LE ORIGINI DELLA PROGRAMMAZIONE VISUALE

La spazialità complessa, adattiva (si pensi alle geometrie che adattano gli elementi ripetitivi come pannellature o elementi strutturali a superfici curvilinee ottenute con funzioni matematiche) gestita con i tradizionali strumenti di input diretto mouse e tastiera, del modellatore in pochi anni si è andata arricchendo cedendo sempre più spazio all’utilizzo più diretto dell’informatica attraverso la programmazione visuale. Dunque accanto all’approccio creativo che accompagna la progettazione entra in maniera preponderante il successivo sviluppo e verifica dell’idea con le metodologie informatiche, che letteralmente “animano” i diagrammi di flusso alla base delle procedure informatiche. La cosiddetta programmazione visuale infatti si basa sul trascinamento in un aria grafica bi-tridimensionale  di blocchi di codice  che  collegati tra loro come un vero e proprio flow chart, schematizzano ed al tempo stesso restituiscono la procedura  che può essere utilizzata per scopi più disparati, dal modello spaziale costituito da liste di coordinate di  punti che  descrivono entità grafiche, linee, archi, figure chiuse ma anche solidi complessi orientati nello spazio secondo funzioni matematiche, ai metodi di riordino e valorizzazione di dati legati ai modelli. Ciò rappresenta l’evoluzione dell’uso delle macro già nella progettazione CAD.

Accanto al processo grafico quello cioè che deriva direttamente dall’uso della matita, trasformatosi nell’uso di primitive geometriche vettoriali, combinate sullo schermo del computer, aveva già preso piede la pratica di automatizzare il processo di disegno per le operazioni ripetitive, ad esempio disegno di gradini di una scala, il posizionamento di simboli lungo un determinato tracciato, disegno del cartiglio  etc., ma anche operazioni un po'  più complesse come la restituzione di valori numerici da misurazioni o dati del progetto l’utilizzo di istruzioni sintetizzate in script  o routine associate ad un tasto della toolbar della GUI di AutoCAD. Tutto ciò poteva essere fatto in maniera più completa con un linguaggio di programmazione che aggiungeva funzionalità e comandi ad Autocad parliamo del famigerato AutoLisp divenuto poi Visual Lisp di autoCAD  con una IDE (Interface Develop Environment)  che permetteva  di generare blocchi di istruzioni utilizzate per disegnare  parti di disegno, per dimensionamento dei profili strutturali  o estrapolazione di dati,  come  ad esempio nella topografia applicata al Cad, disegno di punti per coordinate spaziali , e delle relativi superfici, disegno automatico dei profili di armatura sulla base di considerazioni geometriche e di  normativa applicata al calcolo. 

L’IMPATTO DELLE INTERFACCE COMPUTAZIONALI NELLA MODELLAZIONE IN BIM  

Le interfacce per la programmazione computazionale, diventate ormai di utilizzo quotidiano per ogni tipo di applicazione in ambito BIM e di modellazione in generale, cominciano a fare la loro comparsa poco più di una decina di anni fa. La prima fu Grasshopper, che tradotto alla lettera vuol dire “cavallette”, proprio perché simula l’attività ripetitiva delle cavallette che in natura si moltiplicano, si aggregano, operano in gruppo e generando forme csuali complesse.  Si tratta  dunque di un linguaggio con il relativo ambiente di programmazione visuale che viene eseguito all'interno dell'applicazione CAD Rhinoceros 3D. La prima versione di Grasshopper, allora chiamata Explicit History, ed è stata rilasciata nel settembre 2007, sviluppata da David Rutten presso Robert per la McNeel & Associates. Si tratta come già detto, di programmi che vengono creati trascinando i componenti (nodi) su un layout bi-tridimensionale.  Le uscite di questi componenti vengono quindi collegate agli ingressi dei componenti successivi, generando una struttura logica a rete che costituisce l’algoritmo ed il programma allo stesso tempo, perchè in ogni nodo è contenuto un metodo, una funzione, una lista di variabili, un blocco di istruzioni, o una istruzione che manipola le collezioni di oggetti di una data applicazione, interagendo all’ interno di essa e producendo degli elaborati.

Grasshopper viene utilizzato principalmente per costruire algoritmi cosiddetti generativi, come per l'arte generativa.  Molti dei componenti di Grasshopper creano geometrie 3D. I programmi possono contenere anche altri tipi di algoritmi tra cui applicazioni numeriche, testuali,  audiovisive, l’uso avanzato di Grasshopper include la  modellazione parametrica per l' ingegneria strutturale,  la modellazione parametrica per l'architettura ed il costruction managment, l'analisi delle prestazioni di illuminazione per l'architettura eco-compatibile e il consumo energetico degli edifici. Grasshopper è diventato poi parte del set di strumenti standard di Rhino in Rhino 6.0 e versioni successive. 

Più meno intorno al 2013 Autodesk sviluppa la piattaforma Dynamo, cioè un ambiente di programmazione visuale open source per la progettazione computazionale 3D e la modellazione di informazioni sui modelli BIM di edifici. Esiste Dynamo studio, cioè ambiente autonomo che può collegarsi a Revit, ma anche ad altri modellatori di ambito disciplinare diverso Autodesk, e Dynamo Revit è la stessa interfaccia di programmazione grafica completamente contenuta dentro Revit che consente di personalizzare il flusso di lavoro delle informazioni sugli edifici. Il vantaggio grande è che fornisce un modo intuitivo per esplorare i progetti senza dover imparare a scrivere in una sintassi che pur pero è presente dentro Dynamo, con tanto di gestione degli errori e compattatore per applicazioni autoinstallanti, il che favorisce la ricerca a sostegno della progettazione del prodotto industriale e dall'architettura. 

Tutto ciò farebbe pensare dunque che tale applicazione entri in gioco quando si voglia creare una progettazione complessa spaziale, per opere architettoniche di ampio respiro, padiglioni, grattacieli,  grandi edifici e coperture, per scali ferroviari ed aeroportuali come di fatto avviene, ma in realtà l’ausilio che Dynamo può dare riguarda il progetto BIM in genere nella getsione di una grossa mole di dati , per l’estrapolazione  ed il riordino di informazioni , attribuzione od esportazione in excel o il controllo stesso delle informazioni attraverso file di testo o excel esterni,

in sintesi con Dynamo è possibile:

• Modellare geometrie spaziali architettoniche, strutturali, impiantistiche con l’uso di algoritmi iterativi che descrivono una forma secondo un andamento di tipo matematico o vettoriale multidimensionale.
• Automatizzare processi di modellazione o valorizzazione di dati, conteggi con liste di valori impotabili od estraibili, per processi ripetitivi ad ampio raggio, multidimensionale e multilivello, in ambito strutturale, impiantistico infrastrutturale, dotazioni e requisiti qualitativi lungo una tratta autostradale, ferroviaria, rete di distribuzione etc.
• Estrapolare ed impostare le proprietà degli oggetti delle varie discipline per un flusso gestionale finalizzato alle informazioni esterne di computo, manutenzione e reportistica del modello.
• Creare algoritmi in grado di processare le relazioni spaziali o qualitative tra oggetti in risposta ad un determinato requisito progettuale ricercato, tanto da offrire la soluzione preferibile in rapporto all’ aspetto prestazionale richiesto (generative design), sul quale dedicheremo un maggior attenzione prossimamente.

EVOLUZIONI RECENTI DEL COMPUTATIONAL DESIGN

Nelle  ultime edizioni  Dynamo si è andato contestualizzando nei settori produttivi e nelle relative applicazioni utilizzato per indirizzi produttivi specifici  alcune macro preconfezionate richiamabili d una libreria di tools strutturali disponibili nel comando nodi del pannello strutture di Revit 2019,  per modellare schemi unifilari in acciaio  di carpenterie metalliche in cui le incogniti sono i tipi di giunti confezionabili assemblando determinate nervature di rinforzo, forometrie e bullonature, tutto attraverso un processo parametrico automatico , che era di per se già ottenibile in Revit con gli strumenti tradizionali di modellazione , ma in maniera più elaborata, e con un maggior margine di errore.

Dunque per le connessioni in acciaio per le quali Dynamo consente di accelerare il processo di inserimento di più connessioni in acciaio, l’utente definisce le regole, per fori, spessori e ordine di ancoraggio nelle connessioni trave pilastro, o rinforzi. Inoltre una volta definito il nodo con le macro richiamabile dalla suddetta libreria è possibile operare anche la propagazione spaziale in tutta la struttura secondo una logica multidirezionale, e multilivello.

Per la versatilità e la varietà di problematiche di utilizzo Autodesk sempre nella release 2019 ha esteso l’istallazione di Dynamo anche a programmi di modellazione generica come Autodesk   FormLT, un modellatore concettuale, che trova applicazione nell’ambito dell’industrial design o ambito manifacture, cioè disegno meccanico e della modellazione concettuale in Revit, per quelle che possono essere studi     preliminari di forme e geometrie per gli involucri edilizi. In questo caso l’applicazione di Dynamo e specificatamente di tipo spaziale, con successiva trasposizione in ambito BIM.

Con la release 2020 invece di Dynamo è stato esteso anche per Autocad Civil 3D. applicando la logica operativa anche al settore infrastrutture ad esempio pertanto è possibile caricare una serie di script cartografici per implementare funzionalità che favoriscono la multidisciplinarietà di questo ambito.

Infine si ricorda come  in precedenti articoli è stato rimarcato che oltre ad essere una soluzione GIS, per la maggiore interoperabilità che ha acquisito con i formati spaziali ESRI, è un modellatore BIM che si basa su basi cartografiche , in esso le macro di Dynamo  agevolano operazioni di modellazione ripetitive su modelli di reti idriche, su tratte autostradali e ferroviarie, quindi gestione di listati di punti COGO (per intenderci quelli che danno origine alle supefici TIN), automatizzazione del tracciamento di elementi e interazione intelligente con Excel .

Arch. Luca Talucci - BIM Expert