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2020年07月16日 09:32 ITmedia NEWS
写真 Grasshopperだけで描いたレース風、お花畑。 Junichiro Horikawa氏のチュートリアルビデオを参考にした。筆者作成 |
日本ではソフトウェアエンジニアであったがドイツに渡ってミュージシャンとして生計を立てている著者、Masataka Koduka氏は、CADソフトウェアを使った業務もこなしている。そこで出会ったソフトウェアはデザインの新しい潮流を感じさせるものだった。このツール、「Grasshopper」（グラスホッパー）をドイツで活用している建築設計事務所へのインタビューを交えながら、その革新的な利用方法をお届けする。
1mmの描画の誤りが、全てを台無しにしてしまうこともある。描く、という仕事は大変な仕事だ。
建築設計におけるパース画、土木設計における橋梁や排水管設計図、機械設計のブループリント、アニメーション制作における高層ビル群などの背景画や、ロボット／戦艦などメカ細部の描画、漫画制作における女性のドレスや下着などへの繊細なレース模様の描き込み。どれもこれも、人間に高度な集中力と、長時間労働を余儀なくさせる大変な仕事であった。少なくとも80年代までは。
●建築／土木デザイン現場に訪れている変化
90年代以降、これらの作業軽減のためにITを活用するべく、CADに代表されるさまざまなソフトウェアが登場した。そして近年、建築／土木業界における設計作業では、ビジュアルプログラミングツールが注目を浴びている。例えば米Revitの「Dynamo」（ダイナモ）や、CADソフト「Rhinoceros」（ライノセラス）のプラグインである「Grasshopper」（グラスホッパー）といったソフトウェアのことであり、欧米を中心として、日本も含む世界中で利用され始めている。
これらソフトウェアの利用により、建築／土木デザイナーは、複雑ではあるものの数学／幾何学法則性のある設計をコンピュータに任せ、もっと他のことに脳のリソースを割く可能となる。例えば、太陽光パネルの設置でどれだけ電力を自力で賄（まかな）えるか、過去の気象データなどから推定する降雨予想量から農業に必要な水道代の見積もりはいくらか、水害を起こさない環境デザインとしてはどの造形がベストか、などといったシミュレーションは、コンピュータに任せられるタイプの作業だ。
今回は、そうしたソフトの1つ、RhinocerosとGrasshopperでできることについて紹介しよう。
●RhinocerosとGrasshopperでできること
最初の画像は、実際に筆者が、Grasshopperを用いて描いたお花畑である。左側が、3次元CADソフトウェアのRhinocerosの画面、右側がGrasshopperのプログラムだ。通常は、Rhinocerosの画面上で3D図形をシコシコ描きながら設計を進めることになるのだが、Grasshopperを用いると、“コンポーネント”と呼ばれるブロックを連結するだけで、このお花畑のような複雑な図形を、計算式のみで描画できる。
コンポーネントはプログラミング言語におけるモジュールのようなもので、加算、乗算など単純な計算式コンポーネントから、3D描画、気象データなどのCSVファイルやExcel、ARCHICADなど外部ソフト／ファイルとの連携コンポーネント、遺伝的アルゴリズムを活用した最適化コンポーネントまで、豊富に用意されている。
また、既存コンポーネントではデザインができない場合、PythonやC#などを使って、コンポーネントを自作することも可能だ。
●Grasshopperによる設計手法を採用しているドイツの会社
実際にGrasshopperによる設計手法を採用している、ドイツを拠点とする建築・都市計画の設計・エンジニアリング事務所、ASOBU GmbHの共同代表、金田真聡氏に話を聞いた。
――Grasshopperを建築設計に活用しようと考えた理由は？
金田氏 私はもともと、純粋なデザイン分野の建築家です。かつては、自分にしかできないデザインの表現力と感性が最も大事だと思っていました。
しかしある時、自分の描きたいものだけを描くことは、エネルギーなど地球の資源を浪費するデザインなのではないか、と気付きました。Grasshopperを建築設計の現場に導入することで、客観的なデータに基づく科学的なアプローチを行いたかったのです。
――どんなことに活用していますか？
金田氏 例えば、Grasshopperでは「設計された建築物に住む人は、夏、窓を開けるとどれほどの快適性を得られるか？」ということをシミュレーションできます。実際に気象庁などが公開している気象データをプログラムで読み込み、気温、湿度や風速などの統計を利用して、大多数の人が快適と感じる時間が何時間あるか解析できます。
この快適性判定は、まだまだプログラムのロジックが日本の風土に完全には対応していないのでブラッシュアップを進めているところなのですが、例えば、気候データをこの快適性分析プログラムで解析すると、東京の8月に人が窓を開けて（温度／湿度の面で）快適だと感じる時間数は、1カ月間の約1%程度というような結果が得られます。
窓を開けても、人が想像するほど快適性は得られないのです。しかし、こういうシミュレーション結果を見ずに、「風通しがあれば大丈夫」という思い込みで設計が行われている現状もあるのではないでしょうか。このことは、建築分野の専門家よりも、一般の人々が感じていることだと思います。
――今後、これらソフトウェア利用において、期待していることは？
金田氏 このような統計的／科学的なシミュレーションを用いて、テクノロジーと人の距離を縮めたいです。実際のところ建築／土木業界におけるGrasshopper活用は、コスト削減と製造効率化目的で普及が進んでいます。例えば、構造強度を維持したままコンクリートや鉄筋量を最小にする、などです。
ですが、私は将来的には、それに加えて、利用資源量を最小にしたいと考えています。有限な資源を大切にしたいですからね。
Grasshopperと出会ったことで、建築家の職能は今、設計手法自体を再設計することではないかと考えているのです。
●ジュエリーやブラジャーデザインの実例
さて、デザインにおけるGrasshopper活用は建築／土木業界に限定されているわけではなく、ジュエリーや服飾デザインでも活用が始まりつつある。
このデザイン志向は、ジェネレーティブデザイン（Generative design）と呼ばれ、Grasshopperを利用してジュエリーや服飾をデザインしている人々のコミュニティ、GJD3D（Generative Jewelry Design and Fashion Design 3D）には、2020年7月時点で既に5000人を超えるGrasshopperデザイナーが参加している。
このサイトでは、Grasshopperデザイナーたちが設計した美しい指輪、ベルト、レース模様などを鑑賞できる。筆者は未経験だが、3Dファイルは3Dプリンタでの印刷も可能なようだ。また、さまざまなチュートリアルビデオも用意されており、それを参考にデザインスキルを向上させることも可能だ。
最初のプログラミングは多少時間がかかるかもしれないが、一度Grasshopperプログラムを作ってしまえば、あとは入力パラメータを変えることで薔薇の数、花弁数や、花弁の角度、色などを調整して、多様なデザインに再利用できる。まさに、デザイン界におけるオブジェクト指向プログラミングである。
また、ニュージーランドの大学、Victoria University of WellingtonのAriya “Xuxu” Amoozegar-Montero氏とEdgar Rodriguez Ramirez氏は、「着け心地よいブラジャー・デザインのためのパラメトリック・モデリング」と題した研究論文を公開している。
Grasshopperの活用はこのようにさまざまな業界で進みつつある。再び、金田氏に話を聞こう。
金田氏 例えば、美しいジュエリーデザインを、強度を高めつつ最小のマテリアル量で実現することが、Grasshopperで可能になる未来が来ればいいですね。
古代ローマの建築家、ウィトルウィウスは「建築は、強さ、機能性、美しさのバランスが保たれるように造られるべきである」と言っています。Grasshopperには、そのような一見相反するように見える価値観を調和させる力があるのではないかと思っているのです。例えば、ジュエリーやその部品でもそれを実現できれば、貴重な鉱物資源をもっと大切にできるのではないでしょうか。
可愛くて綺麗で利用者も満足でき、かつ地球にも優しい。例えば、漫画のドレスや下着の描き込みなど、Grasshopperで描く未来が来るだろうし、既に来ているのかもしれない。人間がマシンとしてコキ使われるような労働は機械がやるようになり、他者への配慮、私たちを取り巻く環境について考えるなど、人間は人間にしかできない仕事に集中できるようになるだろう。
Can you draw roses in Python? New trend “Grasshopper” designed with “object-oriented”
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July 16, 2020 09:32 ITmedia NEWS
| Photo A lace-like flower garden drawn only with Grasshopper. I referred to the tutorial video by Junichiro Horikawa. Created by the writer |
Author Takataka Koduka, who was a software engineer in Japan but has made a living as a musician across Germany, is also working with CAD software. The software I met there was a new trend in design. We will introduce the innovative usage of this tool, "Grasshopper", while interviewing an architect who is using it in Germany.
A 1mm drawing error can ruin everything. The job of drawing is a difficult task.
Perspective drawing in architectural design, blueprint of bridge and drainage pipe in civil engineering design, blueprint of mechanical design, background image such as skyscrapers in animation production, drawing mechanical details such as robot / battleship, female dress in cartoon production, Draw delicate lace patterns on underwear. All of these were tough jobs that forced humans to have high concentration and long working hours. At least until the 80s.
●Changes in the construction/civil engineering design site
Since the 90s, various software represented by CAD has appeared in order to utilize IT to reduce these tasks. In recent years, visual programming tools have attracted attention in design work in the construction/civil engineering industry. For example, software such as Revyn's "Dynamo" and CAD software "Rhinoceros"'s plug-in "Grasshopper", mainly in Europe and the United States, and in the world including Japan. It is starting to be used.
The use of these software allows architecture/civil engineering designers to devote their brain resources to much more, while letting the computer do complex, but mathematical/geometrical, law. For example, how much electricity can be covered by the installation of solar panels by themselves, how much is the estimated amount of water required for agriculture from the estimated amount of rainfall estimated from past meteorological data, etc. Simulation is a type of work that can be entrusted to a computer, such as which design is the best design.
This time, let's talk about what you can do with one of those software, Rhinoceros and Grasshopper.
● What you can do with Rhinoceros and Grasshopper
The first image is the flower field that I actually drew using Grasshopper. On the left is the screen of 3D CAD software Rhinoceros, and on the right is the program of Grasshopper. Normally, I will proceed with designing while drawing 3D shapes on the screen of Rhinoceros, but with Grasshopper, by connecting blocks called “components”, complicated shapes like this flower garden can be created. It can be drawn only by the calculation formula.
Components are like modules in a programming language. From simple formula components such as addition and multiplication, to CSV files such as 3D drawing, weather data, etc., components that cooperate with external software/files such as Excel and ARCHICAD, and genetic algorithms. There are abundant preparations of optimized components used.
If you can't design with existing components, you can create your own components using Python or C#.
● German company adopting the design method by Grasshopper
We interviewed Mr. Masato Kaneda, co-representative of ASOBU GmbH, a German-based design and engineering office for architecture and urban planning that actually uses the Grasshopper design method.
――What made you decide to utilize Grasshopper for architectural design?
Mr. Kaneda I was originally an architect in the pure design field. I used to think that the expressiveness and sensitivity of design that only I could do was the most important thing.
However, at one point I realized that drawing only what I wanted to draw was a design that wasted the resources of the earth such as energy. By introducing Grasshopper to the site of architectural design, we wanted to take a scientific approach based on objective data.
――What are you using for this?
Mr. Kaneda For example, in Grasshopper, you can simulate "How much comfort does a person living in a designed building get by opening windows in the summer?" You can actually read the weather data released by the Meteorological Agency, etc. with a program and use the statistics such as temperature, humidity and wind speed to analyze how many hours most people feel comfortable.
This comfort judgment is in the process of being brushed up because the logic of the program does not yet fully correspond to the Japanese climate, but for example, when analyzing climate data with this comfort analysis program, In August, people can feel comfortable (in terms of temperature/humidity) by opening windows, and the result is about 1% per month.
Opening a window doesn't give you the comfort you would expect. However, I think there is also a situation where the design is being done with the belief that it is okay if there is ventilation, without looking at these simulation results. I think this is more felt by the general public than by construction professionals.
--What do you expect from using these software in the future?
Mr. Kaneda I would like to reduce the distance between technology and people by using such statistical/scientific simulations. In fact, the use of Grasshopper in the construction/civil engineering industry is becoming popular for the purpose of cost reduction and production efficiency. For example, minimizing the amount of concrete and reinforcing bars while maintaining structural strength.
However, in the future I also want to minimize the amount of resources used. I want to value finite resources.
Having met Grasshopper, I now think that the architect's job is to redesign the design methodology itself.
●Examples of jewelry and brassiere design
Now, the use of Grasshopper in design is not limited to the construction/civil engineering industry, but it is also beginning to be used in jewelry and fashion design.
This design orientation is called Generative design, and as of July 2020, GJD3D (Generative Jewelry Design and Fashion Design 3D), a community of people who design jewelry and clothing using Grasshopper, There are already over 5,000 Grasshopper designers participating in.
On this site, you can see beautiful rings, belts and lace patterns designed by Grasshopper designers. Although I have no experience, it seems that 3D files can be printed on 3D printers. There are also various tutorial videos available that can help you improve your design skills.
Initial programming may take some time, but once you have created a Grasshopper program, you can change the input parameters to adjust the number of roses, the number of petals, the angle of petals, the color, etc. Can be reused in various designs. It is exactly object-oriented programming in the design world.
Ariya “Xuxu” Amoozegar-Montero and Edgar Rodriguez Ramirez of the Victoria University of Wellington, a New Zealand university, have published a research paper entitled “Parametric Modeling for Comfortable Bra Design.”
Utilization of Grasshopper is thus progressing in various industries. Let's talk to Mr. Kaneda again.
Mr. Kaneda For example, it would be great if the future would be possible with Grasshopper to realize beautiful jewelry designs with the minimum amount of materials while increasing strength.
Vitruvian, an ancient Roman architect, says that "architecture should be built to strike a balance between strength, functionality and beauty." I think Grasshopper has the power to reconcile such seemingly contradictory values. For example, if we can do that for jewelry and its parts, we may be able to value our precious mineral resources more.
Cute and beautiful, satisfying users and friendly to the earth. For example, the future of drawing in Grasshopper will come, and may already have come, such as drawing cartoon dresses and underwear. Machines will do the work that humans use as machines, and they will be able to concentrate on tasks that only humans can do, such as consideration for others and thinking about the environment surrounding us.
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