Grosser Bogen von binäerer Logik bis zu vernetzter Welt Interfaces, Bestandteile, Input/Output Devices Definitionen der Schnittstellen. Pioniere, Begriffe, Tendenzen Action: Computer auseinandergenommen und zusammengebaut (Andi Weirer)
10.03.2009 HS B
Vorlesung 2 Grundlagen des CAD
Geschichte des CAD Sutherland – AutoCAD – CAD-Forschung, Trends. AKAI, Marktübersicht, Prinzipien, Konstruktion vs. Operation Action: Genauigkeit von AutoCAD (UH)
17.03.2009 Vorlesung 3 CAD Datenstrukturen 1
Pixel vs. Vektor, Darstellungsarten, Layer Standards, Intelligent Layers, Emergence, Strukturierung vs. Offenheit Action: ArchiCAD (Heimo Schimek)
24.03.2009 Vorlesung 4 CAD Datenstrukturen 2
Objektorientierung, Kant, Wahrnehmung, Semantische Modelle, Types and Instances, Maya, Solid Modeling, Beispiele Action: Digital Project (Ingrid Pohl)
“If we examine a work of ordinary art, by means of a powerful microscope, all traces of resemblance to nature will disappear –but the closest scrutiny of the photogenic drawing discloses only a more absolute truth, a more perfect identity of aspect with the thing represented. The variations of shade, and the gradations of both linear and aerial perspective, are those of truth itself in the supremeness of its perfection.”
Edgar Allan Poe, The Daguerrotype, 1835
“Wenn wir ein gewöhnliches Kunstwerk unter einem starken Mikroskop betrachten, werden alle Spuren der Ähnlichkeit mit der Natur verschwinden – hingegen eröffnet die minutiöseste Untersuchung der photogenischen Zeichnung eine nur umso absolutere Wahrheit, eine noch perfektere Identität des Aspektes mit der dargestellten Sache. Die Variationen der Schattierung und die Tonwertverläufe sowohl von linearen Perspektiven als auch Luftaufnahmen sind jene der Wahrheit selbst, in der Unübertreffbarkeit ihrer Perfektion.”
Edgar Allan Poe, The Daguerrotype, 1835
Visuelle
Wahrheit?
Auflösung
RäumlichTonwertFarbe
Kompression
Bits are expensive...Wieviel Bildinformationpro Kbyte?
ist das mathematische Gebiet, in welchem algebraische Symbolismen und Methoden verwendet werden, um geometrische Probleme darzustellen und zu lösen. Das Wichtige an der analytischen Geometrie ist, dass sie eine Korrespondenz zwischen geometrischen Kurven und algebraischen Gleichungen etabliert. Diese Korrespondenz ermöglicht es, geometrische Probleme als aequivalente algebraische Probleme zu formulieren und umgekehrt; die Methoden des einen können dann verwendet werden, um die Probleme des anderen zu lösen.
Analytische Geometrie
Analytische Geometrie
Analytische Geometrie
19. Jhdt.
Matrix
Isometrische Transformationen:
Translation
Rotation
Skalierung
Oswald Spengler (1880 –1936)
„Der Untergang des Abendlandes“ (1917)
Morphologie der Weltgeschichte
Vergleich verschiedener Epochen und
Kulturen, Erklärung der Entwicklung
aufgrund der jeweils unterschiedlichen
herrschenden Weltbilder („Seele“) Spengler: Klassisches Denken blind für das Konzept des “Unendlichen"
Akropolis Aufgang Parthenon
Parthenon und ich
Karyatiden beim Erechteion
Spengler: Klassisches Denken blind für das Konzept des “Unendlichen"
OSWALD SPENGLER, Untergang des Abendlandes
Die entscheidende Tat des Descartes, dessen Geometrie 1637 erschien, bestand nicht in der Einführung einer neuen Methode oder Anschauung auf dem Gebiet der überlieferten Geometrie, wie dies immer wieder ausgesprochen wird, sondern in der endgültigen Konzeption einer neuen Zahlenidee, die sich in einer Ablösung der Geometrie von der optischen Handhabe der Konstruktion, von der gemessenen und meßbaren Strecke überhaupt aussprach. Damit war die Analysis des Unendlichen zur Tatsache geworden. Das starre, sogenannte kartesische Koordinatensystem, der ideale Repräsentant von meßbaren Größen in halbeuklidischem Sinn, das in der vorhergehenden Periode [...] die größte Bedeutung hat, wurde durch Descartes, wenn man in die Tiefe seiner Erwägungen dringt, nicht vollendet, sondern überwunden.
OSWALD SPENGLER, Untergang des Abendlandes
An Stelle des sinnlichen Elements der konkreten Strecke und Fläche -- dem spezifischen Ausdruck antiken Grenzgefühls -- tritt das abstrakt-räumliche, mithin unantike Element des Punktes, der von nun an als Gruppe zugeordneter reiner Zahlen charakterisiert wird. Descartes hat den durch antike Texte und arabische Tradition überlieferten Begriff der Größe, der sinnlichen Dimension, zerstört und durch den veränderlichen Beziehungswert der Lagen im Raume ersetzt.
[...] Daß dies eine Beseitigung der Geometrie überhaupt war, die von da an innerhalb der Zahlenwerte der Analysis nur noch eine durch antike Reminiszenzen verschleiertes Dasein führt, hat man übersehen.
OSWALD SPENGLER, Untergang des Abendlandes
Konstruktion vs. Operation
Die Konstruktion -- die im weiteren Sinne alle Methoden der elementaren Arithmetik einschliesst -- ist das A und O der antiken Mathematik: die Herstellung einer einzelnen, sichtbar vorliegenden Figur. Der Zirkel ist der Meißel dieser zweiten bildenden Kunst. Die Arbeitsweise bei funktionstheoretischen Untersuchungen [= Operation], deren Zweck kein Resultat vom Charakter einer Größe, sondern die Diskussion alllgemeiner formaler Möglichkeiten ist, läßt sich als eine Art Kompositionslehre von naher Verwandtschaft zur musikalischen bezeichnen.
Jede Konstruktion bejaht, jede Operation verneint den Augenschein, indem jene das optisch Gegebene herausarbeitet, diese es auflöst.
OSWALD SPENGLER, Untergang des Abendlandes
Abendländisches Zahlendenken
Die Geometrie von der Anschauung, die Algebra vom Begriff der Göße zu befreien und beide jenseits der elementaren Schranken von Konstruktion und Rechnung zu dem mächtigen Gebäude der Funktionentheorie zu vereinigen, das war der große Weg des abendländischen Zahlendenkens. So wurde die antike, konstante Zahl zur veränderlichen aufgelöst. Die analytisch gewordene Geometrie löste alle konkreten Formen auf. Sie ersetzt den mathematischen Körper, an dessen starrem Bilde geometrische Werte gefunden werden, durch abstrakt-räumliche Beziehungen, die zuletzt auf Tatsachen der sinnlich-gegenwärtigen Anschauung überhaupt nicht mehr anwendbar sind.
Das Abendland ist nicht untergegangen …
Der Exkurs zu Oswald Spengler sollte einerseits zeigen, welche Bedeutung die Erfindung Descartes für die Geometrie hatte, andererseits aber auch die Eigenschaften von CAD Programmen, die auf dem cartesischen Koordinatensystem aufbauen,vor Augen führen:
CAD Programme heben die von Spengler beklagte Abtrennung der analytischen Geometrie vom sinnlich Erfahrbaren gewissermassen wieder auf. Die Arbeit in CAD ist dem geometrischen Konstruieren eng verwandt: man sieht immer was man macht. Dahinter verbergen sich aber die letztlich auf Descartes zurückgehenden Matrizenoperationen. Konstruktion und Operation sind durch die graphische Benutzeroberfläche wieder vereint.
Formen weisen eine Struktur auf. Die Struktur ist eine bestimmte Organisation der Teile, eine innere Qualität. Dieselbe Struktur kann sehr unterschiedlichen Formen zugrunde liegen. Ähnliche Formen können sehr unterschiedliche Strukturen haben.
Traditional vs. CADdrawing
Traditionell: CAD Multidimensionalität:
• Projektion• Ausschnitt• Maßstab• Struktur (inhaltliche Filter: Gewerke,
Material, Autor, Zeit, Farbe, etc.)
CAD Multidimensionalität:
• Projektion
• Ausschnitt• Maßstab• Struktur (inhaltliche Filter: Gewerke,
Material, Autor, Zeit, Farbe, etc.)
Projektion
Lineare
Transformation Bildebene
Orthographische Projektionen
[X,Y,Z] [X,Y]
Orthographische Projektionen
Grundriss & Aufriss
Orthographische Projektionen
Axonometrie
Orthographische Projektionen
Trimetrisch Dimetrisch Isometrisch
• Corbu or Botta Example
Oblique Projections Schrägrisse
Illustration from "On metric equivalence" in APPENDX 4by George Liaropoulos-Legendre
Perspektivprojektion
[X,Y,Z] [X/C*Z,Y/C*Z]
Perspektivprojektion
• Duerer
CAD Multidimensionalität:
• Projektion• Ausschnitt
• Maßstab
• Struktur (inhaltliche Filter: Gewerke, Material, Autor, Zeit, Farbe, etc.)
CAD Multidimensionalität:
• Projektion• Ausschnitt• Maßstab• Struktur (inhaltliche Filter: Gewerke,
Material, Autor, Zeit, Farbe, etc.)
Strukturierungsmöglichkeiten in gängigen CAD Programmen
• Elements (Primitives)• Colors• Linetypes• Layers• Complex Elements (Groups, Blocks)• Reference Files• External Database
Strukturierungsmöglichkeiten in gängigen CAD Programmen
• Elemente (Primitives)• Farben (Colors)• Linienarten (Linetypes)• Ebenen (Layers)• Komplexe Elemente (Groups, Blocks)• Referenz Files (Xref)• Externe Datenbank
Strukturierungsmöglichkeiten in gängigen CAD Programmen
• Elemente (Primitives)• Farben (Colors)• Linienarten (Linetypes)• Ebenen (Layers)
• Komplexe Elemente (Groups, Blocks)• Referenz Files (Xref)• Externe Datenbank
Layers separate drawing entities into subsets based on logical groupings
currentlock/unlockvisible/invisible
thematic layering- by type- by author- by floors- by version- etc.
LAYERS IN AUTOCAD
Immer nur ein Layer kann als aktuell angewählt werdenvisible/invisible, freeze/thaw, lock/unlockLayers können sichtbare Attribute haben (color/linetype)
AIA LAYER GUIDELINES(AIA = American Institute of Architects)
Zweck:
KonsistenzInformationsaustausch Einheitlichkeit
AIA Layer Standards
CAD Richtlinien
Layer Standards SIA Graubünden Erläuterungen
BIG Layer Standards
Intelligente Layers
Layers können die mehrfache Zuordnung derselben Objekte ermöglichen
Name der Layer bestehen aus vielen Feldern: wie Spalten in einer Relationalen Datenbank
Standard User Interface ungenügend: Strukturierungsfragen sind auch Interfacefragen
Layer Standards: Kompatibilität mit verschiedenen Programmen
AIA Layer (und entsprechende Standards in anderen Ländern) reflektieren den Status Quo: passen am besten für AutoCAD
MicroStation hat nur 64 Layers
Vectorworks hat Classes und Layers
Austauschformate!
Marktdominanz
• Autodesk: 4 Million Customers worldwide
• 2.6 Million copies of AutoCAD shipped (numerous bootleg copies); 1 Million Students trained on Autodesk Products / year
• Bentley: 300‘000 users worldwide
• Nemetschek: 160‘000 users worldwide
• Archicad: used by almost 100‘000 architects + building professionals worldwide
• (Quellen: Firmenwebsites, Stand 2000)
Austauschformate
-IGES: Initial Graphic Exchange Specification
zZt. version 5.3
-STEP: Standard for the Exchange of Product Model Data (ISO 10303)
-DXF: Drawing Interchange Format (de-facto standard, Autodesk proprietär)
DXF- Drawing Interchange Format
- Proprietäres Autodesk Format
- Reflektiert exakt die AutoCAD Datenstruktur
• Nie als Standard gedacht, schlecht dokumentiert, aber von so gut wie jedem CAD programm am Markt unterstützt
( de facto Standard)
• Verliert in letzter Zeit an Bedeutung
IGES- Initial Graphics Exchange Specification
- ANS (American National Standard)
- Erste Version in 1980
- zZt.Version 5.3, 6.0 soll die endgültige sein
“IGES provides a neutral definition and format for the exchange of specific data. Using IGES, a user can exchange product data models in the form of wire frame or solid representations as well as surface representations. Applications supported by IGES include traditional engineering drawings as well as models for analysis and/or various manufacturing functions. In addition to the general specification, IGES includes application protocols in which the standard is interpreted to meet discipline specific requirements.”
STEP- Standard for the Exchange of Product Model Data
(ISO 10303)- Multi-Part Iso standard:- Covers geometry, topology, tolerances,
relationships, attributes, assemblies, configuration and more
- Provides unambiguous, computer sensible description of the physical and functional characteristics of a product throughout its life cycle
Formen weisen eine Struktur auf. Die Struktur ist eine bestimmte Organisation der Teile, eine innere Qualität. Dieselbe Struktur kann sehr unterschiedlichen Formen zugrunde liegen. Ähnliche Formen können sehr unterschiedliche Strukturen haben.
“To a large extent it has turned out that the usefulness of computer drawing is precisely their structured nature… An ordinary designer is unconcerned with the structure of his drawing material. Pen and ink or pencil and paper have no inherent structure. They make only dirty marks on paper.”
Sutherland, I., “Structure in Drawings and the Hidden-Surface Problem,” in Negroponte, N. (ed.), Reflections on Computer Aids to Design and Architecture, 1975.
“Es hat sich herausgestellt, dass die Nützlichkeit von Computerzeichnungen meistens in ihrem strukturierten Wesen begründet ist… Ein gewöhnlicher Designer sorgt sich nicht um die Struktur seiner Zeichnungen. Bleistift und Tinte haben keine inhärente Struktur. Sie machen nur schmutzige Zeichen auf’s Papier.”
“To a large extent it has turned out that the usefulness of computer drawing is precisely their structured nature… An ordinary designer is unconcerned with the structure of his drawing material. Pen and ink or pencil and paper have no inherent structure. They make only dirty marks on paper.”
Sutherland, I., “Structure in Drawings and the Hidden-Surface Problem,” in Negroponte, N. (ed.), Reflections on Computer Aids to Design and Architecture, 1975.
“Ambiguity has important uses in design where it fosters imagination and creativity, and encouragesmultilayered expression and response. Butambiguity is conspicuously absent from design when it its computer aided, even in the basic casewhere designs are given in line drawings… It would appear that the uselessness of computerdrawings in design is precisely their structured nature.”
Stiny, G., “What Designers Do that computers should,” from Mitchell, W.,and McCullough, M. (eds.), Electronic Design Studio, 1990.
“Mehrdeutigkeit erfüllt wichtige Aufgaben beim Entwerfen, wo sie Phantasie und Kreativität fördert und vielschichtige Ausdrucksweisen und Auffassungen unterstützt. Aber Mehrdeutigkeit ist bemerkenswert abwesend, wenn das Entwerfen vom Computer unterstützt wird, selbst in dem einfachen Fall, wo Entwürfe als Linienzeichnungen dargestellt werden… Es scheint, dass die Unbrauchbarkeit von Computerzeichnungen beim Entwerfen gerade in ihrem strukturierten Wesen begründet ist.”
“Ambiguity has important uses in design where it fosters imagination and creativity, and encourages multilayered expression and response. But ambiguity is conspicuously absent from design when it its computer aided, even in the basic case where designs are given in line drawings… It would appear that the uselessness of computer drawings in design is precisely their structured nature.”
Stiny, G., “What Designers Do that computers should,” from Mitchell, W.,and McCullough, M. (eds.), Electronic Design Studio, 1990.
