Patronen Opmaat naar patronen De opdrachtgever beschikt zelf over een portaalfrees (2d frees) en een grote inkjetprinter voor diverse materialen, dus het lag voor de hand te kijken of daarvan gebruik kon worden gemaakt in het te ontwerpen product. Dit werd het uitgangspunt: Maak een nieuw product waarbij de frees en de printer zinvol en liefst ook concurrerend kunnen worden gebruikt. In eerste instantie werd gedacht aan gebruik van gelaagde structuren uit dunne platen waarbij gefreesde openingen en geprinte afbeeldingen goed samenkomen. Omdat het bedrijf veel reclame doet en in opdracht van klanten werkt zou dit ook een goede mogelijkheid kunnen bieden om per klant een eigen ontwerp te maken of aan te passen. Dit zou een mooie meerwaarde aan het werk kunnen geven en een onderscheidende functie hebben in vergelijking met leveranciers van vergelijkbare producten.
Dit werd als uitgewerkt in een paar vragen om mee te beginnen. Dit zal vrij gedetailleerd gaan, daarom zullen de vragen eerst even toe worden gelicht en kort beantwoord om de draad niet te verliezen. Hierna zullen de vragen in afzonderlijke paragrafen uit worden gewerkt. De vragen overlappen wel maar dat past ook wel bij de probleemstelling. Het aanbrengen van een patroon is bepaald niet nieuw, op stoffen en keramiek wordt het al zeer lang gebruikt, en tegenwoordig worden allerlei structuren gebruikt om het oppervlak van een solid of veelvlak in een rendering of een game betekenis te geven of een eigen karakter te geven. De vraag is of het mogelijk is om patronen per product te veranderen zodat individuele producten mogelijk worden en of dat op een eenvoudige manier kan worden gedaan, zodat de kosten ervan niet te hoog worden en het mogelijk is voor elke klant een ander patroon te maken op het product. Hiermee zou een individueler product kunnen worden gerealiseerd.
uitbreiden opgave
Aanpak
Zonder meer realiseren van een functioneel product (meubel of licht) werd als niet voldoende gezien omdat tegenwoordig gebruikers en opdrachtgevers uitdrukkelijk meer dan dat vragen. Er werd bewust naar een vormtaal gezocht waarmee iets van een beleving kon worden gerealiseerd. Het product moest, zo bleek uit het vooronderzoek, inspelen op de vraag van gebruikers naar een individueler, niet anoniem product wat goed zou staan in een modern, persoonlijker ingericht kantoor. Kortom, een product moet een verhaal, een beleving kunnen geven en niet alleen maar technisch goed functioneren.
Het begon voor deze studie met veel vragen, losse weetjes en ideeen:
gebruik van patronen Gestart werd met de vraag hoe patronen effectief kunnen worden gebruikt. Om met patronen de structuur van het object zelf te bepalen of de structuur zo te maken dat hier een mooi patroon door zou ontstaan is daarbij de uitdaging. Achteraf een patroon aan een structuur aanpassen is ook niet altijd even eenvoudig. Lasersnijden, 3d printen en 3d frezen dienden als inspiratiebron voor mogelijke technieken. Problemen met patronen zijn altijd dat het lastig is een mooie samenhang te krijgen van fotografische patronen, 3d vormen ervan te maken en een natuurlijk aandoend patroon krijgen. Een gedrukte structuur kan gauw goedkoop overkomen, wat niet de uitstraling van het product zou moeten zijn. Deze zou veel meer moeten zijn: design, goed doordacht, bijzonder, een uniek product. Dit zou mooi kunnen worden bepaald als de structuur en constructie van een ontwerp en het patroon in hoge mate overeen zouden komen. De elegantie ervan zou een goede uitstraling geven: doordacht, goed gebruik van materialen, goede vormen, kortom: design
De mens is een uitstekende patroonherkenner. Welke patronen verdienen de voorkeur? Ergens lijkt er een optimum te zijn, tussen te strak en te rommelig, tussen dynamisch en statisch. Een geoefende patronenherkenner, ziet die andere dingen? Dat ligt wel voor de hand. Hoe kun je dit gebruiken? In ergonomie wordt het al gedaan (patrooinherkenning, snel iets laten opvallen), dessin ontwerpers doen niets anders. Waarom vonden mensen in de jaren 60 andere patronen mooier dan nu en waarom worden met retro design deze oude patronen opnieuw ingezet, maar wel na een verandering en aanpassing ervan? Waar halen patroon ontwerpers hun ideeen vandaan? En: zijn er de laatste tientallen jaren onder invloed van computer, fotografie en techniek, onderzoek in microscopie en telescopie nog wezenlijk nieuwe patronen gevonden of zelfs ontstaan? Zijn bijvoorbeeld de fractalen nieuwe patronen of worden ze nu pas opgemerkt? Zijn patronen beter begrepen door bijvoorbeeld wiskunde waarmee de fractalen zijn berekend, computers welke patronen vanuit eenvoudige eigenschappen berekenen of chemie waarin complexe structuren patronen opleveren welke hetzelfde ontstaansmechanisme lijken te hebben al natuurlijke processen. Al deze ideeen, en de mooie patronen op vissen, koralen, sponzen, waren de startpunten en vragen van verder uitwerken van het gebruiken en ontwerpen van patronen voor een product.
De afzonderlijke vragen worden hier nu een voor een verder uitgewerkt. Vragen: 1 Hoe maak je een patroon wat ook een constructieve functie heeft? Is het mogelijk zo te werken dat patroon en structuur samenvallen? Het kan bovendien een structuur opleveren welke sterk en licht kan zijn. Is het mogelijk in een keer naar een 3d structuur toe te werken inplaats van door middel van een bedrukking of mapping op het oppervlak? Hiermee zouden diverse producten als stoelen en kamerschermen, wanden vormgegeven kunnen worden. De constructie en patroon zijn dan onlosmakelijk verboden. Een voorbeeld hiervan is te zien in de radiolaria en (technischer) truss-vormgeving (ruimtevakwerk in architectuur). Dit zijn efficiente structuren met een uitgesproken vormgeving. Met een frees zou het mogelijk kunnen zijn meer variatie binnen de vorm aan te brengen (radiolaria versus ruimtevakwerk: organisch versus strak stramien). Dit zou goed aan kunnen sluiten bij de tijdgeest: modernisme is achtergelaten, de hedendaagse vormen zijn losser, natuurlijker. 2 Draagt een technologie een vormgeving met zich mee welke in de producten te zien zal zijn? Daaruit voortvloeiend: Wat is een patroon wat een beeldtaal van anno 2010 heeft? Uitgangspunt: Er is een analogie vinden tussen Jugendstill en productiemogelijkheden anno 1900 met inspiratiebronnen als Heckel en Blosfeld, en huidige technologische mogelijkheden en beeldvormen. Jugendstill-vormtaal en technologie mogelijkheden om deze te reliseren hingen sterk samen, onder meer in de constructies van gegoten staal. Zo zou er ook een huidige pendant te vinden moeten zijn. Welke technologie en welke beeldtaal zouden dat kunnen zijn? Mogelijke antwoorden werden eerst gezocht in beeldtaal afgeleid van computervormgeving, games, mri, satelliet waarneming (oa weerradar, hubble), onderwatervormen oiv film en National Geographic Channel) . Technologieen zijn 3d printen, lasersnijden, rapid prototyping, numerieke mogelijkheden voor patroon (pattern) vorming. De keuze voor de beeldtaal-bron is de onderwaterwereld, met name koralen, vissen. Radiolaria en de vele vormen welke hiervan zijn afgeleid werden als inspiratie, ijkpunt en voorbeeld genomen. Er zijn veel voorbeelden over toepassingen van deze vormgeving te vinden: de onderwaterfotoos en films werden gezien als mogelijke bron van een relatief nieuwe vormentaal welke afgelopen decennia bekend is geworden. Ook is een grote
hoeveelheid mensen op reis en vakantie in aanraking gekomen met duiken, snorkelen en koralen. Het is een actueel onderwerp, natuurbescherming en walvissen, koraalverbleking, films als Finding Nemo, Greenpeace geven deze keuze bij voorbaat al iets avontuurlijks, wat misschien weer goed aan kan sluiten bij een lifestyle. Kortom: het lijkt een rijke bron te zijn om een vormtaal op te baseren en inspiratie uit te halen. Moderne technologie maakt fijne structuren en aanpasbare structuren mogelijk. Dit komt met name naar voren bij CNC gestuurde processen. Daar zijn meerdere toepassingen bij te bedenken: fijne patronen, gevarieerde structuren, oppervlakte bewerkingen, en dan met name die welke voorheen niet mogelijk waren door de bewerkelijke aard ervan. Deze zijn nu binnen handbereik gekomen door automatisering ervan, verlaging van de loonkosten en technische haalbaarheid die voorheen niet mogelijk was. Een interactieve mogelijkheid om de processen te sturen zou nog vernieuwender zijn. Misschien levert het zelfs nog onbekende vormen op. 3 - Hoe kun je het ontwerp varieren? Hierin wordt een overzicht gegeven van de soorten patronen, niet alleen in de natuur maar ook in de wiskunde. De problemen die dit patroon gaf leidden uiteindelijk naar ingangen voor een bruikbare manier van patronen maken. Waardoor wordt het patroon bepaald en is dit aan te geven met duidelijke kenmerken? Dit leidt gelijk tot de vorige vraag: kan dit ook met een computer zodat het bruikbaar wordt voor CNC bewerkingen. Met name wordt hierbij aan toepassing van printen en frezen gedacht vanwege de mogelijkheden bij de opdrachtgever. Lasersnijden en rapid prototyping zijn ook opties. Hierbij zou je een aantal kenmerken of waarden willen kunnen instellen waarmee een patroon makkelijk te vararieren is. Uiteindelijk zou het mooi zijn als de gebruikersideeen eenvoudig en snel omgezet kunnen worden naar een product. Dit stelt eisen aan de gebruiksvriendelijkheid en toegankelijkheid van de ontwerpmethode. Bovendien moeten kosten niet te hoog worden voor het werk wat emee gemoeid is. Voorts zou je het patroon goed willen laten aansluiten of inpassen in het object: 4 hoe maak je een patroon wat goed aansluit bij de constructie? Hoe kan een goede aansluiting of randoplossing waardoor het patroon geintegreerd wordt in de context worden gemaakt? Hier wordt al heel specifiek gekeken hoe een bepaald soort structuur (turing structuur) kan worden gemaakt. De manier waarop dit patroon wordt gevormd kan een
mogelijkheid bieden dat het zich goed aan de omliggende structuur kan aanpassen.
genereren ervan. Wel over het waarderen ervan, en dan speciaal door de mens die ernaar kijkt.
De meeste patronen welke in gangbare programma’s als maya en 3d max gebruikt worden hebben een manier van opbouwen welke hiervoor minder geschikt is. Ze worden routinematig gebruikt. De zelforganiserende structuren zijn wat dat betreft nog niet zover, en het toepassen op een product vormgeving is nog geen routineklus.
Deze indeling is waarschijnlijk wel bruikbaar achteraf om wanneer een patroon nodig is voor een bepaalde gebruikssituatie dit te kunnen vertalen in waarden welke van belang zijn bij het maken van een patroon. Dit “terugvertalen” van een bepaalde waardering is echter niet uitgegeprobeerd, het was al voldoende werk om met een werkend patroon te komen wat voldeed aan maakbaarheid, veranderbaarheid, te genereren zonder al te tijdrovend te zijn en aanpasbaar aan een gegeven contour.
Er zal worden aangeven hoe de werkwijzes kunnen zijn met diverse programma’s tot een patroon te komen. Hiervoor wordt gebruik gemaakt van illustrator, specifieke applicaties voor het oplossen van bepaalde patroonvergelijkingen zoals matlab, interactief op het web, of met een meer black box-achtige maar wel effectieve manier met fotoshop voor 2D patronen. Met deze vragen zo goed mogelijk te beantwoorden is voldoende ingegaan op het maken van een patroon. Hiermee is voldoende beschikbaar om een product van een aansluitend oppervlaktepatroon te voorzien wat in abstractie een zee / koraal / vis patroon is. Met deze werkwijze kan een goede integratie van patroon en ontwerp / product hiermee is het een bruikbaar ontwerptool. Er wordt hier vooral gezocht naar een werkwijze welke aansluit bij het ontwerpen van producten. Hierbij is het belangrijk om te realiseren dat een patroon door een gebruiker op een eigen manier wordt opgepikt en geinterpreteerd. Het patroon wordt op bruikbaarheid beoordeeld in een totale context en perceptie, cultuur en ervaring van de gebruiker zijn hierin belangrijk voor het lezen en waarderen van het patroon. Een goed patroon kan hierdoor afwijken van een realistisch patroon en het zou niet verstandig zijn om star aan mathematische of fysische modellen vast te houden bij het toepassen van een patroon. Dit onderscheidt deze aanpak van de benaderingen waarin vooral de fysische achtergronden van een turing patroon centraal staan. Het kunnen maken van een patroon is iets heel anders dan het goed toepassen ervan. Dat neemt niet weg dat het maken ervan wel baat heeft van een goed begrip van het patroon.
Er werd, achteraf gezien, geprobeerd een overzicht te krijgen door een indeling te maken van patronen. De waardering van de patronen is ook belangrijk. De vraag was of bepaalde soorten patronen en waardering samenhangen. Indeling aan de hand van karakter van het patroon leek te werken maar zou naderhand omgegooid moeten worden, want het liep uiteindelijk vast. De oorspronkelijke indeling ging uit van menselijk, natuurlijk, geometrisch, abstract. Het was op het uiterlijk gericht en gaf niet aan hoe patronen ontstaan of in elkaar zitten (dat is wat anders). De indeling bleek, hoe voor de hand liggend ook, niet behulpzaam te zijn omdat dit niet veel zegt over het
En ook hier zal gelden dat een goed patroon niet automatisch tot stand komt door instellen van patroongenererende getallen. Goed ontwerpen blijft mensenwerk. maken van patronen Na de vlotte start en het daarna geleidelijk vast gaan zitten van de studie naar patronen bleek er gelukkig (dat lag helemaal niet zo voor de hand) meer helderheid en ingangen te komen. De patronen werden nu bekeken naar patroongenererende grondslagen: mate van zelforganisatie, fractaal gehalte, parametrische aandeel en stochastische aandeel. Deze karakteristieken leveren elk voor zich bepaalde patronen op waarvan de parameters ook gecombineerd kunnen worden en waardoor veel verschillende combinaties ontstaan welke zeer complexe vormen kunnen aannemen. De in deel een genoemde groepen zijn in al deze groepen terug te vinden, dit is mede een verklaring waarom de oorspronkelijke indeling vastliep als deze voor genereren van patronen werd gebruikt. Vooruitlopend kan al worden gezegd dat mensen kennelijk een structuur of patroon als natuurlijk, waarderen als deze: complexiteit vertoont, er variatie in zit, er zelforganisatie in zit en er eenduidige schaal ten opzichte van de omgeving bestaat. Er wordt nu eigenlijk opnieuw naar patronen gekeken, weer vanaf het begin. Het indelen van de patronen is hierbij ook geen doel op zich maar een hulpmiddel geworden om vragen te stellen over de patronen en nieuwe patronen te ontwikkelen en te begrijpen. Het stellen van de juiste vragen is een essentieel deel geworden van de studie, omdat deze helpen doordringen in de materie. Het is mogelijk patronen te beschrijven en zelfs te karakteriseren aan de hand van kenmerken en parameters. Dit geeft een handvat om ze met een computer (of ze met andere hulpmiddelen) te genereren. Ook de beeldende grondslag is te achterhalen, zonder een computer overigens. Het geheel kan bekeken worden op een beeldende manier: wat zijn de karakteristieken van een patroon uitgedrukt in beeldkenmerken als schaal, contrast, compositie en dergelijke. Welke patronen mensen zien en opmerken en hoe ze ze
waarderen kan cultureel bepaald zijn en is afhankelijk van hoe mensen waarnemen. Cognitieve psychologie bepaalt voor een deel welke patronen mensen zien en hoe ze kijken en wat ze opmerken. Mensen zijn uitstekende, geoefende patroonherkenners en hebben niet een geheel uitgewerkt patroon nodig. Uit beeldend oogpunt kan dit ook de voorkeur hebben: een geheel uitgewerkt patroon kan saai, oninteressant overkomen. Toepassing in deze studie: Het patroon van radiolaria en koraalvissen is zeer divers, meerdere generators zijn bruikbaar om het na te maken. Productie en toepassing leiden tot voorkeur voor een bepaalde methode welke misschien minder verantwoord is qua patroongeneratie maar veel vlotter werkt. De zee associatie is uiteindelijk belangrijker dan het patroon in het product. Maar onmiskenbaar heeft het patroon een eigen aantrekkelijkheid. Het maken van een patroon zou kunnen door deze over te nemen van een foto van een vis of koraal. Fotoshop filters kunnen worden gebruikt als black box . Het patroon kan worden berekend met matrixverwerkende programma’s. Handmatig kunnen patronen worden getekend met gum en potlood. In illustrator kunnen collages worden gemaakt. Dit zijn allemaal verschillende manieren welke tot een turing patroon leiden, nagemaakt of echt is moeilijk te zeggen, het ziet er net zo uit. Voor het maken en gebruiken van het product is dit niet problematisch. De vragen kunnen verder uit worden gezocht. Intussen kunnen de genoemde middelen worden ingezet bij de vormgeving. Het patroon op het product kan flink worden aangepast om een beeldend / associatief sterk patroon te krijgen. Als het echter een clichee dreigt te worden is het tijd opnieuw inspiratie op te zoeken en verder onderzoek te doen.
ken: schaduwwerking, reflectie, de ruimtelijke kanten ervan dus. Kleur is dan minder aan de orde.
Oppervlak studie Hoe maak je een oppervlak wat het object een uniek karakter geeft? Hoe maak je dat interessant? Hoe pas je dat toe?
Benadering van patronen Er zijn een aantal zaken van belang bij ontwerpen van patronen: hoe ziet het eruit, hoe maak je het, welke associaties, waar komt het vandaan. Voor een product met een uitdrukkelijk visuele kant is het niet verstandig alleen maar naar de technische details te kijken, ook hoe het overkomt bij een gebruiker is van wezenlijk belang. Dit houdt in dat in de studie ervan “ergens” dit moet worden gecombineerd.
Omdat ik voortdurend met patronen bezig ben (weven, render programma’s, patronen door bewerken van metaal, bv slijpsporen) wil ik me hier wat meer in verdiepen. Ook zie ik de spanning tussen beeldende kunst en industriele producten. Hoe maak je interessante structuren snel en doeltreffend? Ik vind het gebruik van de apparaten die dit kunnen (drieD printer, contourfrees, render programma’s leuk en kijk voortdurend om me heen “ hoe zou ik dit kunnen renderen?, hoe bouw ik deze structuur op?” Ook zie ik het gebeuren in bijvoorbeeld arceren in een potloodtekening, het handschrift van de beeldhouwer in klei of steen: wat is hier nou zo interessant aan? Een dergelijke obsessie kun je maar beter in goede banen leiden en stapje voor stapje aanpakken.
Allereerst ben ik een soort overzicht gaan maken van oppervlakken zonder al te veel betekenis aan de indeling te geven. Het is in eerste instantie een soort “plaatjesboek”. Oppervlakken kunnen ook op andere manieren kunnen worden ingedeeld. Hierbij een voor menselijke ogen voor de hand liggende indeling:
Soorten oppervlakken
Ik werk dit uit:
Hierbij een “gevoelsmatige” indeling:
wat voor manieren zijn er om een oppervlak te maken voor een product, wat maakt het interessant en hoe kun je een en ander toepassen in het ontwerpen van producten?
1 vlakverdelingen, tegels
Het gebruik hiervan kan boeiende producten opleveren met een interessant of uniek oppervlak.
deze lijken vooral volgens een vast stramien of grid georganiseerd. Een repeterende eenheid (polygoon) met een vaste maat en hoeken is kenmerkend en is overal in de structuur terug te vinden Dit is vooral aan de orde in mechanische processen in de industrie.
Aanpak. Hiervoor kun je structuur, textuur gaan gebruiken van een oppervlak, maar ook zou kleur gebruikt kunnen worden. Omdat veel bewerkingen driedimensioneel zijn is het zinvol om daarvan de sterke kanten goed te gebrui-
Voorbeelden zijn tiles, bitmaps welke op een oppervlak worden afgebeeld (uvw mapping). Kenmerkend zijn de vaste grootte en hoeken van het stramien Kristalstructuren zijn een fysische tegenhanger.
2 organische patronen, huid
Organische patronen lijken een andere kwaliteit te hebben: de structuur wordt niet zo regelmatig maar is vaak wel herkenbaar. Soms zijn deze egaal, soms gevarieerd, getextureerd (een fijner patroon bovenop de structuur). Karakteristiek is vaak de samenhang tussen patroon en ondergrond. Het patroon is daaraan aangepast
traling, realisatie, randaansluiting, goed aansluiten bij structuur en constructie van het product zijn niet voorbehouden aan geindividualiseerde producten alleen.
Stel dat je een effectieve manier hebt om dit te doen, waar ga je dit voor gebruiken?
3 abstracte patronen,
Gebruik individueel oppervlak in seriematige producten
Deze patronen, vaak te beschreven door wiskundige formules, zijn complex tonen meestal geen strakke herhaling. Ze lijken niet erg realistisch en zijn kennelijk een patroon op zichzelf.
Uitgangspunt. Net zoals een dier door patronen (koeientekening, vlekken van een hond) als soort herkenbaar is maar per individu anders zou je dus een product (kleding, oppervlak van een apparaat) herkenbaar (alle lampen hebben zelfde soort patroon ) maar individueel (elke lamp heeft een eigen, uniek patroon) kunnen maken.
4. grafische patronen.
Het product krijgt zo een eigen karakter in de massa.
Dit zijn de patronen waarin de beeldende aspecten benadrukt worden. Meestal zit er wel een mate van vereenvoudiging in van herkenbare dingen.
Om dit uit te werken zou je uit moeten zoeken: 1: hoe je een oppervlaktestructuur genereert 2: inderdaad op het oppervlak krijgt (welke technologie).
Uiteindelijk gebruik: Een (solid works of ander cad-) model wat van een oppervlak wordt voorzien is de bedoeling. De fysische eigenschappen van de huid, patroon kunnen worden mee genomen in een sterkteberekening of ander soort simulatie. Het is mogelijk (maar rekenintensief) om de oppervlakken, dikte inkepingen, structuur driedimensionaal te maken. Het is voor meer visueel gerichte aanpak waarbij het vooral gaat om een oppervlak aan te assen wel de vraag of een zodanig zware toepassing nodig is.
Een oppervlak als zodanig kan ook een structuur gaan vormen (bv www.batsheba.com) en leveranciers die 3d productie on demand leveren zouden een patronen-routine kunnen gebruiken om bestaande modellen van een structuur te kunnen voorzien.
Welke oppervlakte benadering is hierbij interessant voor industrieel ontwerpen?
-Individualisering door een voorwerp een eigen, uniek oppervlak te geven is interessant voor de ontwerper. Hoe varieer je dat dan per product? -Maar ook voor identieke producten kan een manier om “goede” oppervlakken te maken interessant zijn. Uits-
3: hoe de keuzemogelijkheid wordt geboden aan de gebruiker, 4: hoe het karakter van het product wel blijft bestaan. 5: hoe een betekenisloos oppervlak wordt vermeden.
Ontwerpprocesv
Het productieve aan deze losse vragen is dat er niet een uitgebreide discussie hoeft te worden doorlopen over hoe en waar de consument zijn individualiteit kan en wil tonen, maar dat dit wel daaraan kan bijdragen. De afzonderlijke deelvragen zullen mogelijkheden aanbieden en ook uitsluiten. Deeloplossingen kunnen leiden tot een eindontwerp wat inderdaad een boeiend oppervlak heeft.
Dit kan snel onderzocht worden. Van veel deelprocessen is goed aan te geven wat eruit zal gaan komen. Dit kan worden gevisualiseerd of er kan een mock up van worden gemaakt. Hiermee kan vlot een idee worden gekregen van mogelijke tussenstappen: als dit ontstaat, wat kan daar dan verder mee worden gedaan. Het is als het ware een snelle verkenning, of zo men wil, scenario, maken van wat in het ontwerpproces te verwachten is. Hierdoor is het mogelijk goed te concentreren op cre-
atieve mogelijkheden zonder opgehouden te worden. Dit valt of staat met goed doorzien welke deelprocessen al overzichtelijk zijn en welke dat niet zijn. De bekende kunnen worden gesimuleerd en de onbekende kunnen daarmee worden gevoed. Het ontwerpproces concentreert zich zo op het verkennen van nieuwe mogelijkheden. Lijkt het allemal goed te werken dan zullen de gesimuleerde details verder uitgewerkt gaan worden. (bijlage of hoofdstuk over opstellen deelvragen)
op grotere schaal: afhankelijk van voorwerpgeometrie (organisch, volgt randen en andere structuren). Het oppervlak is de structuur zelf geworden.
voorbeelden structuren
abstractie structuur (render programma), doorlopend. Kan wel met variaties worden gemaakt maar onafhankelijk van voorwerp, andere onderdelen.
oppervlak koraal, doorlopend, organisch, kleine variaties binnen een herkenbaar patroon, past zich aan aan voorwerp geometrie (is in feite de drager ervan)
vissehuid structuur, vergelijk deze met onderstaande turing structuur
turing structuur reactie diffusie patronen
een patroon hoeft niet per se de geometrie te volgen of symmetrisch te zijn: dalmatier
de vlekken van de tijger vinden: de vlekken worden ringen in de staart. Patroon wat met de geometrie samenhangt.
Beeldende benadering: beljon
andere soorten oppervlak zijn beeldend van aard: gedacht kan worden aan: wikkelen, bundelen, allerlei beeldende structuren (beljon: zo doe je dat, grondbeginselen van de beeldende vormgeving) welke sterk de aandacht trekken en in feite wordt dit door beeldende kunstenaars gebruikt om een voorwerp visueel sterk te maken. Deze structuren gaan verder dan een oppervlak. Maar een oppervlak kan wel deze indruk geven door indrukken, afdrukken. Sterke associaties.
Beeldende principes
v
Een toevalspatroon: reflectie en breking van licht door een wateroppervlak. Karakteristiek, bepaald door de geometrie, maar in feite geen oppervlakte structuur? Wel beeldend sterk, maar een twijfelgeval om hier verder uit te werken.
Een andere manier is het te bekijken met beeldende principes in het achterhoofd: schaal, contrast, ritme, kleur, compositie, variatie. Juist compositie ontbreekt in veel patronen (net zoals behang niet rekening houdt met de maten en grenzen van de muur). Een organische structuur kan dat wel, moet hier worden gesproken van een betekenisgeve, leesbaar zijn van het oppervlak: het patroon deelt iets mee over de geometrie of de functie?
Context van het patroon
Veel patronen zijn op zichzelf beeldend saai. Hoe worden ze interessant voor een product? Een contrapunt, een onverwachte verandering maken een beeld visueel veel interessanter. Dat wat betreft het patroon. Maar hjet patroon staat ook in een context. Een saai patroon kan in de context heel anders overkomen: vissen bijvoorbeeld. Waarnaar gekeken wordt en wat ervaren wordt zit sterk
in de psychologie van kijken, zien en perceptie verankerd en is daarmee een belangrijk gegeven voor een interessant oppervlak. Het geeft ook gelijk het dilemma aan: onverwachte patronen zijn na enige tijd bekend en minder interessant. Dan zijn andere associaties en betekenis nodig om deze toch gewaardeerd te laten worden.
(on) interessant patroon:
Dit is een belangrijke vraag: hoe maak je een automatisch gegenereerde structuur interessant? En hoe blijft deze interessant? Deze vraag komt telkens weer terug.
Waar is er een menselijke ingreep nodig is (bijwerken, veranderen, …) en waar kan het door een machine of beeldbewerkingsprogramma worden gedaan (render engines, schabloon, patroon...) kan voor de productie van aantrekkelijke materialen belangrijk zijn.
Voorbeeld: mechanische patronen aangepast ingepast
gebruik huidpatronen in stoffen:
koe
dalmatier
giraffe
bij het gebruik van stoffen worden telkens dezelfde prints gebruikt, elk rokje of shirt ziet er hetzelfde uit, tenzij per keer de stof anders wordt geknipt (of geprint), dit kan (door de naaisters daartoe te instrueren of de stof (zeefdruk bv) per keer te varieren. Een unieke uitvoering kan dan ontstaan. Hiernaar wordt gezocht door de kopers, die een eigen voorkeur hebben. Of die weten dat geen patroon gelijk is. (handgemaakt, of uniek patroon). Vaak voegen de kopers er zelf nog iets aan toe (assecoires, keuze vverschillende kledingstukken) of een applicatie. Het zelf (laten) maken of vermaken van kleding of (ambachtelijke) producten wordt steeds minder uitgevoerd. Het maken van unieke producten is daarom interessant voor de markt.
Toepassingen van unieke structuren zouden voor kleding, mobiele telefoons, computerbehuizingen, maar ook meer functionele zaken als schalen, meubels gebruikt kunnen worden. Misschien zijn er vergelijkingen mogelijk met eigengemaakte of handgemaakte voorwerpen, die ook de genoemde (potentiele) kwaliteiten hebben.
Een eigengemaakt patronen op een schaal: (voronoi gebaseerd)
In de lamp is dit uitgewerkt door een aantal ontwerpen te maken voor verschillende structuren.
Uitvoeren: vragen
Ook een turing patroon kan getiled worden: Hoe dit in het afstuderen opnemen? Er zijn al heel wat programma’s en routines gemaakt hiervoor, dus dat hoeft niet dubbel. Maar hoe ga ik ze toepassen? Het zal een aansturing moeten worden van een snij of tekenmachine. Welke doelen, prioriteiten zijn er hierbij? • Patronen maken of vinden • onderkennen welke bruikbaar zijn • omzetten naar gereedschapsbaan • keuzemogelijkheden laten werken • begrijpen wat voor patroon werkt uitwerking: • uitzoeken wat voor algoritmes er zijn, en overzicht uitkomsten • In ieder geval moet er een lijn of vlak uitkomen, in x,y (en evt z) coordinaten. Om hiermee tooling banen te genereren, maar het mag ook een dxf zijn • Hoe zet je een bitmap om in een vectortekening. • Zijn er programma’s die zoiets al specifiek kunnen doen, bruikbare software hiervoor? • Kan ik dit quick and dirty emuleren, desnoods via handgetekende banen, overgetrokken oid?
Mogelijke patroon (wiskundige) generators die al beschikbaar zijn: bryce, adobe photoshop (filters), processing (ruis generators, perlin noise generator) http://cgjennings.ca/toybox/turingmorph/index. html java turing patroon generator.
dat gaat zelfs vrij eenvoudig (blijkt) met door in een matrix de randen boven en links aan onder en rechts te koppelen bij het berekenen. maar nadeel is ook hier weer de duidelijke mapping (tiling) Gebruik en aanbieden patronen En dan, stel dat ik het volgende heb: een programma wat vis- en koraalstructuren emuleert. Hoe ga ik dat gebruiken? Misschien kan ik daarvoor heel eenvoudig een stel tekeningen gebruiken. Wat is er bruikbaar aan een programma? Dat de klant ziet dat het patroon ontstaat? Of maakt dat niet uit. Is een stalenboek met vele structuren ook goed? Kortom: hoe kan de klant kiezen? Voordat ik me diep in het genereren van structuren stort is het goed eerst eens te kijken hoe deze aan worden geboden aan klanten en hoe ze kiezen, welke voorkeuren ze hebben en kun je daar iets over zeggen voordat details ver uitgewerkt worden. De studie naar patronen is een studie op zich, en zal meer tijd kosten. Een soort inventarisatie zou niet weg zijn, om zo richting te geven. Welke patronen kun je aanbieden.
• Gebaseerd op natuurlijke patronen, zee, koraal • Patronen geschikt voor gebruik met licht Hoe verandert een natuurlijk, op zich staand beeld, oppervlak in een betekenisvol patroon voor een gebruiker wat wordt aangepast, geinterpreteerd, versterkt, tot het uiteindelijk misschien zelfs op zichzelf staat, los van de bron ervan? Mensen herkennen patronen makkelijk, maar welke geven ze een extra waarde, betekenis, welke gaan ze gebruiken? Welke maken ze “van zichzelf”? Wanneer kan een patroon op zichzelf staan? Ontwikkelt zoiets zich? Geboorte en evolutie van een patroon? Bronnen: zoekrichtingen
Afbeeldingen geven nieuwe ideeen voor patronen. Dit zijn hier onder andere documentaires en fotoboeken. Maar ook patronen bijvoorbeeld in kleding: een patroon krijgt een ander gebruik, misschien ook wel betekenis. stalenboeken (harry’s stoffen, modezaken), tijdschriften (mode, kleding, interieurinrichting, design. Hier staan de patronen meer op zichzelf , in de functie voor de gebruiker en niet naar herkomst. Mooi voorbeeld: jaren 50 patronen. Maar ook de nog steeds populaire ruitjespatronen, bloemenprints voor kleding. om je heen, straatbeeld, aktuele trends en modes. Deze kun je spotten op beurzen, catwalks, tentoonstellingen beeldende kunst, illustraties prachtige patronen in bijvoorbeeld weefkunst, ambachten. Exotische bronnen kunnen ook veel verandering inblazen (bv egytische stijl, afrikaanse beelden) wiskunde Een uitstekend boek om patronen in te zien is: de rode zee, david doubilet en andrea ghisotti. {doubilet, 1995 #24} omdat de patronen hier visueel sterk afgebeeld zijn, mooi op zichzelf staan maar altijd goed in de zee-context.
Aantrekkelijke fotoos. Een ander inspirerend boek over zee patronen is Caraibische zee, Kurt Amsler. {Amsler, 1996 #34} Veel aandacht voor de patronen en mooie composities van fotoos een ander boek: forms with fantasy {Moniek Bucquoye, 2007 #36} gaat over de hedendaagse ontwikkeling in neobaroque, marcel wanders en consorten. Aan de zee-fotoos is te zien hoe belangrijk het is om goed naar de details te kijken en niet alles te willen laten zien, zoals in de onvermijdelijke clichee duikersfotoos met een duiker boven een rif of niet mechanisch te werken zoals in de macrofotoos die dingen laten zien op een klinische manier maar niet beeldend overtuigen. Dat is toch wel heel belangrijk bij het gebruiken van de voorbeelden: de fotoos moeten overtuigend, intrigerend zijn, inspirerend. De foto moet inspirerend zijn. Beeldend, maar ook goed de zaken rond patronen aankaarten: wat is van belang, de context, een associatie. Een verzameling van patronen. Voorbeelden. Nadere aspecten van de patronen Zoals wel te verwachten was kunnen de genoemde categorieen ver uit worden gewerkt. Vlakverdelingen Alleen al de mogelijkheden om een vlak te verdelen is een studiegebied op zich. symmetrie en soorten oppervlak blijkt aan de orde te zijn. Euklidische oppervlakken, hyperbolische, groepentheorieen, limietvlakken, symmetrie, verbreking ervan.
batsheba sculpture: minimaaloppervlak
Een ander voorbeeld, ook van Escher, is te repeteren (een tiling), de afbeelding wordt over twee assen verplaatst die niet loodrecht op elkaar staan maar een hoek van 60 graden maken. escher: hyperbolisch oppervlak Het historische onderzoek strekt zich uit van arabieren en grieken tot moderne wiskunde, gebruik en betekenis ervan.
aan de hand van rekenschema’s werden door arabieren al vlakverdelingen uitgewerkt. (vedische vierkanten) Een mooi voorbeeld is van escher, vlakverdeling uit de hyperbolische meetkunde waarmee een beetje gestoeid wordt en de vlakverdeling neemt de rand prachtig mee.
marjorie rice regelmatige
vlakverdeling met 5-hoeken
(diverse voorbeelden van vlakverdelingen, verschillende assen en hoeken) de eenvoudigste tiling is het schaakbord tegeltjespatroon? nee, het kan nog eenvoudiger: geen ordening, toch een vlakverdeling: penrose tiling. twee verschillende elementen vulloen een geheel vlak.
nog een set tegels, girih tegels, waarmee onregelmatige vlakvullingen zijn te maken. nu worden al 5 tegels gebruikt.
tesselation van driehoeken tbv eindige elementen methode: veel te zien in programma’s als rhino en solidworks. onregelmatig, vlakvullend, afmeting van de elementen nu ook verschillend, maar wel ongeveer even groot. een stap verder: voronoi verdeling: onregelmatig, niet even groot, veel verschillende elementen
Je kunt een oppervlak op papier wel heel mooi indelen, maar je ziet gelijk de praktische uitvoerbaarheid opduiken: ze moeten worden gemaakt, er zijn meerdere verschillende onderdelen nodig, als er gerepareerd moet worden moet er ook van alle soorten reservemateriaal zijn. De vlakverdelingen komen daar over het algemeen goed aan tegemoet.
Als je een oppervlak heel complex maakt zul je daar problemen gaan krijgen.Dat is voor een industrieel ontwerper wel iets om over na te denken. Misschien is de oplossing van mozaieken zo gek nog niet: losse onbestemde vormpjes worden gecombineerd. Er is altijd wel iets te vinden. Gaudi was hier meester in evenals de tegelmakers in spanje en portugal (azulejos) Complexere structuren Voronoi patroon. Dit is een algoritme voor een vlakverdeling van 2_d oppervlakken Dit is een voronoi-gebaseerd patroon (wat op een dalmatier lijkt).
Of deze: het bekende turing patroon. Het patroon is ook ontregelmatig maar wel herkenbaar. typerend is de gelijke breedte van de lijnen, dit in tegenstelling tot een voronoi patroon. Als je een flexibele tegel (soort touw?) zou hebben zou je het kunnen leggen zonder in
de problemen te komen.
Los van de problemen van aanbrengen en reparatie is er nog een ander probleem: wat doe je met de begrenzing, de rand. Het patroon zelf is dus niet het enige “probleem” voor het beeld en het is verstandig ook de aandacht naar die andere zaken te laten gaan.
In natuurlijke patronen oogt dit vaak heel “vanzelfsprekend”, even los van de ontstaanswijze.
Hoe stopt het patroon, hoe sluit het aan?
c
Dit is belangrijk bij de vormgeving en styling van een product. er zijn allerlei manieren van vlakverdelen: van regelmatig en herhalend tot onregelmatig, ongeordend. Ze worden vaak onderscheiden in natuurlijke, geometrische, grafische en abstracte patronen. Belangrijk(er?) is voor ontwerpen voor producten de expressieve, beeldende kracht, de rand / begrenzing, hoe het patroon wordt samengesteld / uitgevoerd en de vrijheid om ermee te varieren.
Gaudi loste het op met een andere kleur, en Arabische tegelpatronen zijn veelal creatief hierin.
Technisch gezien zou een eenvoudig te maken of assembleren / repareren patroon mooi zijn. Driehoekige en zeshoekige (zes driehoeken) tegels naast vierkante (= 2 driehoeken) is dus geen gek idee, en er zijn niet veel verschillende groottes nodig en ze zijn makkelijk te maken. Maar sommige productiewijzes kunnen
complexe vormen goed aan (drukken, maar ook uitsnijden of uitfrezen). Het karakter van de productiewijze dient wel mee te worden genomen in het ontwerp. Met name zullen uitgesneden vormen veel contrastrijker ingeze kunnen worden en zijn de contouren belangrijker dan in drukwerk: ze vallen gewoon meer in het oog omdat het contrast veel hoger is. relief-vormen zoals gestructureerde oppervlakken zitten daar tussenin, afhankelijk van de diepte en de lichtval. Eigenlijk moet je als ontwerper een eigen werkplaats hebben en hiermee experimenteren om er het beste uit te halen. Nieuwe productiewijzes: Traditioneel werd een tegel ambachtelijk gemaakt. De omtrekvorm was grotendeels vastgelegd: tegels werden in een mal gemaakt (al dan niet afwijkend van een rechthoek) voor de het oppervlak en eventueel een aantal varianten voor bijvoorbeeld randovergangen. De kleur of beschildering kon door per tegel worden gevarieerd, hoewel het voor productie natuurlijk eenvoudiger was veel van dezelfde kleur en beschildering te maken. Dit kon later makkelijker gemechaniseerd worden, hoewel het beschilderen toch soms handwerk bleef. Motieven hierin werden wel vaak herhaald, de reden voor handwerk was niet zozeer het unieke karakter maar de lage prijs van arbeid. Het werk kon repetitief zijn. (voorbeeld handgeschilderde of majolicategels) Er was natuurlijk ook de mogelijkheid om een tegel niet in een mal te maken en deze bijvoorbeeld uit te snijden. De vorm zou dan vrijer zijn. Maar het gebruik van tegels maakt het gebruik van deze vaste geometrie zeer aantekkelijk: ongelijke vormen zijn lastiger te combineren. Niet dat het niet gebeurde. En de tegelzetter kon ook stukken in de juiste vorm breken. Mechanisatie legde de beschikbare vormen vaster als de machines met een beperkt aantal mallen werkten. Als de machine niet eenvoudig anders ingesteld kon worden werd het aanbod beperkt. Met cam zijn er weer nieuwe mogelijkheden: Maten van idividuele tegels kunnen rechtstreeks vanaf een model worden genomen en uitgevoerd. Het is relatief eenvoudig om 3D vormen te maken met verschillende vormen.
Architecten zijn er dol op: scripten in rhino levert prachtige resultaten op. En inderdaad: ze zijn maakbaar tegen relatief lage kosten met een 3D printer, laser, frees, waterstraalsnijder. Hiervoor zijn meerdere programma’s geschikt. Voorbeeld van een in rhino met grasshopper gescripte structuur, welke 3d geprint is Programma’s hiervoor: Rhino 4.0 met grasshopper plugin, Blender met een Python script. Voor SolidWorks kan er ook worden gevarieerd (zie voorbeelden parametrisch modelleren, modelleren met Excel en een database is mogelijk). Scripten is hier de aangewezen manier. Een klein programma (script) binnen de applicatie zorgt ervoor dat de warden aangepast worden. Voorbeelden hiervan getekende radiolaria veromen. Hierbij wordt geprobeerd om de radiolaria structuur goed weer te geven om een overtuigende structuur kan ontstaan. Dat valt niet mee, omdat het repetitieve werk tijdrovend en soms vervelend is. Het lijkt zo simpel, maar dat valt toch wel tegen. Radiolaria (structuur- gestuurd): Hoe zit dit patroon bijvoorbeeld in elkaar? Hierbij is gekeken naar de verdeling van de gaten op het oppervlak. Zit er een duidelijk stramien in? Wijkt het patroon daar sterk van af?
(voorbeeld architect).
Er blijken twee goed te onderscheiden groottes van gaten te zijn, die langs de rand en die in het midden. De gaten zijn binnen deze groep ongeveer even groot. Er zijn wat onregelmatigheden in het beeld: afgebrokkelde rand. Regelmaat in de gaten en na verder kijken spikes zijn karakteristiek voor het beeld. Dit is uitgezocht door door rechte lijnen door de openingen te trekken. De opbouw is regelmatig en volgt een hexagonaal rooster: de assen staan ongeveer 120 graden tov elkaar
Maar wat opvalt is dat dit verloop van de diameters juist niet optreedt in de foto van de echte structuur.
In dit plaatje (gemaakt in illustrator) is de hex structuur gebruikt, zijn de diameters in twee vrijwel gelijke groepen verdeeld en er handmatig nog een beetje is geschoven. De onregelmatige rand doet de rest: het ziet er minder mechanisch uit.
(voorbeelden analyse radiolaria patroon in illustrator) Er zijn enkele verstoringen in het rooster: die zie je als korte rode lijn of als een zevenhoek terug. Met name op de overgang tussen de twee dichtheden treedt dat op. Is het nu effectief radiolaria als een hex structuur modelleren met enkele (willekeurige?) afwijkingen. Zoiets kan in rhino worden uitgewerkt. Door een architect is een radiolaria structuur gemaakt
(in andere radiolaria zie je het trouwens het verloop naar de rand wel. Ook hier weer: meestal hex, met de nodige afwijkingen in zijdelengte of aantal zijdes. Het varieert op een heel eigen karakteristieke wijze welke niet direct in een enkele formule te vangen is, laat staan goed parametrisch te modelleren is )
1.
Patronen uitwerken
De eerste benadering hoe het patroon in elkaar zit klopte niet. Maar hoe dan wel? Eerst heb ik
een aantal van de koraal en vis patronen die me fascineerden overgetrokken en zelf de lijnen aangegeven: mens als patroonherkenner?
structuur optreedt. Dit is op zich de voordeligste structuur, maar past niet altijd bij de functie en aanpassingen zijn dan nodig. De zijdelengtes en hoeken lijken vrij constant te zijn. Kortom: er is niet zo heel veel verschil in de opbouw van de structuren. Wel variatie: grootte, afwijkingen van de regelmaat, en aanpassing aan de draagkracht, toevalsfactoren als buurorganismen welke zich al gevestigd hebben en niet meer verplaatsen. Wat je ook kunt doen is een statistische ipv geometrische analyse en de patronen daarmee automatisch doorgenereren. Dat werkt (lit: automatische patronen), maar met de nodige beperkingen. Voor een afbeelding waar je echt naar gaat kijken zijn de resultaten vaak niet bruikbaar. (hier paar voorbeelden bij zetten van de website. Zie bookmarks in atelier)
2.
Wat is natuurlijk?
Hoe ziet dat er uit? Of gaat het meer om onze perceptie van natuurlijk?
En als je een natuurlijk patroon hebt, is het dan per definitie een mooi patroon? Nee, natuurlijke patronen zijn vaak zeer regelmatig en saai. Maar die patronen vallen ons kennelijk nauwlijks op, we kijken er gewoon overheen. Dit is verankerd in ons kijken: de mens als patroonherkenner herkent de afwijkingen goed en kijkt niet bewust naar de regelmaat. Mede hierom is het eenvoudigweg overnemen van een plaatje niet voldoende. Het moet gevormd worden. Hierbij zijn beeldend inzicht en beeldende technieken behulpzaamk om zo bewuster te worden van het patroon
Aan de hand van deze tekeningen eens goed gekeken hoe die patronen nou in elkaar zitten. Inplaats van vooral zeshoeken blijkt er een verdeling van 5 en 6 hoeken te zijn, met een enkele 4, 7 en 8 hoek. In nagenoeg alle knopen komen drie lijnen samen. Als je een willekeurig patroon zou tekenen kom je vaak op knopen met 4 lijnen uit en dat is niet “natuurlijk”. Het lijkt er zelfs op dat bij voorkeur de hex
De patronen kunnen als hexagonale structuur worden gemodelleerd, met enkele afwijkingen om het natuurlijker eruit te laten zien. Er zal maar een beperkt aantal groottes van eenheidscellen nodig zijn (twee kan al voldoende zijn). Met kleur en ruwheid kan gespeeld worden. Testen Deze opvattingen over een natuurlijk aandoend patroon zijn eens uitgewerkt in illustrator om te zien of ze kloppen en toepasbaar zijn.
Het eerste doel was: mogelijke patronen welke naar de rand fijner worden. Dit zijn dus niet zozeer natuurlijke patronen, het zijn eerder geometrische patronen.
voorbeelden houten vormen, gelaserde plaatje met ronde openingen welke verlopen naar rand
en een aantal patronen zijn uitgezaagd uit triplex om te zien hoe ze ruimtelijk overkomen
dit zag er nog steeds niet zo natuurlijk uit, hoewel het voor een tiling van een vloer wel bruikbaar zou zijn Dit stramien werd gebruikt in de volgende tekening welke koraalstructuur en patroon combineert:
hierbij is gekeken hoe het verloop van de breedte van de
spaken kon worden uitgewerkt en hoe afgeronde vormen (omdat die er natuurlijker uitzioen) konden worden gemaakt. een mogelijke oplossing voor de hoeken is de strenjge maatvoering wat te laten lopen en af te ronden:
zelfs een idee hoe dit er ruimtelijk uit zou kunnen zien kon al vrij eenvoudig worden gemaakt door een schaduw en wat relief toe te voegen in illustrator.
er zijn ook een aantal potlood en krijt tekeningen van gemaakt. Op basis van dit patroon is eerst maar eens een proef gemaakt hoe dit in een transparant materiaal zou werken: in solid works is een vrij eenvoudige structuur gemaakt (maar wel parametrisch aangestuurd, zie verderop), de vorm van de gaten is optimaal gemaakt om licht te gebruiken, en de grootte van de gaten verloopt om de buiging van de gehele plaat cirkelvormig te laten zijn als deze aan het uiteinde wordt belast.
Dit patroon kan ook een variabele lijndikte toe worden gekend, dan ontstaat er iets wat meer op een vrijstaande structuur lijkt welke bestand moet zijn tegen buigen zoals eenn boom of een vleugel van een insekt. Ditr soort vormen zouden toepasbaar kunnen zijn in een object als een lamp: structureel geschikt, voldoet aan de eisen welke waren gesteld wat betreft buiging, uitstraling van radiolaria, te varieren, maakbaar. Dit leek wel een geschikte benadering te zijn. Er werden ook een paar varianten mee uitgewerkt: Illustrator vervult hier de rol van programma om snel een vectortekening te kunnen maken. Dit gaat flexibelere dan in solid works. Als eenmaal een goede structuur is gemaakt kan deze worden geexporteerd en daar verder worden gebruikt Hierna is wat dieper uitgezocht hoe de gaten een meer afgeronde vorm zouden kunnen krijgen
Afgeronde gaten hoe pak je het ontwerpen aan, welke programma’s en technieken zijn goed bruikbaar, wanneer welke gebruiken? Ontwerp: schetsen, tekenen, werken met tekenprogramma schetsen: vrij, goed om te beginnnen en gevoelsmatige kant uit te werken tekenen: patonen met de hand tekenen voor beperkte oppervlakken, is vrij vel werk maar loont de moeite omdat je er inzicht en plezier door krijgt. Levert onderleggers, voorbeelden op Experimenten en uitproberen Met solid works, illustrator, rhino uitgezocht hoe afgeronde structuren zijn te maken. Er is uitgeprobeerd: -Werken met splines -Gebruik van een onderligger -scripten Daarna zijn enkele ander programma’s bekeken, maar niet verder uitgeprobeerd. Adobe Illustrator.
De geijkte tools hiervoor zijn de pen en pathfinder. Een onderlegger gaat heel makkelijk, inmporteren in een laag en eventueel tracen met life trace of handmatig met de pen overnemen (is soms praktischer) zie bijlage over gebruik en andere toolos illustrator werkt lekker vlot, visueel sterk, goed beschikbaar, geeft zeker met vlakken een goede impressie. Samen met kennis van materialen bruikbaar voor vlakverdelingen. Echter niet parametrisch: elke verandering moet door de ontwerper worden uitgevoerd.
Patronen kunnen in illustrator ook simpelweg worden gemaakt met styles, nadat de basisvorm bijvoorbeeld als een vectorfile is gemaakt. Dit is een beetje vergelijkbaar met bryce: een grafisch effect, maar heeft geen relatie met de structuur eronder. Hierbij geldt vooral dat smaak en artistiek inzicht bepalen welke structuur wordt gebruikt. Dit is een snelle manier om nieuwe skins te maken of ideeen te krijgen.
Effecten uit illustrator: cobblestone, halftone, toegepast op een vectorfile. Dit zou voor printen gebruikt kunnen worden. Voor het maken van een toolpath is dit niet geschikt omdat de door effect veranderde lijnen niet geselecteerd kunnen worden. Een filter in Bryce is vaak weer mooier en beter aan te passen voor print toepassingen.
Van deze structuur kan een metalen plaat worden gesneden met laser of plasma zoals deze in de tekeningen is aangegeven. Ook gieten zou een optie zijn.
Kortom: voor bijwerken van de files en voor snel tekenen in vectors geschikt. Geeft veel vrijheid, maar stuurt verder niets. Voor scripten voor constructies is illustrator niet echt gemaakt, alleen al omdat het geen 3d ondersteunt.
solid works. onderleggers in sw zijn mogelijk. Niet zo makkelijk als met illustrator, soms is het handioger eerst een aparte dxf te maken en deze te importeren. Het nadeel is dat dit erg traag kan gaan.
splines in SW met daartussen nog de rechte lijnen uit illustrator welke zijn gebruikt als hulplijnen
Solid works kan met splines overweg. Ook kunnen splines worden gemaakt mbv een formule (curve driven spline). Dit is een interessante optie
Splines: De openingen kunnen worden gemodelleerd met een spline. Het aantal hoekpunten is dan 5, 6 of 7, je kunt ze dan individueel wat aanpassen met trekken en duwen aan de handles. Dit blijkt in solid works goed te gaan en dat is fijn, want de stap naar een visualisatie en naar een dxf om mee te snijden is dan zo gemaakt. De splines zijn over een strakker stramien heengelegd van construction lines. Deze geven de grote lijn.
part gemaakt en materiaal toegekend, en gerenderd in SW photoworks
Dit gaat de goede kant op. Een stuk losser, aantrekkelijker en natuurlijker dan de strak gemodelleerde platen Naarmate het aantal splines groter wordt wordt het bewerkelijker om zo te werken. Het handmatige aanpasssen is veel werk en vraagt veel vermogen van de processor. Het doet wel natuurlijker aan. Kopieren en plakken en naderhand een beetje bijwerken van de splines is een optie.
en drie in SW in elkaar gevlochten structuren.
voor kleine structuren kan dit waarschijnlijk alleen met rapid prototyping worden gemaakt. grote (stalen ) structuren kunnen wel uit losse elementen worden gemaakt. Voor architectuur liggen hier allerlei mogelijkheden om met ruimte en licht te spelen. SW werkt traag met nurbs, door het voortdurende redrawen ook traag (kun je uitzetten). Goed voor inzicht sterkte, simulatie, hiervoor vereenvoudiging mogelijk (cirkels ipv splines) curve driven splines:
naar aanleiding van het radiolaria voorbeeld in grasshopper is dit in SW ook geprobeerd: hier is de radius bepaald door de afstand vanaf de rand.
http://www.grasshopper3d.com/ (zie bijlage parametrisch ontwerpen met sw en rhino) Hierbij een aantal voorbeelden wat er met rhino kan worden gemaakt met parametrisch modelleren. Dit voorbeeld is met een 3d printer in metaal uitgeprint (sinteren)
Hiermnee was het gebruiksgemak in SW wel op, het aanpassen aan andere vormen is erg bewerkelijk Rhino Rhino is gebruikt vanwege de makkelijk werkende mogelijkheden om lijnen en splines aan te kunnen passen (point editing), makkelijker dan in SW. En soms als conversieprogramma om het ene filetype in het andere om te zetten, bv van .dxf naar .3dm
de platte structuur een beetje verbogen in rhino om meer stijfheid te geven (torsie zou nog wel een probleem kunnen geven, dan zouden een paar extra staven kunnen worden ingelast om een ruimtevakwerk te krijgen). Dit zou met een 3D printer of frees gemaakt kunnen worden. Rhino kan gescript worden, en er is een plug in beschikbaar (grasshopper) waarmee generatieve algoritmen gemaakt kunnen worden. Dat lukt weer niet met illustrator. (althans niet gevonden) Voor iteratieve structuren zoals die welke met processing of matlab gemaakt kunnen worden is het niet bedoeld en zal dus aanpassingen vereisen.
batsheba sculpture Sommige opensource programma’s en freeware zijn ook bruikbaar: Inkscape Inkscape, een vectortekening programma op basis van python. In dit programma kan een apart script worden geschreven. Er is een plug in voor G-code export waarmee de CNC gereedschappen aan gestuurd kunnen worden.
Inkscape is vergelijkbaar met illustrator http://www.inkscape.org/ Blender Blender is van origine een vector programma bedoeld voor animaties (doel vergelijkbaar met autocad 3Dmax) en kan met python gescript worden. http://www.blender.org/ van een heel ander soort is: Processing Processing is een programmeertaal, en als zodanig beter vergelijkbaar met C of matlab. Het heeft een heel andere aanpak nodig. Voor veel met fotoshop en illustrator achtige programma’s werkende ontwerpers is het niet direct bruikbaar, hoewel het een relatief eenvoudig te leren programma is. Het geeft echter wel erg interessante resultaten en het programma is sterk in visueel georienteerde toepassingen door de beschikbare classes en libraries hiervoor. http://processing.org/ Hierop wordt straks nog teruggekomen. praktisch: welk programma wordt gekozen? Criteria voor keuzes: 1. snelheid om een nieuw ontwerp te maken, 2. vrij kunnen ontwerpen, 3. automatiseren standaard taken, 4. omzetten naar snij en freesplannen, 5. bruikbaarheid voor niet ingewijden, leercurve Voorlopige tussentijdse vergelijking Gebaseerd op genoemde ervaring: 1 2 3 4 5
Sw --+ ++ --
Illu ++ ++ + +
Rh + + ++ -
Ink + + +
Processing en Blender zijn in deze fase nog
niet uitgeprobeerd. Processing is bovendien niet vergelijkbaar met de tekenprogramma’s omdat Python een programmeertaal is. Blender’s belangrijke voordeel, kunnen scripten met python is hiermee enigzins vergelijkbaar) Op deze tabel en het verdere gebruik van de programma’s zal niet dieper in worden gegaan., hoewel dat wel verleidelijk is. Dit zou namelijk impliceren dat het ontwerpproces nu al zo helder is dat er heel gericht kan worden gezocht naar het best werkende programma. Tot nu toe lijken de programma’s echter weinig bij te dragen aan het maken van een goed patroon, alleen maar het proces te versnellen, te automatiseren en bruikbaar te maken voor cnc toepassingen. Eerst moet er nog werk worden verzet om tot betere patroonkeuzes te komen. Maken van een patroon: overwegingen Verschillende , overtuigende oppervlakken maken is noodzakelijk voor topepassing Programma’s kunnen daarbij behulpzaam zijn maar zijn ook vaak een sta in de weg door de beperkingen ervan. Handmatige aanpassingen lijken noodzakelijk om het resultaat natuurlijker en aangenamer over te laten komen. Ook strakke uitvoering kan ook overtuigen in esthetisch of artistiek oogpunt. Idee: automatiseren van oppervlakken tot het punt dat dit niet meer interessant is of juist een heel interessante vorm heeft opgeleverd, daarna eventueel handmatig verder kunnen gaan lijkt een optie voor een succesvolle werkwijze. Vergelijk dit eens met de vazen van Hella Jongerius voor Ikea: de Jonsberg vaas. Jongerius heeft bewust het strakke, nette patroon met de hand in de moedermal bijgewerkt om zo een menselijker, warmer uitstraling te krijgen.
Eisen aan het patroon Een goede aansluiting op de rand moet eenvoudig kunnen worden gemaakt. Patronen (dessins) kunnen op een oppervlak worden geprojecteerd zonder dat dit storend is (vgl dessins op kleding). Voorbeelden voor succesvolle aanpassing haal je uit mode, grafische vormgeving en architectuur. Gebruik: variaties kunnen maken per product, klant denkt mee het moet gemaakt kunnen worden met de beoogde techniek Zoeken
In elkaar grijpende structuren zijn een krachtige manier om een eenvoudig geometrisch basispatroon visueel meer te geven. Dit is te zien in veel artistieke toepassingen: in elkaar gevlochten knopen in keltische kunst, arabische kunst, dus waarom de moderne techniek niet gebruikt om dat te maken?
keltische knopen een dragende functie geven zal lastig zijn omdat het geen optimale driehoekspatronen zijn.
Dit was een moeilijk punt in de studie. Het leek een beetje vast te lopen op maken van allerlei mogelijke vormen welke weinig te maken hadden met het uitgangspunt. Een teken van verandering was een verschuiving naar het onderzoeken van turing patronen. Hier was al vaker naar gekeken maar kennelijk niet op een effectieve manier. Het gebruik van een dergelijke structuur kan slechts moeizaam op de bekende manier worden gedaan, veel te bewerkelijk, weinig houvast voor de vormen, niet in te delen op een vruchtbare manier. Hoe het dan wel zou kunnen werd eigenlijk pas in de loop van de tijd duidelijk na het nodige zoekwerk en leeswerk hierover.
een roosvenster is dan sterker. maar deze zijn ook vooral bedoeld om licht op een bepaalde manier binnen te laten komen.
Tijd voor een kleine uitweiding patroongebruik Nu het zoeken naar het patroon even minder voortvarend ging werd er wel tijd besteed aan het werken met licht. (zie hoofdstuk licht) en aan de constructie. De gevonden patronen moesten structureel ook in de constructie passen en vanwege de eisen aan het licht werd het eerste idee over het verlopende patroon ookj op zijn kop gezet. Licht echter kreeg weer meer aandacht, en uiteindelijk is dat goed, want het gaat hier over het maken van een lamp. Licht kan het vaak af zonder veel hardware eromheen, en fixeren op een patroon zou ook kunnen leiden tot een blinde vlek voor het licht. Licht dus.
Chartres en dat kan ook nu nog steeds.
Na deze uitweiding en korte pauze nu weer verder met patronen. Een interessant voorbeeld hoe het wel zou kunnen: Op het web gevonden: Nervous systems. http:// n-e-r-v-o-u-s.com/
(ronchamp, le corbusier) ook in theater wordt dat gebruikt. rookmachines zijn onmisbaar hierbij, maar scoboda heeft speciale armaturen ontworpen waarmee het licht ook bijna tastbaar wordt gemaakt
designbureau wat experimentele juwelen en sieraden maakt. Ze hebben een website waarmee de klant zelf online een patroon maakt, wat uit wordt geprint in gewenste materiaal. Een van de mogelijkheden is het maken van sieraden welke op radiolaria lijken met een radiolaria applet. Ze gebruiken processing hiervoor maar voor de klant is het vooral een makkelijk werkende applet welke ook zonder kennis daarvan te gebruiken is. Dit bedrijf heeft dus kennelijk al gedaan waar naar gezocht wordt: een aanpasbare structuur maken welke per product een unieke structuur kan opleveren. Het is door de klanten makkelijk te veranderen naar eigen inzicht. Het zijn niet direct de mooiste vlakverdelingen, maar ze werken. De ontwerpers zijn geschoold in architectuur, biologie studie en weten kennelijk (hopelijk) wat ze doen. Ze zoeken gericht naar mogelijkheden voor (industrieel?) ontwerpen.
dit was een klein uitweidinkje richting licht, in verband met een lamp niet onverstandig om te realiseren dat licht meer betekent dan verlichten. weer terug nu naar patronen: het zonlicht wordt door de vensters opgedeeld in tastbare banen, de glazen kleuren het licht. het geheel resulteert in een spel met het licht en een expressief gebruik ervan. Onder water is het licht ook bijzonder. Dat kan gebruikt worden.
http://www.cs.princeton.edu/~traer/physics/ en een derde: Het boek The self made tapestry. {Ball, 1999 #35}
Afbeelding: screenshot vlakverdeling gemaakt met processing. http://www.flickr.com/photos/ jrosenk/4434219637/ De vorm is overigens wel te bekritiseren, want bij goed kijken ziet het er toch wel heel anders uit dan radiolaria (weten ze wat ze doen als ze het radiolaria noemen?) . Het ziet er wel organisch en gegroeid uit, maar het blijkt bij nader inzien niet houdbaar te zijn dat radiolaria deze vormen en verhoudingen hebben. Leuk beeld, maar toch niet geschikt voor het beoogde doel: te vrijblijvend, te weinig echt doorgedrongen in de structuur. Dit is op den duur niet inspirerend genoeg.
Hierin worden patronen beschreven en hoe deze ontstaan. Nu wordt er vanuit een heel andere kant naar patronen gekeken dan in eerste instantie werd gedaan. De eerste aanpak liep vast en leek vooral aan te sturen op handig gebruik van programma’s. Daar is weinig mis mee maar het bleek dat het kiezen van de oppervlakken dan toch nog steeds erg bewerkelijk was en gebaseerd op een vrij arbitraire keuze van een afbeelding. Dit boek zorgde voor twee doorbraken: allereerst inzicht in mechanismen hoe oppervlakken ontstaan en hoe deze kennis toegepast kan worden en ten tweede een extra manier van kijken namelijk via het principe van zelforganisatie. Dit laatste blijkt vruchtbaar te zijn om oppervlakken aan de omgeving aan te laten passen. Nu leek er een oppervlak haalbaar wat niet alleen associaties met vissen op zou roepen, maar wat ook nog eens goed te maken was, wat eenzelfde principe gebruikte om het patroon te genereren.
Nog meer inspiratie Een andere inspiratie kwam via rhino en grasshopper; In barcelona is een 1 jarige master te volgen in modelleren voor architectuur adhv biologische uitgangspunten Op basis van processing, rhino, grasshopper en 3D printers ontstaat op dit moment een hele tak van architectuur en vormgeving. Bioform bouwen, bioforme structuren, sterk visueel georienteerde structuren. http://en.wikipedia.org/wiki/Catmull-Clark_ subdivision_surface
Het zoeken naar de moderne beeldtaal kon nu helemaal op de schop: het gaat niet meer om zoeken naar een herkenbare beeldtaal bijvoorbeeld doordat iets eruit zioet als een computerbeeld of een mri plaatje, maar er werd nu op een heel andere manier naar het maken van een beeld gekeken. Eigenlijk is dit een interessantere, eigentijdser benadering van beeld dan een 19e eeuws concept over te zetten naar de 21 eeuw. Maar daar moet je achter komen, kennelijk door er eerst in vast te lopen. En ook dit concept zal wel geen eeuwigheidswaarde hebben, maar het sluit wel goed aan bij deze tijd. Als een product een bepaalde tijd uit moet stralen, dan maar zo. Voor de patronen werd nu vooral geconcentreerd op de reactie diffusie patronen welke kennelijk ten grondslag liggen aan de vispatronen.
De reactie diffusie vergelijking De reactie diffusie-vergelijking is een stelsel van vergelijkingen voor minimaal twee verschillende stoffen en bevat een term met een diffusie coefficient en een reactie coefficient. De reactiecoefficient is afhankelijk van de concentraties van de verschillende stoffen waardoor dus interactie optreedt. Als de reactiecoeff nul is, is dat de diffusiewet van Fick. Ook in radiolaria zijn ze terug te vinden. Bij terugkijken naar de tracings van koralenfotoos, plaatjes van vissen natrekken zijn deze structuren nu veel begrijpelijker. De opmerkingen over het kunnen omzetten van een dot in een lijnpatroon kreeg een goede basis, de hexagonale verdeling eveneens. De vaste schaalgrootte blijkt een kenmerk van deze rd structuren te zijn, de achterdocht tav de radiolaria structuren welke mbv rhino en grasshopper waren gemaakt blijkt verklaarbaar te zijn Kortom: een doorbraak.
Met eindige elementen is het geheel te simuleren. De variatie ontstaat door de beginen randwaarden te varieren en de reactie en diffusie coefficienten te varieren. Eenvoudige sports ontstaan bij twee verschillende stoffen, met meer (bv 5) zijn ook lijnen, eilandjes en vertakkingen te genereren. Een toevalsfactor in de productieterm zorgt voor variaties maar het overall beeld blijft bestaan. (Artikel Turk) Maken van een koraalvissen patroon Het ontstaan van het patroon wordt gezien als uitkomst van een zelforganiserend proces. Dit is door Turing beschreven en uitgewerkt als een reactie diffusie vergelijking welke met een cellenautomaat in de computer kan worden gesimuleerd. Een cellenautomaat is niet veel anders dan een algoritme welke stap voor stap per cel van een matrix (1 tot n dimensionaal) waarden hiervoor berekent en de oude celwaarde hierdoor vervangt, eventueel via een buffer tot alle oude waarden door een nieuwe zijn veranderd. De kracht zit in het kunnen gebruiken van waarden van andere cellen waarvan de realtieve positie door de algoritme wordt gegeven en in het in staat zijn dit vele keren te herhalen. Dit is niets anders dan wat een moderne numerieke computer doet welke gebruikt maakt van een stap voor stap berekening van een matrix. De reactie - diffusie vergelijking luidt:
De vergelijking bestaat uit twee componenten: een productieterm welke aangeeft hoe op een locatie een stof wordt aangemaakt of afgebroken en een diffusie component welke aangeeft hoe deze wordt afgevoerd of aangevoerd. De mate hiervan is afhankelijk van de waardes ter plekke van de component. Dit is een nonlineaire differentiaal vergelijking van de tweede orde, een lastige om een exacte oplossing voor te vinden, maar met de computer kan deze dmv eindige elementen worden berekend.
(zie bijlage rd vergelijking) Turing patronen leveren (soms) een stabiel eindresultaat op, wat voor vissen patronen de vaste lijnen bepaald. Een gevaar, bleek later, hierbij dat het een erg technische of onbegrijpelijk soort oppervlakken zou opleveren. Dat gebeurde dan ook prompt. De oppervlakken welke eruit kwamen waren bizar, maar niet echt bruikbaar. Dit was echter niet een onoverkomelijk probleem. De nieuwe aanpak bleek sterk genoeg daarvoor en er is verder heel gericht gezocht naar manieren om deze toch bruikbaar te maken. Ook Nervous Systems leek hier tegenaan te lopen en het te kunnen ondervangen: Begin juni kondigen ze aan met reactie diffusie bezig te zijn. De resultaten echter vinden ze nog niet goed. Het ziet er ook vrij bizar uit wat ze laten zien.
Twee weken later laten ze iets heel anders zien: sterk vereenvoudigde ontwerpen voor vazen waarin de patronen al veel beter tot hun recht komen en welke mooi aan de vorm aangepast zijn.
nervous system: vazen En weer een paar weken later komen ze met een aardewerk lijn met onder andere slibcastware met rd patronen. Deze zijn nu nog niet door de klant te veranderen, maar het zou niet verbazend zijn als in de komende tijd hier ook een applicatie voor verschijnt wat het mogelijk maakt eigen gestuurde rd patronen op een bord te laten slibcasten. Hier zit heel wat schot in. En als Nervous het niet doet zou het door bijvoorbeeld bij de Makkumse aardewerk industrie gedaan kunnen worden. Makkum is toch al met een flinke modernisering bezig en geeft moderne ontwerpers opdrachten voor nieuwe aardewerk lijnen. Dus waarom dit niet? Een cnc gestuurde slibcaster welke door de klant te instrueren is? Opties voor kleur, patroon, grootte. Of door een zelfstandige keramist met een cnc extruder voor slib. Stukwerk voor klanten. Technisch kan het. Of het voor wolken en zandribbels ook opgaat? Ze lijken er wel op, maar is het principe ook gelijk? Ook zandduinen zijn al gesimuleerd met een cellenautomaat. Er zit echter een ander principe achter. En voor rimpelingen op het water? Geldt hier alleen dat de golflengte min of meer constant is? De vrij constante golflengte komt in alle drie de fenomenen in ieder geval duidelijk naar voren. vloeken in de kerk met fotoshop was het vrij eenvoudig om allerlei fenomenen van de structuur te maken die er verdacht sterk lijken op de fenomenen welke beschreven worden bij de RD vergelijkingen: rozetten, dots, lijnen, maze.
Alan Turing beschreef het RD mechanisme rond 1950, maar als dat nou eens wel een goede en vruchtbare maar niet juiste gedachte was geweest? Is het wel nodig dat een ingewikkelde verklaring als de RD nodig is om dit soort structuren te maken? Als het zo eenvoudig anders kan, zit er dan niet iets anders achter? Zet dit het niet op zijn minst in een ander licht? Dit soort vragen zijn goed, die brengen je verder, inplaats van collectief de RD vergelijkingen als uitgangspunt aan te houden, er prachtige programma’s voor te schrijven die zeer zeker werken maar misschien toch eenvoudiger of anders zouden kunnen zijn. Het kan best zijn dat het wel stand houdt, maar hoe zit dat dan met de matrixbewerkingen in fotoshop? Zonder Alan Turing zouden we niet zover zijn gekomen.
maken van een patroon:
Eerste weg: zelf programmeren. Turing heeft aangegeven hoe dit kan worden aangepakt. Dit gebeurt met een stapsgewijze aanpak, waarbij tijd en lokatie discreet zijn gemaakt, er wordt nu met een cellenautomaat gewerkt Hoe zit het in elkaar: Waar het om gaat is de reactie op te delen in tijdstappen en van de differentiaalvergelijking een differentievergelijking te maken (tijd en positie zijn niet meer continu maar nemen alleen discrete waarden aan), dY/dt >> (T m,n+1) – T m,n)/ T d2T/dx2 >> (T m-1,n – 2Tm,n + Tm+1,n)/( X )2 (dictaat fysische transportverschijnselen, blz 51) Dat is eenvoudiger en berekenbaar, als je er de tijd maar voor neemt en secuur werkt. Typisch een computerprobleem. Hiervoor zijn een aantal programma’s bruikbaar en beschikbaar. Matlab, Processing, in feite elke stapsgewijze algoritme is mogelijk. Greg Turk (G.Turk 1991) geeft voorbeelden hoe een texture op een willekeurig oppervlak kan worden gemaakt met RD Voorbeelden en mogelijkheden zelf met de RD parameters te stoeien zijn te vinden op: http://www.texturegarden.com/ reactie diffusie: http://www.texturegarden.com/java/rd/index.html Dat is ook gedaan in de code die hieronder volgt. Gebruik wordt gemaakt van de euler methode. (een van de vele methodes van euler) . Dan is dit een voorbeeld hoe de code ongeveer in elkaar zit. Het is een stuk van een java code, het betreft het deel waar de RD vergelijking wordt geimplementeerd. Het is karakteristiek voor het implementeren van de RD vergelijking in een programma. Het kan in een andere taal als C, processing of in matlab anders worden geschreven, maar dat is voor het principe niet van belang. Voorbeeld code voor het uitrekenen van de rd formule: (De volgende code is een onderdeel van een java applet. zie verder bijlage javacode rd reactie.)
hier worden de componenten van de reactie uitgerekend in een matrix:
// Component A
DiA = CA * ( Ao[iplus1][j] - 2.0 * Ao[i][j] + Ao[iminus1][j]
+ Ao[i][jplus1] - 2.0 * Ao[i][j] + Ao[i][jminus1] );
ReA = Ao[i][j] * Bo[i][j] - Ao[i][j] - 12.0;
An[i][j] = Ao[i][j] + 0.01 * (ReA + DiA);
if( An[i][j] < 0.0 ) An[i][j] = 0.0;
// Component B
DiB = CB * ( Bo[iplus1][j] - 2.0 * Bo[i][j] + Bo[iminus1][j]
+ Bo[i][jplus1] - 2.0 * Bo[i][j] + Bo[i][jminus1] );
ReB = 16.0 - Ao[i][j] * Bo[i][j];
Bn[i][j] = Bo[i][j] + 0.01 * (ReB + DiB);
if( Bn[i][j] < 0.0 ) Bn[i][j]=0.0;
}
Tot zover de code. Bron: http://cgjennings.ca/toybox/turingmorph/
Dit genereert een plaatje met de bekende maze, of dots, of min of meer parallelle lijnen, chaotische patronen zijn ook mogelijk maar daar hebben we voor statische patronen niets aan. Het is mogelijk om op voorhand iets te zeggen over de waarden om in een bepaald gebied terecht te komen , maar het kan ook proefondervindelijk uit worden geprobeerd Het is een lastige opgave om hiermee een bruikbaar patroon mee te maken voor een ontwerp. Hiervoor heb je meer vrijheid nodig om in het proces te sturen. Na verloop van tijd krijgen al deze programma’s toch iets van meer van hetzelfde, en dat is niet de associatie die je met structuren in de natuur hebt, daar is het juist de complexiteit en verrassing welke intrigerend is. Tweede weg: specifieke applicaties gebruiken Hier is gewezen op code welke gemaakt is om de RD vergelijking op te lossen. Kant en klare applicaties zijn op het web te vinden, zoals de bovenstaande applet Nadelen: je kunt er maar beperkt mee werken. Vaak zijn ze klein en kun je geen randvoorwaarden opgeven. Diffusie en reactiewaarden kun je soms opgeven. Ze zijn veelal instructief maar weinig bruikbaarvoor het ontwerpen. Tenzij je een screendump maakt en deze verder verwerkt Iets verder gaan programma’s welke je kunt downloaden als Visions of Chaos. (demoversie te downloaden op http:// softology.com.au/voc.htm) . Hierbij kun je een eigen plaatje (bmp) als startpunt gebruiken waardoor het veel makkelijker is een structuur voor een gegeven geometrie zoals de platen van de lamp te maken. Door met de reactiewaarden te spelen is er veel te veranderen. het programma is vooral bedoeld om plaatjes van fractals, cellenautomaten ed te maken. Je kunt er een goede indruk van de RD structuren mee krijgen, maar de grafische mogelijkheden zijn beperkt.
tracing in streamline en resultaat een afbeelding is gebruitk om een patroon omheen te genereren. In dit geval het logo van de opdrachtgever
Derde weg: handmatig een patroon maken, overtrekken (tracen) of natekenen Een alternatief zou zijn een patroon te kiezen (foto vis oid) en deze zonder meer over te nemen., al dan niet via streamline of autotrace van illustrator om te zetten naar een vector formaat: Verder gebruik van een plaatje uit applets of VOC: • knippen en plakken in fotoshop of illustrator, • heightfield to bitmap (bv in rhino, bryce) patroon gebruikt, • als bump / displacement map (programma’s als bv 3d-max, maya, blender) of • als skin (idem vele programma’s, ook in cad programma’s als autocad)
het originele bestand: een foto van een vissehuid.
patroon gemaakt in visions of chaos met als uitgangspunt de contour van de lamp.
structuur wordt toch meestal vanuit toeval opgebouwd (ruis, noise als startpunt werkt goed). Maar het goed op schaal brengen en vloeiend aan laten sluiten van de lijnen is bewerkelijk. Je kunt ook met een eenvoudige onderlegger een hele structuur in elkaar zetten door de onderlegger te draaien, verschuiven etc. Je krijgt dan in feite een tiling. Tussen de tiles zul je overgangen moeten maken (bewerkelijk, passen en zoeekn naar geschikte oplossingen). Lastig is te voorkomen dat de tiling zichtbaar wordt en een goede randaansluiting te maken met de omgeving.
het gescande resultaat Of handmatig een turing patroon tekenen. Maar dat was de bedoeling niet. Het is wel leerzaam.
Hands-on met de applicaties en applets is met handtekenen ook weer nuttig. Ook met handtekenen kan een goede structuur worden opgebouwd door deze langzaam aan op te bouwen en de lijnen telkens wat bij de werken met gum of aan te zetten met potlood. Het is wel erg bewerkelijk. Daarna moet het patroon nog over worden gezet naar een cad file (voor uitfrezen of –snijden) of naar een photoshop bestand gescand worden voor drukken, opgeschoond, afgewerkt. Ook kan een bestaand patroon (vis, koraal, radiolaria) worden gekozen en overgetrokken worden (op papier en deze later inscannen of met autotrace van illustrator of steamline). Zie plaatjes hiervan en oorspronkelijke structuren welke als onderlegger werden gebruikt. In het tracen gaat veel tijd zitten en het resultaat is vaak meer een collage. Dat is op zich niet erg, de hele turing
Typerend voor het patroon zijn de nagenoeg even brede lijnen welke elkaar heel nauwgezet volgen, met soms onvoorspelbare bochten of vertakkingen . Dit handmatig maken vereist een netheid welke op den duur te veel gevraagd is van de tekenaar. Verschalen gaat tegen de schaalgebonden structuur van het RD proces in maar in de natuur treedt de rd structuur ook op op verschillende diktes materiaal (bijvoorbeeld vinnen – lichaam van een vis ) en geeft dat juist weer verschillen in de structuur, dus het kan wel goed bruikbaar zijn.
Wat de bedoeling was was snel en eenvoudig een aantal varianten kunnen maken. In de loop van de tijd is er nog een doel bijgekomen: mooie varianten maken. Dat laatste betekent vooral met grafisch vormgeven bezig zijn, veel oefenen en stoeien met de patronen is een goede manier om te beginnen en regelmatig weer terug naar de inspiratie gaan en weer afvragen waarvoor het nou eigenlijk bedoeld was. Het vele oefenen is geen verloren tijd, integendeel. Het heeft iets van een repetitie- en leerproces weg wat ook optreedt met muziek en theater. Het moet uiteindelijk vanzelf gaan, een skill worden dus. Dat kost tijd. Vierde weg: fotoshop
Voor de vormgeving is er meer vrijheid nodig anders
worden de structuren niks. En om snel te werken is een goede productieflow belangrijk en een makkelijk werkend programma. Je kunt dit maar beter niet in solid works proberen te doen, even gesteld dat het niet vastloopt op de grote tekeningen Naast deze specifieke applicaties is ook gebruik gemaakt van fotoshop, waarmee op beperkte en minder inzichtelijke wijze ook matrixberekeningen uit te voeren zijn. Een treffende gelijkenis met de RD structuren kan worden gekregen door gebruik van vervagen (gaussian blur) en verscherpen (sharpen more) in photoshop. Fotoshop als “pseudo turing generator”
Herhaal de actie meerdere keren en er onstaat vanuit een ruis (bijvoorbeeld) ene turing achtige structuur. Filters kunnen aangepast worden en hiermee is het mogelijk het karakter en de schaal van het patroon aan te passen. dit blijkt zo praktisch te werken dat dit maar even is aangehouden als manier om de patronen te maken voor de lamp. in fotoshop kan dit met actions makkelijker worden gemaakt en door een paar verschillende actions met verschillende waarden te maken zijn de schaalgroottes van de structuren ook te varieren. Een directional filter (motion blur, de structuur wordt wat opgeschoven en vervaagd, daarna opnieuw verscherpt) kan een parallelle lijnen structuur genereren welke treffend op koraal lijkt. (bijlage: instellingen van de filters) Je maakt in feite een eigen fotoshop filter. Met alle beperkingen van dien wat betreft maken van een plaatje. Uiteindelijk blijkt fotoshop een bruikbaar hulpmiddel te zijn omdat hier met selectie en veranderen van de resolutie en filter instellingen gespeeld kan worden met de breedte. Door tussendoor te wissen of bij te schilderen kan de structuur goed worden aangepast. Dit blijft binnen de vormtaal van de turing patronen mogelijk. Verdere mogelijkheden in photoshop zijn naderhand de lijnen breder of smaller maken door te selecteren, de selectie te verbreden of versmallen en dan te wissen of te kleuren. De harde eindjes kunnen met 1 x blurren en verscherpen weer bijgewerkt worden. Hiermee is de nabewerking een stuk makkelijker geworden dan het gebruiken en aanpassen van bijvoorbeeld een afbeelding uit VOC. Fotoshop werkt trouwens ook sneller. Door de meerdere actions te combineren is de productiesnelheid flink te verhogen.
Het blijkt mogelijk te zijn binnen fotoshop een zodanige beeldbewerking te doen met blur filter en sharpen more filter date en (al dan niet pseudo) turing structuur ontstaat. Het lijkt er verdacht veel op in ieder geval. Maar omdat de filters van fotoshop weliswaar ook matrixbewerkingen uitvoeren, is (nog) niet achterhaald of dit ook inderdaad dezelfde algoritmes uit (kan) voeren als een programma als matlab of processing wat een rd vergelijking numeriek oplost. Het gaat vrij eenvoudig: maak een actie aan met daarin meerdere opeenvolgende blur en sharpen filteringen.
Bij wijze van proef / oefenen zijn een aantal visstructuren nagemaakt, zoals van de napoleon vis. De structuur van de walvishaai zou erg bruikbaar zijn voor de lamp. De gigantische walvishaai, met het gebogen lichaam en de zachte uitstraling en het prachtige patroon is een icoon van duiken en kan staan voor het mysterieuze, mooie van de zee. De patronen geven ook ideeen voor ontwerpen voor meubels, zoals een room divider of de deur van een kast, deze kunnen in houten plaat worden uitgefreesd. Maar de structuur is lastiger na te bootsen dan op het eerste gezicht lijkt.
Een aantal filters bleek effectief te werken. (zie bijlage T20 en T40 actions) Niet alle turing patronen konden ermee worden gemaakt, maar een maze was goed te maken. Dit was in ieder geval voldoende om een patroon te genereren wat rekening hield met de contouren van de lamp, waarin plekken voor ononderbroken oppervlak (voor de koeleroppervlakken) en openingen voor de leds goed in het patroon konden worden opgenomen. Met enige filtering was het ook mogelijk om grote en kleine structuren naast elkaar te maken en door handmatig de maze door te knippen na stabilisatie van het patroon en weer een keer te vervagen en verscherpen konden ook dot structuren stabiel worden gemaakt of andersom: lijnen worden gemaakt uit kleine draadjes of losse dots. Het werkte in ieder geval doelteffend, ook al moest er
handmatig werden bijgewerkt om een grafisch interessanter afbeelding te krijgen.
De files welke gebruikt worden om te worden gedrukt kunnen wel verder worden verwerkt in fotoshop. Dit kan de aluminium plaat zijn welke wordt uitgefreesd maar ook de pc platen. Omdat de rgb strips ook al kleur geven zal dat niet veel hoeven te zijn. De afbeeldingen zullen worden afgedrukt met de printreus (een grote inkjet printer) op aluminium of polycarbonaat. Bestanden worden als pdf aangeleverd, ook de bestanden voor de frees.
Zonder kennis van de code van de filters binnen fotoshop is het moeilijk te zeggen of het een benadering is van een RD vergelijking of een toevalstreffer. Wat betreft een maze is het een werkende black box welke voldoet aan de gestelde eisen: houdt rekening met omgeving/ randvoorwaarden, genereert zelf een herkenbaar, koraal- of visachtig patroon en kan vrij snel worden gemaakt en bijgewerkt. De resultaten kunnen verder goed worden gevarieerd en zijn goed in de hand te houden en te sturen. Het is zo inzichtelijk hoe het werkt dat het ook vrij eenvoudig aan iemand anders te leren is. Dat was genoeg voor dit project. De beeldtaal is wel beperkt, en voor andere projecten kan het de moeite waard zijn om naar geavanceerder filters te zoeken waarmee meer in te stellen en te varieren is. De afbeeldingen zijn in grayscale, kunnen goed getraced worden. De einden van de slangetjes zijn afgerond, wat inhoudt dat ze te frezen zijn. Bij de gegeven instelling (t40) is de diameter van de lijn welke uit moet worden gefreesd ongeveer 2.5 mm. Dat is aan de kleine kant, maar nog wel te doen. Frezen van die afmeting zijn verkrijgbaar maar zullen een vrij geringe standtijd hebben. Voor de lamp zou een grotere afmeting ook mogelijk zijn, maar die was handmatig al gemaakt voor een frees van 5 mm. Na tracen in illustrator wordt de afbeelding als pdf aangeleverd bij de printreus die het geheel kan frezen. Indien dit niet lukt is lasersnijden een alternatief. Dezelfde file kan dan worden gebruikt.
Aanbevelingen: maak een turing generator met een echte RD cellenautomaat in processing of matlab of inkscape en genereer hier dxf bestanden mee van de middenlijn en van de omtreklijn van de turing patronen. Deze kunnen eenvoudig naar gcode om worden gezet. Vanuit inkscape, wat met de python engine werkt, kunnen direct gcode bestanden worden gemaakt. Onderzoek of het mogelijk is python zo te programmeren of te scripten dat er gelijk een driedimensionale structuur mee wordt gegenereerd op een gegeven 3d body. Hiervoor zou blender gebruikt kunnen worden. G.Turk (1991). generating textures on arbitrary surfaces using reaction diffusion, computer graphics.
Nieuwe oppervlak indeling
Fractals
In het begin werden oppervlakken ingedeeld:
zijn wel complex maar missen schaal, worden daardoor niet direct als echt natuurlijk herkend
organische, grafische, vlakverdelingen en grafische patronen in de loop van dit stuk is verduidelijkt dat deze indeling niet houdbaar is en geen goed hulpmiddel is omk oppervlakken te maken. een andere manier wordt voorgesteld welke gebaseerd is op de manier waarop ze tot stand zijn gekomen. Dit is weliswaar een minder intuitieve manier maar deze benadering doet recht aan de verschillende manieren om oppervlakken te kunnen beinvloeden. Patronen maken: Dit zijn je knoppen waaraan je kunbt draaien: • C = Complexiteit (aantal levels): fractal component
In zekere mate wel: vertakkingen, vrij eenvoudige structuren als broccoli. Een egaal vlak is gestructureerd. (parametrische component: alle rgb waarden gelijk) Er zit een zekere overlap in de componenten. Kun je het tot drie terugbrengen? Producteisen: Voor een product zoek je naar: een levendig, abstract, of natuurlijk patroon. Dit zou bereikt kunnen worden door met de volgende aspecten te spelen complexiteit, groei,zelforganisatie en schaal
• S = Aansluiting: schaal component
Een goed productoppervlak hoeft niet te voldoen aan de kenmerken van een natuurlijk oppervlak. Zelfs bij het refereren naar een natuurlijk oppervlak als een vissehuid is dat niet nodig om toch een interessant product te krijgen.
Hiermee zou je anders kunnen kijken naar een aantal indelingen of karakteristieken van een oppervlak:
Het spel ermee is belangrijker; iedereen heeft de begrippen c, g, t en s geinternaliseerd. Het spel ermee wordt herkend en gewaardeerd, niet een rigide toepassing ervan.
• G = Groei, Vorming : parametrische component • T = Zelforganisatie: terugkoppeling component
Ruis: geen groei, geen terugkoppeling, geen complexiteit, geen schaalgrootte Ruis is niet het aanwezig zijn van een ruiscomponent maar ontbreken van een structurering Natuurlijke patronen – karakterisering daarvan: complex, gegroeid, gevarieerd, schaal aan omgeving aangepast.
