TEDGlobal 2012
Michael Hansmeyer: Building unimaginable shapes
Михаел Хансмейър: Да моделираш невъображаеми форми
Filmed:
Readability: 4.1
927,090 views
Вдъхновен от деленето на клетки, Михаел Хансмейър пише алгоритми, които моделират прекрасни форми с милиони повърхности. Никой не може да ги нарисува с ръка, но те са моделируеми - и могат да революционизират начина, по който мислим за архитектурните форми.
Michael Hansmeyer - Computational architect
Michael Hansmeyer is an architect and programmer who explores the use of algorithms and computation to generate architectural form. Full bio
Michael Hansmeyer is an architect and programmer who explores the use of algorithms and computation to generate architectural form. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:16
As an architect, I often ask myself,
0
470
2449
Като архитект, често се питам,
00:18
what is the origin of the forms that we design?
1
2919
2840
какъв е произходът на формите, които проектираме?
00:21
What kind of forms could we design
2
5759
2905
Какви видове форми можем да проектираме,
00:24
if we wouldn't work with references anymore?
3
8664
2823
ако не можем да работим с шаблони?
00:27
If we had no bias, if we had no preconceptions,
4
11487
3385
Ако нямаме основа, ако нямаме предварителни концепции,
00:30
what kind of forms could we design
5
14872
2207
какви видове форми можем да проектираме,
00:32
if we could free ourselves from
6
17079
1600
ако можем да се освободим от
00:34
our experience?
7
18679
2136
опита си?
00:36
If we could free ourselves from our education?
8
20815
4734
Ако можем да се освободим от образованието си?
00:41
What would these unseen forms look like?
9
25549
3027
Как ще изглеждат тези непознати форми?
00:44
Would they surprise us? Would they intrigue us?
10
28576
3711
Ще ни изненадат ли? Ще ни заинтересуват ли?
00:48
Would they delight us?
11
32287
2415
Ще ни бъдат ли приятни?
00:50
If so, then how can we go about creating something that is truly new?
12
34702
3921
Ако е така, какво можем да направим, за да създадем нещо, което е наистина ново?
00:54
I propose we look to nature.
13
38623
2392
Предлагам, да гледаме към природата.
00:56
Nature has been called the greatest architect of forms.
14
41015
4264
Природата е наречена най-големият архитект на формите.
01:01
And I'm not saying that we should copy nature,
15
45279
3588
Не казвам, че трябва да копираме природата,
01:04
I'm not saying we should mimic biology,
16
48867
2380
не казвам, че трябва да копираме биологията,
01:07
instead I propose that we can borrow nature's processes.
17
51247
3448
вместо това, предлагам да копираме процесите в природата.
01:10
We can abstract them and to create something that is new.
18
54695
4454
Можем да се абстрахираме и да създадем нещо, което е ново.
01:15
Nature's main process of creation, morphogenesis,
19
59149
3878
Основният процес в природата за създаване, морфогенезис,
01:18
is the splitting of one cell into two cells.
20
63027
3829
е разделянето на една клетка на две клетки.
01:22
And these cells can either be identical,
21
66856
2057
Тези клетки могат да бъдат идентични
01:24
or they can be distinct from each other
22
68913
2175
или да се различават една от друга
01:26
through asymmetric cell division.
23
71088
2064
чрез асиметрично делене.
01:29
If we abstract this process, and simplify it as much as possible,
24
73152
3799
Ако се абстрахираме от този процес и го опростим колкото може повече,
01:32
then we could start with a single sheet of paper,
25
76951
2233
ще можем да започнем с един лист хартия,
01:35
one surface, and we could make a fold
26
79184
2496
една повърхност и като го сгънем,
01:37
and divide the surface into two surfaces.
27
81680
2936
да разделим повърхността на две повърхности.
01:40
We're free to choose where we make the fold.
28
84616
2263
Свободни сме да изберем, къде да сгънем.
01:42
And by doing so, we can differentiate the surfaces.
29
86879
4910
Като направим така, можем да разделим повърхностите.
01:47
Through this very simple process,
30
91789
1894
Въпреки, че това е много прост процес,
01:49
we can create an astounding variety of forms.
31
93683
3612
можем да създадем невероятно разнообразие от форми.
01:53
Now, we can take this form and use the same process
32
97295
2725
Можем да вземем тази форма и да използваме същия процес,
01:55
to generate three-dimensional structures,
33
100020
1992
за да създадем триизмерни структури,
01:57
but rather than folding things by hand,
34
102012
2408
но не чрез сгъване с ръка,
02:00
we'll bring the structure into the computer,
35
104420
2585
а чрез компютър,
02:02
and code it as an algorithm.
36
107005
2975
като я кодираме като алгоритъм.
02:05
And in doing so, we can suddenly fold anything.
37
109980
3008
Като направим така, можем да сгънем всичко.
02:08
We can fold a million times faster,
38
112988
2159
Можем да сгъваме милион пъти по-бързо,
02:11
we can fold in hundreds and hundreds of variations.
39
115147
3161
можем да сгънем стотици и стотици разновидности.
02:14
And as we're seeking to make something three-dimensional,
40
118308
2480
Тъй като искаме да направим нищо триизмерно,
02:16
we start not with a single surface, but with a volume.
41
120788
3216
не започваме с една повърхност, а с много.
02:19
A simple volume, the cube.
42
124004
1353
Прост обем, куб.
02:21
If we take its surfaces and fold them
43
125357
1720
Ако вземем повърхностите му и ги сгънем
02:22
again and again and again and again,
44
127077
2056
отново и отново и отново и отново,
02:25
then after 16 iterations, 16 steps,
45
129133
2863
след 16 итерации, 16 стъпки
02:27
we end up with 400,000 surfaces and a shape that looks,
46
131996
3849
ще имаме 400 000 повърхности и форма, която изглежда,
02:31
for instance, like this.
47
135845
2535
например така.
02:34
And if we change where we make the folds,
48
138380
2712
Ако изменим мястото, където сгъваме,
02:36
if we change the folding ratio,
49
141092
1641
ако изменим съотношението на сгъване,
02:38
then this cube turns into this one.
50
142733
3423
този куб се превръща в този.
02:42
We can change the folding ratio again to produce this shape,
51
146156
4139
Можем отново да изменим съотношението на сгъване, до тази форма
02:46
or this shape.
52
150295
1827
или тази форма.
02:48
So we exert control over the form
53
152122
1623
Контролираме формата,
02:49
by specifying the position of where we're making the fold,
54
153745
3504
като определим положението, където сгъваме,
02:53
but essentially you're looking at a folded cube.
55
157249
4706
особено, ако гледаме сгънат куб.
02:57
And we can play with this.
56
161955
1064
Можем да играем с това.
02:58
We can apply different folding ratios to different parts
57
163019
2616
Можем да приложим различни съотношения на сгъване към различни части
03:01
of the form to create local conditions.
58
165635
2745
на формата, за да създадем други условия.
03:04
We can begin to sculpt the form.
59
168380
1943
Започваме да оформяме формата.
03:06
And because we're doing the folding on the computer,
60
170323
2888
Тъй като сгъваме на компютър,
03:09
we are completely free of any physical constraints.
61
173211
3696
няма физически ограничения.
03:12
So that means that surfaces can intersect themselves,
62
176907
2951
Това означава, че повърхностите могат да се пресичат,
03:15
they can become impossibly small.
63
179858
1489
могат да станат невероятно малки.
03:17
We can make folds that we otherwise could not make.
64
181347
3601
Можем да сгъваме това, което не можем да направим по друг начин.
03:20
Surfaces can become porous.
65
184948
1878
Повърхностите могат да станат порести.
03:22
They can stretch. They can tear.
66
186826
2729
Могат да се разтягат. Могат да се късат.
03:25
And all of this expounds the scope of forms that we can produce.
67
189555
4635
Можем да произведем целият обхват от форми.
03:30
But in each case, I didn't design the form.
68
194190
2750
Но във всеки случай, не съм моделирал формата.
03:32
I designed the process that generated the form.
69
196940
4601
Моделирах процеса, който създава формата.
03:37
In general, if we make a small change to the folding ratio,
70
201541
4488
Ако направим малка промяна в съотношението на сгъване,
03:41
which is what you're seeing here,
71
206029
1595
което виждате тук,
03:43
then the form changes correspondingly.
72
207624
3773
формата се изменя.
03:47
But that's only half of the story --
73
211397
2256
Но това е половината от историята -
03:49
99.9 percent of the folding ratios produce not this,
74
213653
4323
99.9 % от съотношенията на сгъване не произвеждат това,
03:53
but this, the geometric equivalent of noise.
75
217976
4896
а това, геометричния еквивалент на шум.
03:58
The forms that I showed before were made actually
76
222872
2120
Формите, които ви показах преди, бяха направени
04:00
through very long trial and error.
77
224992
1648
при много опити.
04:02
A far more effective way to create forms, I have found,
78
226640
3216
Много по-ефективен начин да се създават форми, който открих,
04:05
is to use information that is already contained in forms.
79
229856
3888
е да се използва информация, която се съдържа във формите.
04:09
A very simple form such as this one actually contains
80
233744
2655
Много проста форма, като тази, която съдържа
04:12
a lot of information that may not be visible to the human eye.
81
236399
3592
много информация, невидима за човешкото око.
04:15
So, for instance, we can plot the length of the edges.
82
239991
2481
Например, можем да изобразим дължината на ръбовете.
04:18
White surfaces have long edges, black ones have short ones.
83
242472
3336
Белите повърхности имат дълги ръбове, черните имат къси ръбове.
04:21
We can plot the planarity of the surfaces, their curvature,
84
245808
3577
Можем да изобразим двуизмерни повърхности, техните неравности,
04:25
how radial they are -- all information that may not be
85
249385
4087
колко са радиални - цялата информация, която
04:29
instantly visible to you,
86
253472
1947
е невидима,
04:31
but that we can bring out, that we can articulate,
87
255419
2425
но която можем да изговорим
04:33
and that we can use to control the folding.
88
257844
3376
и можем да използваме, за да контролираме сгъването.
04:37
So now I'm not specifying a single
89
261220
1959
Не определям съотношение
04:39
ratio anymore to fold it,
90
263179
2176
за да сгъна,
04:41
but instead I'm establishing a rule,
91
265355
2552
но установявам правило,
04:43
I'm establishing a link between a property of a surface
92
267907
2436
установявам връзка между повърхност
04:46
and how that surface is folded.
93
270343
2973
и как тя е сгъната.
04:49
And because I've designed the process and not the form,
94
273316
2951
Тъй като съм моделирал процеса, а не формата,
04:52
I can run the process again and again and again
95
276267
2322
мога да проиграя процеса отново и отново,
04:54
to produce a whole family of forms.
96
278589
2535
за да произведа семейство форми.
05:09
These forms look elaborate, but the process is a very minimal one.
97
293385
4443
Тези форми изглеждат сложни, но процесът е много кратък.
05:13
There is a simple input,
98
297828
1129
Това са входните данни,
05:14
it's always a cube that I start with,
99
298957
1952
винаги започвам с куб
05:16
and it's a very simple operation -- it's making a fold,
100
300909
3576
и това е много проста операция - сгъване
05:20
and doing this over and over again.
101
304485
3952
и повтаряне на сгъването отново и отново.
05:24
So let's bring this process to architecture.
102
308437
2280
Нека да приложим този процес в архитектурата.
05:26
How? And at what scale?
103
310717
1600
Как? С какъв мащаб?
05:28
I chose to design a column.
104
312317
1728
Избирам да моделирам колона.
05:29
Columns are architectural archetypes.
105
314045
3376
Колоните са архитектурни архитипове.
05:33
They've been used throughout history to express ideals
106
317421
3067
Те са били използвани преди това, за да изразят идеалите
05:36
about beauty, about technology.
107
320488
5075
за красота, за технология.
05:41
A challenge to me was how we could express
108
325563
1922
За мен беше предизвикателство, как можем да изразим
05:43
this new algorithmic order in a column.
109
327485
3296
новия алгоритъм в колона.
05:46
I started using four cylinders.
110
330781
2984
Започнах, като използвах четири цилиндъра.
05:49
Through a lot of experimentation, these cylinders
111
333765
3776
С много експерименти, тези цилиндри
05:53
eventually evolved into this.
112
337541
3135
се превърнаха в това.
05:56
And these columns, they have information at very many scales.
113
340676
4616
Тези колони носят информация в много мащаби.
06:01
We can begin to zoom into them.
114
345292
2518
Можем да започнем да ги разглеждаме.
06:03
The closer one gets, the more new features one discovers.
115
347810
3555
Колкото по-подробно ги разглеждаме, толкова повече нови свойства откриваме.
06:07
Some formations are almost at the threshold of human visibility.
116
351365
3672
Някои образования са почти на границата на човешкото зрение.
06:10
And unlike traditional architecture,
117
355037
1952
За разлика от традиционната архитектура,
06:12
it's a single process that creates both the overall form
118
356989
2784
това е единичен процес, който създава общата форма
06:15
and the microscopic surface detail.
119
359773
5345
и микроскопичен повърхностен детайл.
06:21
These forms are undrawable.
120
365118
2691
Тези форми не могат да се нарисуват.
06:23
An architect who's drawing them with a pen and a paper
121
367809
3376
За архитект, който ги рисува с химикалка и хартия,
06:27
would probably take months,
122
371185
1792
ще са нужни може би месеци
06:28
or it would take even a year to draw all the sections,
123
372977
2384
или дори година, за да нарисува всички раздели,
06:31
all of the elevations, you can only create something like this
124
375361
2304
всички издигания, можете да нарисувате нещо като това
06:33
through an algorithm.
125
377665
2136
чрез алгоритъм.
06:35
The more interesting question, perhaps, is,
126
379801
2032
Може би по-интересният въпрос е,
06:37
are these forms imaginable?
127
381833
2629
можем ли да си представим тези форми?
06:40
Usually, an architect can somehow envision the end state
128
384462
2635
Обикновено, архитектът може да си представи крайното състояние
06:42
of what he is designing.
129
387097
1864
на това, което моделира.
06:44
In this case, the process is deterministic.
130
388961
2825
В този случай, процесът е определен.
06:47
There's no randomness involved at all,
131
391786
2359
Няма произволност в него,
06:50
but it's not entirely predictable.
132
394145
2007
но не всичко е напълно предсказуемо.
06:52
There's too many surfaces,
133
396152
1576
Има твърде много повърхности,
06:53
there's too much detail, one can't see the end state.
134
397728
3610
има твърде много детайли, крайното състояние не може да бъде видяно.
06:57
So this leads to a new role for the architect.
135
401338
3214
Това води до нова роля на архитекта.
07:00
One needs a new method to explore all of the possibilities
136
404552
3611
Нужен е метод, за да се изследват всички възможности,
07:04
that are out there.
137
408163
1776
които съществуват.
07:05
For one thing, one can design many variants of a form,
138
409939
3232
За едно нещо можете да моделирате много варианти на формата
07:09
in parallel, and one can cultivate them.
139
413171
2214
паралелно и можете да ги култивирате.
07:11
And to go back to the analogy with nature,
140
415385
2248
Да се върнем към аналогията с природата,
07:13
one can begin to think in terms of populations,
141
417633
2496
можем да започнем да мислим за популации,
07:16
one can talk about permutations, about generations,
142
420129
3528
можем да мислим за пермутации, за поколения,
07:19
about crossing and breeding to come up with a design.
143
423657
4863
за смесване и отглеждане, за да създадем модел.
07:24
And the architect is really, he moves into the position
144
428520
2385
Архитектът става
07:26
of being an orchestrator of all of these processes.
145
430905
3432
диригент на всички процеси.
07:30
But enough of the theory.
146
434337
2344
Но достатъчно теория.
07:32
At one point I simply wanted to jump inside
147
436681
2527
Просто исках да вляза в
07:35
this image, so to say, I bought these red and blue
148
439208
3829
образа, купих тези червени и сини
07:38
3D glasses, got up very close to the screen,
149
443037
2936
3D очила, приближих се до екрана,
07:41
but still that wasn't the same as being able to
150
445973
2072
но все още не можах
07:43
walk around and touch things.
151
448045
2352
да докосна нещата.
07:46
So there was only one possibility --
152
450397
1903
Има само една възможност -
07:48
to bring the column out of the computer.
153
452300
3097
да внеса колоната в компютъра.
07:51
There's been a lot of talk now about 3D printing.
154
455397
2920
Много се говори за 3D отпечатване.
07:54
For me, or for my purpose at this moment,
155
458317
2959
За мен или за целта ми в този момент,
07:57
there's still too much of an unfavorable tradeoff
156
461276
3082
все още има твърде много нерешени проблеми
08:00
between scale, on the one hand, and resolution and speed, on the other.
157
464358
6783
между мащаб, от една страна и резолюция и скорост, от друга.
08:07
So instead, we decided to take the column,
158
471141
2257
Вместо това, решихме да вземем колоната
08:09
and we decided to build it as a layered model,
159
473398
2439
и да моделираме слоест модел,
08:11
made out of very many slices, thinly stacked over each other.
160
475837
4128
направен от много парчета, сложени едно върху друго.
08:15
What you're looking at here is an X-ray
161
479965
1897
Това, което виждате тук, е рентген
08:17
of the column that you just saw, viewed from the top.
162
481862
2775
на колоната, която току-що видяхте, гледана отгоре.
08:20
Unbeknownst to me at the time,
163
484637
2000
Тогава това беше неизвестно за мен,
08:22
because we had only seen the outside,
164
486637
2376
защото я гледахме само отвън,
08:24
the surfaces were continuing to fold themselves,
165
489013
2160
повърхностите продължаваха да се сгъват,
08:27
to grow on the inside of the column,
166
491173
2264
да растат в колоната,
08:29
which was quite a surprising discovery.
167
493437
2546
което беше много изненадващо откритие.
08:31
From this shape, we calculated a cutting line,
168
495983
3614
От тази форма, изчислихме линия на срязване
08:35
and then we gave this cutting line to a laser cutter
169
499597
3024
и дадохме на линията на срязване срязване с лазер,
08:38
to produce -- and you're seeing a segment of it here --
170
502621
3814
за да моделираме - виждате нейн сегмент тук -
08:42
very many thin slices, individually cut, on top of each other.
171
506435
4891
много малки парчета, отделно нарязани, едно върху друго.
08:49
And this is a photo now, it's not a rendering,
172
513480
2813
Това е снимка
08:52
and the column that we ended up with
173
516293
1800
и колоната, която получихме
08:53
after a lot of work, ended up looking remarkably like the one
174
518093
3047
след много работа, много приличаше на тази,
08:57
that we had designed in the computer.
175
521140
3710
която бяхме моделирали с компютър.
09:00
Almost all of the details, almost all of the
176
524850
2121
Почти всички детайли, почти всички
09:02
surface intricacies were preserved.
177
526971
3040
повърхности бяха запазени.
09:08
But it was very labor intensive.
178
532626
2346
Но това беше много голям труд.
09:10
There's a huge disconnect at the moment still
179
534972
2401
Все още има голямо прекъсване
09:13
between the virtual and the physical.
180
537373
2760
между виртуалното и физическото.
09:16
It took me several months to design the column,
181
540133
2126
Отне ми няколко месеца, да моделирам колоната,
09:18
but ultimately it takes the computer about 30 seconds
182
542259
2718
но с компютър отнема около 30 секунди,
09:20
to calculate all of the 16 million faces.
183
544977
2848
за да изчисли всичките 16 милиона повърхности.
09:23
The physical model, on the other hand,
184
547825
1961
От една страна, физическият модел
09:25
is 2,700 layers, one millimeter thick,
185
549786
4208
има 2 700 слоя, дебели един милиметър,
09:29
it weighs 700 kilos, it's made of sheet that can cover
186
553994
4147
тежи 700 килограма, направен е от листове и може да покрие
09:34
this entire auditorium.
187
558141
2138
цялата тази публика.
09:36
And the cutting path that the laser followed
188
560279
2088
Пътят на срязване, който лазерът следваше,
09:38
goes from here to the airport and back again.
189
562367
5117
минава оттук до летището и обратно.
09:43
But it is increasingly possible.
190
567484
1749
Но това става все по-възможно.
09:45
Machines are getting faster, it's getting less expensive,
191
569233
2611
Машините стават по-бързи, стават по-евтини
09:47
and there's some promising technological developments
192
571844
2760
и има някои обещаващи технологични развития
09:50
just on the horizon.
193
574604
1783
на хоризонта.
09:52
These are images from the Gwangju Biennale.
194
576387
3072
Това са образи от бианалето Гуанги.
09:55
And in this case, I used ABS plastic to produce the columns,
195
579459
3524
В този случай използвах АБС пластмаса, за да моделирам колоните,
09:58
we used the bigger, faster machine,
196
582983
1854
използвахме по-голяма, по-бърза машина,
10:00
and they have a steel core inside, so they're structural,
197
584837
3057
а те са направени от стомана и са структурни
10:03
they can bear loads for once.
198
587894
2976
и могат да носят товари.
10:06
Each column is effectively a hybrid of two columns.
199
590870
2015
Всяка колона е хибрид от две колони.
10:08
You can see a different column in the mirror,
200
592885
3409
В огледалото можете да видите друга колона,
10:12
if there's a mirror behind the column
201
596294
2050
ако има огледало зад колоната,
10:14
that creates a sort of an optical illusion.
202
598344
3072
което създава оптическа илюзия.
10:17
So where does this leave us?
203
601431
1831
Къде ни отвежда това?
10:19
I think this project gives us a glimpse of the unseen objects that await us
204
603262
4468
Мисля, че този проект ни дава възможност да разгледаме непознати обекти, които ни очакват,
10:23
if we as architects begin to think about designing not the object,
205
607730
3883
ако ние, като архитекти, започнем да мислим за моделиране не само за обект,
10:27
but a process to generate objects.
206
611613
3393
а за процес, който създава обекти.
10:30
I've shown one simple process that was inspired by nature;
207
615006
3273
Показах един прост процес, който беше вдъхновен от природата;
10:34
there's countless other ones.
208
618279
2848
но има безкрайно много други процеси.
10:37
In short, we have no constraints.
209
621127
3447
Накратко, нямаме ограничения.
10:40
Instead, we have processes in our hands right now
210
624574
3570
Имаме процеси в ръцете си,
10:44
that allow us to create structures at all scales
211
628144
4581
които ни позволяват да моделираме структури във всички мащаби,
10:48
that we couldn't even have dreamt up.
212
632725
3032
за които дори не сме мечтали.
10:51
And, if I may add, at one point we will build them.
213
635757
4819
И ако мога да добавя - някога ще ги моделираме.
10:56
Thank you. (Applause)
214
640576
6623
Благодаря ви. (Аплодисменти)
ABOUT THE SPEAKER
Michael Hansmeyer - Computational architectMichael Hansmeyer is an architect and programmer who explores the use of algorithms and computation to generate architectural form.
Why you should listen
Classical architecture is defined by "orders" -- ways to connect a column to a building, to articulate the joining of materials and structural forces. Colloquially, these orders are based on elemental forms: the tree trunk, the plank, the scroll, the leaf. Michael Hansmeyer is adding a new elemental form: the subdivision algorithm. He turns his math and programming skills to making ornate, organic, hyperdetailed columns generated from lines of code and then comped up in cross-sections of cardboard, almost as if they're being 3D printed.
His recent work with cupolas and domes is even more mesmerizing, like looking deep inside an organic form of near-unbearable complexity. See images at digital-grotesque.com >>
Michael Hansmeyer | Speaker | TED.com