PROGENY: A GRASSHOPPER PLUG-IN THAT AUGMENTS CELLULAR AUTOMATA ALGORITHMS FOR 3D FORM EXPLORATIONS

Authors

İNANÇ ŞENCAN, Istanbul Technical University, TurkeyFollow

Abstract

Cellular automata (CA) is a well-known computation method introduced by John von Neumann and Stanislaw Ulam in the 1940s. Since then, it has been studied in various fields such as computer science, biology, physics, chemistry, and art. The Classic CA algorithm is a calculation of a grid of cells' binary states based on neighboring cells and a set of rules. With the variation of these parameters, the CA algorithm has evolved into alternative versions such as 3D CA, Multiple neighborhood CA, Multiple rules CA, and Stochastic CA (Url-1). As a rule-based generative algorithm, CA has been used as a bottom-up design approach in the architectural design process in the search for form (Frazer,1995; Dinçer et al., 2014), in simulating the displacement of individuals in space, and in revealing complex relations at the urban scale (Güzelci, 2013). There are implementations of CA tools in 3D design software for designers as additional scripts or plug-ins. However, these often have limited ability to create customized CA algorithms by the designer. This study aims to create a customizable framework for 3D CA algorithms to be used in 3D form explorations by designers. Grasshopper3D, which is a visual scripting environment in Rhinoceros 3D, is used to implement the framework. The main difference between this work and the current Grasshopper3D plug-ins for CA simulation is the customizability and the real-time control of the framework. The parameters that allow the CA algorithm to be customized are; the initial state of the 3D grid, neighborhood conditions, cell states and rules. CA algorithms are created for each customizable parameter using the framework. Those algorithms are evaluated based on the ability to generate form. A voxel-based approach is used to generate geometry from the points created by the 3D cellular automata. In future, forms generated using this framework can be used as a form generating tool for digital environments.

Keywords

Cellular Automata, Grasshopper, Generative Design, Framework.

الملخص (Abstract in Arabic)

الأتمتة الخلوية (CA) هي طريقة حوسبية معروفة قدمها جون فون نيومان وستانيسلاف أولام في الأربعينيات. منذ ذلك الحين، تمت دراسة الأتمتة الخلوية في مجالات مختلفة مثل علوم الحاسبات والأحياء والفيزياء والكيمياء والفن. تعد خوارزمية الأتمتة الخلوية الكلاسيكية عبارة عن عملية حسابية لشبكة من الحالات الثنائية للخلايا بناءً على الخلايا المجاورة ومجموعة من القواعد. ومع اختلاف هذه المتغيرات، تطورت خوارزمية الأتمتة الخلوية إلى إصدارات بديلة مثل الأتمتة الخلوية ثلاثية الأبعاد، والأتمتة الخلوية متعددة الجوار، والأتمتة الخلوية متعددة القواعد، والأتمتة الخلوية العشوائية. وقد تم استخدام الأتمتة الخلوية – كخوارزمية توليد قائمة على القواعد – كنهج تصميم من أسفل إلى أعلى في عملية التصميم المعماري في البحث عن الشكل، وفي محاكاة حركة الأفراد في الفراغ، وفي الكشف عن العلاقات المعقدة على المستوى الحضري. وتوجد تطبيقات لأدوات الأتمتة الخلوية في برامج التصميم ثلاثية الأبعاد للمصممين وذلك فى هيئة نصوص أو مكونات حوسبية إضافية. ومع ذلك، غالبًا ما يكون لهذه المكونات قدرة محدودة على إنشاء خوارزميات الأتمتة الخلوية القابلة للتخصيص بواسطة المصمم. تهدف هذه الدراسة إلى إنشاء إطار عمل قابل للتخصيص لخوارزميات الأتمتة الخلوية ثلاثية الأبعاد لاستخدامها في الاستكشافات ثلاثية الأبعاد من قبل المصممين. تم استخدام برنامج Grasshopper3D، وهو بيئة برمجة نصية مرئية في Rhinoceros 3D، لتنفيذ إطار العمل. ويكمن الاختلاف الرئيسي بين هذا العمل والمكونات الإضافية الحالية لـ Grasshopper3D لمحاكاة الأتمتة الخلوية في إمكانية التخصيص والتحكم في إطار العمل بطريقة متزامنة. وتعتبر المتغيرات التي تسمح بتخصيص خوارزمية الأتمتة الخلوية هي: الحالة الأولية للشبكة ثلاثية الأبعاد وظروف الجوار وحالات الخلية وقواعد الأتمتة. تم إنشاء خوارزميات الأتمتة الخلوية لكل متغير قابل للتخصيص باستخدام إطار العمل. وتم تقييم تلك الخوارزميات بناءً على القدرة على توليد الشكل. وتم استخدام نهج يعتمد على voxel لإنشاء هندسة شكل عن طريق النقاط التي أنشأتها الأتمتة الخلوية ثلاثية الأبعاد. ويمكن مستقبلا استخدام الأشكال التي تم توليدها باستخدام هذا الإطار كأداة لتوليد الأشكال والنماذج للبيئات الرقمية.

الكلمات الدالة (Keywords in Arabic)

الأتمتة الخلوية، برنامج جراسهوبر، التصميم التوليدى، إطار عمل.

Disciplines

Architecture | Arts and Humanities | Education | Engineering

Recommended Citation

ŞENCAN, İNANÇ (2023) "PROGENY: A GRASSHOPPER PLUG-IN THAT AUGMENTS CELLULAR AUTOMATA ALGORITHMS FOR 3D FORM EXPLORATIONS," Architecture and Planning Journal (APJ): Vol. 28: Iss. 3, Article 12.
DOI: https://doi.org/10.54729/2789-8547.1207