Het programma Grasshopper was een echte game-changer voor de adoptie van parametrisch ontwerpen. Samen met Geometry Gym zijn het twee populaire parametrische tools die ingenieurs kunnen gebruiken om constructies te modelleren. Ook de Grasshopper-gemeenschap heeft daarbij een belangrijke rol gespeeld.
24
thema
Construeren met
Grasshopper en
Geometry Gym
1
Grasshopper en plug-ins belangrijk hulpmiddel voor parametrisch ontwerpen
Grasshopper is een krachtige, parametrische extensie (plug-in)
voor Rhinoceros (Rhino of Rhino3D), een 3D NURBS CAD-
toepassing die in veel industrieën wordt gebruikt voor complexe
objecten. Denk daarbij aan architectuur, scheepsbouw, automo -
tive, juwelen en schoeisel. Grasshopper wordt gebruikt om para -
metrische logica te modelleren voor Rhino-modellen.
Geschiedenis
Voordat Grasshopper bestond, was parametrisch ontwerp
voorbehouden aan gespecialiseerde teams in grote bedrijven.
In 2007 ontstond Grasshopper. Het werd ontwikkeld door de
Nederlandse Rhino-expert David Rutten. Het was in eerste
instantie een work-in-progress-project met de bijnaam Explicit
History. Grasshopper werd zeer snel immens populair in de
grote en actieve Rhino-gemeenschap. Het is tot nu toe wereld -
wijd door meer dan 350.000 architecten, ontwerpers en ingeni -
eurs gedownload. Rhino en Grasshopper zijn pakketten van het
Amerikaanse bedrijf McNeel & Associates.
Het programma Grasshopper was een echte game-changer
voor de adoptie van parametrisch ontwerpen. Samen met
Geometry Gym zijn het twee populaire parametrische tools
die ingenieurs kunnen gebruiken om constructies te model -
leren. Ook de Grasshopper-gemeenschap heeft daarbij een
belangrijke rol gespeeld.
thema
Construeren met Grasshopper en Geometry Gym 7 2018
25
Werking
Grasshopper gebruikt operaties in de vorm van bouwstenen die
met elkaar in verband kunnen worden gebracht. Met deze
operaties kan logica visueel worden geprogrammeerd. Er hoeft
geen tekstuele broncode gedebugged te worden om te program -
meren, maar dat kan worden gemodelleerd op een visuele
gebruikersinterface.
Om een idee te krijgen hoe dit werkt, kan een vergelijking
worden gemaakt met spreadsheets. In spreadsheets kunnen
eigen parameters en relaties worden beschreven. De gebruiker
vult een getal of tekst in cellen in en schrijft formules in andere
cellen, die kunnen afhangen van de parametercellen of andere
formulecellen. De spreadsheetapplicatie herberekent de spread -
sheet telkens wanneer een van de parameters wijzigt.
Op een zelfde manier is het mogelijk in Grasshopper componen -
ten te plaatsen die een parameter vertegenwoordigen. Het kan net
als in een spreadsheet een getal of tekst zijn, maar ook een stuk
geometrie zoals een lijn, een punt of een curve, of een bewerking.
Bijvoorbeeld: bereken de kruising tussen twee lijnen. De compo -
nenten kunnen aan elkaar worden gerelateerd door ze visueel te
verbinden. In graphs ('graaf ' in het Nederlands), bestaande uit
eenvoudige grafische componenten (sommigen noemen ze
'batterijen'), zijn de afhankelijkheden tussen de parameters en
associaties vastgelegd. Grasshopper zorgt voor de rest en
herberekent alle operaties zodra een van de parameters wijzigt.
Populariteit
De populariteit van Grasshopper is terug te voeren op het feit
dat de gebruikersinterface eenvoudiger en aantrekkelijker is
dan eerdere applicaties, vooral in relatie tot de Rhino-visualisa -
tiemogelijkheden (snelle en mooie 3D-weergave). Ook de
interactiviteit van de graph, verbonden door grafische relaties
('de kronkelende touwtjes') (fig. 1) sprak snel aan bij visueel
ingestelde mensen zoals architecten, ontwerpers en ingenieurs.
Het maakt het mogelijk snel en eenvoudig geavanceerde logica
te modelleren, ook voor geavanceerde geometrie (NURBS en
volumes), zonder dat scripting of programmeren nodig is. In
het verleden zou het bouwen van vergelijkbare modellen weken
of maanden van programmeren vereisen door mensen met
scripting- of programmeervaardigheden.
Grasshopper geeft direct feedback op fouten: de batterij wordt
oranje of rood. Verder zijn koppelingen naar het genereren van
tekeningen en fabricage-informatie mogelijk, zoals vereist voor
computer aided manufacturing (CAM).
Community
De populariteit van Rhino en Grasshopper moet echter worden
toegeschreven aan meer dan alleen de technische mogelijkhe -
den. Rhino had al een zeer actieve gemeenschap, waar mensen
elkaar gratis en vrijwillig steunden via nieuwsgroepen en fora.
Grasshopper werd snel geaccepteerd in deze gemeenschap en
kreeg soortgelijke steun. Grasshopper heeft ook geholpen de
community te laten groeien. Maar de community heeft vooral
veel geholpen om het woord over Grasshopper en de bijbeho -
rende tools te verspreiden. Ook nieuwe gebruikers worden op
een vriendelijke manier ondersteund.
Mensen uit de Grasshopper-gemeenschap ontmoeten elkaar
online. Ze zijn ook actief op de vele conferenties, zoals Shape To
Fabrication, RobArch, SIMAUD, eCAADe, ACADIA, Fabricate,
Design Modeling Symposium, IASS, Smart Geometry, AAG en
vele anderen, en bieden trainingscursussen en tutorials.
Uitbreidingen
De gemeenschap faciliteert ook een ecosysteem, zowel voor
Rhino als Grasshopper. Beide pakketten kunnen op verschil -
lende manieren worden uitgebreid via scripting en program -
mering om op maat gemaakte componenten en functionaliteit
aan anderen te bieden. McNeel & Associates biedt royalty-vrije
SDK's ( software development kits ), die kunnen worden gebruikt
om deze uitbreidingen te bouwen.
Inmiddels zijn er veel uitbreidingen, die gratis of tegen een
kleine prijs beschikbaar zijn. Denk daarbij aan Structural Opti -
mization, Mould Design, Environmental Analysis, AR / VR /
MR, Volumetric Modelling, Form-finding, Urban en Lands -
cape, BIM-vertalers, Visualisatie, CAD / CAM, Robots, CFD,
FEA en nog veel meer. Veel verschillende plug-ins zijn te
vinden op www.food4rhino.com .
Geometry Gym: de engineering-toolbox
Een van de belangrijkste uitbereidingen voor Grasshopper (naast
Karamba3D, zie kader) is Geometry Gym. Dit is een plug-in
waarmee gebruikers hun parametrisch model kunnen verbinden
met een groot aantal Finite Element Analysis-toepassingen
dr.ir. Jeroen Coenders
White Lioness technologies
Carlos Perez Alba
McNeel Europe
Jon Mirtsin
Geometry Gym
Niels Hofstee
IMd Raadgevend Ingenieurs
1 Grasshopper wordt gekenmerkt door grafische relaties ('kronkelende touwtjes')
Karamba3D
Een belangrijke toolbox voor Grasshopper voor constructeurs is
Karamba3D. Karamba is een plug-in waardoor directe integratie
van FEA-componenten in Grasshopper mogelijk is, zodat analy -
seresultaten direct in Grasshopper zichtbaar zijn als het model
wordt gemanipuleerd.
Construeren met Grasshopper en Geometry Gym 7 2018
26
thema
Het ontwerp van Ector Hoogstad Architecten bestaat uit een
sigaarachtig brugontwerp met een stalen buisstructuur, onder -
steund door vakwerken (fig. 2 en 3). Met een dergelijke geome -
trie werd snel vastgesteld dat Grasshopper (fig. 4) de snelste en
misschien wel enige optie was om zo'n complexe vorm eenvou -
dig te modelleren, vooral omdat elk stalen onderdeel een
andere afmeting had.
Het model is ontwikkeld in Grasshopper en met behulp van
Karamba3D verder geoptimaliseerd in doorsnedes. Elke door -
snede is geoptimaliseerd via Karamba. Dit heeft grote voorde -
len wat betreft snelheid en gebruiksgemak vergeleken met tools
als SCIA en Revit. Er waren echter twee beperkingen aanwezig
die werden overwonnen door de Grasshopper en Geometry
Gym te gebruiken.
Ten eerste zijn de analysemogelijkheden van Karamba beperkt.
Validatie- en analyserapporten (van bijvoorbeeld SCIA) zijn
nog steeds vereist voor de juiste ontwerpdocumentatie.
(zoals SCIA, Sofistik, GSA, Etabs en SAP2000). Geometry Gym
werkt bovendien met IFC, waarmee de wereld open gaat voor
veel andere toepassingen in het BIM-domein. Omdat veel
toepassingen echter ook meer directe routes bieden via API-
interactie, biedt Geometry Gym ook directe interactie tussen
Rhino en Grasshopper en verschillende andere softwaretoepas -
singen. Deze softwaretoepassingen omvatten populaire BIM-
toepassingen, zoals Revit, ArchiCAD, Digital Project en Tekla.
Voorbeeld: LVNL
IMd Raadgevend ingenieurs heeft de uitbreiding ontworpen van
het Nederlandse luchtverkeersleidingsgebouw LVNL in de buurt
van Schiphol. Vanwege ruimtegebrek is het nieuwe gebouw
tegenover het vorige gepland, gescheiden door een drukke weg.
Voor het gemak van het personeel was er een snelle toegangsweg
tussen de gebouwen nodig. De oplossing werd gevonden door
een volledig geklimatiseerde loopbrug te ontwerpen.
3
2
Construeren met Grasshopper en Geometry Gym 7 2018
27
de geometrie gemakkelijk kon worden gegenereerd en gewij -
zigd, en de secties in het model gemakkelijk konden worden
geoptimaliseerd. Het werk om gedetailleerde modellen te
bouwen voor verdere berekening en constructie is vanwege
naadloze interoperabiliteit beperkt gebleven.
Tot slot
Er kan op tal van manieren invulling gegeven worden aan para -
metrisch ontwerpen, zoals ook wel uit alle thema-artikelen van
Cement blijkt. Onder meer vanwege de ontwikkeling van plug-
ins en de actieve gemeenschap, zal ook Grasshopper een grote
rol blijven spelen. ?
Geometry Gym werd gebruikt om alle constructieve onderde -
len, ondersteuningen en belastingen naar SCIA over te
brengen. Zo kon de detaillering worden geanalyseerd in SCIA
en konden rapporten worden gegenereerd.
Ten tweede werd in de huidige workflow elk aspect verzameld
in een BIM-model. Het opnieuw creëren van de complexe
geometrie van de brug in de BIM-applicatie was geen optie.
Geometry Gym werd gebruikt om de geometrie over te
brengen naar Revit (fig. 5).
De grootste voordelen van een parametrische benadering voor
het ontwerpen van dit bouwwerk via Grasshopper en zijn plug-
ins, waren dat alternatieven snel konden worden geëvalueerd,
2 Impressie loopbruglucht - verkeersleidingsgebouwbron: Ektor Hoogstad3 Rhino-model van de loopbrug 4 Rhino- en Grasshopper-model 5 Revit-model
4
5
Construeren met Grasshopper en Geometry Gym 7 2018
Coauteurs: Carlos Perez (Alba McNeel Europe), Jon Mirtsin (Geometry Gym), Niels Hofstee (IMd Raadgevend Ingenieurs)
Reacties