参数化设计软件中的二维曲线描述方法——以Grasshopper软件为例

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数字化设计的终极目标之一就是让计算机能够像建筑师一样进行思维和设计。平面图形是建筑师表达空间的主要手段,也是空间设计思维的主要载体。人对图形的描述倾向于直觉性和结构性感知;而计算机对图形的描述则是由底层的算法决定的。因此,建筑师与计算机对图形的定义既有一致性,也有区别。这就造成计算机自主生成的图形往往无法与建筑师眼中的图形达成“共识”。在此背景下,有必要在建筑师的图形与计算机的图形之间建立一种“交流语汇”,从而实现从图形学意义向建筑学意义的转译,为计算机生成建筑生成打下基础。建筑平面图在形式上是二维曲线的组合,人通过视觉观察对其进行识别,理解其表达的三维空间信息。因此,“交流语汇”需建立在对二维曲线特征提取方法和特征描述方法的研究之上,并且需要将结果“转译”到参数化设计软件中,使其适用于参数化设计方法和设计流程。基于以上背景,本文提出“参数化设计软件中的二维曲线描述方法”这一研究主题,以二维曲线为研究对象,试图通过曲线识别(几何学)、特征提取(计算机视觉)和运算器设计(建筑学)三个阶段性步骤,对二维曲线定义及其描述方法进行梳理,借助C#语言将成果转化为运算器形式,并移植到Grasshopper参数化软件平台上,最终提出该运算器在建筑设计中的应用场景。本文研究内容总体分三方面:1.以Grasshopper为软件平台,C#为编译语言,提出二维图形识别前端关键步骤——“图形-背景”识别和图形感知分割的实现算法及其程序转译,用于模拟人在识别平面图形时的早期视觉分析结果。在此基础上,选择典型的二维曲线几何特征在基于Grasshopper软件平台上进行定义、描述和C#程序转译,以“标签”形式输出包括二维曲线几何特征、计算机视觉低维描述符和二维建筑原型等视觉分类性质。2.以骨架计算方法及其程序转译为例,提出可用于二维曲线拓扑特征分析的运算方法,并在建筑学语境下对该方法进行重新描述、转译和运算器设计。3.综合应用以上方法,以简单图形特征描述,二维多边形凸映射图生成,图形感知分割和平面图几何网络模型生成等4个二维图形问题为例,尝试将运算器应用于4个综合实例中。文末在对整篇文章进行回顾总结基础上给出了研究不足和改进方向。
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