Advanced

Using direct manipulation for real-time structural design exploration

Åkesson, Daniel LU (2016)
Abstract (Swedish)
Det första skedet när ett byggnadsverk ska uppföras är det konceptuella designskedet, det är här de första besluten om utformningen av byggnadsverket görs. I det traditionella arbetsflödet utformas byggnadsverket först i ett ritprogram, sedan används ett annat datorverktyg för att verifiera att det utformade byggnadsverket kan hantera de krafter som uppstår, t.ex. vind, egentyngd osv. Detta arbete är ett försök till att förbättra detta arbetsflöde genom att skapa nya verktyg som redan i ett konceptuellt designskede ger användaren en återkoppling till hur strukturen kan hantera de krafter som kommer att uppstå så att förbättringar på utformningen kan göras i ett tidigare skede.

För denna typ av verktyg ställs höga krav på... (More)
Det första skedet när ett byggnadsverk ska uppföras är det konceptuella designskedet, det är här de första besluten om utformningen av byggnadsverket görs. I det traditionella arbetsflödet utformas byggnadsverket först i ett ritprogram, sedan används ett annat datorverktyg för att verifiera att det utformade byggnadsverket kan hantera de krafter som uppstår, t.ex. vind, egentyngd osv. Detta arbete är ett försök till att förbättra detta arbetsflöde genom att skapa nya verktyg som redan i ett konceptuellt designskede ger användaren en återkoppling till hur strukturen kan hantera de krafter som kommer att uppstå så att förbättringar på utformningen kan göras i ett tidigare skede.

För denna typ av verktyg ställs höga krav på användargränssnitt, de behöver vara interaktiva och enkla att arbete med för att kunna följa designerns iterativa arbetsflöde. Direkt manipulation är en typ av användargränssnitt där användaren direkt kan manipulera objekt på skärmen. Denna typen av användargränssnitt skapar intuitiva gränssnitt som är enkla att förstå och som uppmanar användaren att experimentera och utforska möjligheter. Ny teknik skapar nya möjligheter att skapa nya designverktyg för konceptuell design som använder en sådan, väldigt direkt, gränssnittstil. Dessa nya möjligheter utforskas vidare i denna avhandling genom att utveckla två olika designverktyg.

Det första av dessa verktyg tillåter väldigt direkt manipulation för ett två-dimensionellt (2D) användargränssnitt genom att utnyttja moderna pekskärmar. I det utvecklade verktyget kan användaren enkelt mata in och manipulera modeller genom att använda pekskärmen. Användaren presenteras med resultat från strukturberäkningar i realtid, vilket tillåter användaren att experimentera och utforska nya former. Det andra verktyget som har utvecklats vidareutvecklar dessa koncept och idéer till tre-dimensioner (3D) genom att använda en ny sorts 3D input enhet, som heter Leap Motion.

Resultaten från detta arbetet utgör förslag på hur verktyg för konceptuell design som integrerar strukturella aspekter med hjälp av väldigt direkta användargränssnitt. (Less)
Abstract
Before a new structure can be built, it must be designed. This design phase is a very important step in the building process. The total cost of the structure and its structural performance are largely dependent on the structural design process. The impact of decisions on the design process is initially high and declines as the design matures. However, few computational tools are available for the conceptual design phase; thus, an opportunity exists to create such tools. In the conventional workflow, the architect uses geometric modeling tools and the engineer uses structural analysis tools in sequential steps. Parametric modeling tools represent an improvement to this workflow, as structural analysis plug-ins are available. This allows... (More)
Before a new structure can be built, it must be designed. This design phase is a very important step in the building process. The total cost of the structure and its structural performance are largely dependent on the structural design process. The impact of decisions on the design process is initially high and declines as the design matures. However, few computational tools are available for the conceptual design phase; thus, an opportunity exists to create such tools. In the conventional workflow, the architect uses geometric modeling tools and the engineer uses structural analysis tools in sequential steps. Parametric modeling tools represent an improvement to this workflow, as structural analysis plug-ins are available. This allows the architect or engineer to receive structural feedback at an earlier stage, but still as a sequential step to the geometric modeling. The present work aims to improve this workflow by integrating structural feedback with geometric modeling.

The user interfaces of conceptual design tools should be interactive and agile enough to follow the designer’s iterative workflow. Direct manipulation involves human-computer interaction, which enables an interactive user interface. In this user interface style, users can directly manipulate on-screen objects using real-world metaphors, which engages the users with their task and encourages further explorations. This is achieved by reducing the perceptual and cognitive resources required to understand and use the interface. New technologies have opened up the possibility of creating new design tools that make use of very direct manipulation. This possibility is further explored in this thesis through the development of two such applications.

The first application makes use of multi-touch tablets. The multi-touch interface has literally closed the gap between humans and computers, enabling very direct manipulation interactions with two-dimensional user interfaces. The developed application is an interactive conceptual design tool with real-time structural feedback that allows the user to quickly input and modify structural models through the use of gestures. The second application extends these concepts and ideas into a three-dimensional user interface using an input device named the Leap Motion Controller. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
Interactive structural analysis, Very direct manipulation, Interactive structural form finding
pages
89 pages
publisher
Lund University (Media-Tryck)
ISBN
978-91-7623-834-9
language
English
LU publication?
yes
id
80a10110-bdb3-43b1-94a0-ff28b77a0344
date added to LUP
2016-05-12 17:52:15
date last changed
2016-06-13 11:29:01
@misc{80a10110-bdb3-43b1-94a0-ff28b77a0344,
  abstract     = {Before a new structure can be built, it must be designed. This design phase is a very important step in the building process. The total cost of the structure and its  structural performance are largely dependent on the structural design process. The impact of decisions on the design process is initially high and declines as the design matures. However, few computational tools are available for the conceptual design phase; thus, an opportunity exists to create such tools. In the conventional workflow, the architect uses geometric modeling tools and the engineer uses structural analysis tools in sequential steps. Parametric modeling tools represent an improvement to this workflow, as structural analysis plug-ins are available. This allows the architect or engineer to receive structural feedback at an earlier stage, but still as a sequential step to the geometric modeling. The present work aims to improve this workflow by integrating structural feedback with geometric modeling.<br/><br/>The user interfaces of conceptual design tools should be interactive and agile enough to follow the designer’s iterative workflow. Direct manipulation involves human-computer interaction, which enables an interactive user interface. In this user interface style, users can directly manipulate on-screen objects using real-world metaphors, which engages the users with their task and encourages further explorations. This is achieved by reducing the perceptual and cognitive resources required to understand and use the interface. New technologies have opened up the possibility of creating new design tools that make use of very direct manipulation. This possibility is further explored in this thesis through the development of two such applications. <br/><br/>The first application makes use of multi-touch tablets. The multi-touch interface has literally closed the gap between humans and computers, enabling very direct manipulation interactions with two-dimensional user interfaces. The developed application is an interactive conceptual design tool with real-time structural feedback that allows the user to quickly input and modify structural models through the use of gestures. The second application extends these concepts and ideas into a three-dimensional user interface using an input device named the Leap Motion Controller.},
  author       = {Åkesson, Daniel},
  isbn         = {978-91-7623-834-9},
  keyword      = { Interactive structural analysis,Very direct manipulation,Interactive structural form finding},
  language     = {eng},
  pages        = {89},
  publisher    = {ARRAY(0x76301c8)},
  title        = {Using direct manipulation for real-time structural design exploration},
  year         = {2016},
}