Meta Fold

内容概述

1.个人介绍 师从Igor Pantic与Alvaro Lopez，研究方向为虚拟现实构建技术、参数化设计、交互设计与BIM建筑信息模型，利用U3D与C#语言在基于通用Windows平台开发虚拟现实建筑设计应用软件及人机交互界面的设计与优化。

2.作品介绍 Meta Fold提出了一种可循环利用及重构的现场混凝土浇筑模板系统。借助增强现实技术，MetaFold通过VR平台为用户提供施工进度的实时信息交流。该平台提供了模板预制、现场组装和再组装以及随后混凝土浇筑的指导。模板是将扁平的金属片按照全息模板折叠成型而制成的。一旦浇铸过程完成，模板将被评估和选择系统处理，以确定哪些部件适合创建新的浇铸模板或内部分区。此外，设计到制造应用程序是为了指导用户通过制造过程，并为设计者和客户提供“数字之手”。为了让应用更智能，用户界面通过远程同步，将虚拟现实技术与生成设计过程结合起来。MetaFold应用程序是强调加强人机关系，同时通过增强现实界面保留以人为中心因素的众多尝试之一。

Initial Design

正式设计启动前，我们对单元式拼接（Discrete Aggregation）以及寻径算法（Path-Finding）进行了初步的设计探索，并通过数字化找形（Form-Finding）对将来设计可能涉及的几何结构进行相应的评估及优化。

Initial Project 1: PlayUnits

Initial Project 2: Al-Fo

Materiality and Feasibility

在对形态及基本生成过程有了初步了解之后，其设计方案的可行性及可实现性需要进行进一步的探索。在此阶段，本案采用不同厚度的铝板来探讨其弯折性能及提升空间。采用的量化标准为弯折的角度及可承受反复弯折的次数，并以此来定义铝片的弯折性能。此外，为了后期prototyping的方便，我们也将弯折的难易程度纳入了考量范围。

Materiality Test

Strip Folding Sculptures

Polypropylene Molds

Algorithm and Massing

在完成了对材料和性能的探讨之后，我们利用Unity 3D与C#平台结合Grasshopper对模型的生成过程进行了算法上的探索，遵循由内而外，从细部到整体的面向对象编程逻辑，我们在给定的网格中对每个单元体的‘朝向’（Orientation）进行了初步设定，并通过两个空间向量的控制完成了不同几何体之间面的对接，从而完成体量之间的组合。通过定义不同类型的向量，即可完成对不同单元体的分类。宏观上，这些体量需要遵循一定的规则来进行生长，而不仅仅是单纯的竖向堆叠。对于生长规则的探讨，我们先采用了随机的方式对其进行探究，随后逐渐增加限制条件使其按照我们想要的方式在网格内进行生长。

Algorithm Development - Discrete Growth

在完成对生长规律的探索之后，我们将生长方式由网格的逻辑延伸至点面逻辑，基本方式就是在给定单元内生成曲面，通过求法向量大小排序的方式生成点云（Point Cloud），也同样利用几何中心与点云中就近点的距离采用Collision算法对生长空间进行限定，得到上百种不同大小、不同几何体数量与影响因子的矩阵模型，给后期的机器学习算法选型提供了基础。

Point Cloud Generation and Density Simulation

Fabrication

在完成了上述的设计探究之后，我们开始了对虚拟现实技术与建造相结合的应用探索。首先，本案涉及的搭建过程为金属板材的切割与折叠，以及后期混凝土浇筑与板材的循环利用。因此，在APP的开发上，我们也采用了相同的逻辑与人机交互体验。APP可以指导搭建过程中板材折叠的角度，由人工进行控制；同时在完成混凝土浇筑之后，APP还可通过机器学习，结合不同的形体对模具进行相关的可拆卸分析，从而完成不同形态的搭建。使用者亦可对其形体进行调整与选型。

App Folding Guidance Mock-Ups

Water-jet Cutting

Concrete Prototype

Machine-Learning User Interface

Renderings

最后，我们对其利用价值进行了进一步的延伸，从小体量的构筑物延伸到大体量的建筑物，甚至是高层建筑。我们将点面逻辑和极小曲面进行结合，通过研究极小曲面的稳定性及可操作性进行形态选型，并通过surface relaxation算法对曲面进行优化后生成相应的点云，利用相同的算法对构筑物进行模拟搭建，从而形成最终的方案效果。

Minimal Surfaces with Relaxation Algorithm and Point Cloud Generation

Minimal Surface Construction Initial Input