生成式艺术和算法创作06-形状语法

形状语法/形状文法(Shape grammars)是生成特定类别几何形状的生产系统。

1971年,George StinyJames Gips 在一篇开创性的文章中定义了形状语法的基础。形状语法是一种计算机辅助设计方法,是研究二维和三维语言的一种方式,它可以按照人们的设计思想和要求,按照一定的规则自动产生新形态。

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具体来说,形状语法由形状规则(shape rules)和选择、处理规则的生成引擎(generation engine)组成。形状语法执行计算的两个主要步骤是:识别特定形状,用可能的形状替代。

形状规则定义如何转换现有形状,由两个部分组成,两个部分由从左到右指向的箭头分隔:

  • 箭头左侧的部分称为左侧(LHS),描绘形状和标记的条件。
  • 箭头右侧的部分称为右侧(RHS),描述如何转换 LHS 形状以及标记的位置,标记有助于定位和定向新形状。

形状语法最少由三个形状规则组成:起始规则,至少一个转换规则和终止规则。形状语法中的生产规则可以连续应用,类似 L-Systems 中的 productions。

形状语法通常是一个四元组,SG=(S, L, R, I)。其中 S 是形状的有限集合,L 是符号的有限集合,R 是规则的有限集合,I 是初始形状。形状文法产生的形状,都应通过形状规则由初始形状派生出来。

形状语法在一个小规模的、定义明确的生成问题(如住房布局和结构细化)时最有用。由于形状规则通常是在小形状上定义的,因此形状语法可以包含许多规则。

Mitchell 提出的 Palladian 别墅形状语法包含 69 个规则,这些规则适用于整个八个实施步骤。

Rules of Mughal garden:

借助 CAD,形状语法可以节省人力、缩短设计周期、产生系列化方案,能很好地传承文脉,使设计内涵在新环境下得以保存和发展,受到了设计界尤其是建筑设计的高度重视。

近几十年来,形状语法在计算机图形学中越来越重要。

除了用于建筑物或城市的程序建模(例如电影或视频游戏),Shape Grammars 是许多开发系统的基础,它们使用生产规则来生成各种不同的 3D 模型。 使用 Shape Grammars 可以创建具有逼真外观的街道平面图,以及建筑物的外墙或内部空间。

运用形状语法生成的建筑模型和建筑设计:

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