گرس هاپر در معماری
اگر به معماری های خاص و طراحی های پارامتریک علاقه دارید، حتماً نام پلاگین گرس هاپر (Grasshopper) را شنیده اید. در این مقاله میخواهیم ببینیم که گرس هاپر چیست و یادگیری گرس هاپر چه ضرورتی دارد؟ و چرا آینده معماری پارامتریک با پلاگین گرس هاپر سه بعدی گره خورده است!
فرض کنید به عنوان یک معمار تصمیم می گیرید که از آجرهایی با چیدمان پارامتریک در طراحی نمای پروژه خود استفاده کنید. تمایل دارید که در هر ستون آجری (مانند تصویر زیر)، هر آجر نسبت به آجر پایینی خود، زاویه چرخش مشخص داشته باشد و این زاویه چرخش در هر ستون نیز متفاوت باشد. این پلاگین یکی از بهترین و کاربردی ترین پلاگین ها مورد استفاده در نرم افزار راینو است که با آموزش نرم افزار راینو و استفاده از پلاگین گرس هاپر میتوانید طرح های پارامتریک را مدلسازی کنید. اگر علاقه مند به آموزش نرم افزار راینو یا گرس هاپر هستید میتوانید پکیج آموزش گرس هاپر را از سایت آپادمی تهیه کنید.
با کمک نرم افزار گرس هاپر می توانیم برای این فرم پارامتریک، یک منطق مشخص تعریف کنیم تا بر مبنای پارامترها و مقادیر مشخص، بتوانیم تغییرات دلخواه را در چیدمان این آجرها ایجاد کنیم. همچنین می توانیم این فرم و چیدمان را به محاسبات دلخواه خود متصل کنیم تا همه چیز کاملاً دقیق و اجرایی انجام شود و نه فقط شماتیک!
البته این فقط گوشه ای از عملکرد فوق العاده گرس هاپر است که برای آشنایی اولیه شما با کارکرد آن مطرح شد. برای شناخت دقیق‌تر و اصولی‌تر پلاگینGrasshopper وکاربرد آن در معماری، شما را به خواندن ادامه مقاله دعوت می کنم.
مقاله پیشنهادی: نرم افزار راینو چیست؟
گرس هاپر (Grasshopper) چیست؟
بسیاری از افراد به اشتباه می پرسند که نرم افزار گرس هاپر Grasshopper چیست؟ در صورتی که سوال درست این است که "پلاگین گرس هاپر" چیست؟ گرس هاپر یکی از مشهورترین پلاگین های رایگان نرم افزار راینو است. پلاگین ها در واقع افزونه هایی هستند که بر روی یک نرم افزار پایه نصب و فعالسازی می شوند. برای استفاده از گرس هاپر، حتماً باید از طریق نرم افزار راینو اقدام کرد. البته از نسخه راینو 6 به بعد، گرسهاپر در پکیج نصبی خودِ راینو قرار دارد و دیگر نیاز به دانلود جداگانه آن نیست. در نتیجه، گرس هاپر یک پلاگین درون نرم افزار Rhino است و نباید اشتباهاً آن را نرم افزار گرس هاپر نامید.
نام کامل این پلاگین، Grasshopper3D و محصول کمپانی رابرت مک نیل و همکاران است که توسط دیوید راتن توسعه داده شده است. این پلاگین قدرتمند، در واقع یک زبان برنامه نویسی گرافیکی (بصری) است؛ به این معنی که میتوان بدون نیاز به کد نویسی و یادگیری اصول برنامه نویسی، صرفاً با ابزارها و دکمه های گرافیکی، الگوریتم های مختلف را تولید کرد و برای آن پارامترهای خاصی را در نظر گرفت (بر خلاف پلاگین هایی مانند rhinoscript که نیاز به تسلط بر کدنویسی و برنامه نویسی محض داشت).
این قابلیت تحول بسیار بزرگی در مدلسازی پارامتریک معماری به وجود آورد. به این دلیل که اکثر معماران و طراحان داخلی به زبان های برنامه نویسی کامپیوتری تسلط ندارند و گرافیکی بودن عناصر برنامه نویسی به آن ها کمک می کند تا بتوانند طراحی های پارامتریک خود را در قالب الگوریتم و محاسبات ریاضی دقیق، کد نویسی کنند.
پیشنهاد می‌کنیم ویدیو آموزش مدلسازی پروژه harbin opera house در راینو و گرس هاپر را مشاهده کنید:
قابلیت ها و کاربردهای گرس هاپر
نرم افزار گرسهاپر یک نرم افزار نوپا و تخصصی است که در ایران بیشتر در زمینه مدلسازی معماری و طراحی پارامتریک المان های معمارانه یا اصطلاحاً گرس هاپر معماری کاربرد دارد. طراحی های پارامتریک و الگوریتمیک با کمک گرس هاپر در کسری از ثانیه قابل تغییر و ویرایش هستند.
معمولاً گرس هاپر را یک نرم افزار یا ابزار میان رشته ای می دانند چون با استفاده از آن می توان بین رشته های مختلف مانند معماری، عمران، طراحی محصول، فیزیک، سازه، انرژی، ریاضیات، شهرسازی، ماکت سازی، تاسیسات، الکترونیک، جواهر سازی و ... ارتباط برقرار کرد. با پر شدن این خلاء بین رشته های مختلف، روند ساخت پروژه های پارامتریک که بر اساس الگوهای مشخص عمل می کنند، منطقی تر انجام می شود.
پلاگین Grasshopper به طراحان کمک می کند تا طراحی فرم های مختلف پارامتریک، آنالیز و انجام محاسبات عددی آن ها را بر اساس الگوریتم های مشخص انجام دهند، بدون آن که به برنامه نویسی مسلط باشند.
از دیگر کاربردهای گرس هاپر، ساخت الگوریتم های مولد است؛ یعنی شما می توانید با طراحی یک الگوریتم، پارامترهای زیادی را برای مدل سه بعدی خودتان تعریف کرده و با تغییر هر کدام از آن پارامترها تغییر در فرم نهایی را به صورت زنده مشاهده کنید، برای درک بهتر این موضوع، به مثال زیر توجه کنید:
نیمکت پارامتریک در عکس بالا را در نظر بگیرید، از کنار هم چیده شدن تعداد زیادی المان چوبی ایجاد شده که ابعاد و اندازه های هر یک از آن ها با دیگری متفاوت است و در عین حال چیدمان آن ها در کنار هم از ریتم خاصی تبعیت می کند. اگر این نیمکت را در نرم افزارهای سه بعدی معمولی مدلسازی کنیم، برای تغییر ریتم یا فرم المان های تشکیل دهنده ی نیمکت بالا، کار دشواری داریم و باید وقت زیادی را صرف مدلسازی مجدد یا اصلاح مدل فعلی کنیم.
ولی در پلاگین گرس هاپر، با طراحی و مدلسازی (در واقع برنامه نویسی گرافیکی) آن بر مبنای الگوریتم های واقعی، میتوان در هر کدام از پارامترهایی که مایل بودیم تغییراتی را ایجاد کنیم و به صورت real time و آنی، تغییرات را مشاهده کنیم و با این کار، بی نهایت آلترناتیو یا طرح پیشنهادی درست کنیم؛ این معجزه گرس هاپر است، چون میتوان با ساده ترین کارها، پیچیده ترین فرم ها را تولید و خلق کرد (البته این ساده ترین مثال از توانایی های گرس هاپر است).
مقاله پیشنهادی: سخت افزار مورد نیاز راینو
نحوه کار با گرس هاپر
از نسخه 6 به بعد در نرم افزار راینو، ما می توانیم فقط با یک کلیک، مستقیماً به پلاگین گرس هاپر درون این برنامه دسترسی داشته باشیم.
پارامترها یا داده های اولیه که به صورت قطعات گرافیکی مختلف در نرم افزار Grasshopper نمایش داده می شود، با کشیده شدن و قرار گرفتن در صفحه ی کار گرس هاپر ساخته می شوند و در صفحه شناور هستند (بسیاری از توابع هندسی در گرس هاپر از پیش تعیین و تعریف شده اند)
این پارامترها گرس هاپر به صورت جزء به جزء با سیم به یکدیگر متصل شده، و نتیجه ی ترکیب هر کدام، یک خروجی است که این خروجی خودش میتواند ورودیِ دستور بعدی باشد (مانند تصویر زیر):
ارتباط و اتصالِ سیمی پارامترهای بالا یک الگوریتم را تشکیل می دهد و با وارد کردن پارامترهای عددی به این الگوریتم، فرم نهایی تولید می شود. با هر تغییر در پارامترهایی که در سمت راست تصویر بالا مشاهده می کنید، مدلسازی در سمت چپ تصویر تغییر می کند و این تغییر به صورت real time قابل مشاهده است.
البته تصویر بالا یک نمای خیلی ساده از داده های ورودی و خروجی در پلاگین grasshopper است و گاهی اوقات به قدری تعداد این پارامترها زیاد می شود که تنها چیزی که میتواند به مدیریت آن ها کمک کند، مدیریت جریان صحیح داده ها و همچنین تفکر الگوریتمیِ حرفه ای در ذهن طراح است.
احتمالاً با مشاهده تصویر بالا، دلیل محبوبیت زیاد گرسهاپر میان طراحان و معماران را بهتر درک می کنید؛ همان طور که می بینید کاربر می تواند فرم های پیچیده را در قالب الگوریتم های تصویری و پارامترهای مختلف به صورت گرافیکی ترسیم کند. این اتفاق در اسکریپت ها یا پلاگین های مشابه فقط با برنامه نویسی ممکن است.
در گرس هاپر با اتصال داده های مختلف به صورت گرافیکی، مدلسازی انجام شده و اگر بخشی از پارامترها در وسط کار فراموش شود، به راحتی میتوان آن پارامتر را با اتصالی مشابه به وسط کار اضافه کرد و این موضوع باعث می شود که سرعت اعمال تغییرات در گرس هاپر، میان نرم افزارها (یا پلاگین های) مشابه، بدون رقیب باشد!
تغییر پترن ها (الگوها)، تغییر مقیاس مدل، تغییر مقطع المان ها یا حتی اضافه کردن یک آیتم اثر گذار در گرس هاپر به سرعت اتفاق می افتد و همه ی این ها مدیون سیستم طراحی پارامتریک یا الگوریتمیِ گرس هاپر است.
نرم افزار برای پلاگین گرس هاپر
همان طور که گفته شد، گرس هاپر در فضای برنامه راینو اجرا می شود. یعنی شما هنگام استفاده از پلاگین گرس هاپر به ابزارهای نرم افزار راینو نیز دسترسی دارید و این یک مزیت بزرگ محسوب می شود. در واقع کاربر ابزارهای مورد نظر خود برای مدلسازی را به محیط گرس هاپر می کشد (درگ drag می کند) و نتیجه را در پنجره دید Rhino مشاهده می کند.
افزونه گرس هاپر به قدری قدرتمند و تاثیر گذار است که حتی میتوان ادعا کرد نرم افزار راینو، محبوبیت خود را مدیون Grasshopper است. چون به واسطه ی امکانات گرس هاپر بود که بسیاری از معماران و علاقه مندان به حوزه طراحی پارامتری جذب راینو شدند.
البته خود نرم افزار راینو هم به دلیل رایگان بودن، داشتن ابزارهای قدرتمند و متنوع برای مدلسازی، قابلیت یادگیری سریع و پشتیبانی از انواع فایل ها با فرمت های مختلف، شهرت زیادی پیدا کرده است و به یکی از پرکاربردترین و محبوب ترین نرم افزارهای مدلسازی بین معماران و آتلیه های معماری تبدیل شده است.
راینو نیز مانند گرس هاپر از قوانین هندسی ساده استفاده می کند و مدل های خلق شده توسط کاربرد به صورت تصویری و گرافیکی در 4 نمای دید متفاوت قابل مشاهده است. کاربر می تواند مدلسازی خود را ویرایش و مدیریت کند و تمام این کارها علاوه بر دستورات متنی به وسیله ی آیکون های گرافیکی نیز قابل اجرا است.
مقاله پیشنهادی: تنظیمات لنز دوربین راینو
طراحی پارامتریک در معماری
طراحی پارامتریک، تکرار شونده یا مبتنی بر الگوریتم ها یکی از موضوعات جدید و آینده دار در حوزه ی طراحی معماری است. این گرایش از طراحی و مدلسازی معماری به سرعت در حال پیشرفت و توسعه است.
یک طرح پارامتریک در واقع می تواند یک طرح چند بعدی باشد. یعنی مثلاً هم زمان که شما یک فرمِ باز و بسته شونده را از نظر زیبایی به عنوان طرحی برای نمای ساختمان انتخاب می کنید، می توانید از نظر سازه ای، بهینه سازی مصرف انرژی (با ایجاد سایه در ساعات تابش مستقیم نور خورشید)، نوع کاربری و ... نیز آن طرح را کنترل کنید.
در طراحی پارامتریک در معماری، فقط مدل و خروجی نهایی دارای اهمیت نیست، بلکه روند طراحی و ساخت است که بسیار ساده تر و منطقی تر شکل می گیرد. تعریف پارامترهای مختلف برای یک طرح که در هر مرحله قابلیت ویرایش را داشته باشد، مزایای بسیار زیادی برای طراح و کارفرما دارد که در ادامه مقاله به آن ها می پردازیم.
الگوریتم چیست؟ و طراحی الگوریتم ها چه کاربردی در معماری دارد؟
اولین سوالی که برای درک بهتری طراحی پارامتریک یا الگوریتمیک باید به آن بپردازیم این است که اساساً الگوریتم به چه معنی است؟
الگوریتم مجموعه ای متناهی (محدود) از دستورالعمل ها یا فرآیندهایی است که به یک نتیجه یا خروجی مشخص منتهی می شوند. این دستورالعمل ها یا مراحل به صورت گام به گام و با ترتیب مشخص انجام شده و در نهایت مسئله ای را حل می کنند. وقتی الگوریتم ها پیچیده یا دارای مراحل و پارامترهای ورودی زیادی باشند، از فلوچارت برای نمایش آن ها استفاده می شود که در گرس هاپر نیز ما تقریباً سیستمی مشابه با فلوچارت را برای نمایش ارتباط بین ورودی ها و مراحل مختلف مشاهده می کنیم.
در مورد مفهوم الگوریتم در معماری، می توان این طور فرض کرد که ورودی ها، مجموعه ای از پارامترهای مربوط به اندازه و فاصله و نحوه قرارگیری المان ها در کنار هم هستند و در یک الگوریتم مشخص، نتیجه ی حاصل شده یک اثر معمارانه پارامتریک است.
مقاله پیشنهادی: تنظیم واحد در نرم افزار Rhino
طراحی پارامتریک در پلاگین گرس هاپر معماری
حالا تصور کنید که به عنوان یک معمار، میخواهید یک سقف پارامتریک مثل تصویر بالا را طراحی کنید. در الگوریتمی که برای سقف بالا در گرس هاپر طراحی می کنید، میتوانید به عنوان داده های ورودی موارد زیر را تعیین کرده و محاسبات دقیقی را برای آن ها تعریف کنید:
- تعیین شکل مقطع هر کدام از المان هایی که در سقف استفاده شده (مربع، دایره، مستطیل یا ...)
- ابعاد مقطع هر یک از این المان ها
- فواصل این المان ها و اجزا از یکدیگر (در جهت طول و عرض)
- ارتفاع اکسترود شده ی هر یک از این المان ها
- تعیین رنگ این المان ها با توجه به ارتفاعی که دارند
- تعیین موج و ریتمی که در کل پترن و مدل سقف ایجاد می شود
- و بسیاری موارد دیگر
وقتی چنین پارامترهایی در طراحی الگوریتمیک بالا در گرس هاپر ایجاد شود، شما به راحتی با یک دکمه می توانید مقطع هر یک از این اجزا را مثلاً از مربع به دایره تغییر دهید، ارتفاع این اجزا (میزان پایین زدگی از سقف) را تغییر دهید، فواصل آن ها را کنترل کنید، موج و ریتم موجود در این سقف را به کلی عوض کنید و ...
تمام این کارها، زمانی که با گرس هاپر مدلسازی معماری انجام می دهید، در کسری از ثانیه اتفاق می افتد و همه ی این موارد بر مبنای محاسبات دقیقی که شما بخواهید انجام می شود. به عبارت دیگر شما با یک بار طراحی این الگوریتم، میتوانید بینهایت بار پارامترهای اولیه آن را تغییر دهید و بی نهایت آلترناتیو یا پیشنهاد برای طرح تان داشته باشید و همچنین:
- با داشتن چنین امکاناتی، اگر کارفرما از بخشی از کار راضی نبود، شما نیازی به تغییر کل طرح یا شروع به مدلسازی پروژه از ابتدا ندارید، با تغییر چند پارامتر این کار را انجام می دهید.
- اگر پارامتر یا آیتم تاثیر گذاری را در پروسه طراحی فراموش کردید، نیازی نیست مدلسازی را از ابتدا انجام دهید، پارامتر مورد نظر را به راحتی به هر بخشی از پروژه که مایل بودید اضافه می کنید و تاثیر آن را در لحظه می بینید.
- میتوان روند منطقی تری را برای ساخت اجزای این طرح پارامتریک در نظر گرفت یا حتی موارد اجرایی را در طراحی الگوریتم مربوط به این طرح لحاظ کرد.
- و ...
همان طور که می دانید، روش های طراحی سنتی با تمام کاربردی که در طول تاریخ برای معماران داشته اند، در حال منسوخ شدن بوده و در حال حاضر، آتلیه های معماری حرفه ای در سراسر دنیا در حال گرایش به استفاده از ابزارهای طراحی پارامتریک و مدلسازی معماری دیجیتال هستند (در حوزه های مختلف: طراحی شهری، معماری داخلی، طراحی نما، طراح محوطه، شهرسازی و ...).
نقش ریاضیات و هندسه در طراحی پارامتریک با گرس هاپر
پلاگین گرس هاپر برای طراحی پارامتریک از ریاضیات و هندسه بهره می برد. یعنی بعضی از ابزارهای گرس هاپر ابزارهایی هستند که عملیات ریاضی را انجام می دهند و بعضی دیگر از ابزارها با تکیه بر اصول و مبانی هندسی، از نقطه، بردار، خط و یا شبکه ها و احجام هندسی و ... برای مدلسازی هندسی بهره می برند.
استفاده از روابط ریاضی و هندسی در سیستم مدلسازی گرس هاپر، مزایای مهمی دارد:
- آبجکت ها یا مدل های سه بعدی ساخته شده در Grasshopper به سادگی قابل انتقال به نرم افزارهای سازه ای مانند SAP2000 یا نرم افزارهای مدلسازی معماری و حتی نرم افزارهای تحلیل کیفی مانند Ecotect محصول کمپانی اتودسک هستند.
- مدل های ساخته شده صرفاً نمایی شماتیک و گرافیکی را از اثر معماری نمایش نمی دهند بلکه طراحان میتوانند مدل یا ساختمان خود را به روش های مختلف تحلیل کیفی و کمی کنند: مثلاً با وارد کردن اطلاعات آب و هوایی، تابش نور خورشید و تاثیر آن بر فضای داخلی ساختمان را تحلیل و مشاهده کنند یا با استفاده از موتورهای شبیه سازی انرژی بتوانند روشنایی روز و سایه ها را مدلسازی کنند تا بتوانند یک طراحی همساز با اقلیم مورد نظر خود را داشته باشند.
- می توان روندهای مدلسازی در گرس هاپر را اتوماتیک یا خودکار کرد و با تعریف پارامترهای مختلف برای هر فرآیند مدلسازی در وقت و زمان صرفه جویی کرد. با ساخت ماژول های مختلف که افراد تنبل عاشق آن هستند، میتوان صرفاً با تغییر پارامترهای ورودی، نتایج متفاوتی را در خروجی به دست آورد.
کاربرد گرس هاپر در معماری
• مدلسازی نماها و پوسته های پارامتریک
• مدلسازی نماهای باز و بسته شونده هوشمند
• طراحی پترن های پارامتریک با استفاده از الگوهای دقیق ریاضی
• مدلسازی آبجکت ها و المان های سه بعدی پارامتریک
• برج های چرخان و نماهای متحرک
• مدلسازی سازه های پارچه ای
• طراحی سازه های فضا کار و خرپایی
• طراحی الگوهای پارامتریک معماری ایرانی و اسلامی
• مدلسازی سازه های کششی و پوسته ای
• طراحی پارامتریک ساختمان ها بر اساس الگوهای رایج در طبیعت
• نمونه سازی دیجیتال و ساخت ماکت های دقیق پارامتریک
• خلق منحنی ها و سطوح آزاد در طراحی معماری با محاسبات دقیق و اجراییِ ریاضی و هندسی
مقاله پیشنهادی: ساخت نمای انفجاری در نرم افزار رویت
مزایا و معایب Grasshopper چیست؟
از مزایای پلاگین گرس هاپر می توان به موارد زیر اشاره کرد:
• استفاده آسان و راحت در محیط گرافیکی نرم افزار راینو
• یادگیری سریع و بدون نیاز به تسلط بر مفاهیم کد نویسی و برنامه نویسی
• رابط کاربری گرافیکی جذاب با قابلیت مشاهده تغییرات هم زمان در مدل نهایی
• قابلیت ویرایش فرم های پیچیده با استفاده از تغییر پارامترهای ساده
• عدم نیاز به سیستم سخت افزاری قدرتمند
• سرویس اشتراک گذاری پلاگین و ماژول ها مختلف بین کاربران باعث افزایش قدرت گرس هاپر در طول زمان شده است
البته استفاده از گرس هاپر چالش هایی را نیز به همراه دارد:
• بعضی از کاربران خیلی حرفه ای ترجیح میدهند ماژول ها مختلف را خودشان برنامه نویسی کنند و از اسکریپت ها استفاده کنند.
• اگر بخواهید به عنوان یک تیم به صورت هم زمان روی یک پروژه کار کنید، چالش های بیشتری را نسبت به پلاگین های مشابه خواهید داشت.
سخن آخر
از پلاگین Grasshopper برای مدلسازی پارامتریک و انعطاف پذیر، طراحی الگوهای تکرار شوند، تحلیل انرژی و تولید الگوریتم های generative یا مولد استفاده می شود.
گرس هاپر یک پلاگین بسیار کاربردی در بستر نرم افزار راینو است که به طراحان و معماران اجازه ی طراحی الگوریتم های گرافیکی را بدون نیاز به برنامه نویسی می دهد.
الگوریتم های پلاگین گرس هاپر در واقع وظایفی را که ما در نرم افزار راینو به صورت دستی انجام می دادیم، به صورت خود کار و اتوماتیک انجام می دهند.
بسیاری از این عملیات و الگوریتم ها به صورت توابع هندسی آماده در گرس هاپر موجود هستند و در غیر این صورت شما می توانیم الگوریتم آن را به صورت دستی ایجاد و از آن استفاده کنید.
خود گرس هاپر نیز پلاگین های زیادی دارد که ما را از الگوریتم نویسی دستی برای کارها یا اهداف خاص، بی نیاز می کند.
به عنوان یک معمار اگر می خواهید در پیاده سازی طرح ها و فرم های پیچیده ی خود، نهایت آزادی عمل را داشته باشید و این کار را بر مبنای الگوریتم های دقیق به صورت پارامتریک انجام دهید، گرس هاپر مخصوص شماست.
پاسخ به نظر:
عالی بود این مقاله
ممنون از توضیحات کامل و جامعی که دادید.
وقت بخیر
خواهش میکنم، موفق باشید.