GENERATIVE DESIGN

GENERATIVE
DESIGN
Explorations in Digital Design and Formfinding Techniques
Rhinoceros, Grasshopper, Digital Fabrication
Der GENERATIVE DESIGN Workshop befasst sich mit Techniken und
Methoden des parametrischen Entwerfens. Ziel ist es einen Eindruck von
der Leistungsfähigkeit parametrischer Entwurfswerkzeuge zur Erstellung
komplexer Geometrien und erste Erfahrungen bei der Umsetzung von
digtalen in analoge Modelle zu vermitteln. An Hand von Case-Studies
und Übungen werden paramtrische Geometrien erzeugt und der Umgang
mit der Software als Entwurfswerkzeug erprobt.
GENERATIVE DESIGN Workshop
SoSe 2009
LKT Lehrstuhl für konstruktives Entwerfen und Tragwerkslehre,
Prof. Dr.-Ing. Gengnagel
Betreuung: Ilija Bentscheff, Andre Sternitzke

1
Studenten:
Michael Fenske, Sebastian José Zell
Die Entwurfsidee gruendet auf eine Tessellation aus dem Bereich Origami. Besonderes Merkmal dieses
Musters sind das Zusammenspiel aus Dreiecksflaechen und Vierecksflaechen, was auch den aesthetischen
Reiz ausmacht. In der Faltung des Musters ergibt sich auf der einen der beiden Seiten eine Flaeche, durch
Aneinanderfuegen der Vierecksflaechen, und auf der gegenueberliegenden Seite ein Muster aus spitz zulaufenden
Sternen.
Es brauchte viele Versuche, bis die ersten Erfolge erzielt wurden und in Grasshopper die Definition die Geometrie
so faltete, wie es im physischen Modell Vorgabe war. Allerdings mussten wir bald schon den Versuch,
das genaue Abbild der Tessellation zu erzeugen, abbrechen, da uns wichtige Informationen zu kurvenablaeufen
fehlten, welche den Weg aus dem einen Extrem der Faltung ins andere beschreiben.
Dazu gab es noch einen zweiten Versuch, der jedoch am gleichen Problem scheiterte, obwohl die Herangehensweise
doch eine andere war. Im Groben wissen wir nun zwar, wie die Kurve, nach der wir suchten,
aussehen muss, konnten mit Grasshopper dazu jedoch keine Erfolge erzielen und vereintfachten letztendlich
die Geometrie.
Wir verabschiedeten also die Regel, das System muesste der Faltlogik des physischen Modells entsprechen
und entwickelten eine Geometrie, welche sich mit keinen physischen Masstaeben misst. Damit haben wir
uns alle Freiheiten geschaffen, die noetig sind, um die Software im Spielerischen kennenzulernen.

Student:
Felix Heisel
2
Der Ruinengarten der Universität der Künste Berlin wird mit einem leichten Schatten-spender überspannt.
Das Schattenbild war bei dieser Entwurfsaufgabe daher maßgeblich, Referenzen boten das Blattwerk eines
Baumes oder auch der Blick durch ein Kalaidoskop.
Das neue Dach spannt sich nach dem Vorbild der Tensegrity - Strukturen von Buckminster-Fuller und seinen
Schülern über den Garten der Universität. Einzelne, einfache Twist-elemente werden durch Zwischenmembranen
zu zwei, durch die Druckstäbe auf Abstand gehaltene Seilnetze verknüpft.
Durch die Verdrehung der einzelnen Elemente und die luftige Erscheinung einer Tensegrity Struktur einsteht
ein leichtes Dach mit einem spannenden Schattenbild. Durch die überlagerung der zwei Membrannetze
ergibt sich ein unregelmäßiges Muster aus Sonnen-, Halbschatten- und Schattenflecken auf dem Grass und
an den Wänden. Die Transparenz bietet dennoch weiterhin den Blick auf den Himmel und die umstehenden
Bäume.
Das System wird parametrisch in Grasshopper durch 3 Werte innerhalb eines vorgegebenen Rechtecks
generiert. Abhängig von einer maximalen und minimalen Größe, sowie eines Rasterabstands entstehen die
Twistelemente und werden anschließend zu Membrannetzen zusammengefügt. Die Durchbiegung, der Stich,
sowie Größe und Höhe der Elemente sind dabei abhängig von ihrem Anstand zum umlaufenden Zugring.
Die aus Grasshopper generierten Daten können direkt zur Fabrikation des Daches genutzt werden, da die
Knotenpunkte und ihre Bohrwinkel sowie die Anzahl und Dimensienierung der Stäbe, Seile und Membrane
direkt ausgegeben werden können.

Tensegrity
Analyse eines Twistelements
Groesse eines Elements
Drehwinkel des Elements
Dicke der Staebe
Anna Stillger, Felix Heisel, Laura Diestel, Susanne Janssen
Lehrstuhl
Anna Stillger, Felix Heisel, Laura Diestel, Susanne Janssen
Lehrstuhl
Hoehe des Elements

Grasshopper - Parameter / Definition Ueberblick
Parameter am Anfang / Erstellte Geometrien und Anzahl der Elemente
Gesamte Definition mit Clusters
Gesamte Definition ohne Clusters

Grasshopper - Screenshots
In den folgenden Screenshots werden einzelne, relevante Zwischenschritte des Scripts erklärt. Zunächst
erstellt Grasshopper einen hexagonalen Grid für die Twistelemente. Da aus Nummerierungsproblemen die
vorgefertigten Hexgrid-Funktionen des Programms nicht anwendbar waren entsteht die Punktwolke aus verschobenen
Linien, die mittig innerhalb des vorgegebenen Rechtecks platziert in Abschnitte geteilt werden.
Der Abstand ist hierbei durch den Grid-Parameter vorgegeben.
Abhängig vom Abstand zum Rand enstehen um diese Punkte Kreise. Die minimale und maximale Größe
dieser wird durch die Parameter vorgegeben. Durch eine drei-fache Rotation um 60 Grad entstehen rechtwinklige
Dreiecke innerhalb dieser Kreise.

In Abhängigkeit vom Rand wird die Punktwolke vertikal verschoben. Eine durch diese Punkte erstellte Loft-
Ebene bietet die Grundlage für die Normalen. Diese bieten die Grundlage für die Vertikale verschiebung des
zweiten Seilnetzes und die Verdrehung der Elemente.
Die Item-Funktion wählt jeweils den 1., 2., und 3. Punkt der Dreiecke aus und erstellt die verbindenden Druckstäbe
und Seile.

Um die Punktwolke generieren sich die Kugeln der Knotenpunkte.
Die Stabdicke ist abhängig von Größe des Twistelements
Die Stabdicke ist abhängig von Größe des Twistelements

Um die verbindenden Zwischenmembranen zu errechnen benötigt man zunächst einen Cullpattern um die
unwichtigen Punkte aus der Wolke zu entfernen. Erst danach lassen sich über Item die entsprechenden
Flächen erstellen. Der Pattern ist abhängig von der Anzahl Punkte in der ersten und zweiten Reihe und wird
aus binomischen Werten zusammengesetzt.
Dieser Vorgang wird viermal wiederholt um die Zwischenmembrane alle zu erstellen. Durch die Verdrehung
sind das untere und das obere Membrannetz selbstverständlich nicht identisch.

Zum Schluss werden die einzeln erstellten Elemente über Funkverbindungen zusammengefasst. In der Aufsicht
zeigt sich das entstandene Muster dieser Parameter. Rot hier die Twistelemente, Grün die Zwischenmembranen.
Im Anschluss wird noch die Anzahl der einzelnen Elemente ausgegeben. In diesem Falle
enstehen z.B. 492 Knotenpunkte.

Tensegrity - Plaene
Grundriss, M 1:50
Grundriss
Ansicht
Ansicht und Schnitt, M 1:50
Laengsschnitt
Ansicht und Schnitt, M 1:50

Querschnitt
Querschnitt, M 1:20
Untersicht, perspektivisch

Student:
Romunald Dehio
3
Um die Arbeitsweise des Plugins Grasshopper für Rhino3D auszuloten und die Möglichkeiten zu verstehen,
die die Nutzung desselben eröffnet, war mein Seminarziel, ein einfaches Tool zu entwickeln, durch dessen
Hilfe ein bestimmter, immer wiederkehrender Arbeitsprozess vereinfacht, d.h. nach der Eingabe von wenigen
Rahmenparametern automatisch ausgeführt wird.
Da am Ende des Seminars ein Modell der erstellten Geometrie gebaut werden sollte, und die Nutzung der an
der UdK neu eingeführten Technologie des Lasercuts nahelag, entstand relativ bald der Gedanke, ein Skript
zu entwickeln, das die Unterteilung eines frei geformten Volumens in Rippen übernimmt, die später aus
zweidimensionalen Platten ausgecuttet werden und wieder zu einer dreidimensionalen Form zusammengesteckt
werden können. Auch die Platzierung der Steck-Einschnitte, die Möglichkeit, unterschiedlich geformte
Öffnungen in den Feldern zu setzten und die in der Vorbereitung der Cut-Daten (Drehung der Schnitte in die
XY-Ebene) sollte innerhalb des Programmes gegeben sein.
Entstanden ist ein Skript, das eine frei geformte Fläche, einen Parameter-Datensatz (z.B. Materialstärke, Anzahl
der Rippen in konzentrischer und radialer Richtung, Zentrumspunkt, ...) und die Öffnungsform einliest
und den Plansatz der Schnittlinien für den Laser ausgibt. Dabei generiert es die ässeren Schnitte aus der Flächenform
und erweitert diese um die erforderlichen Stecknuten. Asserdem wird die eingelesene Öffnungsform
auf die jeweiligen Felder gemorpht und von den Schnittlinien abgezogen. Zuletzt werden die Schnittformen
in die XY-Ebene gedreht und auf eine Cut-Fläche verschoben. Die so generierten Daten können direkt
im Cuttertreiber eingelesen und ausgelasert werden.

Fabrication Plan

Student:
Sven Wiehl
4
Falter
Lebensform ist das Verhalten in Raum und Zeit in den gegebenen Möglichkeiten.
Es ist ein Entwurf für die Überdachung des Ruinengartens der UdK. Das Dach besteht aus einem sich wiederholenden
Falt- Modul, das eingebettet in ein Gesamtsystem, seinen Öffnungsgrad je nach Umgebungsbedingungen
verändert.
Die Definition war ein Versuch, das Gesamtverhalten des Daches darzustellen, um eine Vorstellung und ein
Gefühl für die Wandlung und das stete Befinden in vorübergehenenden Zuständen zu simulieren, und die
Sichtweise auf das Verhalten des Raumes in der Zeit als wesentliche räumliche Qualität zu richten.
Der Ansatz bestand darin, das geometrisch vorgegebene Verhalten des Falt-Moduls durch ein mathematisch
bestimmtes Bezugssystem einzelner Punkte zu definieren. Die Beschreibung der Eigenschaften der Punkte
durch Gleichungssysteme war somit Hauptaufgabe der Arbeit:

Student:
Christoph Hey
5
Nach mehreren kleineren Übungen mit Grasshopper ging es mir in dieser Definition um räumliche Schnittpunkte,
deren Auflistung und Verwendung als Flächenpunkte.
Als Grundform suchte ich mir daher diese typische parabolische Form, bei der man mit Geraden, verdreht
zwischen 2 Kreisen, eine doppelt gekrümmte Fläche schafft.
In der Übersicht sieht man ganz gut, dass die Definition nicht übermäßig komplex ist und ziemlich linear
verläuft. Sie weitet sich an der Stelle auf, wo die Flächen vom Programm erstellt werden müssen. Am Ende
werden die Flächen dann wieder gemeinsam bearbeitet.
Als Startparameter gibt es dann natürlich den Radius der Kreise sowie die Höhe, also den Abstand der
beiden Kreise einzustellen. Um die Form ein wenig variabler zu halten, habe ich zudem einen Parameter
eingeführt, den ich Schlankheit nenne. Dieser bewegt sich zwischen 1 und 2. Bei 1 sind beide Radien gleich.
Wird der Parameter größer verkleinert sich der obere Kreis, die Form wird nach oben hin schlanker. Der vierte
Parameter, den die Definition beinhaltet, bezieht sich auf die Auflösung der resultierenden Fläche, also auf
die Anzahl der Geraden, die diese bilden.
Zuerst werden mit Hilfe der Parameter und festen Variablen die Kreise erstellt. Diese werden dann mit Hilfe
des Divide-Befehls unterteilt. Die Punkte die dadurch auf den beiden Kreisen entstehen, werden miteinander
verbunden. Durch den Shift-Befehl erreicht man wie hier rechts gezeigt, dass die Linien eben nicht gerade
nach oben laufen, sonder geneigt. So entsteht die typische Form.

Student:
Jan Thoelen
6
Modulares Dach für den Ruinengarten (im Rahmen von TWL2)
Es ging um die Generierung einer Schalenform, die auf einem Rechteck aufgelagert ist, sowie deren Offset
und Facettierung. Die Art der Facettierung (Muster) und eine gleichmäßige Untersicht sollten parametrisch
gefunden werden.
Die Parameter dabei waren: Länge und Breite des Rechtecks, Höhe der Schale, Anzahl der Sinuskurven,
welche die Schale erzeugen (um die Form der Fläche genauer zu bestimmen), Anzahl der Teile in x- und y-
Richtung, die Höhe der Teile und die Optimierung der Teilgröße zum Rand.
Weiterhin ging es um die Erzeugung von nach oben tangential aus der Fläche gezogenen Öffnungen entsprechend
eines Entwurfsstands während der Formfindungsphase. Dabei waren die Parameter die Höhe der
Öffnung, der Durchmesser der Basis und der Durchmesser der Öffnung, sowie die x- und y-Koordinaten der
Öffnung.

SUSTAINABLE
ARCHITECTURE
IN THE
UNITED STATES,
BANK OF AMERICA TOWER,
NEW YORK
Donnerstag, 9/07/2009 19h Raum 310
Universität der Künste Berlin
Hardenbergstrasse 33
Vortrag:
www.arch.udk-berlin.de/gengnagel/
Dipl-Ing MArch. Tobias Holler, AIA LEED AP,
Cook+Fox Architects LLP, New York, USA
Neue Technologien im Membranbau
Vortrag Dr.Ing Jan Cremers, Donnerstag 29/11/2007 15.15 Uhr Raum 310
LKT Lehrstuhl für Konstruktives Entwerfen und Tragwerkslehre Prof. Dr.-Ing. Gengnagel Universität der Künste Berlin
Fakultät für Gestaltung Hardenbergstr.33 10623 Berlin Telefon +49 (0)30 3185 2277 Telefax +49 (0)30 3185 2921