 5 20 Sub-Division Loop2 109
圖 5 21 Loop3 Octagon Column 110
圖 5 22 Non-Relist Data Sub-Division Column Process 111
圖 5 23 Partition Column Order 112
圖 5 24 Shape the Column Proportion 112
圖 5 25 First Input Data Testing 113
圖 5 26 Octagon 4Parts Sub-Division Column Loop2 Process 114
圖 5 27 Mesh Column Octagon 4Parts Loop3 Sub-Division Process 115
圖 5 28 Contrast Between Loop3 and Loop4 Sub-Division Column 116
圖 5 29 Face-Normal Grasshopper Definition 117
圖 5 30 Sub-division Column with Face-Normal 118
圖 5 31 Outline Finding 119
圖 5 32 Sub-Division Column 6Parts Loop3 with Face-Normal 120
圖 5 33 Original Dome Setting 121
圖 5 34 Perlin Noise Definition 121
圖 5 35 Noise Dome Views 122
圖 5 36 First Setting of Plalschiema Dome 123
圖 5 37 Area Setting for Rule Appling 124
圖 5 38 Grasshopper Definition 124
圖 5 39 Plalschiema Dome Process Loop1 to Loop3 125
圖 5 40 Plalschiema Dome Types 125
圖 5 41 Plalschiema Dome Views 126
圖 6 1 相關領域書籍 134



參考文獻 書籍
『Animate Form』,
Greg Lynn,1999,Princeton Architectural Press。

『Computational Design Thinking』,
Achim Menges and Sean Ahlquist,2011,AD Reader。

『Space Reader』,
Michael Hensel、Christopher Hight and Achim Menges,2009,AD Reader 。

論文
『律動-以運動軌跡誘發數位設計之探討』,
廖春瑞,2004,國立成功大學建築研究所。

參考網站
AADRL:http://www.aaschool.ac.uk/aadrl/
〔AGENTWARE〕:http://www.genware.org/agentware/blog/
〔Ay〕STUDIO:http://www.ayarchitecture.com/
Benjamin Dillenburger:http://benjamin-dillenburger.com/#3
BIOTHING:http://www.biothing.org/
Co-de-iT:http://www.co-de-it.com/
Daniel Shiffman:http://www.shiffman.net/
designcoding:http://www.designcoding.net/
Digital〔Sub〕stance:http://digitalsubstance.wordpress.com/
echoechonoisenoise:http://echoechonoisenoise.wordpress.com/
eD:http://evrythngdsgnd.tumblr.com/
ETH CAAD:http://www.caad.arch.ethz.ch/blog/
〔FORMul〔a〕RCH〕:http://formularch.blogspot.tw/
Francastillo.net CC:http://research.francastillo.net/
GENWARE:http://www.genware.org/blog/
Geometry Gym:http://geometrygym.blogspot.tw/
Grasshopper:http://www.grasshopper3d.com/
Greg Lynn:http://glform.com/
IGEO Java Computational Design Tool:http://igeo.jp/
Kokkugia RESERACH:http://www.kokkugia.com/wiki/index.php5?title=Main_Page
MARC FORNES & THEVERYMANY:http://theverymany.com/
MATSYS:http://matsysdesign.com/
McNeel Wiki:http://wiki.mcneel.com/homepage
Michael Hansmeyer:http://www.michael-hansmeyer.com/
MODELAB:http://modelab.nu/
MORPHOCODE:http://morphocode.com/
Neri Oxman:http://web.media.mit.edu/~neri/site/
〔n〕igma-complicit matter:http://computationalmatter.com/
NOX:http://www.nox-art-architecture.com/
OBJECT-E.NET:http://object-e.net/
openProcessing:http://www.openprocessing.org/
PARAMETRIC WORLD:http://parametricworld.tumblr.com/
P&A Lab:http://pandalabccc.blogspot.tw/
performs:http://www.per-forms.net/
Plethora:http://www.plethora-project.com/Plethora-0.2.1/index.html
Processing:http://processing.org/
RAEL SAN FRATELLO:http://www.rael-sanfratello.com/
SCI-arc:http://www.sciarc.edu/
Scott Turner:http://www.esf.edu/efb/turner/index.html
synth〔e〕tech morphologies:http://synth-e-techmorph.blogspot.tw/
S.Yuan:http://yuan322002.blogspot.tw/
The Nature of Code:http://natureofcode.com/
THE PROVING GROUND:http://nmillerarch.blogspot.tw/
〔uto〕http://utos.blogspot.com/
W:BLUT:http://www.wblut.com/
論文使用權限
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