Methods for morphogenesis and ecology in architecture:designing the Bothnian Bay cultural center

Tiivistelmä opinnäytetyöstä Olen hyödyntänyt diplomityössäni algoritmisia työskentelymenetelmiä uudenlaisessa suunnitteluprosessissa, jossa käytän luonnonilmiöitä sekä niiden taustalla vaikuttavia voimia arkkitehtuurin muotokielen pohjana. Digitaalisen morfogeneesin keinoin simuloin rakennuspaikan ekologiaa ja sen vaikuttavia tekijöitä kolmiulotteiseen kappaleeseen. Tähän prosessiin pohjautuva suunnitelma yhdistää visuaalisesti simuloituja luonnonvoimia sekä perinteisiä, manuaalisia suunnittelumenetelmiä. Käyttämällä algoritmisia työskentelymenetelmiä, on tarkoituksenani ollut löytää uusia tekniikoita ja inspiraation lähteitä arkkitehtisuunnittelun tueksi. Algoritmisten menetelmien käyttö toimii apuna niin inspiraation etsinnässä, kuin myös suunnittelun apuvälineenäkin. Tämä diplomityö jakautuu kahteen osioon; prosessinkuvaukseen sekä prosessiin pohjautuvaan suunnitelmaan. Prosessinkuvaus esittää käyttämäni työskentelymenetelmät sekä niiden taustalla olevan ajatteluprosessin, jossa hyödynnän luonnonvoimien simulointia osana luovaa suunnittelua. Suunnitelmaosio havainnollistaa prosessin avulla tehtyä suunnitelmaa. Lopullisen työn arvioimisen kannalta molemmat osat ovat yhtä tärkeitä; yhdessä ne kuvaavat koko prosessin konseptista suunnitelmaan ja siten täydentyvät kokonaisuudeksi. Tavoitteenani on ollut tutkia nykyaikaisen arkkitehtuurisuunnitteluprosessin kehittämistä algoritmisten työskentelymenetelmien avulla. Tarkoituksenani ei ole ollut saavuttaa suunnitteluratkaisua napin painalluksella, vaan saavuttaa algoritmisten työskentelymetodien sekä perinteisen luonnostelun pehmeämpi integraatio. Algoritmiset suunnittelumenetelmät tarjoavat uusia tapoja älykkään informaation ja motivaation etsimiseen suunnitteluratkaisujemme pohjaksi. Hyödyntäen algoritmisia työskentelymenetelmiä, tein työkalut, joiden avulla simuloin visuaalisesti luonnonvoimien vaikutuksia objekteihin. Niiden toiminta perustuu NURBS-pintojen (Non-uniform rational B-spline) kontrollipistematriisien muokkaukseen, eli pintoja säätelevien kontrollipisteiden siirtämiseen. Testasin ja analysoin erilaisia alkioita (eng. seed) evoluutioprosessin alkuasetelmina ja näiden avulla suunnittelin alkion, jota käytin lopullisessa suunnitelmassa. Evolutiivisten menetelmien sekä vaikuttavien luonnonvoimien avulla päädyin ratkaisuun, jota pystyin hyödyntämään informatiivisena luonnoksena työn jatkosuunnittelussa. Lopullinen suunnitelma on arkkitehtoninen kuvaus digitaalisesti kasvaneesta orgaanisesta muodosta. Olen pyrkinyt välttämään tuttuja maneereita sekä olemassa olevien ratkaisujen suoraa referointia; pyrin inspiroitumaan rakennuspaikan yksilöllisestä ekologiasta sekä suunnittelutehtävästä. Käyttämäni uudet tekniikat mahdollistivat inspiraation etsimisen luonnollisista lähtökohdista, tarjoten luonnosteluun avaramman katsantokannan.Abstract of thesis This diploma work employs algorithmic design methods in a design process that uses natural phenomena as the basis of its architectural morphology. It implements digital morphogenesis in reaction to ecology and the infl uential forces of the building environment. The resulting design of this process is a combination of the application of these forces and the use of traditional design methods. With the help of algorithmic design methods, my goal has been to fi nd new techniques and inspiration in the aid of architectural design. The use of computational methods in architecture have the ability, not just to aid in the design, but to aid in the search for inspiration for the design as well. This work is divided into two equally important sections; the description of the process and the case study. The description of the process demonstrates the methods used and the thinking involved in incorporating nature's infl uential elements as part of the creative task, as the case study illustrated the outcome of that process. Both sections are equally important in evaluating this work. Without one, the result of this diploma work would be incomplete and uninformative. Together they describe a fluent process from concept to design and as such, the distinctive parts complete each other. My intention was to study different possibilities in which algorithmic aided design could develop the process of architectural design. My intention was not to reach a final and definitive answer to the design problem just by creating a set of design tools and then pressing a ’start‘ button; the methods used in this diploma work offer a more soft-touch integration of computational methods as an extension of our inspiration and sketching processes. Algorithmic design methods offer new ways of searching for information and motivation to reinforce our design intentions. Using algorithmic design methods, I created tools for simulating nature's environmental and visual forces. These tools create transformations in NURBS-based (Non-uniform rational B-spline) surfaces through the translation of their respective control point matrices. Using these tools, I tested and analysed several different seeds that would work as the starting point for the evolutionary process. Based on that information, I designed a seed to be used in the process of the final design. Through evolutionary methods and the influential environmental forces, I received a final solution that I then used as an informed draft to further refine my design. The final case design is a digital representation of an organic architectural form. I have avoided the use of pre-learned mannerisms and direct references to existing solutions. This offered the possibility to be inspired by the location, its ecology and the design problem itself, rather than just looking into recent architectural publications as source for inspiration. These new techniques offered me a way to break free from the limitations of my own mind, and truly search for alternative solutions through the inspiration of nature