應(yīng)用于建筑設(shè)計的曲面建模與曲面重構(gòu)技術(shù)研究.pdf

1、自由曲面引入建筑設(shè)計，獲得了豐碩的設(shè)計成果，極大地推動和促進(jìn)了建筑設(shè)計的發(fā)展。近十年來，自由曲面的應(yīng)用更為深入。由早期幾種基本曲面，發(fā)展為多種類型的自由曲面。關(guān)注點由形式本身轉(zhuǎn)向形式背后的關(guān)系與制約。尋求更為合理的加工建造方式。在這一背景下，自由曲面設(shè)計技術(shù)的重要性日益凸顯。建筑師對自由曲面設(shè)計技術(shù)的需求變得更為迫切。自由曲面設(shè)計技術(shù)的研究和開發(fā)，成為一項需要建筑師參與其中的工作。
　　 自由曲面設(shè)計的基礎(chǔ)是如何獲得曲面數(shù)字模型

2、，即曲面建模問題。自由曲面的復(fù)雜幾何形態(tài)，僅依靠手動操作效率低甚至難以完成。曲面建模的操作方式由手動變?yōu)橛嬎銠C(jī)程序描述的編程方式。本文探討了編程方式下的不同類型曲面的建模規(guī)則，拓?fù)湫螒B(tài)控制以及曲面調(diào)整問題。建模獲得的自由曲面需要進(jìn)一步劃分以滿足曲面構(gòu)件的加工要求。應(yīng)用逆向工程的曲面重構(gòu)技術(shù)對曲面表面的點集進(jìn)行連接，組成與原有曲面近似的新曲面。由于通用的曲面重構(gòu)方法在重構(gòu)面單元形態(tài)、尺寸、劃分方式等方面并不能完全符合建筑設(shè)計的需要。因此必

3、須開發(fā)針對建筑設(shè)計的曲面重構(gòu)方法。作為曲面重構(gòu)的延伸，雙層曲面系統(tǒng)旨在解決曲面如何建造的問題。本文的研究旨在對其進(jìn)行發(fā)展，提出的概念模型在加工便利性以及系統(tǒng)的適應(yīng)性方面進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)。
　　 研究采用參數(shù)化方法描述建模與重構(gòu)涉及的復(fù)雜幾何形態(tài)，通過設(shè)定參數(shù)統(tǒng)一進(jìn)行控制和調(diào)整。針對參數(shù)化方法在拓?fù)潢P(guān)系描述方面的弱點，引入拓?fù)渑袛嘧鳛閰?shù)化方法的補(bǔ)充。論文研究通過編寫計算機(jī)程序進(jìn)行實驗，以實驗結(jié)果對技術(shù)方法的正確性進(jìn)行驗證。

4、>　　 論文分為四個部分。第一章自由曲面設(shè)計技術(shù)演進(jìn)為第一部分。介紹自由曲面的歷史以及在建筑設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用，分析現(xiàn)有曲面建模與曲面重構(gòu)的技術(shù)要點以及存在的不足，明確論文研究的主要內(nèi)容。第二章基本幾何元素形態(tài)解析為第二部分。以圖解的方式分析非歐幾何基本幾何元素的形態(tài)特征以及控制參數(shù)對形態(tài)的作用和影響，指出幾何元素類型與后續(xù)曲面建模與曲面重構(gòu)操作的關(guān)系。第三部分是論文的主體，包括第三至第五章。曲面建模技術(shù)研究，分析不同類型曲面的建模方法，

5、在基本的手動建模方式基礎(chǔ)上，討論如何以計算機(jī)程序為載體的參數(shù)化方式進(jìn)行建模操作。對于自由曲面建模形態(tài)控制困難的問題，提出了控制曲面形態(tài)拓?fù)潢P(guān)系的程序算法。對于曲面修改困難的問題，提出了基于曲面曲率，自動調(diào)整曲面形狀的修改方法。曲面重構(gòu)技術(shù)研究，在通用的曲面重構(gòu)方法基礎(chǔ)上，提出了多種針對建筑設(shè)計要求的曲面重構(gòu)方法，并將曲面重構(gòu)技術(shù)的適用范圍由單一曲面推廣至復(fù)合曲面。面向建造的雙層曲面系統(tǒng)，提出的雙層曲面系統(tǒng)概念模型，將重構(gòu)獲得的曲面發(fā)展為

6、包括表皮與支撐結(jié)構(gòu)的物質(zhì)系統(tǒng)，實現(xiàn)曲面的加工建造。概念模型具備了可以局部調(diào)整形態(tài)，進(jìn)行自動修正的能力。第四部分，規(guī)則曲面設(shè)計實驗。選擇曲面的一種——規(guī)則曲面進(jìn)行了設(shè)計實驗。通過實際工程項目的設(shè)計應(yīng)用，檢驗了本文提出的曲面建模與重構(gòu)技術(shù)。
　　 論文研究將自由曲面的知識由自然科學(xué)向建筑學(xué)科的應(yīng)用領(lǐng)域轉(zhuǎn)化。展現(xiàn)和分析自由曲面的特征。驗證現(xiàn)有自由曲面設(shè)計技術(shù)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，延伸發(fā)展出新的設(shè)計技術(shù)，回應(yīng)了當(dāng)前建筑實踐中有關(guān)自由曲面