[[alternative]]Interpretation of transparent pattern of fabric by digital fabrication

碩士[[abstract]]布料的飄逸、透明、不確定性、無邊界等性質，與磚、木頭、混凝土、玻璃等現今常見的建築材料存在著極大的差異性，彼此間衝突性的差異使的布料在現今建築的應用十分有限。然而布料最使我著迷的是自由飛舞時那摸不著邊際婆娑舞動的線條、紋理等所構成的透明特質，有別於Colin Rowe提出的透明性，試圖架構在現今擁有新的技術、工法、材料等條件下，重新詮釋數位時代的透明性。因此本研究目的為探索布料的透明紋理與材料之間的關係，並透過參數化設計和數位製造的介入，進而創造新的空間氛圍及構築方式。 本研究步驟主要分為二階段。第一階段著重於布料的紋理與透明的研究，對於布料擺動時的皺褶、層疊、交錯關係、軟性模糊邊界等視覺上的紋理，進行觀察與詮釋，將其中隱藏的秩序、規則透過數位軟體的演算機制及幾何形體的衍生重新詮釋布料之紋理及織理性。第二階段則是強調織理結構與透明的探討，從平面紋理到2.5維的向度、3向度再到具有結構性的紋理，再將紋理再次拆解到可被構築的單元，透過單元與單元的聚合(Aggregation)構成合理的結構行為，整體而言是透過軟性平面材料的加工到具備結構性的發展過程。在這二個階段，分別藉由兩個展示亭Stretching Pavilion及Folding Pavilion予以了解並檢視。 整體而言，本研究從三個不同的尺度解析布料之透明性，在巨觀上透過半透明材料的切割、層疊、彎曲等加工方式詮釋布料的型態與紋理，至中尺度布料材料性的應用和衍伸，以PVC版的切割、加熱、拉扯、定型等加工步驟對於布料張力之詮釋，最後微觀上以布料的製作原理─『編織』為發想，透過小單元的聚合發展出具結構性的形體。本研究提供了軟性材料從參數化設計到數位製造的流程與構築之可能性，以及透明紋理在數位時代新的空間氛圍與意義。[[abstract]]In its flowing, translucent, and ever-changing nature, the fabric in sharp contrast against the commonly architectural materials of today such as brick, wood, concrete and glass. The confliction of this contrast causes a great deal of limitations to be placed upon the uses of fabric in contemporary architectural design. However, what the fabric attracts me is its billowing folds, which displays a weightless intangibility of barely existent lines and patterns, to create a sense of transparency. This transparency is different from the transparency as defined by Colin Rowe in “Transparency: Literal and Phenomenal”. Furthermore, we believe that the new technology and materials will evolve the meaning of transparency in the digital age. Therefore, the aim is to explore the relationship between materials and the transparent pattern of fabric through parametric design and digital fabrication, and then create the new possibilities of spatial atmosphere and tectonics. This research is comprised of two major stages. Emphasis will first be placed upon furthering one’s understanding of the fabric’s patterns and its transparency. In order to further recreate the nature of the material, I studied aspects of the fabric such as the pattern of folding, layering, interweaving, blurring and so on. The aim is to reveal the hidden pattern and rules between the above aspects which can be computed by digital programming and fabrication to evolve and develop new meanings within the nature of the fabric’s pattern and weave. In the second stage, the focus falls upon transforming the fabric from its one-dimensional flatness into an eventually three-dimensional image. The possesses structured patterns before reducing the patterns into an unit that can be used architecturally through a process of aggregation for a logistical composition. These two stages are respectively evaluated by the stretching pavilion and the folding pavilion. Overall, this research approaches the issue of digital transparency of fabric from three different scales. On the larger scale, I interpret the various forms and patterns of fabric, through the process of the cutting, layering, bending of translucent materials. On the secondary level scale, I develop the materiality of the fabric through cutting of PVC boards, heating, stretching, and stabilizing give the meaning to the tension of the material. Finally, on the smallest scale, I get the inspiration from the “sewing” of the fabric to aid the creation of a new project by means of structuring a form through the aggregation of units. The research provides the possibility of architectural design and digital tectonics through parametric design and digital fabrication as well as how the transparent pattern plays a role in the digital era of spatial atmosphere and meaning.[[tableofcontents]]章節目錄 第一章 緒論1 1 - 1 研究動機2 1 - 1.1 建築之“剛硬”2 1 - 1.2 建築之“柔軟”2 1 - 1.3 布料的柔軟與強韌3 1 - 1.4 建築皮層之於服裝4 1 - 1.5 數位媒材帶來的可能性5 1 - 2 研究目的7 1 - 2.1 探討布料之材料性7 1 - 2.2 布料的舞動與透明7 1 - 2.3 透明 vs 建築8 1 - 2.4 數位設計到數位製造的實踐8 1 - 2.5 以參數化設計探討布料織理的詮釋8 1 - 3研究流程10 第二章 文獻回顧11 2 - 1 布料的組織與構成12 2 - 1.1 布的編織技法12 2 - 1.2 布的編織材料及種類15 2 - 1.3 布的特性15 2 - 1.4 布的操作手法16 2 - 1.5 布料於生活的運用17 2 - 1.6 布料與建築19 2 - 2 透明21 2 - 2.1 透明的定義21 2 - 2.2 材料的演進及玻璃的運用21 2 - 2.3 透明的手法23 2 - 2.4 Colin Rowe 透明性25 2 - 3 數位與透明26 2 - 3.1 數位設計的特性26 2 - 3.2 數位製造28 2 - 3.3 數位透明紋理30 第三章 案例研究31 3 - 1 布料與空間32 3 - 1.1 布料之於裝置32 3 - 1.2 布料之於建築35 3 - 1.3 布料之於地景37 3 - 2 數位建築與透明38 3 - 2.1 變幻下的透明39 3 - 2.2 形變下的透明40 3 - 2.3 虛實交錯的透明41 3 - 3 小結42 第四章 透明紋理之試驗43 4 - 1 動態布料之模擬44 4 - 1.1 布料運動之操作44 4 - 1.2 平面波動之形變46 4 - 1.3 模型操作49 4 - 2 (半)透明材料之透明詮釋51 4 - 2.1 穿透之透明51 4 - 2.2 漸層之透明54 4 - 2.3 層疊之透明 57 4 - 3 不透明材料之透明詮釋62 4 - 3.1 張力之透明62 4 - 3.2 飄逸之透明65 4 - 4 小結66 第五章 設計操作一 Stretching Pavilion67 5 - 1 設計說明68 5 - 1.1 綠色博覽會68 5 - 1.2 基地68 5 - 1.3 材料選擇69 5 - 2 設計過程與製作步驟70 5 - 2.1 設計過程70 5 - 2.2 製作步驟76 5 - 3 設計檢討83 5 - 3.1 材料、施作方式與工法83 5 - 3.2 透明性的表現84 第六章 透明紋理與結構性87 6 - 1 平面紋理到2.5維構成88 6-1.1 紋理立體化模型88 6-1.2 發展限制90 6-2 平面紋理到3維空間91 6-3 小結93 第七章 設計操作二 Folding Pavilion 94 7 - 1 設計說明95 7 - 2 Arch Folding Pavilion 95 7 - 2.1 設計步驟95 7 - 2.2 製作步驟99 7 - 3 Spiral Folding Pavilion 104 7 - 4 設計檢討108 第八章 結論與後續研究建議109 8-1 透明紋理的詮釋110 8-2 數位構築-從虛擬模型到真實製造111 8-3 後續研究建議114 參考文獻119 附錄121 圖目錄 第一章 緒論1 圖1 – 1 Diller Scofidio + Renfro,The Blur Building 2 圖1 – 2 MOOM Temporary Pavilion3 圖1 – 4 Santa Caterina Market 屋頂4 圖1 – 3 Al Bahar Towers 隨著太陽改變的互動式皮層4 圖1 – 5 Frank Gehry Walt Disney Concert Hall and Sketch5 圖1 – 6 水利方結構與泡膜6 圖1 – 7 舞動的裙擺7 第二章 文獻回顧11 圖2 – 1 傳統織布方式12 圖2 – 2 梭織法12 圖2 – 3 (a) 斜紋織 (b) 緞文織13 圖2 – 4 針織法(a) 緯編 (b) 經編13 圖2 – 5 不織布織理13 圖2 – 6 網織13 圖2 – 7 AD 雜誌 184期 Architextiles19 圖2 – 8 萬神殿23 圖2 – 9 Ludwig Mies van der Rohe Farnsworth House24 圖2 – 10 KAIT工房立面24 圖2 – 11 Barcelona Pavilion24 圖2 – 12 Colin Rowe透明性25 圖2 – 13 Bauhaus學院25 圖2 – 14 Villa Stein25 圖2 – 15 Atlas of Novel Tectonics26 圖2 – 16 西洋棋與圍棋之類比26 圖2 – 17 多元系統的拼貼與單一系統組合26 圖2 – 18 單一系統不同功能之轉換27 圖2 – 19 客製化之生產與標示27 圖2 – 20 Digital Fabrications: Architectural and Material Techniques28 圖2 – 21 以Sectioning方式製作的長凳28 圖2 – 22 Tessellating將曲面碎化組構而成28 圖2 – 23 將紙板折成一個簡易的休憩空間28 圖2 – 24 以CNC銑床洗出來的實體模型29 圖2 – 25 Forming石膏灌注模型29 圖2 – 26 以skeleton卡接方式組成之展示亭29 圖2 – 27 od''s Omotesando Buiding30 第三章 案例研究31 圖3 – 1 MOOM Temporary Pavilion 搭建32 圖3 – 2 結構細部資料來源33 圖3 – 3 Aqua-scape 概念發展34 圖3 – 4 漂浮於水上的結構體34 圖3 – 5 垂吊的不織布隨人的移動產生形變35 圖3 – 6 Curtain Wall House 帷幕打開和閉合36 圖3 – 7 貫穿紐約中央公園的“門”37 圖3 – 8 (a)透明 (b) 半透明 (c) 不透明材質的透明38 圖3 – 9 室內的光線和氛圍39 圖3 – 10 控制進光量的裝置39 圖3 – 11 透過銅片角度的扭轉達到穿透效果40 圖3 – 12 不同角度觀看教堂所呈現不同的效果41 圖3 – 13 鋼板及鋼柱細部41 第四章 透明紋理之試驗43 圖4 – 1 運動中的布料45 圖4 – 2 線性波紋與平面的形變46 圖4 – 3 線性波紋與平面的形變47 圖4 – 4 放射狀波紋與平面的形變 48 圖4 – 5 放射狀波紋的變形48 圖4 – 6 (a) Perlin Noise 生成的曲線(b) 將曲線Loft成曲面(c) 將模型切片(d) 送至雷射切割機的切割圖49 圖4 – 7 五個各自運動中曲面的層疊50 圖4 – 8 兩相交平面之立面圖50 圖4 – 9 兩相交平面透視圖50 圖4 – 10 兩相交平面透視圖50 圖4 – 11 不同皺摺程度所呈現之透明度51 圖4 – 12 線條初始狀態51 圖4 – 13 置入五個擾動點52 圖4 – 14 亂入布點52 圖4 – 15 加入第二個向度的直線，不同數量擾動點之變化52 圖4 – 16 將線條三度空間化52 圖4 – 19 均質布點下的紋理53 圖4 – 20 亂數布點53 圖4 – 17 由Image Sampler 製作之圖像53 圖4 – 18 局部放大53 圖4 – 24 三邊、四邊、六邊形之漸變54 圖4 – 21 曲線和圓心的關係54 圖4 – 22 漸變之穿孔板54 圖4 – 23 圓的漸變54 圖4 – 25 三角面之漸變55 圖4 – 26 四角面之漸變55 圖4 – 27 四角面之漸變255 圖4 – 28 水平向之漸變56 圖4 – 29 垂直向之漸變56 圖4 – 30 雙向之漸變56 圖4 – 31 原始波紋模型57 圖4 – 34 層疊模型切割圖57 圖4 – 32 Z軸上等距剖面切割57 圖4 – 35 層疊紋理之切割模型57 圖4 – 33 切割平面的層疊57 圖4 – 36 切割紋理58 圖4 – 38 模型成品58 圖4 – 37 模型製作過程58 圖4 – 39 實體模型59 圖4 – 41 已產生形變之3D模型59 圖4 – 42 相同曲度平面之切割59 圖4 – 40 模型再次變形59 圖4 – 43 切割面之層疊59 圖4 – 44 移動控制點產生不同形變60 圖4 – 45 紋路置於不同曲面上之效果60 圖4 – 46 紋路於筒狀空間之效果60 圖4 – 47 紋路於線性空間61 圖4 – 48 均質的分割62 圖4 – 49 由孔隙控制曲度62 圖4 – 51 切割圖63 圖4 – 50 模型製作過程63 圖4 – 52 均質之密度64 圖4 – 53 外疏內密64 圖4 – 54 外密內疏64 圖4 – 55 均質密度之形變65 圖4 – 56 外疏內密之形變65 圖4 – 58 隨風運動時產生的開口65 圖4 – 57 布料之原始狀態65 第五章 設計操作一 Stretching Pavilion67 圖5 – 1 武荖坑風景區68 圖5 – 2 波光粼粼之海面及賽璐璐片表面反光69 圖5 – 3 光透過卡點西德的光影效果69 圖5 – 4 曲面形體的切割70 圖5 – 5 平面圖70 圖5 – 6 骨架及各個單元70 圖5 – 7 3D曲面壓平成2D到紋理分布之示意圖71 圖5 – 8 曲面和PVC面之關係計算72 圖5 – 9 1/10 模型測試72 圖5 – 10 正面PVC紋理73 圖5 – 11 反面PVC紋理73 圖5 – 12 正立面PCV片切割圖74 圖5 – 13 背立面PCV片切割圖74 圖5 – 14 平面75 圖5 – 15 透視175 圖5 – 16 透視275 圖5 – 17 裁剪製作過程76 圖5 – 18 卡點西德黏貼過程77 圖5 – 19 震動刀切割機切割78 圖5 – 20 單座PVC切割紋路分成數個檔案切割78 圖5 – 21 木框切割圖79 圖5 – 22 木框組裝過程79 圖5 – 25 PVC片組裝過程80 圖5 – 23 單座單元組裝完成80 圖5 – 24 接點細部80 圖5 – 26 基地上組裝過程81 圖5 – 27 現場照片81 圖5 – 28 入口82 圖5 – 29 過道之光影82 圖5 – 30 光影打在骨架上及原本PVC的層疊關係84 圖5 – 31 由不同方向觀看作品紋路84 圖5 – 32 白天及夜間波紋效果85 圖5 – 33 夜間光影效果86 第六章 透明紋理與結構性87 圖6 – 1 相同方向性摺線紋理形變模型88 圖6 – 2 曲線方向性交雜摺線紋理之形變模型89 圖6 – 3 單元性紋理形變模型89 圖6 – 4 單元性紋理形變模型90 圖6 – 5 紋理到三度空間之想像91 圖6 – 6 平面切割紋理91 圖6 – 7 不同程度之形變92 圖6 – 8 不同尺寸單元的組合紋理93 圖6 – 9 不同曲度漸變單元紋理93 第七章 設計操作二 Folding Pavilion 94 圖7 – 1 從曲線到形體的生成95 圖7 – 2 取率過大造成Rhino攤平後的錯誤單元95 圖7 – 3 直線與曲線的卡接96 圖7 – 4 摺疊單元邊線的聚合96 圖7 – 5 單元角度的漸變96 圖7 – 6 單一拱的生成96 圖7 – 7 單一拱同樣數量不同角度形成的曲線96 圖7 – 8 單一拱的構成步驟97 圖7 – 9 起始點位置的差異97 圖7 – 10 基準面到單元97 圖7 – 11 平面98 圖7 – 12 立面98 圖7 – 13 單元生產步驟99 圖7 – 14 Arch Folding Pavilion 所有單元依序之切割圖100 圖7 – 15 單元測試模型101 圖7 – 16 製作步驟101 圖7 – 18 局部放大102 圖7 – 17 空間模擬圖102 圖7 – 19 拱形外紋理103 圖7 – 20 接合面紋理103 圖7 – 21 Spiral Folding Pavilion 平面圖104 圖7 – 22 Spiral Folding Pavilion 立面圖104 圖7 – 23 假想圖105 圖7 – 24 空間效果圖106 圖7 – 25 單元密度漸變107 第八章 結論與後續研究建議109 圖8 – 1 模型切割圖112 圖8 – 2 不同單元尺寸與數量之空間114 圖8 – 4 單元內摺角度的改變115 圖8 – 3 單元漸變角度的改變115 圖8 – 6 (a)拱形內之 紋理 (b)拱形外之紋理 (c) 真實模型接合處外露116 圖8 – 5 構築因素關係圖116 圖8 – 7 反射性高之金屬空間效果118 圖8 – 8 沖孔板之空間效果118 圖8 – 9 局部放大118[[note]]學號: 601360265, 學年度: 10