Компьютерное моделирование в процессе формирования основ архитектурной композиции

Актуальность исследования.

Особенность современного этапа развития общества заключается в феноменальном прорыве цифровых технологий. На глазах одного поколения радикально изменилось отношение ко многим сторонам жизни. Это коснулось профессиональной сферы архитектуры, в том числе содержания обучения, методов трансляции профессиональных знаний и средств деятельности.

Кроме того, высшему профессиональному образованию уделяется повышенное внимание в связи со вступлением в Болонский процесс, что предусматривает изменения системы деятельности вузов с необходимостью радикальной модернизации дисциплин и программ. Ключевой для становления будущего архитектора предмет «Архитектурное проектирование» подпадает под этот процесс, с неизбежностью затрагивая проблему изучения объёмно-пространственной композиции.

Данная тема, связанная с изучением возможностей компьютерного моделирования, лежит на пересечении этих двух тенденций и оказывается в центре интересов, как архитектурной теории, так и практики проектирования, что определяет актуальность исследования.

Проблема.

Информационные технологии (далее ИТ) в соответствии со стратегией развития современного общества Российской Федерации определены как системообразующий элемент складывающейся инфраструктуры, в качестве главного фактора ускорения инновационных процессов и модернизации экономики. Вместе с тем в области высшего архитектурного образования потенциал современных ИТ используется далеко не в полной мере, т.к. внедрение их в учебный процесс носит стихийный характер и зачастую основывается на интуитивных подходах. В результате не используются креативные возможности компьютерных технологий (далее КТ), что смещает акцент профессионального архитектурного образования в сторону технократизации в ущерб творческой, художественной составляющей.

Настоящее диссертационное исследование направленона изучение и применение KT для развития! гуманитарных ценностей высшего профессионального архитектурного образования ~ формирования композиционного мышления студента-архитектора, соответствующего современным' потребностям архитектурной специальности.

Изученность проблемы, и научный контекст исследования.

Научный контекст исследования составляют разработки в области теории архитектуры: творческого процесса проектирования1, архитектурного формообразования", теории композиции виртуального моделирования в различных областях искусства4, методологии архитектурного образования^ в частности, его начального этапа5.

В' работах теоретиков6 и практиков7 архитектуры приводится анализ и оценка явлений, связанных с развивающейся идеей нелинейностиопределяющей новую картину мира, которая реализуется в современной архитектуре и градостроительстве и существенно расширяет границы теоретических представлений о профессии. Исследование процесса творчества как результата нелинейного мышления и деятельности архитектора потребовало обращения к работам, рассматривающим феномен сознания с точки зрения синергетики8, феноменологии9, психологии10, эстетики11 и математического моделирования12.

1 О. И. Генисаретский, B.JI. Глазычев, Э. П. Григорьев, A.B. Ефимов, В. И. Иовлев, И. Г. Лежава, Ф. Т. Мартынов, В. М: Розин, М. Р. Савченко, Г. П. Щедровицкий, Ю. И: Кармазин.

2 А. Г. Раппапорт, A.B. Иконников, М. В. Шубенков, Ю. С. Янковская.

3 П. В. Капустин, А. Э. Коротковский, М. В. Пучков, В. И. Сазонов.

4 А. Асанович, A.C. Токарев, О. Г. Яцюк.

5 Т. В. Гудкова, A.A. Барабанов, И. И. Богомолов, В. И. Иовлев, П. В. Капустин, Ю. И: Мартынов, Д. JL Мелодинский, В. И. Сазонов и др.

6 И. А. Азизян, Ч. Дженкс, И. А. Добрицына.

7 П. Айзенман, Ф. Гери, Р. Кулхаас, 3. Хадид, П. Шумахер и другие.

8 И. А. Пригожин, И. Стенгерс, С. П. Курдюмов, Э. Янч, В. И. Тасалов.

Мировой и отечественный опыт современной, архитектуры свидетельствует о том, что единый процесс информатизации в архитектуре развивается-по двум параллельным руслам: первое — технологическое сопровождение проектирования, существенно интенсифицирующее и изменяющее его процессуальное содержание. Второе — исследования, проводимые в виртуальной среде, активизирующие творческий потенциал проектировщика и формирующие профессиональный язык современного архитектора.

Отечественная* практика высшего архитектурного образования развивается в основном в первом русле — спонтанного внедрения цифровых технологий путём изучения пакетов компьютерных программ. Это удовлетворяет, прежде всего, спрос архитектурно-строительного рынка на специалиста, владеющего ремеслом, необходимым для оформления проектнойдокументации в электронном виде. Однако такая специализация не служит развитию художественной составляющей архитектурной профессии.

Возможности компьютерных технологий, позволяющие решать проект-но-композиционные задачи, инициировать творческий потенциал студента-архитектора и способствовать формированию профессионального мышления, адекватного современному информационному обществу, ещё мало изучены и недостаточно применяются в области высшего архитектурного образования. Привлечение средств компьютерного моделирования (далее КМ) для осуществления исследовательской, творческой работы нуждается в осмыслении. Особого внимания требует изучение взаимосвязи технического и художественного в процессе проектного моделирования. Необходимо теоретическое обоснование методологии обучения будущегоархитектура работе в виртуальной среде, а также разработка соответствующих методик освоения проектного искусства, стержнем которого остаётся архитектурная композиция.

9 Э. Гуссерль, К. Ясперс, М. Хайдеггер, М. Мерло-Понти.

10 JI.C. Выгодский, В. Е. Лепский, В. А. Лефевр.

11 В. В. Бычков, Н. Б. Маньковская, В. И. Тасалов, O.A. Кривцун.

12 И. Волович, А. Ю. Хренников.

Наиболее близкими предшественниками научного подхода, разрабаты.

13 ваемого в настоящем исследовании, являются работы: О. В. Загребина и Е.С. Пронина14. В исследовании О. В. Загребина компьютерная графика представлена как эффективное средство пространственного моделирования! и визуализации процессов и объектов, способное обеспечить динамичное формообразование в интерактивном режиме. Выводы О. В. Загребина о целесообразности применения компьютерной графики в процессе изучения основ архитектурной композиции были сделаны на основании доказательства следующих её преимуществ: условия восприятия, приближенные к реальным условиямособые, отличные от традиционных, способы осуществления компоновкиа также свойство интерактивной компьютерной графики формировать гибкость мышлениями познавательность, необходимые для творческой деятельности.15.

Исследование Е. С. Пронина посвящено процессуальному содержанию композиции. Концептуальный и формальный уровни архитектурнойкомбинаторики рассматриваются как структурирующая основа проектирования, которая проявляется в виде множества комбинаторных процедур, не всегда осознанных, и растворённых в композиционной деятельности. Двухуровневая структура композиционной деятельности и выявленные Е. С. Прониным закономерности комбинаторных процедур, стали теоретическими предпосылками для настоящего исследования.

Результаты двух приведённых выше исследований позволяют сделать новый шаг в исследуемом направлении и предложить новую методологию использования КМ в процессе изучения основ архитектурной композиции с привлечением приёмов архитектурной комбинаторики.

Рабочая гипотеза.

13 О. В. Загребин. Учебные компьютеры в начальной композиционной подготовке: автореферат канд. дис. М., 2000.

14 Е. С. Пронин. Теоретические основы архитектурной комбинаторики: Учеб. для вузов: Спец. «Архитектура» -М.: Архитектура-С. 2003.

15 См.: О. В. Загребин —там же. С. 11.

На начальной стадии высшего архитектурного образования приоритетными являются методы КМ, которые содействуют развитию и формированию творческих способностей будущих архитекторов, в отличие от ремесленных навыков, необходимых для технологического компьютерного сопровождения проектирования.

Компьютерное моделирование, направленное на изучение процесса формообразования в интерактивном режиме, способствует стимуляции креативного мышления и служит средством освоения и формирования современного профессионального архитектурного языка.

Объект исследования — композиционные модели (графические, макеты, компьютерные, вербальные), служащие средством выражения объёмно-пространственной композиции, основы которой закладываются в процессе обучения студента-архитектора и оказывают влияние на формирование художественно-образного языка архитектуры.

Предмет исследования — принципы и методы компьютерного моделирования в процессе формирования основ архитектурной композиции, используемые в современной практике высшего архитектурного образования и проектирования.

Границы исследования.

Исследование ограничено начальной стадией высшего архитектурного образования, где осуществляется процесс становления профессионала, включая адаптацию студента к условиям высшего учебного заведения и формирование основ композиционного мышления. Из множества возможных путей применения КТ в архитектурном образовании, в исследовании рассматриваются те, которые направлены на решение проектно-композиционных задач на начальной стадии профессиональной подготовки.

Цель исследования.

Способствовать развитию художественного потенциала современного высшего архитектурного образования и профессионального проектирования посредством освоения и применения новых методов виртуально-композиционного моделирования архитектурной формы и пространства.

Задачи исследования.

1. На основе анализа мировой и отечественной архитектурной теории, практики и образования выявить способность компьютерного моделирования активизировать творческий потенциал архитектора и обосновать возможность использования КМ на начальном этапе архитектурно-художественного образования.

2. Раскрыть возможности виртуально-комбинаторного моделирования, связанные с визуализацией процесса поиска и создания архитектурной композиции.

3. Сформулировать принципы компьютерного моделирования в процессе обучения основам архитектурной композиции в развитие традиций исторически сложившейся методологии архитектурной школы пропедевтики, являющейся признанным достоянием мировой художественной культуры.

4. Разработать метод виртуально-компьютерного моделирования, следующий сформулированным теоретическим принципам, для организации на его основе Курса компьютерного моделирования, сопровождающего изучение основ архитектурной композиции (ОПК).

Методы исследования.

В основу исследования положены: — экспериментальная практика (1996 -2010 гг.) Учебно-методической лаборатории компьютерного проектирования УЦ ВИКОМП МАрхИ по сопровождению классического курса Основ архитектурной композиции компьютерным композиционно-комбинаторным моделированием- - конкретные социологические исследования (анкетирование, опрос, интервью — диагностические сопоставления) — - теоретико-аналитические изыскания в области архитектурной композиции как содержания обучения. Качественный анализ свойств различных видов моделирования, освоенных в архитектурной практике. Обобщение результатов проведенного исследования, кроме названных методов, опиралось на комплексный подход в формулировании" итоговых выводов. .

Научная новизна.

Предложена новая методология формирования¦ основ архитектурной композиции на начальной стадии высшего-профессионального образования, в которой КМ использовано как средство активизации творческого потенциала и формирования пространственного воображения и восприятия студента-архитектора.

Сформулированы принципы компьютерного моделирования в формировании основ архитектурной композиции на начальной стадии высшего профессионального архитектурного образования > и разработан виртуально-комбинаторный метод композиционного моделирования.

Практическая значимость.

На основании проведённого исследования подготовлен курс Компьютерного композиционного моделирования (КМ курс), который получил апробацию в Учебно-методической лаборатории УЦ ВИКОМП МАРХИ в 2000/01 — 2009/10 гг. Полученные результаты имеют значение для совершенствования учебного процесса, для научного изучения проблем композиционной подготовки и дальнейшего развития методики обучения основам архитектурной композиции. КМ курс может быть использован в целях повышения квалификации, а так же преподаваться на начальной стадии обучения по архитектурным и дизайнерским специальностям в вузах и колледжах.

На защиту выносится.

— новая методология формирования основ архитектурной композиции (на начальной стадии высшего архитектурного профессионального образования), использующая визуальный потенциал КМ, поддержанный цифровыми технологиями, трёхмерным моделированием, одновременным транслированием образа и интерактивным взаимодействием с ним.

— принципы компьютерного моделирования в формировании основ архитектурной композиции: о принцип двухстадийности, отражающий двухуровневую структуру композиционного моделирования: на первой стадии осуществляется формально-аналитический поиск моделей (на условных цифровых моделях), преобразуемых на второй стадии в тематическую (типологическую) архитектурную композициюо принцип комбинаторного моделирования, вскрывающего механизмы формообразования композиционной деятельности в части формального варьирования параметров объёмно-пространственной модели, что способствует формированию гибкости, вариативности и ассоциативности мышления студента-архитекторао принцип синхронности различных видов моделирования, обосновывающий правомерность использования компьютерного моделирования наравне и в комплексе с макетно-графическим моделированием.

— виртуально-комбинаторный метод, использующий приёмы архитектурной комбинаторики в системе формально-аналитических процедур при создании композиционных моделей средствами компьютерного моделирования.

Внедрение и апробация исследования.

Основные положения исследования опубликованы в учебном пособии «Основы архитектурной композиции (курс виртуального моделирования)», в сборниках и журналах, изложены на конференциях и методических семинарах в России и за рубежом, в частности, на международных конференциях из серии «Нелинейный мир»: Информатика, образование, экология и здоровье человека, на «Connecting the Real and the Virtual: eCAADe20» [Designe-ducation], EAEA, Триенале в Милане, ASAE07 «Creative Reseach» в Швеции, на научно-практических конференциях МАрхИ и УралГАХА, и внедрены в программу целевых научных исследований НИИТИАГ РААСН по теме.

1.4.5.: «Виртуальное моделирование в процессе архитектурного формообразования» (г.р. № 1 200 903 135).

Результаты исследования составили теоретическую базу эксперимен-" тальных методик по сопровождению в отдельных группах третьего и четвёртого курсов МАрхИ учебного проектирования на темы: «Клуб», «Жилой дом средней этажности», «Многоэтажный жилой дом» и на пятом курсе вечернего отделения по сопровождению темы «Театр» на стадии эскизного композиционного поиска объёмно-пространственного решения.

По результатам экспериментов 1996 — 2000 гг. в 2000 году Учёным советом МАрхИ (протокол № 5 от 28.06.2000 г.) была утверждена авторская программа изучения основ архитектурной композиции методом виртуально-комбинаторного моделирования, разработанная автором данного исследования совместно с доцентом кафедры «Архитектура жилых зданий» канд. арх. Барчуговой Е. В. С 2000/01 года авторская программа положена в основу дис- ' циплины «Компьютерный композиционно-комбинаторный курс» и включена в учебный план. В 2010 году дисциплина переименована в «Курс компьютерного композиционного моделирования» — КМ курс.

В 2002 году «Компьютерный композиционно-комбинаторный курс» был впервые представлен и получил признание как не имеющий аналогов на международной научной конференции: Design-Education: Connecting the Real and the Virtual: eCAADe20 — The 20-th Conference on Education in Aided Architectural Design in Europe. Warsaw.

В 2005 году на международной научно-методической конференции «Композиционные чтения имени А. Коротковского» в Екатеринбурге виртуально-комбинаторный метод (авторы: Рочегова H.A., Барчугова Е.В.) был. отмечен дипломом за разработку инновационных методик обучения основам архитектурной композиции.

В 2010 году на XIX Международном смотре-конкурсе дипломных проектов в г. Воронеже учебному пособию «Основы архитектурной композиции курс виртуального моделирования)» (авторы: Рочегова Н. А., Барчугова Е.В.) присуждено первое место и это отмечено Дипломом первой степени, в смотре-конкурсе учебных пособий.

Методический материал, разработанный в КМ курсе, используется в педагогической практике Дальневосточного государственного технического университета (ДВПИ им. В.В. Куйбышева) и Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарёва (ГОУВПО «МГУ им. Н.П. Огарёва») (акты о внедрении в приложении № 4 и 5).

Навыки компьютерного композиционного моделирования, полученные студентами в КМ курсе, используются ими в учебной практике, о чём свидетельствует устный опрос студентов и результаты анкетирования (в приложении № 6). Кроме того, студенты реализуют полученный опыт, участвуя в профессиональных конкурсах16. Студенты и магистранты принимали участие в выполнении Зё-моделей и анимационных фрагментов для двух мультимедийных исследований: «Динамический метод формообразования И.И. Леонидова» (2007 г.) и «Пространство в архитектуре Фёдора Шехтеля» (2009 г.).

Структура работы.

Диссертация представлена в двух томах. Том I состоит из введения, трёх глав, заключения, библиографического списка и 43 иллюстраций, и изложен на 171 странице. Том II состоит из документальных приложений, изложенных на 156 страницах.

Основные результаты десятилетней практики курса Компьютерного композиционного моделирования.

КМ курс не имеет аналогов, поэтому результаты можно оценить лишь по степени их значимости для адаптации студента к условиям высшей школы, информационно-технологическому контексту нашего времени и успешности формирования профессиональных знаний и навыков:

— сам факт моделирования в. виртуальной среде является убедительным для"современных студентов и-делает их открытыми к усвоению предметно-ориентированного материаластуденты*доверяют виртуальной"среде, в*которой быстро достигается* искомое, а ошибки ничем серьёзным не грозят и легко исправляются;

— непредсказуемое развитие сценария формообразованияподсказанного технологическими комбинаторными, приёмами, создаёт атмосферу игры, где результат неизвестена смысл заключается в самом1 процессеигра раскрепощает и, способствует усвоению комбинаторных процедур, лежащих вюсно-ве композиционно моделированияв. непринуждённой обстановке обучающей игры формируются важнейшие профессиональные навыкина* которые ориентирована. методика КМ’курса;

— формируются комбинаторные механизмы сознания, лежащие в основе композиционной деятельности и служащие пробуждению творческого потенциала сознания;

— формируется навык, вариативного эскизирования, что обеспечивает большую свободу в выборе решения;

— включается ассоциативное мышление;

— неформальное знакомство с компьютерными технологиями предоставляет студентам возможность творческого использования их в достижении учебных целей;

— практика композиционного моделирования снимает иллюзию о том, что знание компьютерной программы, может заменить отсутствие навыков изобразительной, созидательной деятельности — умения рисовать, компоновать, придумывать, фантазировать;

— синхронность программ трёх дисциплин (ОПК, ОАП и КМ курса), а так же сопровождение выполнения заданий вербальнойформулировкой идеи, комментариями и обсуждением принимаемых решений создаёт условия-для одновременной работы в различных языках моделирования;

— студенты получают дополнительный опыт композиционного моделирования, всегда востребованный, но по причине всеобщей интенсификации жизни имеющий тенденцию к сокращению.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Композиционное моделирование в виртуальной среде, реализуемое на начальной стадии профессионального образования, представлено как эффективный метод погружения студента в специфику профессиональной архитектурной’деятельности, оживляющий механизмы образного и ассоциативного мышления, формирующий объёмно-пространственные представления’и, одновременно, дающий навыки работы" с компьютерными технологиями. В результате включения творческой интуиции студентов информационные технологии начинают работать как инструмент искусства* уже на первоначальном этапе знакомства с ними.

1. В результате проведённого автором анализа опыта мировой и отечественной архитектурной теории, практики и образования выявлено два направления единого процесса информатизации в архитектуре: первое — технологическое сопровождение проектирования, существенно интенсифицирующее и изменяющее его процессуальное содержаниевторое — использование компьютерного моделирования (КМ) как инструмента исследования процесса формообразования.

Второе направление способствует раскрытию творческого потенциала архитектора и участвует в формировании современного профессионального языка.

Исследование подтвердило, что КМ является действенным инструментом композиционного формообразования (наряду с другими возможностями его применения: технологическим сопровождением проектирования, визуализацией архитектурных объектов, компьютерными презентациями и др.), и позволяет включить его в начальное образование студента-архитектора, что отвечает современным реалиям проектного процесса, базирующегося на ИТ.

2. Раскрыты возможности виртуально-комбинаторного моделирования, которые обеспечены с одной стороны специфическими свойствами виртуальной среды, с другой — использованием комбинаторного метода, присущего архитектурной композиции в её вариативной, комбинаторной части. Установлено, что двухуровневое виртуально-комбинаторное моделирование (концептуальный, уровень идей, принципов, значений и целей и формальный уровень геометрических форм и их характеристик) служит стимуляции творческой интуиции, способности синтезировать композиционное решение.

Виртуальные возможности моделирования поддерживаются технологическим компьютерным сервисом: нематериальность цифровых моделей, интерактивность взаимодействия с ними, лёгкость исправления ошибки — формируют склонность к экспериментированию, а наглядность включает механизм образного восприятия. Способность виртуальной среды имитировать реальную среду с высокой степенью убедительности, позволяет использовать её в образовательных программах.

3. По результатам теоретических разработок и анализа опыта использования" компьютерного моделирования в процессе изучения основ архитектурной композиции сформулированы принципы КМ, развивающие традиции исторически сложившейся методологии начального этапа высшего архитектурного образования путём творческого использования виртуальных технологий:

— принцип двухстадийности КМ, во-первых, наследует традиции формально-аналитического подхода к изучению основ архитектурной композиции — освоение формализованных средств архитектурной деятельности выделяется в отдельный этап при условии, что синтез полученных аналитических знаний происходит в контексте решения конкретной тематической архитектурной композицииво-вторых, отражает двухуровневую структуру композиционной деятельности (формальный и концептуальный уровни): на первой стадии осуществляется формально-аналитический поиск моделей (на условных цифровых моделях), преобразуемых на второй стадии в тематическую (типологическую) архитектурную композицию;

— принцип комбинаторного моделирования вскрывает механизмы формообразования и визуализирует процесс композиционной деятельности в" части формального варьирования параметров объёмно-пространственной модели.

— принцип синхронности различных видов моделирования (цифрового, макетно-графического и вербального) утверждает совокупность традиционных и инновационных видов моделирования, дополняющих возможности друг друга. Традиционные виды моделирования, перенесённые в виртуальную среду, приобретают новые качества. Использование компьютерного моделирования наравне и в комплексе с макетно-графическим моделированием создаёт оптимальные условия для творческой реализации.

4. Разработан виртуально-комбинаторный метод, положенный в основу Курса композиционного компьютерного моделирования — КМ курса, сопровождающего дисциплину ОПК. Виртуально-комбинаторный метод служит изучению свойств архитектурной формы и проявляется во множестве комбинаторных процедур различного характера. В работе сформулированы три вида комбинаторных процедур: технологический, морфологический и сценарный:

— технологические процедуры — создание комбинаторных множеств условных моделей на основе единичного модуля, путём его удвоения, отражения, перемещения в пространстве, масштабирования, изменения его не геометрических параметров (масса, фактура и цвет) — осуществляется на формальном уровне по предложенным алгоритмам использования простейших опций компьютерной программы;

— морфологические процедуры — создание комбинаторных множеств на основе свободного выбора способа моделирования формы, помимо технологических приёмов используются: членение объема на структурно-образующие элементы, сечение плоскостью, работа с фактурой и пластикой поверхности и другие, требующие более глубокого знания компьютерной программы;

— сценарные процедуры — анализ множества композиционных идей возможных интерпретаций условной модели, выбор тем и сценарной аранжировки.

5. Разработаны приёмы создания комбинаторных множеств на основе единичного модуля, вошедшие в 12 упражнений, реализующих виртуально-комбинаторный метод в практике высшего архитектурного образования на начальной его стадии:

— приём свободного движения в границах комбинаторного поля- - веерный приём создания динамических рядов- - приём «разрушения» формы и последующей её «сборки» в новую целостность- - приём множественного прочтения двумерного изображения в трёхмерную модель и другие приёмы, свойственные комбинаторике и адаптированные к возможностям компьютерных технологий.