Grasshopper模拟黏菌规划路径

文摘   科技   2024-09-13 16:58   陕西  

电影(异星觉醒)中异形的幼年形态


今天介绍一个自然界的规划大师,智能的就像外来物种,这种生物的名字叫黏菌。其外表像真菌、行为像动物的有机体。没有嘴、没有眼睛但是却找到食物,没有大脑但是“学习”走迷宫却不费劲。更神奇的是,即使把它切成两半,短时间之内还能“自愈”,简直就是现实版的“毒液”既视感。


因为黏菌在整个生命周期里既表现出了原生动物的特征,也表现出了真菌的繁殖特性,生物学家最后也不得以把它归为原生生物界,属于黏菌门。但是最神奇的地方还不在这里,因为作为一种单细胞生物,它们表现出来的智慧才是让人无法理解的。


将黏菌放在迷宫中,在起点和终点处均放置黏菌最爱的食物,并且在迷宫中,连接两个食物源的道路包含四种不同长度的路线。研究人员发现,黏菌在找寻食物的同时会对路径进行优化,直到确定一条最短路径。

尽管这些生物没有大脑,但它们能够在黏菌留下的痕迹中储存对过去事件的"记忆"。黏液路径中储存的化学信息可以帮助黏菌更快地找到食物来源,因为黏菌不会浪费时间向已经探索过的地方发出触角。黏菌甚至可以学习,然后通过与其他黏菌融合,将学到的信息传递下去。


黏菌在觅食过程中,表现出了惊人的线路规划能力。它伸展形成复杂的管道网,并通过一些简单规则管理网络,那些与食物没有连接的管道逐渐衰退,而找到食物的管道不断强化,并将营养物质送回中心。黏菌虽然没有大脑,却设计出了高效复杂的食物运输网络,将资源准确输送到需要的地方。


现在人类投入巨资建造运输网络,试图实现资源的有效流动,那我们能否借鉴黏菌的一些经验呢?科学家曾做过试验,用燕麦片在地图上标记出东京及其周边城市,测试黏菌的觅食路线是否足以媲美这个超级铁路系统。经过反复测试,科学家发现单细胞的黏菌能够创造出与东京铁路线非常相似的网络。

央视《记录》中关于黏菌的介绍

Grasshopper中的Physarealm插件可模拟黏菌规划最优路线的方式,这种设计手法既可应用于大尺度的城市规划上,也可应用于小尺度空间流线优化。


Physarealm插件的使用方法与黏菌的行为方式类似,需要指定点作为粒子发射器,模拟黏菌出生的位置;然后指定点作为食物终点,经过主模拟器的运算,可自动生成高效率的空间网络。


Physarealm插件的使用方法与kangaroo类似,都需要timer运算器进行驱动,并且用布尔开关来控制程序运行与否。主模拟器Physarealm可生成模拟细菌的粒子,将粒子的运动轨迹连成曲线,最后可将曲线的长度值作为渐变色的依据。



Physarealm插件不但可以模拟规则Box空间内粒子的生长路径,还可模拟不规则封闭实体内粒子的生长路径。为了更真实的模拟现实空间中的粒子生长路径,可通过设置障碍物,改变粒子的运动轨迹。



Physarealm模拟黏菌的生长过程,通过模拟从一个点到另一个点之间的路径,能够产生自然的、具有最短路径特性的网络结构。建筑师可以利用这一特性进行场地分析、行人流动路径优化、交通网络规划等。它可以生成符合自然界高效网络规则的设计,减少无效的空间浪费。

通过模拟多点之间的连接,Physarealm可以用于生成空间布局方案,特别是在大规模的建筑或城市设计中。它能够依据场地条件、节点分布和功能要求,生成流动性好、适应性强的空间组织形式。

Physarealm在建筑设计中利用了自然界的生长逻辑,帮助设计师生成高效、灵活并且富有创新性的设计方案,尤其在参数化设计、生成式设计和生态设计领域有显著的应用。

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