Il modello esplicito

Nelle rappresentazioni grafiche si opera una sintesi delle complessità spaziali, attraverso l’adozione di strutture matematiche che discretizzano il dato, forzato dall’applicazione di un modello matematico. Nell’ambito tridimensionale la semplificazione avviene anche per rendere il modello più controllabile. Se nell’ambito bidimensionale per avvicinarsi alla figura reale la linea viene spezzata in tanti segmenti, nelle tre dimensioni sono le facce del poligono che vengono scomposte in tanti sottopoligoni, in modo da plasmare la superficie originale nel modo più aderente possibile (griglie triangolari o quadrilateri), più la griglia sarà fitta e più il modello sarà aderente, dettagliato e conforme al modello reale. La riduzione del modello a schematismi rigidi aiuta la gestione e l’efficienze in fase di rappresentazione digitale tridimensionale.

In accordo con Calvano il disegno esplicito è definito come -

un metodo di rappresentazione dei modelli per cui l’attenzione del disegnatore è rivolta non solo al risultato formale, ma anche alle procedure che hanno generato l’immagine26 _-

Il principio di base implica la definizione di una gerarchia di elementi definiti come elementi di rappresentazione di confine (vertice, linea, bordo, faccia, del corpo) in cui ogni elemento è descritto da elementi del livello sottostante, cioè il corpo è descritto dalle sue facce, ogni faccia dai suoi bordi, ogni bordo da un vertice iniziale e finale. Il corpo è formato dalle facce che lo racchiudono, le superfici dai bordi che lo delimitano e ogni bordo ai suoi vertici iniziale e finale. In un sistema di relazioni atto alla definizione della topologia del corpo modellato descritto dal grafico vertice-bordo-faccia (grafico vef.)

Il corpo quando descritto da forme planari le informazioni geometriche sono descritte tramite nodi che si qualificano in punti di coordinate geometriche, se le superfici sono curve sono utilizzate informazioni geometriche, funzioni matematiche di descrizione dell’andamento della curvatura. La struttura dati utilizzata per descrivere le informazioni topologiche assume solitamente la forma di elenchi di lunghezza variabile. Questa struttura di dati è, tuttavia, adatta solo per descrivere corpi semplici senza ritagli o aperture. Per descrivere volumi più complessi, il modello di dati deve essere esteso27_{. Una} variante della rappresentazione del contorno è la descrizione

tramite la modellazione di tipo numerico della superficie di un corpo attraverso la mesh triangolare.

In questo caso i modelli costruiti assumono un valore espressivo: i modelli oltre ad essere espressione della forma geometrica semplificata descrivono la trama superficiale secondo una tassellazione delle superfici continue in facce poliedriche di linee e vertici28_{. La dimensione della maglia}

mesh definisce il grado di dettaglio e di precisione del modello.

Le facce triangolari vengono definite dagli indici all’interno dell’elenco dei punti. Questo metodo evita la memorizzazione ridondante delle coordinate dei punti e possibili errori di geometria risultanti come vuoti o sovrapposizioni derivanti da imprecisioni.

La modellazione della superficie triangolata viene utilizzata nei modelli reality based, come procedura di reverse modeling di una nuvola di punti che avviene attraverso l’uso

Fig.13 Esempi di modelli mesh e di semplificazione e associazione

di software di visualizzazione, e di restituzione image based per la descrizione di geometrie complesse.

Le maglie poligonali vanno a formare le superfici dei solidi geometrici, nel processo di elaborazione del modello bisogna far riferimento alla quantità di poligoni presenti nel modello più alto è il numero di poligoni (high poly) e sarà maggiore il livello di dettaglio del modello, viceversa il modello discretizzato sarà definito come low poly29_.

L’architettura ri-modellata diventa un luogo di manifestazione di avvenimenti digitali che si qualificano nella loro struttura formale come parte di uno spazio vettoriale ordinato.30 Il modo in cui la forma occupa una determinata posizione all’interno dello spazio di modellazione digitale, in una scala che va dall’infinitamente piccolo all’infinitamente grande, costituisce l’orizzonte architettonico costruito da un codice implicito di rappresentazione in cui avviene una trasfigurazione meccanica del valore tra limite reale e forma digitale, limite

digitale e orizzonte ambientale. Riprendendo la concezione di Novak31 _{per cui la nuova spazialità digitale è nuovo corpo,} l’edificio e l’iper edificio diventano manifestazione della forma attraverso un processo di ibridizzazione lungo un asse di codice-forma-selezione attraverso cui vengono espresse in maniera implicita le informazioni di progetto32_.

Nella modellazione una larga parte del sistema informativo che caratterizza le procedure di disegno è di per sé implicito. A differenza di ciò che è espressamente rappresentato dalle forme, che qualificano un esplicitarsi del modello, sono esplicite quelle variabili di trasformazione e di modificazione della forma che alterano lo spazio digitale. La memorizzazione di una serie di comandi di trasformazione, che nei programmi corrispondono a formule matematiche di condizionamento dei vettori, è il risultato di tutto l’iter implicito di modellazione. Esiste dunque una rappresentazione implicita che qualifica le forme che si palesano nei modelli e che consente una

Fig.14 Attraverso i processi di rielaborazione fotogrammetrica è possbile ottenere delle maglie mesh descrittive della superficie architettonica e degli

In alto: Il disegno di dettaglio degli elementi decorativi della facciata monumentale della moschea di Al-Jazzar, Acri. In basso: Esempio di modello 3D texturizzato con mappe UV a partire dal dato fotogrammetrico del rilievo.

Sezione Ambientale del Complesso della moschea di

Fig.15 Pagina a fronte: Confronto tra sistemi di rappresentazione CAD

e modellazione 3D. Nei sistemi di rappresentazione bidimensionale è possibile dettagliare fino al livello desiderato il disegno attraverso il raffittiento dei punti di controllo delle poliline di disegno, la stessa cosa avviene per i sistemi di modellazione tridimensionale, in questo caso però è preferibile una semplificazione geometrica delle forme diminuendo i punti di controllo a quelli ritenuti necessari alla descrizione dell’oggetto, a vantaggio di una pulizia maggiore delle superfici e di un peso di minore del file di modello. È spesso demandata all’utilizzo di texture tramite mappe UV la descrizione di quei dettagli che altrimenti andrebbero persi.

Fig.16 Durante la modellazione del palazzo del Generalife

dell’Alhambra di Granada è risultato necessario, per quegli elementi geometricamente complessi di stampo culturale arbo, l’inserimento di modelli mesh. Questo sulla base dello scopo narrativo del modello finalizzato alla virtualizzazione del monumento per una proposta di visita interattiva.

Alcune viste del modello NURBS del palazzo del Generalife di Granada.

codifica indiretta degli oggetti interessati dal disegno33_. Numerosi software come grasshopper tendono ad esplicitare questi ambiti di condizionamento delle forme graficizzando la costruzione numerica del modello. L’esplicitazione dei metodi impliciti presenta un sostanziale vantaggio: la capacità di tracciare le fasi di modellazione potendo intervenire in qualunque momento su azioni condotte nelle diverse fasi, senza alterare la struttura generale del processo di disegno. In questo modo la costruzione del disegno avviene per addizione di trasformazioni all’interno di una struttura organica dove ciascuna trasformazione è modificabile in qualsiasi momento, come se intervenissimo all’interno di un corpo di testo nella definizione di un racconto.

La capacità di modificare la geometria modificando o alterando le proprietà delle diverse fasi di costruzione implica inoltre una generale economia nel trasferimento di dati che subiscono un controllo dettagliato per ciascuna variabile.34

4.1.2 Il modello parametrico

La modellazione parametrica nei sistemi BIM si pone come punto cardine di contatto tra modellazione esplicita ed implicita; è attraverso l’utilizzo di parametri35 _{di modello} che le informazioni e le geometrie sono regolate all’interno del sistema di rappresentazione. Mentre nella modellazione con un approccio di tipo non parametrico ogni elemento è rappresentato sulla base di azioni autonome svincolate l’una dall’altra, nell’approccio parametrico l’attenzione è in primis, rivolta alle le regole che descrivono le forme e alle loro correlazioni36_.

Il modello è definito utilizzando una serie di dipendenze e vincoli, conferendo al modello tridimensionale aspetti quali flessibilità e adattabilità che permettono il mutare delle condizioni nell’arco temporale.

I parametri possono essere distinti in due diverse tipologie: dimensionale o di tipo annotativo. I primi, sono volti a definire il rapporto tra le dimensioni geometriche che determinano la forma dell’oggetto modellato, come ad esempio l’altezza, la larghezza, la lunghezza, la posizione e l’orientamento di un determinato solido, mentre i secondi, oggetti di annotazione, sono volti a definire le caratteristiche del modello sul piano descrittivo, ad integrazione dell’informazione grafica fornita dalla rappresentazione degli elementi di modello.In un sistema che utilizza l’approcci di tipo parametrico la struttura interna dell’istanza di un oggetto viene rappresentata all’interno di un grafico composto da punti nodali tramite i quali è possibile operare la modifica dell’oggetto. Le definizioni parametriche vengono applicate a due diversi livelli: il livello di creazione

Fig.17 Esempio di modello parametrico in cui ogni componente di

modello è dettagliata secondo uno specifico LOD e l’elemento viene qualificato da specifici parametri informativi, dai sistemi impiantistici alle finiture dei materiali. © modit studio rielaborata dall’autore.

di tipi di elementi di costruzione parametrizzati e il livello di orientamento e posizionamento degli elementi di costruzione all’interno di uno specifico modello di edificio.

Attualmente sul mercato sono disponibili differenti strumenti di modellazione parametrica, i software si dividono tra quelli specializzati per la modellazione del prodotto industriale a quelli finalizzati alla modellazione e progettazione architettonica.

Nel settore BIM tra gli strumenti Autodesk Revit Architecture e Structure, oggi è tra i più diffusi, ma il panorama è comunque ampio: Bentley Achitecture, Graphisoft ArchiCAD, Ghery Technology’s Digital Project, Nemetschek Vectorworks, sono tutte applicazioni sviluppate a partire dal concetto di modellazione parametrica37_.

La progettazione degli elementi di modello avviene all’interno dell’editor famiglie, preliminarmente o contemporaneamente rispetto alla fase di sviluppo del modello dell’intero edificio.

Mentre all’interno dei modellatori NURBS e CAD 3D la geometria di un elemento viene modificata in maniera manuale dall’utente, operando direttamente sul disegno delle forme, nel modello parametrico la modifica avviene a fronte dell’intervento di modifica dei valori e delle relazioni che regolano la forma38_.

Nella determinazione delle famiglie tipologiche, svolge un ruolo fondamentale ma la modalità in cui l’utente progetta i parametri e le relazioni di dipendenza tra oggetti.

All’interno del software Revit39 _{la progettazione delle tipologie} di oggetti parametrizzati, chiamati famiglie di elementi, l’iter di modellazione prevede da prima l’impostazione di assi di vincolo tramite il delineamento dei piani di riferimento e definiti gli assi sui quali gli oggetti vengono vincolati per impostare tramite la definizione dimensionale delle quote di disegno, le proprietà parametriche di modifica.

La definizione dei parametri di controllo dimensionale

Fig.18 Nell’immagini si evidenzia

la necessità di scomposizione degli elementi per la rappresentziaone di tipologie architettoniche complesse. © 乔慧 童, 维敏 董.

all’interno dei software BIM è limitata alla fase progettuale di costruzione delle famiglie di modello. Il software funziona sulla base di gerarchie di editing utilizzando un sistema di modifica “scatolare”, le famiglie sono modificabili all’interno della loro specifica sezione, e vengono inserite all’interno dell’ambiente di progetto solo una volta conclusa la fase di modellazione, qui si manifestano come oggetti configurati sulla base delle regole scritte durante il progetto di modello secondo le quali il modello si modifica cambiando i parametri inseriti.

Le relazioni più o meno complesse che intercorrono tra gli elementi presenti all’interno del modello sono definite sulla base di vincoli tra le categorie: Oggetto-Livello, Oggetto- Griglia, Oggetto-Oggetto.

L’oggetto una volta vincolato a un livello o una griglia, vive una dipendenza diretta rispetto alla posizione dell’asse di riferimento a cui vengono vincolati, nel momento in cui

vengono modificate le quote o la distanza tra livelli e griglie questi subiscono uno spostamento diretto.

Tra Oggetto e Oggetto esistono due corrispondenze vincolari una di tipo geometrico vincolando la distanza che intercorre tra gli oggetti stessi l’altra di tipo host dalla quale dipende l’inserimento di un oggetto appartenente ad una determinata categoria all’interno di uno appartenente ad una categoria differente ad esempio la relazione finestra-muro.

L’utilizzo di vincoli nella modellazione specifica degli oggetti e una relazione tra i oggetto e oggetto garantisce il controllo dimensionale della categoria di forma e rappresentazione spaziale.

Durante le fasi di progettazione di modello è necessario definire le regole di modellazione per strutturare al meglio le proprietà e le relazioni che intercorrono tra i differenti elementi40_.

I corpi di modello risultanti sono generati tramite

Fig.19 All’interno di “Renaissance Revit l’autore P. Aubin riporta una ricerca approfondita dei metodi di semplificazione geometrica in

l’allineamento e l’associazione dei bordi al corrispettivo piano di riferimento.