Els sistemes cinètics com a eina de disseny en arquitectura. Estudi del potencial formal i de control geomètric.
Authors:   , Moya Sala Joaquim 
Published: September 2023

Aquesta tesi tracta de les possibles aplicacions que puguin tenir els sistemes de simulació física en el camp de l'arquitectura.
Aquests mecanismes s'han fet servir profusament en la informàtica ja sigui per a generar animacions, per a càlcul estructural, per
investigació etc. Però només recentment s'ha plantejat la possibilitat de fer-les servir com una eina de modelat per als programes
de CAD. En aquest sentit la tesi tracta aquesta possibilitat de manera extensa investigant la viabilitat de la idea des de diferents
punts de vista i buscant aplicacions per a la mateixa.
Es fa una breu exploració dels diferents tipus de models de simulacions físiques. A partir d'aquest estudi i basant-se en els
plantejaments teòrics es va generar un software destinat a comprovar tots els aspectes que es van esmentant. El fet de generar
un programa va resultar de molta utilitat a l'hora de verificar les idees i estructurar-les correctament. Amb aquest programa es van
poder generar models de tota mena, des de arcs funiculars fins a sistemes de malles de pannells que més endavant van poder-se
exportar a altres plataformes de CAD amb les que estudiar els resultats. Les simulacions es basen en les formules de Newton
aplicades sobre un model de partícules en el que es tenen en compte forces que fan que interactuïn entre elles. A partir
d'aquestes interaccions es defineixen o s'optimitzen models tridimensionals conferint-los una sèrie de propietats que s'analitzen
mes endavant. Per altra banda les transformacions que pateix aquest model poden ser controlades des de menús de manera que
modificant un paràmetre el model es modifiqui automàticament sense la intervenció directa de l'usuari.
A nivell de càlcul el programa fa servir sistemes iteratius per a generar transformacions en un model. Seria doncs un procés
equivalent a generar una maqueta física del nostre projecte però en el que a més podem controlar la física del model de manera
que les possibilitats d'ús siguin més amplies.
Es troben doncs tres possibles camps en els que la tesi pot tenir aplicació directa que seria per a processos generatius en
arquitectura, per a pannel•lització i per a generar sistemes tènsils. També apareixen altres possibles aplicacions secundaries per a
facilitar la modificació d'estructures complexes o simular el control paramètric d'elements arquitectònics. A més de tot això també
sorgeixen aspectes inesperats que durant la tesi no s'havien tingut en compte i que al crear un programa s'han pogut apreciar,
com certs processos subliminals d'ajust de la forma que tenen lloc en un segon terme o similituds amb certs elements i processos
naturals. Així doncs es presenta un anàlisi complet del que significarien els sistemes dinàmics un cop fossin aplicats a
l'arquitectura tenint en compte la seva possible repercussió en el disseny.
Un aspecte rellevant de la tesi es la relació que s'estableix entre les funcions dinàmiques i la geometria ja que es pretén que els
sistemes de forces serveixin, entre altres coses, d'eina de resolució geomètrica. Estudiant els casos en que es poden aplicar i les
característiques geomètriques que confereixen als models es pot establir quins possibles usos generals poden tenir en els
projectes.
Tot això s'emmarca en un context en el que les eines digitals estan en un clar procés de creixement i en el que hi ha una
tendència creixent variar la relació amb l'usuari i la manera de com es controlen els processos interns, avançant cada cop més
cap a sistemes visuals de programació i cap a un ús més complet de la capacitat de computació que actualment es fa servir
només de forma puntual.
This Thesis analyzes the role of physics based algorithms in architectural applications as a generative tool and problem solver
mechanism. While physics simulations in digital media had been used for animations, structural calculations or scientific research,
there is a lack of studies about the possible uses that it poses for CAD programs. This Thesis tries to fill this gap studying possible
applications of this mechanism, from different view points, and trying to extract global rules for their use.
In the Thesis we could find an exploration of different methods used in physics simulations, based on this study and some
theoretical ideas a software was developed allowing me to test all the theoretical concepts previously exposed. The development of
this software was essential to verify that the exposed ideas were correct and also helped to reshape the theoretical structure. All
sort of models, ranging from funicular arches to panel meshes were generated using this software and were exported to other
platforms to study the results.
Physics simulations are based on Newton's formulas applied on particle systems that interact using force fields. These interactions
give rise to new 3d shapes and multiple optimization processes that are studied in the thesis. On the other hand the software also
allows the user to control the transformations of the model using a parametric tool.
The program uses iterative algorithms to modify the model because it is a robust and simple method that could be tested on any
computer. The final process is similar to a real physical model of our project but giving the opportunity to control the physics that
rule our model allowing more uses than a conventional physical model.
There are three areas in which physics based methods could be applied: Generative methods, panelization and tensile structures.
There are also other less defined applications as control methods for complex structures and parametric-like control methods of
conventional models. Moreover unexpected phenomena takes place in the research process like subliminal long term optimization
or natural-like processes.
And important issue in this study is the relation between geometry and force fields because there is an interest in solve geometrical
problems using forces. Studying the geometric properties that this method gives to the model we can point out which kind of uses
is could have. It is also important to look for similarities between geometric shapes and forces to associate both in concepts that
could be easily understand by users.
This study takes place in a moment when digital tools are growing and the relationship between users and machines is changing
continuously in the direction of visual programming. So this study is also trying to make a closer relationship between advanced
digital methods and architectural needs to update the current practice.
Barcelona