A introdução da programação ao ambiente de projeto permitiu ampliar limites até então pré-concebidos a respeito das capacidades de análise e desenvolvimento do design. Para tal, a exploração, a pesquisa, e a colaboração provaram-se essenciais no desenvolvimento gradual e constante das ferramentas computacionais que utilizamos.

Tradicionalmente, o compartilhamento de trechos de código e kits de execução são parte integral e importante do universo da computação. Comunidades de programadores espalhadas pela web frequentemente distribuem e discutem estes algoritmos coletivamente visando criar uma rede de conhecimento e partilha.

Ocasionalmente a partir destes trechos e partilhas surgem soluções que, por terem sido mais desenvolvidas e destinadas ao uso geral, destacam-se e são então compreendidas como plugins ou extensões - ganhando vida própria.

Embora plugins e extensões representem apenas um acréscimo de funções dependentes de um código-mãe, seu uso pode apresentar vantagens grandes para o desenvolvimento de um projeto.

Tratando-se especificamente de Design Computacional, daremos ênfase neste artigo a 12 plugins para o Grasshopper que são extremamente úteis e amplificam o potencial do projeto.

1) Análise Climática | Ladybug

O desenvolvimento de projetos adaptados ao clima e o seu contexto são fundamentais não apenas pelos fatores ecológicos, mas também por promoverem cidades que fomentam a saúde e a qualidade de vida de seus habitantes.

Nesta categoria o plugin que mais se destaca é o Ladybug. Iniciado em 2012, ele surgiu da dificuldade e dispersão de recursos necessários para este tipo de processamento.

“Eu não aguentava os fluxos de trabalho repetitivos, simplificados e desconectados que eu tinha que usar diariamente, bem como a falta geral de conhecimento sobre projetos de construção sustentáveis. Eu queria educar mais pessoas sobre os princípios do design ambiental de edifícios e isso aconteceu por meio do Ladybug!” - Mostapha, Criador do Ladybug

Hoje o Ladybug cresceu e se tornou um aglomerado de bibliotecas e plug-ins interconectados que são usados na academia, bem como em escritórios de arquitetura e engenharia de todo o mundo. Vários concorrentes existem atualmente, mas sua principal vantagem está em ser um plugin gratuito e open-source.

Com ele é possível analisar os efeitos do clima de um local, colhendo resultados como a radiação solar, a sensação térmica em diferentes épocas do ano e a efetividade de brises e painéis solares.

2) Análise Energética | Honeybee

Produzido na sequência do Ladybug, Honeybee é sua extensão irmã e se direciona a objetivos relativos a eficiência energética. O plugin permite analisar e explorar questões relativas a iluminação natural e o conforto térmico, bem como executar simulações e estimar o consumo de energia.

Enquanto Ladybug fornece dados que validam buscas mais preliminares, como num projeto conceitual, Honeybee tende a ser uma ferramenta para estágios mais avançados, aonde a modelagem termodinâmica é produzida seguindo uma gama maior de inputs como a geometria, os materiais e todas as fontes de luz.

Conjuntamente, ambos plugins fornecem um leque de funções valiosas para o aprofundamento de um design cientificamente mais ecológico.

3) Análise Estrutural | Karamba

Para a promoção de espaços melhor articulados, uma estrutura condizente e que acompanha as intenções de projeto é crucial. Além disto, conforme o design ousa formas e soluções inovadoras, tornam-se imprescindíveis sistemas estruturais cada vez mais complexos e bem documentados.

Felizmente, já existem ferramentas computacionais capazes de analisar e promover o desenvolvimento de sistemas estruturais do tipo, abordando as cargas e esforços peça a peça.

O Plugin que mais se destaca para esta função hoje é o Karamba3D, uma ferramenta que se vale da parametrização para fornecer análises estruturais para diversas funções.

Com este você pode desenvolver de maneira paramétrica, por exemplo, treliças espaciais, armações, além de claro, membranas.

4) Simulação Física | Kangaroo Physics

Elasticidade, gravidade e colisão. Estas e tantas outras mais funções pertinentes a matéria física podem ser simuladas e analisadas através do plugin Kangaroo Physics.

Uma característica particular do Kangaroo é que suas funções modificam-se gradativamente, de maneira não linear. Isso permite trazer, para o âmbito do design, aspectos como deformações resultante de objetos que foram congelados em momentos específicos de uma linha temporal.

Assim, de maneira digital, é possível se aproximar das metodologias físicas empregadas na tradição de arquitetos como Frei Otto e Antoni Gaudí, aonde um conjunto de forças eram intencionalmente aplicadas para gerar uma "deformação ideal".

Assim como um artesão desenvolve uma percepção sofisticada de um material ao longo do tempo dedicado trabalhando nele, se pudermos interagir e brincar com materiais virtuais em nossos programas CAD, então podemos estender nossa intuição e desenvolver uma percepção mais sofisticada de suas limitações e possibilidades. - Daniel Pinker, Autor do Kangaroo Physics

O Kangaroo ainda pode ser aplicado na otimização de limitações geométricas que podem não ser intrinsecamente físicas. Como a compressão de células de tamanhos diferentes em uma dada geometria, a suavidade de uma malha estrutural ou a planaridade de painéis de vidro alocados em uma superfície orgânica. Funções que embora digitais, contribuem para que se encontre soluções que se adaptam a limitações construtivas reais.

5) Simulação Acústica | Pachyderm

O Pachyderm Acoustic Simulation é uma coleção de algoritmos de simulação acústica que podem ser usados para prever o ruído, visualizar a propagação do som e avaliar criticamente os espaços projetados.

Esta coleção de código aberto utiliza técnicas de simulação numérica e geométrica com curadoria da Open Research in Acoustical Science and Education (ORASE). O software é fornecido como um recurso público crescente para profissionais e pesquisadores.

De inicio podemos avaliar que seu potencial se dá principalmente para salas de concerto e locais aonde a audição se apresenta como o sentido em primeiro plano.

No entanto, conforme tais ferramentas se tornam mais acessíveis e capazes, há de se mudar a estratégia para que gradativamente o conforto acústico seja também implementado no planejamento de espaços aonde os sons estão em segundo plano - embora estes ainda definam muito da qualidade arquitetônica - como hospitais, escolas, restaurantes, escritórios, e tantos mais.

6) Análise de Fluxos Urbanos | UNA - Urban Network Analysis Toolbox

Desenvolvida por pesquisadores do City Form Lab, uma iniciativa do MIT, a extensão Urban Network Analysis (UNA) permite que projetistas e planejadores urbanos descrevam padrões espaciais de suas cidades usando métodos matemáticos de análise de rede.

Suas ferramentas incorporam três recursos importantes que tornam a análise de rede particularmente adequada para o estudo de redes viárias urbanas. Primeiro, porque é considerado também a geometria e as distâncias até os pontos de acesso, distinguindo caminhos mais curtos de caminhos mais longos como parte dos cálculos de análise.

Em segundo lugar, ao contrário das ferramentas predecessoras que operavam com apenas dois elementos (nós e arestas), as ferramentas UNA incluem um terceiro elemento - os edifícios - que são usados ​​como unidades espaciais de análise para todas as medidas. Dois edifícios vizinhos nos mesmos segmentos de rua podem, portanto, obter resultados de acessibilidade diferentes.

E terceiro, as ferramentas UNA opcionalmente permitem que os edifícios sejam pesados ​​de acordo com suas características particulares - edifícios mais volumosos, mais populosos ou de outra forma mais importantes podem ser parametrizados de modo a se obter um efeito proporcional nas análises, produzindo resultados mais precisos e confiáveis ​.

Esta caixa de ferramentas oferece meios de se analisar o quão centralmente cada edifício está posicionado em um ambiente urbano e com que facilidade um usuário pode acessar diferentes amenidades.

O UNA se apresenta assim como uma nova metodologia para rastrear o crescimento e a mudança das cidades num mundo em rápida urbanização e oferece suporte analítico para designers e formuladores de políticas.

Deste, cinco tipos de medidas podem ser extraídas: Alcance; Gravidade; Intermediação; Proximidade; e retidão (Reach; Gravity; Betweenness; Closeness; and Straightness).

O UNA é Distribuído gratuitamente e possui código aberto. Além de contar com um excelente manual documentando estudos de caso e como instalar e começar a utilizar a ferramenta (em inglês).

7) Análises Paisagísticas | Groundhog

Groundhog é uma extensão que agrupa métodos relativamente simples de se analisar ou representar características da paisagem que são úteis a uma série de cenários comuns.

Seus componentes podem ser separados em dois tipos. O primeiro tipo implementa métodos comuns de análise de paisagem, como cálculos de declive, projeção de fluxos de água sobre uma superfície ou a quantificação de métricas de circulação. Essas operações poderiam ser montadas também usando componentes padrão do Grasshopper ou scripts, mas oferecê-las como componentes distintos torna-as mais rápidas de implantar e mais acessíveis para usuários novatos.

O segundo conjunto de componentes busca estender o domínio computacional ofertado pelo Grasshopper para os diferentes tipos de "geometria" que sustentam as variadas tarefas relativas à arquitetura paisagística. Ao fazer isso, um tipo de sintaxe é incorporada permitindo que os métodos paramétricos sejam usados ​​para projetar paisagens.

Por exemplo, pode-se criar ou importar uma paleta de plantio, com as características próprias de cada espécie e observado a evolução de crescimento e maturação de todo o projeto paisagístico conjuntamente.

Ainda, em oposição ao emprego de geometrias primitivas (como círculos ou pontos), os componentes do Groundhog almejam empregar a lógica paramétrica no projeto de plantio, por exemplo, controlando a distribuição de cada espécie ou simulando os impactos de cada espécie para seu entorno (e vice-versa).

Groundhog é distribuido em código aberto, produzido por Philip Belesky, professor da Disciplina de Arquitetura da Paisagem na RMIT University em Melbourne, Austrália.

8) Análise Evolutiva | Wallacei

A extensão compõe um algoritmo capaz de executar simulações evolutivas com múltiplos objetivos definidos e, através de um conjunto de ferramentas para análise e seleção abrangentes, colher os "fenótipos" com as características que mais interessam ao projeto.

O nome ‘Wallacei’ é uma homenagem ao geógrafo, naturalista e explorador Alfred Russell Wallace, que propôs independentemente a teoria da evolução por seleção natural ao mesmo tempo que Charles Darwin.

A extensão aceita como input ("fenótipos") quaisquer parâmetros que possam ser construídos no Grasshopper, incluindo aqueles que perpassam outras extensões. E, uma vez executado o algoritmo até o final do processo, é possível resgatar todas as mutações ou colher apenas aquelas que serão discutidas e implementadas.

Wallacei é uma extensão gratuita, fruto de pesquisas acadêmicas e colaboração. A extensão conta com um website próprio aonde pode-se verificar, além de uma documentação em vídeo para usuários novatos, estudos de caso e um diretório de links para pesquisas relacionadas.

9) Análise de Fluxos Pedonais | Pedsim

PedSim é uma extensão direcionada para a simulação de pedestres. Este busca ajudar arquitetos, designers, planejadores e pesquisadores a entender como as pessoas podem se mover em um determinado espaço.

Os agentes (“pessoas”) são criados em um sistema aonde a prevenção de colisões está incorporada. Mais que isso, os agentes podem também prever uma colisão futura e evitá-la.

Esses agentes são movimentados por várias “forças”, como força-alvo e forças de repulsão. Em cada instância, as forças são combinadas e a aceleração é determinada. Assim, a velocidade e a posição são calculadas de modo integrado.

Desta forma, o usuário pode definir uma série de paradas e condições planejadas para diferentes tipos de modelo de agentes. Estes sempre encontrarão automaticamente a rota mais curta para cada objetivo e a percorrerá de acordo com as condições impostas.

10)  Optimização Topológica | tOpos | Ameba

A optimização de topologia é um método matemático espacial que busca atuar na distribuição de um elemento material dentro de um domínio definido, cumprindo determinadas restrições de esforço previamente estabelecidas.

Geralmente, esta metodologia é aplicada com o intuito de minimizar custos e a quantidade de material necessário para o desenvolvimento de um objeto. Através da definição de algumas variáveis, a geometria é iterada repetidas vezes na direção de um objeto final que possua a topologia ideal para satisfazer estas condicionantes da forma mais eficiente possível.

Nesta categoria, duas extensões se destacam atualmente:

tOpos é uma extensão para optimização topológica que usa o poder de processamento das GPU's (placas gráficas) para acelerar a computação deste tipo de método. A extensão é baseada na tecnologia CUDA fornecida pela NVIDIA.

Em visto disto, a versão disponível do tOpos requer uma placa de vídeo NVIDIA com Cuda Computation Capability (cc) maior ou igual a 3.0.

Ameba em contrapartida é uma extensão paga. Foi desenvolvida com base na técnica de Otimização Estrutural Evolutiva Bidirecional (BESO) originalmente proposta pelo Professor Yi-Min (Mike) Xi e sua equipe. Esta se apresenta como uma ferramenta de fácil utilização aonde o design irá evoluir, semelhante a uma ameba, em várias formas até, eventualmente, atingir uma forma orgânica que é estruturalmente eficiente.

11) Design Estrutural | 3D Graphic Statics

Outra extensão estrutural que também vale a pena de ser citada é a 3D Graphic Statics que permite gerar estruturas complexas e elegantes utilizando a atuação de forças predefinidas.

Seus algorítmos são resultado de uma pesquisa realizada pelo Block Research Group da ETH Zurich.

O plug-in fornece componentes para subdividir células poliédricas, processos de descoberta de formas, forças de computação, geração de seções transversais, etc.

Com esta ferramenta digital, arquitetos, engenheiros, estudantes e pesquisadores podem criar sistemas estruturais parametricamente acionados dotados de uma estética particular.

12) Compartilhamento | ShapeDiver

Embora não seja propriamente uma extensão para as funcionalidades do Grasshopper, o ShapeDiver é uma plataforma em nuvem que oferece como serviço a construção de aplicativos online baseados em arquivos 3D paramétricos feitos com o Grasshopper.

Isto significa que é possível hospedar diretamente um script na plataforma, incluindo seus parâmetros e soluções, e com isto compartilhar não apenas o objeto - resultado de um processo paramétrico - mas todo o processo em si.

Assim, tem-se a inclusão de pessoas leigas ao mecanismo de funcionamento dos algoritmos mas que, ainda assim, participam do processo de desenvolvimento paramétrico, pois permite-se que estas alterem os inputs que irão informar o resultado. Tudo através da internet.

No próprio website da ShapeDiver há estudos de caso aonde são mostrados exemplos de como a ferramenta vem sendo aplicada. Destacam-se estúdios de design de mobiliário autoral. Nestes, por vezes, pode-se comprar apenas o modelo 3D - para fabricação própria - como encomendar a produção de uma peça específica seguindo as dimensões informadas no ato da compra.

Pode-se montar mesas com as medidas de largura e altura milimétricamente perfeitas para um cômodo. Encomendar esquadrias novas com medidas específicas em segundos. Criar um conjunto de lâmpadas com formas e desenhos únicos. Fabricar uma casa para abelhas de tamanhos e estruturas diferentes. Produzir painéis metálicos com imagens e padrões customizados.

Com isto pode-se levar um design computacional para dentro de uma loja ou de um repositório compartilhado facilmente.

Imagens

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