GENERATIVE DESIGN LUIS FERNANDO MARTÍN PÉREZ
GENERATIVE DESIGN par: Luis Fernando Martín Pérez Outils Numeriques - Master 1 - ENSAParisValdeSeine Professeurs: Nader Boutros Olivier Bouet Intervenant extérieur: Emmanuel Di Giacomo
2
SOMMAIRE
INTRODUCTION page 4
QU'EST-CE QUE LE GENERATIVE DESIGN? page 5 COMMENT LA CONCEPTION GÉNÉRATIVE PEUT-ELLE S'APPLIQUER À L'ARCHITECTURE? page 6 AVANTAGES page 7 DESAVANTAGES page 7 LOGICIELS POUR LA CONCEPTION GÉNÉRATIVE page 8 ARCHITECTES QUI APPLIQUENT CETTE METHODE page 9 EXAMPLE DE PROJET DÉVELOPPÉ PAR LA CONCEPTION GÉNÉRATIVE page 10 CRITIQUE PERSONNEL page 13 BIBLIOGRAPHIE page 14
3
INTRODUCTION La conception générative a révolutionné la manière dont tous les types d'objets sont aujourd'hui modélisés et conçus, des ustensiles de cuisine aux technologies aéronautiques, en passant par les structures urbaines complexes. Cette approche de la conception cherche à explorer les différentes alternatives et solutions possibles qu'un objet peut offrir à un problème spécifique, afin de choisir l'option qui répond le mieux à ses besoins, à partir d'une approche évolutive. Il utilise comme outil fondamental l'intelligence artificielle et les processus automatisés, ainsi que des algorithmes basés sur les structures trouvées dans la nature. Cette méthodologie vise à optimiser la résistance aux points de support de la conception, la réduction du matériau utilisé sans compromettre les points de support ou l'intégrité physique de celui-ci et le temps de fabrication de la pièce. Bien que la conception générative ait commencé à changer la manière dont les architectes effectuent leur travail, elle a également généré une controverse concernant les disciplines créatives et artistiques, car la capacité des logiciels et des systèmes à surmonter, ou à égaler, la capacité intrinsèque de l'être humain à créer et à imaginer des objets est remise en question. Cependant, ces outils technologiques peuvent aider les concepteurs à concentrer leur attention sur l'innovation, tandis que les programmes traitent de problèmes structurels ou matériels.
4
QU'EST-CE QUE LE GENERATIVE DESIGN?
De manière très basique, on peut dire que c'est une méthode pour générer des formulaires automatiquement à partir de la modification des variables qui les définissent. Derrière cette modification se cachent des définitions algorithmiques permettant d'accéder de manière intelligente à des formes infinies en indiquant simplement les nouveaux besoins. Bien au-delà d'un générateur de formes "libre", le design génératif pose une nouvelle approche, de manière générale, dans la solution des problèmes. À partir de maintenant, il est plus intéressant de réfléchir à la cause de ces problèmes plutôt qu'à la solution elle-même, car ce sont ces causes qui, gérées efficacement, nous montrent la meilleure solution.
5
COMMENT LA CONCEPTION GÉNÉRATIVE PEUT-ELLE S'APPLIQUER À L'ARCHITECTURE?
Lors de la conception d'un processus, nous développons un ensemble de relations mathématiques et géométriques créant des processus et des systèmes (algorithmes), qui nous permettent d'explorer plus d'un résultat, avec certaines prémisses de conception préalablement établies. En appliquant ce système à l'architecture, les différents logiciels de conception 3D nous permettent de générer de multiples solutions basées sur le poids, la lumière, le budget, etc. pour le même projet, de sorte que les temps de conception sont réduits ainsi que les moyens qui ne peuvent pas être développés par le dessin conventionnel. Avoir un processus de conception et non une forme pré-établie peut manipuler ses variables et propriétés, que nous pouvons modifier en temps réel et ainsi comparer les résultats, afin d’obtenir un résultat plus efficace. À partir de la conception paramétrique, des conceptions intelligentes et / ou réactives peuvent être générées, établissant un critère de conception, permettant une adaptation à toute situation, contexte, tectonique, etc. Autrement dit, la conception peut être adaptée à tout paramètre / variable intégré au processus de conception, ce qui donne un résultat intelligent et réactif qui parvient à résoudre un problème spécifique. L'un des principaux avantages de la conception paramétrique est la symbiose entre les disciplines, ce qui nous permet d'intégrer des critères structurels, sociaux, des simulations de flux, etc. Afin que le modèle tridimensionnel ne soit pas seulement un modèle virtuel, il constitue également un outil capable de nous fournir des résultats et des informations afin de réaliser davantage de conceptions sur le terrain offrant des résultats probants. L'un des avantages de la conception paramétrique est qu'elle permet d'intégrer directement la fabrication numérique dans la conception, puisque la production numérique est intégrée au moyen de machines à commande numérique ou d'imprimantes 3D. C’est ainsi que la production numérique optimise le temps et les coûts de production, dans la mesure où elle applique les concepts de base de la préfabrication.
6
AVANTAGES La conception paramétrique est hautement optimale en termes de temps nécessaire pour effectuer une projection. Cependant, il ne s’agit pas de concevoir un design paramétrique de formes extravagantes et avant-gardistes uniquement par sa forme ou son volume, le design paramétrique cherche à être optimisé, tant du point de vue matériel que spatial, et est même capable de résoudre d’autres problèmes tels que la climatisation, la densité des matériaux, etc. ce qui génère un développement logique bien supérieur à ce que l’être humain peut même imaginer.
DESAVANTAGES Peut-être le plus gros problème qui puisse apparaître dans les conceptions paramétriques est-il la faible sensibilité entre le créateur et le projet lui-même, étant donné qu’il s’agit d’un processus purement mathématique, la réitération d’éléments formels peut être quelque peu "ennuyeuse" ou "très" rationnel et simple, l'humain cherche toujours ce mélange entre le naturel et le "divin", qui est beau non pas par son rationnel mathématique, mais par son essence conceptuelle.
7
LOGICIELS POUR LA CONCEPTION GÉNÉRATIVE
En général, les logiciels mis en œuvre pour cette modélisation avancée en 3D et la conception générative sont Revit, Rhinoceros et Grasshopper. Très probablement, la plupart des architectes connaissent Rhinoceros en tant que logiciel permettant la modélisation 3D de manière intuitive et précise. Cependant, Grasshopper s'avère être un logiciel plus récent ou inconnu. Grasshopper est un plug-in Rhinoceros, orienté vers la conception paramétrique qui fonctionne comme éditeur d’algorithmes génératifs. Les avantages de ce programme sont que, contrairement à beaucoup, cela ne nécessite aucune expérience en programmation ou en script, ce qui permet de créer des conceptions paramétriques à partir de la génération de composants, en obtenant une optimisation considérable du temps. Il existe également d'autres programmes plus axés sur l'ingénierie, tels que Catia, Autodesk Fusion ou Dynamo.
8
ARCHITECTES QUI APPLIQUENT CETTE METHODE Michel rojkind Michel Rojkind Halpert est un architecte mexicain, associé fondateur de Rojkind Arquitectos, une firme de design et d'architecture mexicaine, reconnue par Architectural Record en 2005 comme l'un des dix bureaux d'architecture avant-gardiste.
Bjarke Ingels C'est un architecte danois. Il dirige le studio d'architecture BIG Bjarke Ingels Group, qu'il a fondé en 2006. Bjarke cherche à réaliser l'équilibre entre architecture traditionnelle et architecture avant-gardiste.
Zaha Hadid Elle était un architecte anglo-irakien issu du déconstructivisme actuel. Il a passé la majeure partie de sa vie à Londres, où il a étudié l’architecture.
9
EXAMPLE DE PROJET DÉVELOPPÉ PAR LA CONCEPTION GÉNÉRATIVE Couvrir une espace complexe avec des voutes: Il s’agit dans cet exemple de couvrir avec des voutes une zone formée de 4 hexagones.
Le première étape consiste à produire un maillage de la zone à couvrir. Il est préférable de produire un maillage régulier. Les sommets du maillage seront considérés par Kangaroo comme des particules à déplacer en vue de satisfaire les contrainte.
Une solution consiste à placer dans les hexagones les points correspondant aux sommets du maillage et d’appliquer ensuite un maillage de Delaunay sur ces points. Pour cela on peut placer des points régulièrement sur deux cotés adjacents de l’hexagone et faire la même chose sur les deux côtés opposés. On raccordera ensuite ces point avec des lignes. On obtient ainsi une trame de lignes sur laquelle on appliquera deux duplications polaires avec un pas de 60 degrés (Transform/Euclidian/ Rotate). Il s’agit ensuite de calculer toutes les intersections de ces lignes pour produire les points intérieurs (Intersect/Physical/Multiple Curves).
10
Dupliquez ensuite le maillage de l’hexagone pour former la surface à couvrir. On peut passer par Rhino pour cela: instanciez le maillage (Bouton droit de la souris sur le maillage de Delaunay et activer Bake) puis copier le 3 fois en utilisant la commande copie de Rhino (Transformer/Copier). Revenir dans Grasshopper en placez un paramètre Mesh (Params/Mesh). Associer à ce composant les maillages hexagonaux créés dans Rhino. Placer un composant MeshCorners (Kangaroo2/Mesh/Mesh Corners) afin de récupérer les points de contours des haxagones maillés. Ces points constitueront des points d’ancrages des voutes. Comme les hexagones ont des cotes communs certains points d’ancrage se superposent et il est préférable de ne garder que les 17 points d’ancrages nécessaires (voir figure ci-dessous).
Les centres des hexagones peuvent être aussi des points d’ancrages des voutes. Pour cela il faut récupérer les contres des hexagones en enchainant deux composants: un qui calcule les contours des hexagones (Curve/Spline/Polyline) et l’autre qui en calcul le centre (Curve/Analysis/Polygon Center). Tous ces points sont à relier à un composant Anchor (Kangaroo2/Goals-On/Anchor) permettant de définir les contraintes d’ancrage de la couverture.
Placer ensuite un composant EdgesLengths (Kangaroo2/Goals-Mesh/EdgeLengths) pour fixer la longueur des arêtes du maillage de la couverture et un composant VertexLoads (Kangaroo2/Goals-Mesh/VertexLoads) appliquant des poids verticaux à tous les sommets du maillage. 11
Un slider permettra de contrôler la valeur de cette forces verticale. Ajouter aussi un composant Show (Kangaroo2/Main/Show) afin que le solver produise le maillage résultant dans sa sortie O. Reliez alors toutes les contraintes à l’entrée GoalObjects du solver.
12
CRITIQUE PERSONNEL
De mon point de vue, je pense que le design génératif est un bon outil pour trouver de nouveaux designs audacieux mais sûrs qu’il ne serait pas possible de réaliser grâce au dessin traditionnel. Mais, d’autre part, j’estime que cela limite la créativité de l’architecte lorsqu’il s’agit de concevoir un projet, ce qui se reflète dans les écoles d’architecture où, au lieu d’offrir des cours de dessin, seuls des cours de dessin assisté par ordinateur sont proposés. C’est pourquoi je suis fermement convaincu que l’architecte doit connaître le nombre maximum d’outils qu’il a en main, pour décider en fonction de chaque projet et de leurs besoins, ainsi que la combinaison de plusieurs outils pour une restitution optimale.
13
BIBLIOGRAPHIE
https://www.hexabim.com/discussions/l-architecture-parametrique https://www.plm.automation.siemens.com/global/es/our-story/glossary/generativedesign/27063 https://www.dezeen.com/2017/02/06/generative-design-software-will-give-designerssuperpowers-autodesk-university/ http://www.effidyn.net/generative-design-quand-les-techniques-des-arts-numeriquesalimentent-le-genie-industriel/ https://www.autodesk.com/solutions/generative-design http://www.futurearchi.org/t/architecture-parametrique-et-bim-au-travers-du-travail-dextu/196 https://reurbano.mx/que-es-el-diseno-generativo/ http://th3.fr/imagesThemes/docs/ArchitectureParame_trique_compresse_pdf.pdf https://dumas.ccsd.cnrs.fr/dumas-01807920/document https://vortica.wordpress.com/2011/08/09/el-diseno-generativo/ https://www.plataformaarquitectura.cl/cl/02-120983/tori-tori-restaurant-rojkindarquitectos-esware-studio
14
15