Architecton: Proceedings of Higher Education №4 (48) December, 2014
Design
‘EVOLUTIONAL’ MORPHOGENETIC DESIGN: POTENTIALITIES FOR INTERPRETATION OF THE TRADITION
УДК: 7.01
Шифр научной специальности: 85.10
Abstract
The author addresses this problem proposing to use tradition and the following methods of its interpretation: 1) evolution of form (use of patterns, sections or curves); 2) evolution of principles (use of new scientific concepts in traditional forms, developing or adapting traditional geometry to the new mathematics and biology); 3) method of analogies (drawing analogies between traditional and contemporary elements of art, design or architecture through the same functions for instance); 4) ‘animation’ of tradition (use of new techniques and technologies such as robots or sensors to produce temporal changes of an object).
Keywords: computer-aided design, parametric design, morphogenesis, polymorphism, patterns
Дизайн тесно связан с достижениями современной науки, и в нем, как и в архитектуре, преломляется современная картина мира. Современная картина мира, парадигма в науке получила название «синергетической» (Г. Хакен) или «эволюционно-синергетической», что указывает на её тесную связь с теорией эволюции в биологии. Биология действительно стала одной из наиболее влиятельных областей науки в ХХ веке, вследствие чего возникла дисциплина на стыке биологии и техники – бионика, или, как ее чаще называют на западе, биомиметика (греч. βίος – «жизнь» и μίμησις – «подражание»). Естественно, связь техники с биологией нашла своё отражение в технической эстетике и дизайне – например, в морфогенетическом проектировании, которое стало одним из самых ведущих и перспективных направлений не только потому, что оно является частью вычислительного проектирования (постнеклассической. «вычислительной науки»), но и потому, что отражает «органическую» логику существования открытых систем, характерную для синергетической картины мира.
Однако стремящийся быть частью техники и науки дизайн неизбежно сталкивается с проблемой утраты идентичности, то есть с проблемой, которой нет ни в технике, ни в науке, но которая существует в дизайне. Проблема идентичности в искусстве может решаться, например, с помощью «авторской манеры», однако в средовом дизайне, архитектуре важную роль играет контекст, особенности конкретного места. К таким особенностям можно отнести ландшафт, климат, местные материалы, а также культурную традицию региона.
Вопросу о том, как в современном морфогенетическом проектировании можно переосмыслять традицию, посвящена данная статья.
Прежде чем обратиться к способам переосмысления традиции, дадим характеристику «биологической» парадигмы и морфогенетического проектирования в «архитектурном дизайне» (калька выражения ‘architectural design’, часто используемого в англоязычной литературе, особенно в связи с вопросами поиска формы, которые примерно одинаковы для архитектуры и дизайна).
Авторы понятия «биологическая парадигма в архитектуре», М. Хенсел, А. Менгес и М. Уинсток пишут: «Часто утверждается, что биология была ведущей научной дисциплиной в ХХ веке, и она продолжает развиваться в центре научного дискурса в XXI веке. Все дисциплины находятся в процессе глубокого пересмотра, внутри которого концепции, основанные на исследованиях в биологии, получают новый импульс, становясь источником вдохновения и новых парадигм в разных сферах творчества» [3, с. 12]. В данном случае употребление слова «парадигма» не исключает одновременное сосуществование нескольких парадигм. И. А. Добрицына называет ее «эволюционистская позиция» и пишет: «Термин эволюция выступает сейчас в качестве основного понятия для междисциплинарного научного движения – синергетики» [1, с. 320].
Анализируя «эволюционистскую» архитектуру, И. А. Добрицына приходит к выводу о том, что «…новый метод в архитектуре – это попытка выхода за пределы евклидовой геометрии, это тактика гибкого инкорпорирования значений, это тактика морфогенеза» [1, с. 185]. Морфогенез (греч. morphê – «форма» и genesis – «происхождение») буквально переводится как «формообразование» и в биологии означает возникновение и развитие органов, систем, частей тела при развитии отдельного организма (онтогенез) или целых видов в процессе эволюции (филогенез). Хотя в дизайне слово «морфогенез» могло бы обозначать просто «формообразование», исходя из значения в биологии, термин следует понимать более узко. Морфогенез – это эволюция формы, т. е. морфогенетический подход – это такой подход к формообразованию, в основе которого лежит принцип эволюции.
Морфогенез в проектировании осуществляется с помощью «эволюционных» или, как они названы у И. А. Добрицыной, «генетических» алгоритмов [1, с. 285]). Приведем слова М. Уинстока, поясняющие этот термин: «Эволюционные алгоритмы – это итерационные процессы, основанные на упрощенных принципах, существующих в эволюции … Это несколько разных техник, сводимых в общей сложности к нескольким операциям с информацией или геномом предполагаемой формы. Эти операции, которые заимствованы из эволюции и включают отбор, воспроизведение и мутацию» [3, с. 38].
При таком подходе процесс проектирования выглядит следующим образом. Создаётся геометрическая форма. Затем с помощью алгоритмов (например, программ Rhinoceros + Rhino Script или Grasshopper, а также 3ds Max + Max Script или Para) задаются многочисленные изменения – «мутации» самой формы, например «морфинг», или «мутации» копий формы, когда возникает множество вариантов, «видов» одной формы. Это позволяет не только «вычислить» оптимальную форму, но и приблизить процесс ее «выращивания» к «естественному».
На первый взгляд, заложить в морфогенетическое проектирование «ген» традиции достаточно сложно, хотя, с точки зрения развития формы, традиция является одним из этапов эволюции. Рассмотрим возможные подходы к переосмыслению традиции в современном «эволюционистском» дизайне. Это позволит нам преодолеть оппозицию «традиционный – современный» и расширить возможности проектирования с учётом традиции места, региона.
1. Эволюция формы: использование традиционных «паттернов», сечений, контуров
Наиболее простым способом переосмысления традиции является использование форм традиционных элементов и закладывание в них алгоритма изменения, т. е. «эволюции» формы.
Одним из распространенных в современном вычислительном проектировании приемов создания изменяющейся формы является морфинг – образование новой формы путем слияния разных форм, когда одна форма плавно перетекает в другую, постепенно изменяя форму сечений. С точки зрения теории эволюции, морфинг можно соотнести с онтогенезом (развитием отдельного организма)
И. А. Добрицына так пишет о возникновении морфинга: «В 90-е годы новейшим приемом разомкнутости-сцепленности становится морфинг … Новак так характеризует происходящие изменения: “В то время как коллаж просто налагал друг на друга материалы, взятые из различных контекстов, морфинг с такими материалами работает, тщательно их перемешивая. Точно пригнанный к проектным технологиям своего времени, коллаж оставался смешением механическим. В морфинге следует видеть смешение алхимическое … Если коллаж придает особое значение различиям посредством восстановления уже знакомых контекстов – реконтекстуализации, то морфинг связывает различные, далекие друг от друга вещи таким способом, чтобы высветить в них никак не предполагаемое прежде сходство”» [1, с. 281]. Таким образом, морфинг – это прием, преодолевающий оппозиции, посредством восстановления промежуточных звеньев между двумя крайними формами, это застывшая «эволюция формы», отражение существующей парадигмы.
В качестве примера морфинга приведем мебельную форму Morphing Furniture японско-тайванской компании Noiz Architects (рис. 1). В ней использованы сечения («гены») знаменитых столов и стульев ХХ века: Zig-zag Chair (1934) Г. Ритвельда, Panton Chair (1960-е) В. Пантона и др. Можно сказать, что эта мебельная форма демонстрирует эволюцию мебели в своём развитии, хотя разные столы и стулья в ней практически перестают отличаться друг от друга, становясь подобными. Примером морфинга могут являться не только трехмерные объекты, но и повторяющиеся элементы «паттерны» – современный аналог орнамента в вычислительном проектировании (рис. 2). На рисунке видно, что элементы традиции также могут быть частью морфинга, ступенью в эволюции формы.
 |  |
| Рис. 1. Создание мебели с помощью морфинга. Источник: http://www.designboom.com/design/ | Рис. 2. Морфинг на примере традиционного |
Мы привели самые простые примеры морфинга, когда один элемент превращается в другой с равным интервалом, как бы с равной «скоростью». Скорость и последовательность варьирования формы в современном проектировании также может задаваться алгоритмами, что позволят создавать еще более сложные формы, наподобие органических.
Рис. 3. Один из проектов программы ‘Re-Interpreting the Baroque’,
где переосмысляется геометрия архитектуры барокко.
Источник: http://homepages.rpi.edu/~saunda2/ICIRPI/ABCE.html
Приведём другой пример – проект студентов Э. Сондерса, где в рамках вычислительного проектирования используются традиционные «лекала», элементы геометрии архитектуры барокко (рис. 3). Такая интерпретация традиции, на наш взгляд, весьма условна, поскольку «барочные» кривые используются здесь для создания абсолютно новых форм и напоминают барокко лишь своей сложностью. Отметим также, что новые органические формы, создаваемые с помощью компьютера, в принципе часто сравнивают с барочными: «Поскольку эксперимент со свободной, нежесткой, текучей и криволинейной формой оставался главным образом в пределах виртуальной реальности, он получил имя “электронное барокко”», – пишет И. А. Добрицына (вероятно, имеется в виду термин ‘digital baroque’, букв. – «цифровое барокко») [1, с. 266].
Такой подход, безусловно, современен и отражает идеи современной науки, но его недостатком является то самое «неразличение», которое появляется при построении промежуточных сечений и форм, и которое может препятствовать идентификации формы как традиционной.
2. Эволюция принципа: метафора новой науки в традиции
Известно, что традиционное искусство тесно связано с прежними представлениями о мире, с традиционной наукой. Логично предположить, что при наложении на современную науку сам принцип, геометрия традиции может трансформироваться, «эволюционировать». Здесь необходимо упомянуть о математических основах современной науки, описывающих явления из сферы биологии. Э. Хайман отмечает, «если, например, биологическая морфология – это строение формы организма и особенности его структуры, а в математике – это теория и техника анализа и обработки геометрических структур, основанная на теории множеств и топологии, то принципы современной архитектурной морфологии оказались где-то между теми, что в биологии и математике» [2].
На рис. 4 и 5 показан классический пример математической расшифровки органического «кода»: узор на поверхности раковины (рис. 4) аналогичен нерегулярному варианту математической модели «клеточный автомат» (рис. 5), созданному на основе фрактала «треугольник Серпинского».
 |  |
| Рис. 4. Узор на поверхности раковины из сем. | Рис. 5. Клеточный автомат: «случайный» (слева) |
Приведем другой пример из математики, с помощью которого можно расшифровать как органическую геометрию, так и традиционную. Диаграмма (мозаика) Вороного – излюбленный алгоритм для создания органических структур в современном вычислительном проектировании. На рис. 6 показан «фрактализованный» вариант разбиения Вороного, напоминающий прожилки листа. На рис. 7 – светильники, «соты» которых повторяют диаграмму Вороного. Это «органическая» интерпретация мозаики Вороного.
 |  |
| Рис. 6. Фрактал на основе мозаики Вороного. | Рис. 7. Светильник Voronoi Honeycomb. |
 |  |
| Рис. 8. Геометрия ледяных узоров в традиционных | Рис. 9. Форма на основе мозаики |
Мозаика Вороного близка, хотя и не идентична, традиционным китайским решеткам, изображающим ледяные узоры ‘ice-rays’ (рис. 8). Принцип их геометрического построения исследовал Дж. Стини в книге «Форма: рассуждение о видении и создании» (2006) [8, с. 334–340]. Хотя он и не проводил аналогию с диаграммой Вороного, нетрудно заметить их зрительное сходство (на рис. 9 приведен вариант формы на основе «сглаженной» диаграммы Вороного). Мы можем предположить, что при переосмыслении китайской традиции диаграмма Вороного может быть эффективна потому, что, «обновляя» традиционную геометрию в соответствии с современной наукой, она будет по-прежнему отсылать зрителя к китайской традиции на уровне ассоциаций.
Аналогию между традицией и современной математикой или биологией можно провести не только в случае с диаграммой Вороного. Так, с помощью фрактальной геометрии описывают и живую природу (Б. Мандельброт, 1975), и архитектуру (К. Бовилл, 1996), а родственные фракталам «ветвящиеся» Л-системы (системы Линденмайера), созданные венгерским биологом А. Линденмайером (1968) для моделирования процесса роста растений, успешно применяют в современной архитектуре и компьютерном моделировании. Таким образом, в математике достаточно большое количество «метафор», позволяющих описывать традиционные формы, что способствует адаптации идей современной науки к культурной традиции региона. Хотя такой подход позволяет наследовать традицию, отражая нетрадиционную картину мира, его сложность заключается в необходимости очень точно рассчитывать ассоциации зрителя.
3. Проведение аналогий: от аналогий в биологии к аналогиям в традиции
Мы рассмотрели подход, когда при переосмыслении традиции используются метафоры современной науки, прежде всего математики, поскольку на нее опираются многие другие современные науки, в том числе биология. Однако часто аналогии из биологии напрямую заимствуются в проектировании, что может быть использовано и при переосмыслении традиции.
Одной из таких аналогий стало создание классов или «семейств» объектов в процессе проектирования, поскольку с эволюционистской точки зрения классификация есть отражение идей эволюции и наследственности [6, с. 11]. Само по себе создание классификаций не ново. Особенностью современного проектирования является возможность компьютерного генерирования вариантов формы одного и того же объекта в процессе «поиска формы» (‘form-finding’), заимствованная из биологии концепция полиморфизма, или, как пишет Э. Хайман, «создание популяций объектов с полезными характеристиками» [2]. Такие «популяции» возникают в процессе поиска формы, когда создаются целые таблицы вариантов, сгенерированных компьютером при изменении параметров в соответствии с определёнными требованиями (как на рис. 10).
В биологии полиморфизм (греч. πολύμορφος – «многообразный») – это способность некоторых организмов существовать в состояниях с различной внутренней структурой или в разных внешних формах (например, внешний вид пчёл и муравьёв отличается в зависимости от «касты», а цвет некоторых видов бабочек может варьироваться в зависимости от условий обитания и т. д.). В архитектуре, как поясняет Э. Хайман, это «способность [алгоритмов] выбрать способ обработки данных исходя из свойств входящей информации, и также в зависимости от обстоятельств выбрать путь порождения каждого конкретного объекта внутри одного вида». Он пишет: «Исполнение алгоритма в разных условиях может давать целые популяции родственных объектов. Причем популяцию могут составлять как здания, так и структурные элементы здания, подобно популяциям живых организмов и клеток, составляющих живые ткани организма» [2].
На рис. 10 показана «эволюция» четырех форм одного «семейства» на протяжении пяти итераций, или повторов действия.
 |  |
| а | б |
Рис. 10 (а) – пример поиска формы в вычислительном (параметрическом) проектировании;
(б) – конечный вариант. Делфтский технический университет, Нидерланды [10]
Поскольку поиск формы осуществляется с помощью алгоритмов при изменении параметров (отсюда – «параметрическое проектирование»), оно действительно начинает напоминать процесс эволюции, что особенно заметно при анимации. Кроме того, после генерирования форм на основе требований к проекту производится отбор, что также напоминает механизмы эволюции. Однако все эти аналогии относятся к процессу проектирования, а не к конечной форме.
Современной аналогией для создания формы в проектировании, дизайне и архитектуре является аналогия «вещь – организм». Так, формы несущих конструкций (в архитектуре и мебели) превращаются в кости или стволы деревьев, а ограждающие – в кожу, мембрану или оболочку (‘building envelope’). Несмотря на то, что такое явное разделение конструкций на «кожу и кости» во многом обусловлено развитием технологий, в традиционной архитектуре достаточно аналогий. Так, бумажные перегородки сёдзи в японском доме или решетки машрабия в арабской архитектуре (рис. 11) традиционно выполняли функцию мембраны, контролируя поток света, воздуха и тепла (что, кстати, позволило рассматривать их в контексте экологического или «морфоэкологического» проектирования, термин М. Хенсела и А. Менгеса).
 |  |
| Рис. 11. Традиционное для исламской | Рис. 12. Стены и потолок музыкального зала |
Большинство аналогий из биологии связано с процессом проектирования и потому может не отражаться в конечной форме. Основная аналогия, связанная с конечной формой, – «вещь – организм». Согласно ей, структура вещи интерпретируется как скелет, обтянутый кожей (отсюда архитектура и мебель «из костей»). Подобную аналогию можно найти и в традиционной архитектуре, поскольку её «оболочка», как и сегодня, выполняла функцию мембраны, осуществляя «метаболизм» между внешней и внутренней средой, хотя и традиционными средствами. Такой подход применяется в экологическом проектировании, однако часто перенимает его недостаток – невыразительность решений. Кроме того, он достаточно сложен, поскольку нельзя просто соединить «кости» с традиционными «паттернами», необходимо искать другие решения, связанные с традиционной формой или традиционной организацией пространства.
4. Новый принцип – «оживление» традиции: интерактивность и роботизация
Следующий подход тесно связан с достижениями в области техники – это «оживление» традиции.
М. Хенсел, А. Менгес и М. Уинсток пишут: «Эмерджентность [т. е. свойство системы, когда целое больше суммы частей. – Прим. авт.] требует новых стратегий в дизайне – стратегий, которые проистекают из эволюционного развития живых систем, свойств их материалов, их метаболизмов, их адаптивной реакции и способствуют изменению среды этих систем» [3, с. 11]. Примеров «адаптивной реакции», приспособления к изменению условий окружающей среды много в современной архитектуре. Так, например, система «умный дом» управляет процессами отопления и охлаждения, контролирует освещенность. Второе рождение обретает идея «метаболизма» и т. д.
 |  |
| Рис. 13. Кинетическая скульптура, | Рис. 14. Пример интерактивного искусства |
Дизайн и искусство также рефлектируют эти идеи. Так появилось интерактивное искусство – объекты, реагирующие на шум и движение, а также кинетическое искусство, заимствующее технологии из робототехники. Все эти направления, безусловно, отражают ориентированную на инновации современную «биологическую парадигму», поскольку стремятся почти буквально «оживить» искусство, следуя идее самоорганизации живых систем.
В качестве примера приведем созданную в Южной Корее кинетическую скульптуру, изображающую Будду (рис. 13). Механизмы позади самой фигуры позволяют рукам двигаться из стороны в сторону, что делает Будду похожим на робота. Хотя этот пример нельзя отнести к морфогенетическому проектированию, он отражает возможный подход к переосмыслению традиции. Другой пример – спроектированная в Германии интерактивная стена, отверстия в которой расширяются, реагируя на движения прохожих, и пропускают больше света, благодаря чему возникает световое «отражение» пешехода (рис. 14). Подобный прием можно использовать и при переосмыслении традиции, варьируя паттерны по аналогии с первым способом.
Отметим также, что провозглашенный М. Хенселом и А. Менгесом перформативный подход, предполагающий процесс изменения объекта во времени – также часть «оживления» в современном проектировании. Как уже говорилось, многие аналогии между современным проектированием и биологией касаются, прежде всего, процесса поиска формы, а не конечного результата. Хайман Э. пишет: «На протяжении практически всей своей истории архитектура была увлечена конечным и статичным результатом. Но с возникновением постмодернизма проявился другой интерес: архитектура всё более увлекается процессом создания проекта … Далее эта игра, выходя на просторы современности, воплощается в диаграммном мышлении, когда презентации архитекторов все более напоминают инструкцию по сборке и развитию архитектурного объекта». Такой подход связан с изменениями в научной картине мира, согласно которой «сложные объекты живой и неживой природы являются производными процессов» [2]. Появление в современных проектах нового компонента – времени (с помощью «генетического алгоритма») отмечает И. А. Добрицына [1, с. 285].
Важность процесса в современной парадигме, вероятно, обусловлена влиянием идей эволюции, а продемонстрировать процесс «эволюции формы» позволяет перформативный подход, который, мы полагаем, в перспективе может быть применен и при переосмыслении традиции. В качестве примера приведем проект одного из студентов А. Менгеса, иллюстрирующий подход к созданию материалов, предложенный М. Хенселом. В проекте создана поверхность, «паттерны» которой имитируют чешуйки шишек (рис. 15). Точно так же, как шишка открывается или закрывается в зависимости от уровня влажности, на уровень влажности реагируют и элементы поверхности, сделанные из тонких слоев шпона (рис. 16).
 |  |
| Рис. 15. Шишка, открывающаяся | Рис. 16. Поверхность, образованная «паттернами» из тонких |
Основы перформативного подхода можно найти и в традиции. В качестве традиционного аналога – одного из предшественников перформативного подхода – М. Хенсел приводит исламскую архитектуру – музыкальный зал, прорези которого улучшают акустику помещения (рис. 12). Отверстия, «поры» в принципе играют важную роль в традиционном исламском интерьере, контролируя не только звук, но и свет, тепло, вентиляционные потоки, т. е. играют роль мембраны, улучшая микроклимат.
Такой подход, как уже говорилось, тесно связан с достижениями в технике, информатике и т. д., что требует либо сотрудничества с представителями этих специальностей, работы в команде, либо невероятного расширения навыков проектировщика. Однако эксперимент, проведенный под руководством А. Менгеса, показывает, что существуют и более простые решения, чем роботы и сенсоры.
Итак, мы исследовали возможности переосмысления традиции в современном «эволюционном» проектировании и выделили следующие способы: 1) эволюция формы (использование традиционных паттернов, сечений, контуров); 2) эволюция принципов (закладывание идей новой науки в традиционные формы и «уточнение» их); 3) проведение аналогий между традицией и современностью (например, по сходству функций); 4) «оживление» традиции (включение технических достижений – роботизация, использование сенсоров и т. д.). Мы можем заключить, что эти подходы еще находятся в процессе формирования, в связи с чем в будущем возможна их трансформация, появление одних и исчезновение других. Однако уже сейчас можно сказать, что в «эволюционном» морфогенетическом проектировании существуют широкие возможности для переосмысления традиции, не сводящиеся к использованию традиционных «мотивов», декора, а отвечающие современной парадигме, поскольку отражают «органическую» логику современной науки.
Вслед за Э. Хайманом коротко новый подход можно охарактеризовать так: «Если ранее архитектура [и дизайн] вдохновлялась природными формами, то теперь природа поставляет архитекторам [проектировщикам] свои методы и технологии работы с формой и материей» [2]. Однако эти методы достаточно сложны, синтетичны и основаны на «неразличении», связывании, «гибридизации», что усложняет поиск решения проблемы идентичности в дизайне.
References
1. Dobritsyna, I.A. (2004) From Postmodernism to Nonlinear Architecture: Architecture in the Context of Modern Philosophy and Science. Moscow: Progress-Traditsiya (in Russian).
2. Khaiman, E. New Morphology of Architecture. Why Do Buildings Needs Genes? [Online] Architecture of Russia. 1999–2014. Available from: http://archi.ru/russia/40448/novaya-morfologiya-arhitektury-zachem-geny- ... (in Russian)
3. Hensel, M., Menges, A., Weinstock, M. (2010) Emergent Technologies and Design: Towards a Biological Paradigm for Architecture. Oxon: Routledge.
4. Hensel, M. (2008) Performance-Oriented Design Precursors and Potentials. In: Versatility and Vicissitude: Performance in Morpho-Ecological Design: Architectural Design. Vol. 78. No.2. London: Wiley
5. Hensel, M. (2006) Towards Self-Organisational and Multiple-Performance Capacity in Architecture. In: Techniques and Technologies in Morphogenetic Design: Architectural Design. 2006. Vol. 76. No. 2. London: Wiley.
6. Jabi, W. (2013) Parametric Design for Architecture. London: Laurence King Publishing Ltd.
7. Menges, A., Hensel, M. (2008) Material Performance. In: Versatility and Vicissitude: Performance in Morpho-Ecological Design: Architectural Design. 2008. Vol. 78. No. 2. London: Wiley.
8. Saunders, A. (2009) Baroque Parameters. In: Theoretical Meltdown: Architectural Design. 2009. Vol. 79. No. 1. London: Wiley.
9. Stiny, G. (2006) Shape: Talking about Seeing and Doing. Massachusetts: MIT Press.
10. STUDIOPLEX volume 1: Architecture, a timely matter. In: UCLA Architecture and Urban Design. Tokyo: Sogo Shikaku. 2012.
Citation link
Tretyakova M.S. ‘EVOLUTIONAL’ MORPHOGENETIC DESIGN: POTENTIALITIES FOR INTERPRETATION OF THE TRADITION [Online] //Architecton: Proceedings of Higher Education. – 2014. – №4(48). – URL: http://archvuz.ru/en/2014_4/19
Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons "Attrubution-ShareALike" ("Атрибуция - на тех же условиях"). 4.0 Всемирная
