Các phương pháp sơ đồ lưới phức tạp kể trên phù hợp ứng dụng trong tìm ý sáng tác, phát triển mặt bằng, tổng mặt bằng cơng trình hoặc tổ hợp cụm cơng trình, sáng tác mặt đưng và chi tiết kiến trúc và thậm chí cả trong quy hoạch. Có nhiều cách phát triển khối từ sơ đồ lưới phức tạp như tạo độ gồ ghề, đặc rỗng, v.v (phụ lục 6).
Hình 3.8. VD về cách tạo thành một sơ đồ lưới phức tạp nhờ ghép cạnh ngẫu nhiên các module vng lệch tâm
Bảng 3.1. Tóm tắt, đánh giá hệ thống các phương pháp tạo hình dựa theo hình học Fractal đã đề xuất
PHƯƠNG PHÁP NỘI DUNG ƯU ĐIỂM NHƯỢC ĐIỂM /
ĐẶC ĐIỂM CẦN LƯU Ý ÁP DỤNG NGUỒN GỐC PHƯƠNG PHÁP
1. BIẾN ĐỔI DẦN Thêm vào các biến đổi ngẫu nhiên
sau mỗi mức lặp đồng dạng Tạo hình trơng tự nhiên Mức lặp càng cao, biến thể càng lớn khó kiểm sốt tạo hình - Điều chỉnh hình dáng, giới hạn bao khơng gian mặt bằng
- Đúc rút từ nghiên cứu lý thuyết tạo hình Fractal và sự biến thể tổ hợp
2. BIẾN ĐỔI TỔNG THỂ
Áp dụng biến đổi cho tổng thể tổ hợp THHH Fractal đã phát triển đến
mức nào đó
Tạo hình ấn tượng Dễ đốn trước biến thể
Thực hiện sau khi tổ hợp hoàn chỉnh nên nh linh hoạt khơng cao.
- Tìm ý tổ hợp hình khối - Tạo sơ đồ lưới mặt bằng, mặt đứng
- Đúc rút từ nghiên cứu lý thuyết biến thể trong tổ hợp
3. BIẾN ĐỔI BỘ PHẬN
Thay đổi một trong số các yếu tố tham gia tạo hình THHH Fractal
Biến thể đa dạng Nhiều phương án lựa chọn
Chỉ một thay đổi nhỏ thay đổi tổng thể tổ hợp Khó kiểm sốt tạo hình
- Tạo ra các mẫu họa tiết
- Phù hợp sáng tạo mặt đứng/ chi tiết
- Đúc rút từ nghiên cứu lý thuyết tạo hình Fractal và một số ứng dụng cụ thể đã có trong thực tiễn và lý thuyết.
4.BIẾN ĐỔI TỪ “HẠT GIỐNG LÕI” MỞ RỘNG
Phát triển tổ hợp đồng dạng theo kiểu mọc nhánh trên nhiều tỷ lệ từ
một yếu tố tổ hợp gốc
Có tính module Dễ thực hiện
u cầu tổ hợp khơng gian phải biến đổi theo tổ hợp hình thức
- Tìm ý tổ hợp hình khối nhà nhiều tầng / chi tiết trang trí cột
- Phát triển từ phương pháp “Seed core” của tác giả Jame Haris, mở rộng từ việc ứng dụng cho kiến trúc nhà tháp sang kiến trúc nhà nhiều và cao tầng nói chung
5. BIẾN ĐỔI THEO NHỊP ĐIỆU TỰ NHIÊN
Phát triển tổ hợp thay đổi dựa trên các thông số Fibonacci
Tạo ra sự linh hoạt cho tính nhịp điệu
Các thông số biến đổi phải được cân nhắc để phù hợp với tỷ lệ cơng trình
- Dùng điều chỉnh hình dạng bao mặt bằng, mặt đứng (độ nhấp nhô) - Tạo phân vị, đục trổ, điểm xuyết cho tiết diện
- Chi tiết hóa từ phương pháp nhịp điệu Fractal do Carl.B đề cập trong cuốn “Fractal geometry in architecture and design” (2012) 6. BIẾN ĐỔI KÉO DÀI
CẠNH
Phát triển tổ hợp bằng cách kéo dài các cạnh của THHH Fractal
Tạo hình ấn tượng Lưới tạo ra có thể rối
Khó kiểm sốt tạo hình
- Dùng thiết kế sơ đồ lưới cho mặt bằng, tiết diện, kết cấu
- Đúc rút từ việc nghiên cứu tạo hình trong ứng dụng thực tiễn
7. BIẾN ĐỔI THEO KIỂU GHÉP LƯỚI NGẪU NHIÊN
Phát triển tổ hợp dạng lưới đồng dạng bằng cách ghép cạnh ngẫu nhiên các module cấu trúc lệch tâm
Tạo sự đa dạng cho lưới ghép module
Khó kiểm sốt tạo hình - Dùng thiết kế sơ đồ lưới, phân
chia tiết diện bao / trang trí
- Đúc rút từ việc nghiên cứu tạo hình trong ứng dụng thực tiễn
Chú ý: Các giải pháp tạo hình ứng dụng hình học Fractal đã đề xuất có thể bao gồm sự kết hợp với các dạng hình học khác. Ví dụ: chọn hình khởi tạo dạng cơ bản kết hợp ứng dụng hình học Euclid, biến đổi hình thể tổ hợp kết hợp các ngun tắc bóp méo, vặn xoắn của hình học Topo, v.v.
3.2.2.3. Đề xuất tạo hình ứng dụng bằng ngơn ngữ máy tính
a. Đề xuất giải pháp tạo hình ứng dụng Fractal bằng một số phần mềm đồ hỗ trợ thiết kế kiến trúc phổ thông tại Việt Nam hiện nay
Như đã nêu ở phần tổng quan và cơ sở, hiện nay có khá nhiều chương trình tạo ảnh đổ họa Fractal. Tuy vậy, các sản phẩm tạo ra là các ảnh nền trừu tượng, rất khó áp dụng trong sáng tác THKT. Với các phần mềm diễn họa kiến trúc phổ thông hiện nay ở Việt Nam (Autocad, 3DS Max, Sketchup, Revit, v.v), việc tạo lập các THHH dạng Fractal và biến thể một cách chủ động theo các phương pháp đã đề xuất có thể thực hiện thơng qua một số các bước thao tác riêng lẻ, tương ứng với các công cụ/lệnh vẽ có sẵn được hệ thống như sơ đồ 3.4 sau:
CÔNG CỤ ĐỒ HỌA CAD 3DMAX SKETCHUP
LỆNH/ CƠNG CỤ VỄ HÌNH 2D/3D RECTANGLE CICRLE POLYLINE v.v. BOX CYLINDER CONE v.v. RECTANGLE CIRCLE FREEHAND v.v. LỆNH/ CÔNG CỤ HIỆU CHỈNH
ĐỐI TƯỢNG VẼ SCALE STRETCH
v.v. KÉO ĐỈNH v.v. KÉO ĐỈNH SCALE LỆNH/ CƠNG CỤ HIỆU CHỈNH VỊ RÍ ALIGN... ROTATE MIRROR v.v. MOVE MIRROR v.v.. MOVE ROTATE v.v.
LỆNH/ CƠNG CỤ TẠO NHĨM BLOCK ATTACH
GROUP MAKE COMPONENT/ GROUP NHÓM LỆNH NHÂN BẢN/ SAO CHÉP COPY ARRAY ALIGN v.v. COPY INSTANCE v.v.. COPY v.v.
Sơ đồ 3.4. Hệ thống một số bước và nhóm lệnh hỗ trợ tạo hình ứng dụng Fractal trong các phần mềm đồ họa kiến trúc phổ thông tại Việt Nam hiện nay • CƠNG CỤ VẼ • CƠNG CỤ HIỆU CHỈNH ĐỐI TƯỢNG TẠO HÌNH KHỞI TẠO • CƠNG CỤ VẼ • CƠNG CỤ HIỆU CHỈNH ĐỐI TƯỢNG TẠO HÌNH
PHÁT SINH • CƠNG CỤ TẠO NHĨM
TẠO MODULE • CƠNG CỤ NHÂN BẢN/ SAO CHÉP • CƠNG CỤ HIỆU CHỈNH VỊ TRÍ TẠO TỔ HỢP GỒM CÁC ĐỐI TƯỢNG TƯƠNG TỰ • CƠNG CỤ HIỆU CHỈNH HÌNH DẠNG VÀ VỊ TRÍ • CƠNG CỤ CHỈNH SỬA MODULE TẠO CÁC BIẾN THỂ
Ví dụ về xây dựng tạo hình Fractal ứng dụng cơng cụ lệnh có sẵn trên phần mềm tham khảo phụ lục 8.
Thực tế cho thấy các phần mềm hỗ trợ cho thiết kế kiến trúc hiện nay, mỗi cơng nghệ đều có ưu điểm và vai trị, chức năng chính khác nhau. Đơi khi, phải sử dụng đồng thời nhiều công nghệ. Trong đó, Autocad là phần mềm đồ họa ra đời sớm, phổ thông trên khắp thế giới cũng như quen thuộc trong giới làm nghề kiến trúc tại Việt Nam, có thế mạnh về 2D, thường được sử dụng để triển khai mặt bằng, mặt đứng, v.v. Các phần mềm ra đời sau như 3DS Max, Sketch up, Revit v.v. lại mạnh về tạo dựng 3D, chỉnh sửa không gian, gán vật liệu, v.v, và thường được ứng dụng để dựng hình ba chiều và tạo ảnh phối cảnh. Các file bản vẽ cũng có thể chuyển đổi dễ dàng giữa các phần mềm thông qua các công cụ / lệnh “export / import”. Căn cứ vào tình hình thực tiễn sử dụng và ưu điểm của từng phần mềm, đề xuất việc tạo hình Fractal ứng dụng cho thiết kế THKT có thể xem xét thực hiện bằng cách ứng dụng đồng thời nhiều phần mềm như sau:
Sơ đồ 3.5. Giải pháp tạo hình Fractal ứng dụng nhiều phần mềm đồ họa b. Đề xuất giải pháp tạo hình ứng dụng Fractal hiệu quả bằng cách kết hợp lập trình
Thực tiễn cho thấy, tuy rằng: tạo hình ứng dụng Fractal hồn tồn có thể thực hiện được với các cơng cụ/ lệnh có sẵn trong các phần mềm thiết kế kiến trúc phổ thông hiện nay tại Việt Nam nhưng với các tổ hợp có mức lặp cao hoặc các biến thể kết hợp yếu tố ngẫu nhiên thì quá trình thao tác phức tạp hoặc khó thực hiện, khơng
TẠO HÌNH FRACTAL DẠNG 2D hỗ trợ thiết kế tổ hợp mặt bằng, mặt đứng, v.v. •AUTOCAD TẠO HÌNH / PHÁT TRIỂN TỔ HỢP FRACTAL DẠNG 3D hỗ trợ thiết kế tổ hợp hình khối, khơng gian, v.v. •SKETCHUP/ 3DSMAX, v.v.
phát huy được hiệu quả của cơng nghệ.
Vì vậy, để tạo điều kiện cũng như tối ưu hóa q trình dựng hình các tổ hợp dạng Fractal, áp dụng được trong sáng tác kiến trúc, giải pháp kết hợp ứng dụng ngơn ngữ lập trình được xem xét, đề xuất với quy trình gồm các bước như sơ đồ 3.6 sau:
Sơ đồ 3.6. Đề xuất quy trình tạo hình ứng dụng Fractal kết hợp giải pháp lập trình
Quy trình này có thể dùng làm phương pháp tham khảo để các kiến trúc sư có thể kết hợp lập trình với các ý tưởng tạo hình ứng dụng Fractal phục vụ cho việc thiết kế các THKT khác nhau.
Dưới đây là hai giải pháp thiết lập tạo hình ứng dụng Fractal kết hợp lập trình:
B4. XÂY DỰNG GIẢI PHÁP LẬP TRÌNH
XÁC ĐỊNH PHẦN MỀM ĐỒ HỌA ỨNG DỤNG PHỐI HỢP VỚI KỸ SƯ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN XÂY DỰNG GIẢI PHÁP LẬP TRÌNH (VIẾT CODE)
B3. SƠ ĐỒ XÂY DỰNG LỆNH
XÁC ĐỊNH YẾU TỐ ĐẦU VÀO - ĐẦU RA - THAO TÁC LẶP LẠI - ĐIỂM KẾT THÚC
B2. THIẾT KẾ CÔNG CỤ LỆNH (nguyên tắc)
ĐẶT TÊN LỆNH --> XÁC ĐỊNH TRÌNH TỰ THAO TÁC --> XÁC ĐỊNH QUY LUẬT THUẬT TOÁN VÀ ĐỊNH HƯỚNG
B1. XÁC ĐỊNH / THIẾT KẾ SƠ BỘ TẠO HÌNH ỨNG DỤNG FRACTAL PHÙ HỢP VỚI THIẾT KẾ THKT
XÁC ĐỊNH HÌNH KHỞI TẠO, HÌNH PHÁT SINH
XÁC ĐỊNH QUY LUẬT PHÁT SINH, SỐ MỨC LẶP VÀ BIẾN THỂ
BƯỚC 1: XÁC ĐỊNH SƠ BỘ TẠO HÌNH
1- Tạo hình ứng dụng phương pháp “Ghép lưới ngẫu nhiên” đã đề xuất ở mục 3.2.2.2 2- tạo hình ứng dụng quy luật đường cong rồng trong hình học Fractal
BƯỚC 2: THIẾT KẾ NGUYÊN TẮC (Bảng 3.2)
Bảng 3.2. Nguyên tắc thiết lập hai tạo hình ứng dụng Fractal cho giải pháp kết hợp lập trình
TÊN LỆNH TRÌNH TỰ THAO TÁC QUY LUẬT
THUẬT TỐN ĐỊNH HƯỚNG Lệnh 2: Ghepluoi - Vuong
Tạo sơ đồ lưới phức tạp từ việc ghép ngẫu nhiên các cạnh của một module vuông lệch trọng tâm.
1 - Chọn đối tượng khởi tạo là một module khối gồm đường bao là một ô vuông hoặc tam giác đều với họa tiết bất kì bên trong 2 - Chọn số hàng ngang 3 - Chọn số hàng dọc 4 - Enter - xác nhận
Lưới nhận được sẽ được ghép bới các module giống nhau nhưng các cạnh hoặc đỉnh ghép được xác định ngẫu nhiên, xoay góc ngẫu nhiên, khơng theo một quy tắc nào cả (tương ứng việc kết hợp các lệnh xoay, nhân bản, sao chép có sắn) Lệnh 3: Dragon - Block Tạo tổ hợp theo quy luật đường cong rồng
1 - Chọn đối tượng khởi tạo (select object - đối tượng là một block)
2 - Gốc quay có thể chọn hoặc mặc định là điểm ngồi cùng bên phải, phía dưới của đối tượng. 3 - Chọn góc quay (mặc định là 90 o)
4 - Số bước lặp
5 - Enter xác nhận ra kết quả.
Quy luật phát sinh là copy đối tượng trước đó- quay 90o quanh điểm cơ sở - gốc quay (lệnh quay / copy) - điểm chọn làm góc xoay ln ln là ở bên tay phải, phía dưới cùng.
- Điểm chọn của đường đa tuyến luôn là điểm cuối cùng. - Điểm chọn của block sẽ chọn (+Xmax, -Ymax)
Các thuật tốn được đề ra có thể dùng làm nền tảng để lập trình, xây dựng các lệnh dựng hình tự động trên các phần mềm dựng hình phổ thơng trong kiến trúc hiện nay như AutoCAD, 3d Max, Sketchup, Revit, v.v.
BƯỚC 3: VẼ SƠ ĐỒ XÂY DỰNG LỆNH:
Sơ đồ 3.7, 3.8 - Các sơ đồ lệnh này sẽ là cở sở để xây dựng nên BƯỚC 4 sơ đồ thuật toán và code trên nền tảng ngơn ngữ lập trình Visual basic (tham khảo phụ lục 9 và 10). Kết quả ứng dụng giải pháp tạo hình kết hợp lập trình được minh họa trong bảng 3.3.
Tạo ra sơ đồ đồ lưới phức tạp dựa trên ghép ngẫu nhiên các module lệch tâm hình vng Tạo hình tổ hợp Fractal dựa trên nguyên lý đường cong Rồng
ĐẦU VÀO
1. HÌNH KHỞI TẠO =
đường/ tiết diện bất kỳ
2. TẠO MODULE từ hình khởi tạo Hình hiện tại = module hình khởi tạo
Chọn SỐ MỨC LẶP n
Quy ước ĐIỂM CHÈN sau mỗi lần lặp
- Ghép nối tiếp {module lặp thứ 0 ÷ n-1} cạnh module lặp thứ n-1 tại vị trí điểm chèn quy ước
- {Module lặp thứ 0 ÷ n-1} lại xoay 90 độ theo chiều kim đồng hồ so với module lặp thứ n-1 tại vị trí điểm chèn quy ước
Số mức >= số mức lặp
KẾT THÚC
(đầu ra là TIẾT DIỆN GÃY KHÚC DẠNG ĐƯỜNG CONG RỒNG ghép từ nhiều
module đã tạo. Làm lại thuật toán tương tự SAI ĐÚNG ĐẦU VÀO 1 - HÌNH KHỞI TẠO = hình vng phân mảnh khơng đối xứng
2 - TẠO MODULE từ hình khởi tạo
Hình hiện tại = MODULE hình khởi tạo
Số module >= số module lặp
KẾT THÚC
(đầu ra là 1 sơ đồ lưới đồng dạng với các ô lưới tương tự họa tiết nhưng xoay lật khác
hướng nhau
- nhập số module lặp theo hàng ngang - nhập số module lặp theo hàng dọc
- Ghép nối tiếp cạnh bất kỳ các module theo hàng ngang - Ghép nối tiếp cạnh bất kỳ các module theo hàng dọc - Xoay lật ngẫu nhiên quanh trọng tâm
Làm lại thuật toán
tương tự
SAI
Bảng 3.3. Kết quả quá trình thử nghiệm tạo hình và biến thể trên máy tính
1. Tạo ra sơ đồ đồ lưới phức tạp dựa trên ghép ngẫu nhiên
các module lệch tâm hình vng
B1. Chọn đối tượng khởi tạo.
Xây dựng module vuông và tạo khối từ module đã cho bằng công cụ vẽ và tạo khối có sẵn trong phần mềm B2. Nhập - số hàng - số cột B3. Kết quả Sử dụng lệnh “GhepLuoi_Vuông” được lập trình thêm để tạo lưới 5 x 5 module theo chiều ngang và dọc
B4. Tạo biến thể
Dùng công cụ sửa khối có sẵn trong phần mềm đê thay thổi hình dáng của module gốc ban đâu, ta thu được các dạng lưới với họa tiết khác nhau.
2. Tạo hình tổ hợp Fractal dựa trên nguyên lý đường cong Rồng
B1. Chọn đối tượng khởi tạo.
Xây dựng module và tạo khối từ module đã cho bằng công cụ vẽ và tạo khối có sẵn của phần mềm.
B2. Số bước lặp Nhập số bước lặp
(Quy luật tạo hình mặc định là copy và quay 90O) B3. Kết quả
Kết quả tạo thành khi lựa chọn mức lặp 5.
B4. Tạo biến thể Các biến thể có thể được tạo ra thông qua hai cách
- Biến đổi hoặc thay đổi hình phát sinh bằng công cụ lệnh sửa khối
- Thay đổi vị trí điểm chèn (base point)
3.2.3. Đề xuất ứng dụng hình học Fractal trong triển khai các giai đoạn thiết kế
Như đã nêu ở phần nguyên tắc - mục 3.1, việc ứng dụng hình học Fractal vào sáng tác THKT là một quá trình tương đối phức tạp, cần phải tiến hành từng bước, theo các mức độ phù hợp để tránh gây nhiễu cho quá trình tư duy của người làm thiết kế. Dựa theo phần nghiên cứu cơ sở và nguyên tắc ứng dụng đã đề xuất, quy trình tư duy ứng dụng hình học Fractal được đề xuất theo từng giai đoạn chính của sáng tác THKT như đã đề xuất trong phần nguyên tắc:
- Giai đoạn 1:
Thiết kế ý tưởng
- Giai đoạn 2:
Thiết kế sơ bộ
- Giai đoạn 3:
Thiết kế chi tiết 3.2.3.1. Giai đoạn 1 - Thiết kế ý tưởng
Đây là giai đoạn bắt đầu cho việc sáng tác THKT. Nhiệm vụ và sản phẩm của giai đoạn này gồm có:
- Phân tích nhiệm vụ thiết kế, chức năng của cơng trình để đề xuất ra Giải pháp bố cục tổng mặt bằng (phân tán / tập trung / hỗn hợp)
Dây chuyền công năng, giải pháp tổ hợp mặt bằng cơng trình (tập trung / thơng phòng / hành lang / đơn nguyên)
Đề xuất biểu cảm ngơn ngữ tạo hình mà kiến trúc cần mang lại cho phù hợp với tính chất của cơng trình
- Phân tích vị trí khu đất
Phân tích hình dạng và diện tích khu đất để khoanh vùng giới hạn xây dựng cơng