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抽象的自然规则 | Nervous System

2016.05.17 | , ,
FAB-UNION

作者:尹昊

Nervous System是一个生成设计工作室,从事科学、艺术和技术的混合领域工作。在全新的创作方式体系下,设计师们采用计算机模拟来生成设计,并通过数字化技术实现产品制造。在自然现象的启发下,Nervous System设计师编码计算机程序来模拟自然生长过程与模式,并通过这些程序来创造独特的艺术品、珠宝和家具。

Nervous System联合创始人:杰西卡·罗森克兰兹(Jessica Rosenkrantz)和杰西·路易斯·罗森伯格(Jesse Louis-Rosenberg)

杰西卡·罗森克兰兹2005年毕业于麻省理工学院(MIT),拥有建筑学和生物学学位。后来,她在哈佛大学设计研究学院(GSD)学习建筑。她的合伙人路易斯·罗森伯格在MIT主修数学,曾在盖里科技(Gehry Technologies)担任建筑造型与自动化设计方面的技术顾问。

Nervous System成立于2007年,并率先将前沿技术应用到了设计领域,包括生成设计体系、3D打印技术以及WebGL三维绘图标准。Nervous System最大的亮点在于发布了在线设计应用程序,它使得客户能够与设计师共同开发产品以满足自身需求,通过在线修改产品的设计参数和后期的微处理,客户能够非常容易地实现设计定制与变更。

Nervous System的作品结合了科学研究、计算机图形学、数学和数字化制造技术,并以此来探索产品设计与制造的新典范。相对于实物的设计,我们更加投入于生成一系列独特创作的计算系统。复杂的形式通过使用计算机控制的制造技术(3D打印、激光切割和数控机床)来实现。

“我们沉醉于自然的过程——简单的规则集与局部的交互作用产生了复杂的形式。在计算机工具的辅助下,每个项目的核心就是适应这种自然过程下的逻辑;而作为设计师,我们通过将科学的理论与模型的生成模式转化为生成设计的算法来实现这一点。我们将自然现象抽象为某种规则,指定离散指令的计算机来模拟过程。我们编码的生成系统没有固定的输出结果,这不是一个单纯的设计工具,而是面向客户的网上平台,在生成系统中添加入客户的固有属性与行为资料,设计将作为输出结果生成。”

树突集成Dendrite Aggregation

树突集成项目的灵感来源于骨料、分叉生长的树枝状晶体和珊瑚。它是一种基于受限制的集合扩散的生长过程。通过随机地移动那些碰撞并彼此粘附在一起的微粒来逐渐共生出复杂的构造。

树突模拟过程中采用不同的的均质性、微粒大小和边界约束条件能够产生无限多种树枝状的形态,这让人联想到了珊瑚的形式。这个系统生成了一系列的设计产品,例如珊瑚系列和满月系列的项链,它们中的每一件都是独一无二的。

设计灵感来源于分叉生长的树状结构

算法控制下的树突生长过程

满月系列项链

满月系列项链

珊瑚系列项链

细胞结构Cellular Structures

“放射虫(Radiolaria)”与“细胞周期系统(Cell Cycle system)”项目引导设计师探讨了针对数字制造创建和定义细胞结构的方法。我们的灵感来源于放射虫所建造的微观结构的美学与结构效率。Nervous System已经创造了一批基于模拟弹簧网格动态行为的软件工具来模拟复杂的细胞对象。

起始条件是一个六边形的网络,网络中的每个节点被表示为一个粒子,粒子间由被拉伸状态的弹簧连接,弹簧总是朝着能使整个系统平衡的方向移动。而粒子具有质量、速度和位置,在弹簧的约束下,粒子的相对位置随着时间的推移而不断更新。整个网络的拓扑结构可以通过增加或者合并粒子来进行修改。

尼龙材料打印出的“细胞结构”饰品

银质“细胞结构”指环设计

饰品细部

尼龙材料打印的“细胞结构”系列手环

水刀切割的硅质项链

反作用力Reaction

“反应扩散(reaction-diffusion)”是一个由简单规则衍生出复杂行为的典型例子,它模拟了物质在传播扩散过程中彼此反应从而创造出新物质的过程。Nervous System利用“反应扩散”有限元分析法来编写计算机程序生成三维形态,并用这个程序所控制的软件来扩充基于不同反应集合的设计。模拟的参数的变化能够产生不同的影响,并以此创造出不同类型或趋向的形态。设计师通过控制参数来获得空间变化,并以此表达设计的意图。

“反应扩散”模拟生形过程图解

球形灯具

球形灯具细部

三款“反应扩散”生形的球形灯具

球形灯具细部

木质部与菌丝Xylem and Hyphae

木质部(2D)和菌丝(3D)系统是用于创建网络结构的计算设计工具,它们最初是一种模仿叶脉形成的算法。Nervous System把这种算法延伸至空间维度,并进一步通过发展它来创建属于自己的图形语言。设计师在这套体系之下的创作包括首饰、灯具、雕塑甚至建筑。

灵感来源叶片的纹脉

木质部形态模拟图解

菌丝形态模拟图解

菌丝空间生成设计

菌丝生成设计的花瓶

拉普拉斯Laplacian

分支结构产生于低温下晶体受到逐步变化的温度影响,就像液体凝固的过程一样。“拉普拉斯”项目探索树突状晶体在二维和三维空间里的凝固模拟过程。“拉普拉斯”项目中,形态的生长正比于拉普拉斯场的梯度速率结构。在正常情况下,这将导致不稳定的、错综复杂的分形分支结构出现。

拉普拉斯二维生长模拟

拉普拉斯二维挂件设计

拉普拉斯二维挂件细部

拉普拉斯三维生长形态

拉普拉斯三维形态细部

拉普拉斯三维形态细部

生成拼图Generative Jigsaw Puzzles

每一个“生成拼图”都是一件具有独特创造性的艺术作品。Nervous System的目标是把传统的手工制品与新技术相结合,以此来展现设计的艺术性。在线定制软件可以模拟晶体的生长过程,并通过生长过程的纹路来创建一个有机的嵌套模式,再利用激光切割机对胶合板件处理,以此形成结构牢固的拼图。

生成设计的胶合板拼图

生成设计的胶合板拼图

激光切割制作过程

拼图单元的象形设计

二合一拼图设计

运动客体Kinematic Object

“运动客体”实质上是一个4D打印系统,能够创造出复杂的、可折叠的挂接模块形态。它结合刚体物理学和计算机自组织几何技术,提供了一种将任意三维形状通过3D打印转化为柔性结构的方法。在实际项目中,一方面,“运动客体”把大型的物体在模拟压缩的环境下进行3D打印,另一方面,它也能够生产错综复杂的、灵活适应身体各部位的可穿戴品。

3D打印的柔性结构

柔性结构制作的生成设计小饰品

柔性结构制作的生成设计小饰品

4D打印连衣裙生成过程

4D打印连衣裙细节变化

植物形态Flora Form

“植物形态”也是一个生成设计系统,其灵感源自生物学中不断生长的树叶和盛开的鲜花。设计师通过勘探植物表面在不同的生长环境下的发展变化来完成程序模拟。Nervous System模拟创建了一个变化逐渐明显的伸缩表皮,它的功能类似于一座数字花园。在这个系统中,设计师可以在空间和时间维度上改变生长速率,并以此研究探索生态系统如何创建形态。

灵感来源于植物表面的生长变化

不同控制单元下的形态生长过程

增加控制点深化形态

“植物形态”生成的数字花朵

数字花朵细部

数据驱动型鞋底Data-driven Midsoles with New Balance

Nervous System与New Balance合作开发功能性3D打印鞋底。设计师创建了专家系统,并从奔跑者的压力测试数据中生成鞋底夹层的设计,这使得为奔跑者定制可变密度的缓冲鞋底的构想成为了可能。New Balance将在2017年正式面向大众出售这种由生成设计技术完成的数据驱动型鞋底。

数据驱动型鞋底

数据驱动型鞋底生成过程图解

不同数据生成的数据驱动型鞋底

数据驱动型鞋底细部

与New Balance合作的产品将于2017年面向大众销售

定制珠宝Custom Jewelry

客户要求Nervous System创造一个属于“千花盛放(Florescence)”珠宝系列的新款戒指设计。戒指的波浪形表面在“植物形态”的软件中生成,它内部的皱褶可以容纳三颗圆形钻石。制造过程首先在蜡中进行3D打印,然后用铂金浇铸。最终,被抛光至镜面光洁度并安置3颗直径3mm的宝石。

“千花盛放”系列戒指

嵌套式订婚戒指

定制结婚戒指设计

紫水晶瘦型戒指

椭圆形钻石“细胞周期”指环


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