冷弯：新工具可实现经济弯曲玻璃设计

用户可以轻松调整其原始概念，以创造一个令人印象深刻的玻璃外观，可致电冷弯曲。

弯曲的玻璃外墙可以令人惊叹美观，但传统的施工方法非常昂贵。窗格通常用“热弯曲”制造，其中使用模具或专业机器加热和形成玻璃，能量 - 密集型过程以近在模具的形式产生过量的废物。冷弯玻璃是一种更便宜的替代方案，其中玻璃的平底锅弯曲并固定到施工现场的框架。然而，鉴于材料的脆弱性，提出了美学上令人愉悦和制造的形式非常具有挑战性。现在，互动，数据驱动的设计工具允许架构师执行此操作。

该软件由IST奥地利的科学家团队创建，该软件允许用户互动地操纵外墙设计，并立即接受对小组化的可制造性和美学的直接反馈 - 这是导航各种实现的非常方便的方式设计师的意图。该软件基于在特殊物理模拟上培训的深度神经网络，以预测玻璃面板形状和可制造性。除了允许用户交互式调整预期设计外，它还可以自动优化给定的设计，并且可以轻松地集成到架构师的通常工作流程中。软件和研究结果呈现在Siggraph亚洲2020。

热弯和冷弯玻璃

自19世纪以来，热弯玻璃已在使用中，虽然它直到20世纪90年代都普遍可用。尽管如此，该过程仍然过于昂贵，运输弯曲玻璃的物流复杂化。替代的冷弯玻璃，十年前开发。它是便宜的，易于运输，几何和视觉质量优于热弯曲的玻璃。该技术还允许架构师使用特殊类型的玻璃，并准确估计面板上的变形应力。

问题是，设计冷弯曲玻璃外观代表巨大的计算问题。Ruslan Guseinov，IST奥地利邮政编程和联册作者，解释说：“虽然当inpidual面板将破坏时，但是可以在额外的负载中提供安全余量，与全面的外观一起使用 - 这通常包括数千个面板 - 对于传统的设计者工具来说太复杂了。”此外，使用具有传统计算方法的计算机，每次制作变化时都会获得压力和形状将花费太长可用。

启用新技术

因此，团队的目标是创建软件，该软件将允许（非专家）用户在接收关于弯曲形状的实时信息和每个inpidual面板的相关应力的同时交互地编辑表面。他们决定采用数据驱动方法：该团队耗尽了超过一百万的模拟，以构建可能的弯曲玻璃形状的数据库，以架构中传统的计算机辅助设计（CAD）格式表示。然后，深神经网络（DNN）接受了此数据培训。该DNN精确地预测给定的四边形边界框架的一个或两个可能的玻璃板形状;然后可以在建筑师速写的外立面中使用。

DNN预测了几种形状是“DNN最令人惊讶的方面之一”，在TU WIEN中加入Konstantinos Gavriil，Co-First作者和研究员。“我们知道给定的边界并没有唯一地定义面板，但我们预计DNN将能够找到多种解决方案，即使它从未见过用于单个边界的两个替代面板。”从一组解决方案中，该程序选择最适合外立面设计的窗格几何形状，考虑到框架和反射的平滑度等特征。

然后，用户可以调整其模型以减少压力，以其他方式改善整体外观。如果这证明过于困难，用户可以随时自动优化设计，这提供了“最佳拟合”解决方案，可显着降低不可行板的数量。最后，可以安全地构造所有面板，或者用户可以选择热弯曲其中一些。一旦用户对表单满意，程序会导出构建外墙结构所需的平板形状和框架几何形状。

准确性和效率

为了测试模拟的准确性，团队制造的框架和玻璃面板，包括极高应力下的面板。在最坏的情况下，它们观察到从预测的形状（小于面板厚度）的微小偏差，并且所有面板都是预期的。该团队进一步验证了数据驱动模型忠实（有效地）复制了模拟的输出。

“我们相信我们创建了一种新颖的实用系统，耦合几何和制作感知的设计，并允许设计师有效地找到经济，审美和工程标准之间的平衡，”伯尔尼布尔·奥地利教授伯尔尼布尔教授结束。将来，该计划可以扩展到包括实际建筑设计的其他功能，或用于探索不同的材料和更复杂的机械模型。

参考：“冷弯玻璃外观的计算设计”由Konstantinos Gavriil，Ruslan Guseinov，JesúsPérez，戴维德Pellis，Paul Henderson，Florian rists，Helmut Pottmann和Bernd Bickel，11月2020年11月Graphics.doi上的ACM事务：
10.1145/3414685.3417843

资金：欧盟地平线2020研究和创新计划，复杂形状（Arcades），欧洲研究委员会（ERC）的计算机辅助设计代数表示。