G11 全息构造 Holotectonics
导师：Matias del Campo马德朴 | Sandra Manninger马宁格
助教：Jinxi Jin 金晋磎
学员：Mian Jia 贾冕 | Jun Xie谢军 | Chenyang Liu刘晨阳 | Marcus Farr 马克斯 | Jia'ao Chen陈家傲 | Peng Hu 胡鹏 | Qianhui Feng 冯千卉 | Hui Xie 谢慧 | Danni Zhou 周丹妮 | Shihang Liu 刘诗航 | Wanrongmiao Zhang 张万蓉苗 | Zhonghao Xiao 肖仲豪 | Yanyang Hou 侯俨洋 | Xinyu Zhou 周芯宇 | Hongxin Yang 杨鸿鑫
以“Architectural Intelligence 建筑智能”为主题的DigitalFUTURES Shanghai 2019上海数字未来暑期工作营已圆满结束。其中，由美国密歇根大学及SPAN建筑事务所的Matias del Campo和Sandra Manninger带队的第11小组以“全息构造”为题，集结了伦敦大学巴特莱特建筑、英国建筑联盟学院、康奈尔大学、密歇根大学、美国沙迦大学、香港大学、清华大学、同济大学、西安建筑科技大学、南京大学、AECOM等海内外高校15位学员，共同探讨了通过增强现实技术（Augmented Reality, AR）辅助离散几何体的建造。DigitalFUTURES 2019第11组装置SPAN建筑事务所的Matias del Campo和Sandra Manninger在当下语境下的探索深受自然界物质法则的炫目表现、前言技术和哲学思辨的影响，不仅关注数字设计方法，更提出了后数字时代设计哲学与设计思维的讨论。在建筑的后数字化时代（Post-digital Age），计算工具仅作为普通现实的一部分，而工具集背后的文化代理（Cultural Agency）将在数字设计中发挥更大作用。增强现实技术描述了一种方法，这种方法下物理环境仍然是可感知的，但是却被三维信息覆盖，这无疑开启了一系列可能的应用。SPAN在两个方面探索了AR的能力：一方面是AR辅助建造的能力，在Fologram的帮助下，开发了一种直接的装配方法，这可以让学生快速掌握全息辅助施工技术的概念，这种方法非常精确，可以快速装配复杂系统；另一方面，SPAN的研究揭示了AR作为一种方法论的可能性—为任何给定的空间创造虚拟的添加、扩展和空间装饰—从而改变了观察者体验建筑的方式。
工作营中尝试将建造方面与空间阐释方面结合起来。科技有潜力创造出新的环境，并且在学科间形成通用语言。与那些茫然等待内容填充的形式不同的是，这些形式自身就是主动的成果，在许多层面上影响其他概念、再现、图像和主体。相较于将AR技术用作表现工具，将AR技术引入施工现场的好处显而易见，例如：在建筑师必须向建筑工人传达复杂信息的场景中，通过增强现实技术向非专业人士演示构件的精确定位，可以显著减小误差范围，仅这一点就可以证明AR的使用是合理的；然而，增强现实技术的应用超出了这个范围，因为Fologram这样的AR应用不仅可以传递静态信息，还可以演示过程，这意味着通过全息装置所看到的信息，不仅显示建造的成果，还显示实现建造成果的方法。全息技术在辅助建筑建造施工领域的机遇包括自主建造、无需测量的精度、增强建筑构件等，这是对去年工作营的扩展。在2018年数字未来工作营中，探索了使用全息辅助建造和虚拟工作流程的新方法，2019年数字未来工作营这种方法将用于一个更复杂的、由更多构件组成的模型，并由实验室建造推广到现场建造。
WASP的离散几何体设计
首先，导师介绍了使用WASP实现离散几何体聚集设计，WASP是德国达姆施特工业大学（TU Darmstadt）数字设计组（Digital Design Group, DDG）通过Python开发的Grasshopper插件，通过定义聚合规则实现高效的离散几何体的聚合设计。（WASP详情https://www.food4rhino.com/app/wasp）装置的基本构件为三种尺度相同、孔隙率不同的1mm铝板，每种各100片。在WASP中，预设每种构件有120度角和60度两种弯折角度，得到6种基本构件，每个构件有六个卡口并通过卡口实现连接。
WASP的基本输入信息包括构件几何、连接位置、连接方向与连接的拓扑关系。6种基本构件通过封闭网格输入WASP，通过输入点定义连接点位置，通过点所在封闭网格的位置及输入直线方向定义基本构件的连接方向，连接点在插件中自动编号，通过定义编号的连接关系实现构件不同拓扑组合关系，随机聚合模式下，聚合体将沿着避免空间碰撞的方向自动生长。学生的设计过程结合WASP的随机聚合以及手动调整，并考虑孔隙率的分布，探索适合于场地的聚合体装置的可能。
学生的设计作业体现了独特的个体感知，并通过与不同经验水平的重叠的可能性，挖掘了当代装饰潜力。同时，来自特定时代的建筑能反映时代的内涵吗？在工作营课程中，Matias和Sandra介绍了形式本体（Ontologies
of Form）与机器错觉（Machine Hallucination）后，提出了机器学习（Machine
Learning）下的建筑风格转换（Style Transfer）的可能性。在德勒兹的本体性理解的语境下，新思维模式形成的内在层面，是由复杂的网格、密集力量、粒子、联系、关系形成的形态和最终情状下形成的错综复杂的关系，在数字技术为我们的建筑和城市设计创造折痕、褶皱、渐变和拓扑的同时，是否也为空间阐释和新颖美学提供了一种探索工具？
Hololens和Fologram的增强现实工作流导师在课程中介绍了通过Hololens和Fologram实现增强现实辅助建造装配的工作流。Hololens全息眼镜作为微软微软推出的一款头戴式增强现实装置，可以在独立使用的情况下以实际周围环境作为载体添加各种虚拟信息。Fologram是从Rhino创建混合现实体验的最简单的方法，Fologram for Rhino可以一键将Rhino模型与HoloLens同步，Rhino模型中的更改会立即在全息图中更新，实现物理环境下的信息快速迭代和设计检查。Grasshopper的Fologram插件可以实现控制模型流式传输到HoloLens，并使用手势和传感器数据与全息模型进行交互。同时，Fologram开发了Android和iOS系统的手机程序，可以通过手机摄像头检测虚拟模型的放置环境，并通过简单手势实现模型调整。（Fologram详情https://fologram.com）
Hololens和Fologram增强现实工作流课程教学在确定最终实施方案的过程中，小组成员进行了小尺度的纸模型和铝板模型的搭建实验，以验证评估不同的连接的拓扑关系在实体物理模型中的实现难度。
最终设计方案为一个纯粹的柏拉图立方体，正中置入十字体的虚体侵蚀，在立方体的各个面正中形成孔洞，自下而上孔隙率依次降低。最终的装置采用了一种生长性最好的离散体聚集方式，可以通过生长填充任何的三维空间。与此同时对装置提出了建造优化的策略。为了使金属铝板适合连接，铝板的卡口比数字模型下的卡口尺寸稍大以方便安装，并通过橡胶垫片辅助连接稳固，在装置接地处，通过三角形木板辅助定位，并通过塑料垫增大摩擦使得首层的金属板实现稳定。装置的孔洞侵蚀对整体稳定形成了一定挑战，但也验证了橡胶垫片辅助连接的有效性，装置整体十分稳固。位于边侧的局部铝片与整体的几何连接性较弱，通过局部的金属胶辅助固定。
现场搭建过程中，首先用fologram加载了第一层构件的全息图，在Hololens辅助下进行塑料地垫与定位三角板的放置，同步进行在场地外搭建足以保证稳定性的双层单元体，之后将双层单元体移至场地并通过Hololens实现定位和相互连接，完成整体下两层搭建和定位之后，使用橡胶垫进行固定，之后Fologram逐层加载构件并进行装配，全息图下构件的几何与位置信息一目了然，施工的误差积累可以方便地得到调整，在无需测量的精度的情况下，学生可以快速而高效地将构件装配到空间和视觉丰富的环境中。增强现实技术辅助下，小组成员在不到一天的时间内完成了9层整体装置的装配建造。
为了探索装置材料在反射光与折射光、孔隙透射光下环境氛围的可能性，灯光小组的同学对金属装置进行了互动灯光实验探索，在被侵蚀的立方体的正中，布置了发出微光的恒定亮度的灯，作为能量源吸引人的注意，当人靠近装置，距离传感器将把信号传递至Arduino板，触发整个装置近50个频闪灯，频闪灯按一定顺序向整个空间扩散蔓延，整个装置如同被接近的生命点亮。
第11组学员在短短一周内完成了教学任务，装置、视频与展板在同济大学建筑城规学院C楼负一层展厅展出。欢迎大家前去参观。
DigitalFUTURES 2019第11组装置
DigitalFUTURES 2019第11组装置
DigitalFUTURES 2019第11组装置DigitalFUTURES 2019第11组装置
plan of insDigitalFUTURES 2019第11组装置平面
DigitalFUTURES 2019第11组装置立面
欢迎大家来参观
DigitalFUTURES 2019工作营成果展！
时间：2019年7月6日~2019年10月14日
地点：同济大学建筑与城市规划学院C楼
DigitalFUTURES Shanghai 2019
主办单位
同济大学
联合主办单位
中国建筑学会 计算性设计学术委员会
中国建筑学会 数字建造学术委员会
全国高等院校建筑学科专业指导委员会建筑数字技术教学工作委员会
同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司
承办单位
同济大学建筑与城市规划学院
上海建筑数字建造工程技术研究中心
协办单位
同济大学本科生院
支持单位
一造科技
DADA
全筑股份
支持媒体
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