Grasshopper Anwendungen

Grasshopper Anwendungen

Grasshopper wird besonders verständlich, wenn man nicht bei Begriffen wie parametrisches oder generatives Design stehenbleibt, sondern konkrete Aufgaben betrachtet.

Der gemeinsame Nenner vieler Anwendungen ist einfach: Geometrie wird nicht nur modelliert, sondern durch Regeln, Parameter und Abhängigkeiten beschrieben.

Dadurch lassen sich Varianten erzeugen, wiederkehrende Arbeitsschritte automatisieren und geometrische Systeme entwickeln, die auf Veränderungen reagieren können.

Individuelle Fassadenelemente und Schindeln

Eine Fassade kann aus Hunderten oder Tausenden einzelnen Elementen bestehen. Obwohl diese Elemente einem gemeinsamen System folgen, müssen sie nicht identisch sein.

Eine Grasshopper-Definition kann beispielsweise beschreiben, wie Schindeln oder Paneele auf einer Fläche verteilt werden. Größe, Abstand, Orientierung oder Form können von der jeweiligen Position auf der Gebäudehülle abhängen.

Weitere Regeln können die Krümmung der Fläche, den Abstand zu einer Öffnung, bestimmte Fassadenzonen oder externe Mess- und Analysedaten berücksichtigen.

Der entscheidende Unterschied zu einem vollständig manuell modellierten System besteht darin, dass nicht jedes Element einzeln angepasst wird. Die Definition beschreibt das System, aus dem die einzelnen Elemente entstehen.

Ändert sich die Gebäudeform, können die davon abhängigen Elemente neu berechnet werden. Gleichzeitig können geometrische Informationen für die spätere Herstellung oder Montage aus derselben Definition abgeleitet werden.

Von Form A zu Form B

Ein weiteres typisches Anwendungsfeld sind kontrollierte geometrische Übergänge.

Eine Form kann sich entlang einer Kurve oder über eine Fläche schrittweise verändern. Aus einem runden Profil kann beispielsweise ein ovales oder kantiges Element entstehen. Gleichzeitig können Größe, Rotation, Position oder Proportion verändert werden.

Interessant ist dabei nicht nur die Ausgangsform A und die Zielform B. Die Grasshopper-Definition beschreibt auch, wie sich die Geometrie zwischen beiden Zuständen entwickelt.

Die Zwischenzustände müssen dadurch nicht einzeln modelliert werden. Sie entstehen aus einer gemeinsamen Regel und können durch veränderte Parameter jederzeit neu untersucht werden.

Kühlergrills und Automotive Design

Kühlergrills, Lufteinlässe und andere strukturierte Flächen im Automobildesign zeigen besonders anschaulich, wie Gestaltung und Geometrie miteinander verbunden werden können.

Ein Muster kann zunächst in der Ebene entwickelt und anschließend auf eine gekrümmte Fläche übertragen werden. Ebenso kann die Verteilung unmittelbar aus der Geometrie der Zielfläche entstehen.

Die Größe einzelner Öffnungen kann sich über die Fläche verändern. Elemente können ihre Orientierung anpassen, dichter oder weiter auseinanderliegen oder in bestimmten Bereichen einer anderen geometrischen Regel folgen.

Ändert sich die zugrunde liegende Bauteilgeometrie, kann das Muster erneut auf Grundlage derselben Regeln aufgebaut werden.

Dieses Prinzip lässt sich weit über einen Kühlergrill hinaus anwenden. Lüftungselemente, Lautsprecherabdeckungen, perforierte Flächen oder andere wiederkehrende Produktdetails folgen häufig ähnlichen geometrischen Überlegungen.

2D-Muster und Perforationen

Nicht jede Grasshopper-Anwendung muss dreidimensional sein. Auch zweidimensionale Muster lassen sich sehr gut über Regeln aufbauen.

Ein regelmäßiges Raster kann beispielsweise abhängig von seiner Position verändert werden. Kreise können größer oder kleiner werden, Linien ihre Richtung verändern oder Elemente auf die Nähe zu einer Kurve oder einem bestimmten Punkt reagieren.

Aus einem zunächst gleichmäßigen Muster entsteht so eine kontrollierte Variation.

Solche Geometrien können für perforierte Bleche, Laserzuschnitte, Gravuren, grafische Muster, Akustikelemente oder dekorative Oberflächen eingesetzt werden.

Die erzeugten Konturen bleiben echte Geometrie und können anschließend in Rhino kontrolliert, weiterbearbeitet und für den jeweiligen Produktionsprozess vorbereitet werden.

Voronoi – Flächen durch Punkte organisieren

Voronoi-Strukturen gehören zu den bekannten geometrischen Prinzipien, die häufig mit Grasshopper in Verbindung gebracht werden.

Dabei wird eine Fläche anhand einer Menge von Ausgangspunkten in einzelne Bereiche unterteilt. Vereinfacht beschrieben gehört jeder Bereich zu dem Ausgangspunkt, dem er am nächsten liegt.

Dadurch entsteht eine Struktur aus unterschiedlich geformten Zellen.

Für den Entwurf wird das Prinzip besonders interessant, wenn die Ausgangspunkte nicht rein zufällig verteilt werden. Die Lage der Punkte kann selbst wieder durch Regeln, Abstände, Kurven, Messwerte, Bilder oder andere Daten beeinflusst werden.

Damit verändert sich auch die Größe und Form der resultierenden Zellen.

Voronoi kann deshalb als Methode zur Flächenorganisation oder Flächenpopulation verstanden werden. Die resultierenden Zellen sind häufig nur ein Ausgangspunkt. Sie können anschließend skaliert, gefiltert, extrudiert oder nach weiteren Regeln verändert werden.

Ein parametrischer Felgenkonfigurator

Ein Produktkonfigurator zeigt besonders deutlich, was regelbasiertes Modellieren bedeutet.

Bei einer Fahrzeugfelge stehen zahlreiche geometrische Eigenschaften miteinander in Beziehung. Felgendurchmesser und Felgenbreite beeinflussen den verfügbaren Raum. Die Anzahl der Speichen bestimmt deren Verteilung. Speichenwinkel, Nabenabmessungen, Lochkreis, Einpresstiefe, Radien und Übergänge müssen aufeinander abgestimmt werden.

Eine Grasshopper-Definition kann diese Beziehungen miteinander verbinden. Wird die Anzahl der Speichen verändert, passen sich Winkel und Verteilung an. Wird der Felgendurchmesser geändert, können davon abhängige Teile der Geometrie entsprechend neu aufgebaut werden.

Damit entsteht nicht lediglich eine einzelne Felge, sondern ein geometrisches System für unterschiedliche Felgenvarianten.

Reifen und Felge als gemeinsames System

Der Gedanke lässt sich weiterführen. Auch der Reifen besitzt geometrische Parameter, die miteinander und mit der Felge verbunden sind.

Reifenbreite, Verhältnis von Flankenhöhe zu Breite und Felgendurchmesser beeinflussen gemeinsam die resultierende Geometrie. Werden Reifen und Felge innerhalb einer gemeinsamen Definition betrachtet, können Abhängigkeiten zwischen beiden Produktteilen entstehen.

Ein Parameter verändert dann nicht nur ein isoliertes Detail. Er kann eine Kette von Änderungen innerhalb des gesamten Modells auslösen.

Genau darin liegt ein wesentlicher Unterschied zwischen einer Sammlung einzelner CAD-Modelle und einem parametrisch aufgebauten Produktsystem.

Produktvarianten statt einzelner Modelle

Das Prinzip des Felgenkonfigurators lässt sich auf zahlreiche Produkte übertragen.

Möbel, Leuchten, Schmuck, technische Bauteile, Verpackungen oder Fassadensysteme können Produktfamilien bilden, bei denen bestimmte geometrische Eigenschaften variieren, während andere Beziehungen erhalten bleiben.

Anstatt jede Variante unabhängig aufzubauen, kann eine gemeinsame Definition die wiederkehrende geometrische Logik beschreiben.

Das bedeutet jedoch nicht, dass jedes Detail parametrisiert werden sollte. Sinnvoll ist Parametrik besonders dort, wo tatsächliche Varianten einer nachvollziehbaren gemeinsamen Regel folgen.

Grasshopper für Schmuck und individuelle Produkte

Auch im Schmuckdesign können parametrische Systeme einen sehr praktischen Nutzen haben.

Ein Ring kann in unterschiedlichen Größen benötigt werden, während Proportionen, Fassungen oder Oberflächenstrukturen entsprechend angepasst werden. Ein Muster kann sich über den Umfang verteilen und seine Anzahl oder Größe auf den jeweils verfügbaren Raum abstimmen.

Dasselbe Prinzip ist für andere individualisierte Produkte interessant. Grasshopper kann eine gemeinsame Designlogik erhalten und gleichzeitig kontrollierte Unterschiede zwischen einzelnen Ausführungen ermöglichen.

Von der Geometrie zur Fertigung

Eine Grasshopper-Definition muss nicht bei einem sichtbaren 3D-Modell enden.

Die entstandene Geometrie kann für weitere Produktionsschritte aufbereitet werden. Bauteile können sortiert und nummeriert werden. Unterschiedliche Abmessungen können ausgelesen und Konturen für Schneid-, Fräs- oder andere Fertigungsprozesse erzeugt werden.

Auch zusätzliche Informationen für Montage oder Organisation können mit geometrischen Elementen verbunden werden.

Damit wird das parametrische Modell zu einem möglichen Bestandteil einer digitalen Prozesskette vom Entwurf bis zur Herstellung.

Daten können Geometrie beeinflussen

Die Parameter einer Grasshopper-Definition müssen nicht ausschließlich über Zahlenregler eingegeben werden.

Messwerte, Tabellen, Analyseergebnisse oder Informationen aus anderen digitalen Prozessen können ebenfalls die Grundlage für geometrische Entscheidungen bilden.

Eine Fassade könnte dadurch beispielsweise auf unterschiedliche Bedingungen reagieren. Ein Muster könnte sich anhand vorhandener Daten verdichten oder auflösen. Produktvarianten könnten aus Datenbeständen erzeugt werden.

Grasshopper bildet damit eine direkte Verbindung zwischen Daten, Regeln und Geometrie.

Design Stop – nicht alles, was möglich ist, muss variiert werden

Gerade bei den hier beschriebenen Anwendungen entsteht schnell eine große Zahl möglicher Varianten.

Ein Felgenkonfigurator könnte theoretisch immer weitere Parameter erhalten. Ein Fassadensystem könnte jedes einzelne Element individuell verändern. Ein Muster könnte auf immer mehr Attraktoren, Daten und Bedingungen reagieren.

Die technische Möglichkeit ist jedoch kein ausreichender Grund, dies auch zu tun.

Ein sinnvoller parametrischer Entwurf benötigt deshalb einen Design Stop: einen Punkt, an dem entschieden wird, welche Variation tatsächlich zum Entwurf gehört und welche lediglich zusätzliche Komplexität erzeugt.

Bei einem Konfigurator kann dies bedeuten, bewusst nur bestimmte Größen und Kombinationen zuzulassen. Bei einer Fassade kann eine begrenzte Zahl von Elementtypen konstruktiv und gestalterisch sinnvoller sein als vollständige Individualisierung. Bei einem Muster kann eine einfache kontrollierte Regel stärker sein als eine Vielzahl gleichzeitig wirkender Einflüsse.

Grasshopper erzeugt Möglichkeiten. Design besteht weiterhin darin, aus diesen Möglichkeiten Entscheidungen zu treffen.

Nicht alles muss parametrisch sein

Grasshopper ist kein Selbstzweck.

Ein Bauteil, das nur einmal benötigt wird und dessen Geometrie voraussichtlich unverändert bleibt, lässt sich möglicherweise wesentlich schneller direkt in Rhino modellieren.

Eine parametrische Definition lohnt sich besonders dann, wenn Varianten erwartet werden, viele Elemente gemeinsamen Regeln folgen oder Änderungen an einer Stelle weitere Änderungen innerhalb des Modells auslösen.

Auch ein Ablauf, der regelmäßig wiederholt wird, kann ein guter Kandidat für Grasshopper sein.

Die entscheidende Frage lautet daher nicht, wie möglichst viel eines Projekts parametrisiert werden kann, sondern welcher Teil des Projekts sinnvoll als Regel beschrieben werden sollte.

Vom visuellen Modell zur programmierten Lösung

Viele der beschriebenen Anwendungen können vollständig innerhalb von Grasshopper aufgebaut werden.

Bei umfangreicheren Projekten können einzelne Teile zusätzlich durch Python, C# oder eigene Komponenten ergänzt werden. Dadurch lassen sich spezielle Algorithmen kompakter darstellen oder wiederverwendbare Funktionen entwickeln.

Wo die Grenze zwischen visueller Definition und Programmierung liegt und warum häufig gerade die Kombination beider Ansätze sinnvoll ist, erklären wir unter Grasshopper und Programmierung.

Eigene Grasshopper-Anwendungen entwickeln

Die hier beschriebenen Beispiele sind keine festen Kategorien. Sie zeigen vielmehr ein gemeinsames Prinzip.

Eine gute Grasshopper-Anwendung beginnt häufig nicht mit der Frage, welche Komponente auf dem Grasshopper-Canvas verwendet werden soll. Interessanter ist zunächst die Frage, welche Beziehungen, Bedingungen und wiederkehrenden Regeln eigentlich in einem Projekt stecken.

Wer diese Regeln erkennt, kann entscheiden, welche Teile direkt in Rhino modelliert und welche mit Grasshopper aufgebaut werden sollten.

Eine grundlegende Einführung finden Sie unter Grasshopper für Rhino. Praktische Definitionen und Lernbeispiele sammeln wir unter Grasshopper Tutorials.