1.2 Computational design
1.2.1.6 Connessione dei component
Ci sono diverse azioni che possiamo applicare ai componenti. Generalmente un componente prende dei dati da una o da più sorgenti e restituisce dei risultati. Abbiamo bisogno di connettere degli oggetti che includano i dati in ingresso verso dei componenti che li processino e collegare a loro volta i risultati ad altri componenti che necessitano di questi risultati e così via.
Completando l’esempio visto in precedenza andiamo nella scheda Curve, nel pannello Primitive, e trasciniamo il componente Line nel Canvas. Connettiamo quindi l’oggetto “point A” all’ingresso A e “point B” all’ingresso B.
Figura 1-51: Creazione di una linea
A questo punto vedremo che nell’area di lavoro di Rhinoceros viene disegnata una linea tra i due punti. Ora aggiungiamo altri due componenti Line per connettere “point B” con “point C” e “point C” con “point A”. In questo modo otteniamo un triangolo che unisce i tre punti.
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Figura 1-52: Creazione di una geometria semplice
Se la posizione dei punti su Rhino viene cambiata manualmente allora anche la posizione dei punti in Grasshopper verrà modificata e le linee che connettono i punti saranno aggiornate di conseguenza. Attraverso questo semplice esempio è possibile notare la potenzialità della tecnica associativa implementata in Grasshopper. L’idea è infatti quella di preparare degli oggetti (input), impostare le relazioni tra di loro aggiungendo ulteriori manipolazioni e generare quindi il progetto finale come risultato dell’algoritmo.
1.2.1.7 Plug-in
Oltre ai componenti presenti nella versione base di Grasshopper esistono una infinità di plug- in in grado di fornire gli strumenti necessari alla risoluzione di qualsiasi problema strutturale e architettonico si voglia. Si riporta in seguito un elenco, accompagnato da una breve descrizione per ciascun elemento, dei plug-in più diffusi e maggiormente utilizzati:
Kangaroo: è probabilmente il plug-in più conosciuto e usato di tutti, tanto da essere stato
incluso nella versione base di Grasshopper a partire dagli ultimi anni. Esso si basa sul sul particle-spring system che, provato a spiegare in brevissime parole, simula il comportamento fisico di corpi deformabili attraverso la discretizzazione di un modello continuo in un numero finito di masse concentrate, chiamate particles, connesse mediante molle elastiche, le springs. Le particles sono inizialmente fuori dallo stato di equilibrio; quando la simulazione inizia si muovono fino a trovare una posizione di equilibrio per un dato set di parametri di input. I principali componenti di un particle-spring system sono:
- Particles: ogni particles del sistema è una massa concentrata che cambia posizione e velocità durante la simulazione;
- Springs: una spring è una connessione elastica lineare tra due particles che si comporta secondo la legge di Hooke: una spring ha una lunghezza iniziale e un valore di rigidezza; - Forces: pesi propri e carichi esterni sono rappresentati da vettori applicati
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- Anchor Points: rappresentano quelle particolari particles che non cambiano posizione durante la simulazione.
Il movimento delle masse è governato dalla seconda legge di Newton mentre la forza nelle molle dalla legge elastica di Hooke.
Molti software basati su questo motore fisico sono stati sviluppati recentemente. La maggior parte di questi sono a sé stanti e non completamente integrabili attraverso programmi CAD o altri software di modellazione, inoltre, molti di questi prodotti sono abbastanza difficili da maneggiare.
Di contro, Kangaroo, sviluppato da Daniel Piker, è un plug-in per Grasshopper/Rhino che incorpora il comportamento fisico direttamente in un ambiente di modellazione 3D e permette di interagire con esso in modalità “live” mentre la simulazione è in esecuzione. È molto facile da usare, e può essere utilizzato per vari tipi scopi progettuali, come l'ottimizzazione della mesh, il form finding, la ricerca di superfici minime, animazioni e così via.
Galapagos: è un secondo plug-in implementato nella versione base di Grasshopper. Esso dà la possibilità di utilizzare le potenzialità degli algoritmi genetici, direttamente all’interno di Grasshopper. Non è possibile trattare la teoria alla base degli algoritmi genetici in questa tesi (un breve esempio sarà esposto nel capitolo riguardante la progettazione della gridshell) fondamentalmente essi sono utilizzati per minimizzare (massimizzare) una funzione obiettivo F(xi) governata da un numero di variabili (geni) illimitato. Ogni insieme di n diversi geni viene identificato come cromosoma. Proprio come nella teoria dell’evoluzione, i cromosomi che portano ad i risultati migliori (minimo o massimo locale della funzione obiettivo), sono poi incrociati tra loro, creando così un nuovo insieme di n geni che tenderà a migliorare ulteriormente il risultato. Il processo può essere fermato in qualsiasi momento si ritenga che la funzione F(xi) abbia raggiunto un valore accettabile.
WeaverBird:
anche se alcune delle caratteristiche base di WeaverBird sono adesso incluse nella
scheda mesh di Grasshopper, altre risultano esclusive di questo plug-in. Weaverbird è un potente strumento di mesh editing. Oltre alle analisi e alla creazione di mesh può eseguire diverse mesh subdivisions (e.g. Catmull-Clark, Sierpinski, midedge, Loop)Karamba: Karamba3D è un plug-in sviluppato da uno studio di ingegneria tedesco, Bollinger+Grohmann. Questo plug-in permette di effettuare analisi strutturali direttamente all’interno di Grasshopper. Anche se tuttavia esso non risulta potente come altri software FEM ben più diffusi (SAP2000, Robot Structural Analysis, STRAUSS) avere la possibilità di visualizzare i risultati di una solida analisi strutturale direttamente all’interno di Grasshopper aumenta notevolmente l’efficienza della progettazione, soprattutto per il fatto che i risultati vengono immediatamente aggiornati al variare di ogni parametro, cosa che invece non è possibile nei software menzionati in precedenza.
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Salamander3: Salamander3 è un ulteriore plug-in fondamentale per chiunque sia interessato
nell’analisi strutturale e nell’ottimizzazione, permettendo l’importazione/esportazione di dati da/verso diversi software di calcolo strutturale (es. Ansys, GSA, Robot Structural Analysis). In questo modo, progetti realizzati all’interno di Grasshopper posso essere esportati, analizzati ed infine reimportati all’interno di quest’ultimo, fornendo al progettista un importante strumento all’interno del processo generale di progettazione.