第4回：コンピュテーショナルデザインの現在地
杉原聡プレゼンテーション
杉原聡──今日は「コンピュテーショナルデザインの実務と展望」というテーマでお話します。僕がコンピュテーショナルデザインを始めたのは、2007年にモーフォシスに入社したときで、その最初のプロジェクトからお話します☆11。《Phare Tower》（設計＝Morphosis Architects）はパリに建つ予定だった70階建ての高層ビルです。リーマンショックを乗り越え、敷地も更地にまでなったのですが、最終的にキャンセルされました。結構、長い時間取り組んでいて、CD設計も検討して、ゼネコンの入札までしたプロジェクトでした。コンピュテーショナルデザインの技術は、DIAGRID（ダイアグリッド）、GLAZING（ガラスのファサード）、それからSKIN（ガラスの外側のステンレスメッシュによる日除け用ファサード）と、3つの面で適用されています［fig.8］。
☆11──［木内］2007年は奇しくもGrasshopperの前身であるExplicit Historyが出た年ですね。同じ年にモーフォシス入社という、コンピュテーショナルデザインの本格的な普及を時代と共に推し進めてきた方であることをあらためて認識（ちなみに僕も同年にNYのDiller Scofidio+Renfroから、パリでコンピュテーショナルデザインといえばというR&Sie(n)に移ったことが思い出され、ひたすらExplicit Historyで、ああでもないこうでもないといじっていたなと）。
- 杉原聡氏
- fig.8──《Phare Tower》における3つの面
デザインのプロセスとしては、まず形態はトム・メインとプロジェクトのリードデザイナーがデザインして、それを僕が受け取り、グリッドをつくり、パネルを構成して、さらにパターニングを行なうという流れです。いくつかのエリアに分かれていますが、それぞれのパターニングに異なる関数を入れてみたり、いろんなものを組み合わせて、セットアップしています。僕はコードベースで、大体Processingでデザインを行ないますが、多様なデザインをアウトプットしていきました。パラメータをいろいろと変えたり、関数を入れてみたり、グリッドの幅を変えてみたり、グラデーションによって連続性を持たせたり。同時にトム・メインは建物の形態自体を日々変えていくので、それに応じて僕も毎日毎日変えていくという感じでした☆12。
☆12──［豊田］トム・メインと杉原さんの役割分担とそれぞれの役割の自覚、そのあいだのリスペクトあるキャッチボールの話、すごくおもしろかった。
日除けパネルは、どれだけ日照をカットできるかというSolar Performance Optimizationの問題があります。そこで僕が使ったのは、NASAのサイトに落ちていた太陽の方位を計算するアルゴリズムで、そのコードを書き直しました。70年代に書かれた40年以上前のアルゴリズムを適用して、それぞれのパネルが太陽の角度を自らチェックして、影の面積が最大化されるようにコードで定めています。すると、それぞれ違う方角にあるファサードが最適化されます。それに、パターニングの目的のため、たまに角度を冬至に最適化したりというようなロジックでデザインしました。
ダイアグリットを簡単につくる方法は、変形された矩形に対して内部のグリッドをつくって斜めにつなぐというのが一般的ですが、それだと矩形ではないものに対しては適用しづらいので、ここでは、すべての接点をエージェント化して自由に動くようにして、それぞれがスムースになるようなルールを持たせています。これは、じつは物理シミュレーションを用いたメッシュリラクゼーションのテクニックとしては存在する方法です。ただ、一番スムースにすると、今度は部材のサイズがすべて異なってしまい、コストがかかってしまうので、できるだけ同じサイズを繰り返せるようにジオメトリの合理化プロセス（レイショナリゼーション）を始めました。
最初は平面と円筒や円錐を多くしています。その先はややこしい数学的な方法がありますが、なかなか適用できないので、人間、つまり僕が真っ直ぐにできそうなところを探しています☆13。ソフトウェアが頑張っているのは、ビジュアライゼーションです。このダイアグラムはProcessingで生成され、ジオメトリを入れると色が出てきます［fig.9］。僕が調整すると、次のものを示唆してくれるという支援ソフトになってきます☆14。建物が出来上がったときに、ある反復された領域とほかの領域のエッジが見えないようにスムースにつなぎたいので、そのあいだの最適化のオペレーションは、先ほどの物理シミュレーションを使っています☆15。
- fig.9──ダイアグリッドの合理化プロセス（レイショナリゼーション）
☆13──［石澤］これ、とても大事な視点だと思うのです。記述できないから負け、ではなくて、限られたインプットから効率よく仕分けするタイプの処理は人間がとても優れているから、人間の処理まで含めたアルゴリズムとしてはこれが最速、みたいに捉えたいですね。
☆14──［木内］日本でも石上純也さんの初期作《神奈川工科大学KAIT工房》（2008）の305本のフラットバーの柱の位置・回転角がすべて手動で、ただしプロジェクトのために専用でプログラムが書かれたCADにより決定されたという事例を思い出しました。通常のCADでは柱の選択、移動、回転のために必要なコマンド入力やクリック回数がいちいち面倒なのをシンプルにするだけでなく、その都度水平力の分担が追いかけで可視化されるなどの支援により圧倒的な密度のスタディが可能になり、単純な最適化とはまったく異なる次元の柱配置が実現できたということだったかと記憶しています。
☆15──［豊田］一つひとつの具体的なプロセスがすごく参考になるし面白い。もっと詳しく聞きたい貴重な記録。
同じような方法でGlazing Rationalization、ガラス面の合理化プロセスを行ないました。当初はダイアグリッド構造をプロジェクションしたかたちでガラスを割っていましたが、工事が不可能なほど小さな三角形パネルが出てきてしまうという問題がありました。そこで、Radial Facetingと呼んでいましたが、円筒を適応させることで、三角形にしなくて済むことに気がつき、コストを下げることができました。
そこから再度ビジュアライゼーションを展開して2次元にしています［fig.10］。これは自分で確認するという目的もありますが、他人のためでもあります。特に重要だったのが、入札のプロセスでゼネコンに理解してもらうためです。デザインが不明瞭だと、建設コストに安全率がかかって入札額が上がってしまいますが、アイデアや実際の物の理解度が上がれば入札額も下がります☆16。そうしたコミュニケーションツールとしても機能します。
- fig.10──色分けして2次元に展開したビジュアライゼーション
☆16──［石澤］ゼネコンで実施設計をやるときも同様ですね......。つくり方の意図が「不明瞭だと受け取られてしまう」と値段が下がらないので、懸念材料になる部分の情報をわかりやすくしていくとコストが下がる（ことがある）。
社内のデータフロー／ワークフローの話です。僕が使っていたのはProcessingとJAVAのアプリケーションで、入力はRhinocerosからもってきて、出力は当時モーフォシスが使っていたMicroStationへGenerative Componentスクリプトでエクスポートするというかたちでした。ただ、DDフェーズ、CDフェーズでは実際にジョイントをデザインしなければならなくなり、それぞれの角度をチェックするためにモデリングが必要になりました。MicroStationのモデリングはできなかったし、Processingでもメモリがオーバーしてしまうということで、CATIAを導入しました。最初からすべてCATIAのなかでデザインプロセスを進めれば効率的なのですが、外部で始めてしまったものを持っていくのはすごく大変だったので、その解決としては、パラメータを生成するコードを持っていく、CATIAのコードを書くコードを書くということをやりました☆17。それでやっとProcessingで書いたコードをCATIAで走らせて、新しいパラメトリックな関係ができます。その後は、つねに下流のものに対して再度つなぎ直すというプロセスが必要でしたが、ゲーリー・テクノロジーズの力を借りることで、やっとデータの流れを完成させることができました☆18。
☆17──［石澤］さらっと発言されてますが、最近CATIAにトライしていろいろ体感した身としては、これはちょっと鳥肌モノです。
☆18──［角田］こういうプロセスをどう構築するかというのはこの手の仕事の場合はものすごく重要で、そこでデータをつくったところで、紙に鉛筆で書いているのと変わらなくなってしまう。データを上手く流していくためのプロトコル的なものをどう考えるかだけども、それを自前で実装してしまうスキルは驚愕です。
2015年の《ミラノ国際博覧会 中国パビリオン》（設計＝Studio Link-Arc、2015）では、竹によるルーフファサードをATLVで担当させていただきました［fig.11］。ニューヨークの中国系の建築家が、中国らしい竹で編んだものを鉄のフレームに張ってルーフファサードとしています。このプロジェクトにはコンペのフェーズから関わっています。最初の段階は、ジオメトリの合理化でした。最初にやらなくてもいいのですが、のちに大変なことになることが経験上わかっていたので、できるだけジオメトリをきれいにしています。
- fig.11──《ミラノ国際博覧会 中国パビリオン》［Photo＝Dirk Verwoerd］
コンペでは、アイデアレベルでかなりガタガタだったものを、できるだけ直線を使ったりカーブを円弧で近似させてきれいにしたあと、数学的に完全なグリッドをつくり、いくつかに分割をして、スムースなファサードパネルをつくっています［fig.12］。この段階ではまだすべてのパネルが違う形になっているので、レイショナリゼーションとユニタイゼーションの区別をしていますが、できるだけ近似的に、少しだけ曲がっているものを平らに、大きく曲がっているものはどうにかひとつの折りだけ、最大でも2カ所の折りだけで、曲げてつくれるようにしています。
- fig.12──ファサードパネルのコントロール、コンペの段階（左）と施工段階（右）
問題はジョイントで、不定形な屋根の形に対して、どれだけ同じようなジョイントで吸収できるかです。エンジニアや建築家とのやり取りがいろいろありましたが、途中からは、ジョイントを変えるとパネルが効率的ではなくなったり、コストとデザイン精度のトレードオフで、バランスを取っていくことになります。それも、ただ話しているだけではわからないので、エンジニア、施工業者、建築家で調整するスピードを上げるために、すべてのプロセスをエクセルに自動で書き出して、Processingとエクセルのシートを事務所に渡してしまいました。データの連動の説明をして、調整の仕方を教えてというやり取りをすることで、ある程度ワークプロセスを投げてスピードを改善しました。最終的には、どうにかデザインクオリティとスムースさとコストとのバランスを取ることができました。
まだ完成していませんが、《House in Singapore》（設計＝WOW Architects）では、ファサード・パラメトリック・デザインを担当しています［fig.13］。建築家から、アルミの板を切り抜いたパフォレーテッドメタルで、しかもそれを押し出したようなファサードをやりたいというイメージがあり、3Dモデルをつくったり図面を書いたりすることができなさそうだから手伝ってくれという話でした。
僕の最近の専門はどちらかと言えばエージェントベースのもので、それに建築家が興味を持っていたので、木の形の生成プロセスのアイデアなどの話をしました。ただ、建築家が施工業者と早い段階から話をしていて、製造の制約があったり、プレスでつくっているので、モジュールや曲げる角度もいくつかしかないと。あと、結局は最初に建築家が描いた木のパターンのイメージがどうしても頭から離れないということでした。であれば、パターンの生成は任せて、その周辺の特殊モジュールもやってもらったほうが、製造業者との話も早いということで、まずは木のパターンをAutoCADファイルでもらい、それを僕が受け取ってProcessingの入力にしました。
こちらで調整したのが、パーフォレーションの穴の大きさと曲げる角度、それからロール角度のいくつかのパターンをすべてProcessingに入れると、3Dでパーフォレーションが終わった状態のものが出てきます。同時に2次元の図面もまとめて生成していて、その後もう1回ProcessingとGrasshopperを使うことで、180枚のショップドローイングの図面が出てきます［fig.14］。プロセスを設計し、ある程度建築家に任せて、施工まで行なうというプロジェクトでした。
- fig.14──出力されたパネルの図面
これはモーフォシス時代にやったプロジェクトで、《エマーソン・カレッジ・ロサンゼルス・センター》（設計＝Morphosis Architects、2014）です［fig.15］。エマーソン・カレッジというボストンにある大学のハリウッドにあるサテライト校で、映像学科の学生が夏休みのあいだ、テレビスタジオなどへインターンをしに行くための建物です。両脇にあるのが10階建ての学生寮で、中央に講堂などがあります。学生寮の廊下側はプライバシーが必要ということで、アルミパネルのファサードをデザインして、学生が集まってイベントなどができるような中庭との間をゆるくつないでいます。
- fig.15──《エマーソン・カレッジ・ロサンゼルス・センター》のファサード［撮影＝渡辺太陽］
片側ずつ1,500枚、計約3,000枚のパネルがありますが、そのデザインプロセスに制約がいくつかありました。パネル同士が当たってはいけない、疎密の幅をできるだけ大きくしたい、全体のパターンとして中央の講堂に呼応しているような形にしたいというデザイン上の要件、また、廊下を歩いたときに、パターンに疎密のリズムを感じられること、あとは消防法の絡みで、煙を抜くために各階50％以上空けるというものなどでした。
そうした多数の制約が同時にあるデザインの問題だったので、解決方法としては、ソフトな最適化アルゴリズムとして、パーティクル・シミュレーションを用いました。ベストエフォート型なので、必ずしも最適解は出していないんですけど、そのようなものを適用して、最後のパネルのレイアウトを生成しました。
もうひとつの問題は、ジオメトリの合理化でした。最初の段階では、カットも安いであろう長方形を折り曲げてつくろうとしていましたが、製造業者がZahner Companyという、アメリカでハイエンドのメタル業者に決まり、CNC、ロボットなどもあるので、直線でも曲線でも関係ない。CNCのウォータージェットマシンでアルミを切るので、その加工コストは機械を使った時間で決まると。なので1カットでふたつのパネルを切り出して、コストを半分にして、パネルの組み合わせによって安くしています☆19。また、折り曲げは自動化されていないので、折り曲げの数は少なくしなければいけませんでした。条件を踏まえて、再度デザインをし直しました。全体はスムースに見えますが、じつは15種類のパネル、展開すると8種類に収まっています［fig.16］。
- fig.16──パネルのジオメトリの合理化
☆19──［木内］ネスティングとカットパスの経済化というデジタルファブリケーションあるあるの代表的な話であり、その文字通りの優等生的な解。
最後に研究の話をします。コンピュテーショナルデザインにはいろいろなアルゴリズムがありますが、新しいアルゴリズムを自分でつくってみたい。「細胞分裂ってすごい」というアイデアから始まって、シンプルな細胞分裂シミュレーションを始めてみました☆20。
☆20──［豊田］杉原さんみたいな人って、必ず依頼された仕事以外に勝手に自分の興味分野の研究を、あきらかに時間ないはずなのにやってるよね。で、それが結局長い目で見て何かしら次の機会に活きることが重なって、普通の人と比べて成長が加速度的になっていくみたいな。
これは単純に分裂しても隣の細胞とは結合を離さないというルールです。そうすると、押し合いへし合いをしながら、脳のようなものや触手のようなもの、枝状のものが3次元で生成されます。こうしたアルゴリズムを自分で開発していて、どうにか建築のプロジェクトに適用できないだろうかと思っていたのですが、たまたま別の細胞分裂をやっていたコンピュテーショナルデザイナーから話をもらって、内装に使ってみました。
これは北京のIT企業のカフェテリアの照明インスタレーション《Naizoshoku》（設計＝ORPROJECT + ATLV、2015）です。細胞分裂のアルゴリズムを使っていますが、実際つくるにあたっては、構造の最適化や、デジタルファブリケーションのためのプロセスも経て組み上がっています［figs.17,18］。組み立て自体は手作業だったので、現場は相当大変で、いまも恨まれていると思います。
- figs.17,18──《Naizoshoku》
最後にひとつだけ毛色の違うプロジェクトとして、「ShopFloor」というウェブアプリケーションを開発しました。これは先ほどの金属加工のZahner Companyのためのものです。フランク・ゲーリーやヘルツォーク&ド・ムーロンなどにハイエンド、ハイクオリティの建材を提供する会社ですが、ウェブ上でのコンフィギュレーターをつくりたいと。車のコンフィギュレーターのように、色や内装を変えたりする感じの、建材バージョンをつくりたいという話でした。
やってみると、Grasshopperのウェブバージョンのようなものになりました。また、ビジネスとして本気でやりたいということで、値段まで出て、注文もできます［fig.19］。店舗用のガラスや家具なども設計できるようなツールや、金属のパーフォレーションも画像を入れて、サイズを決めて、金属の種類を選べばつくることができます。これらの金属の仕上げはZahner Companyの特殊技術であり、彼らのパテントです。数年前に公開して、サービスとして展開しています。
これは、建築家がコンピュテーショナルデザイナーに頼んだり、社内にコンピュテーショナルデザイナーがいて施工業者に回すようなことができない場合にも、そうしたものをつくりたいという要望に応えるツールでした。これによって、コンピュテーショナルデザイナーが介在しなくても、建築家から直接受注できるようになるはずでしたが、サービスを始めてみて何が起こったかと言えば、クライアントから直で注文が来るようになったそうです。ビジネスオーナーやオフィスマネージャーは、建築家に頼むまでもないけど、何かおもしろいものを入れたいというニーズです☆21。
☆21──［石澤］やっぱりそうだよなあ、と思いました。代理店的な仕事は代替されやすいですね。建築家の仕事っていろいろあって、そういうエージェント的な仕事もまあまあの割合であるのだと思います。それをどんどん取り去っていくと、デザイナーとして建築専門である必要ってある？ どんなデザイナーでも建築はデザインできるんじゃない？ という話まであと一歩。申請とか検査は難しいですが。
そうした事例を見ると、コンピュテーショナルデザインの技術とは、ある業界を破壊するような技術とも言えますが、僕の見方としては、プロセス自体を再設計可能にする技術だと思います☆22。誰がどんなプロセスをつくるか、誰のために何をつくるか、誰のためにそのツールを提供するか。ツール化によって人を介在させないことで、利用者は自分でできるようになる。自分の一部、内在化されるので、商品の場合は購買欲の生成につながり、ものづくりの場合は自分のつくりたいものをより追求できるようになります。こうしたことが可能になるのがコンピュテーショナルデザイン技術なのではないかと考えています☆23。
☆22──［豊田］従来のプロセス自体に対するメタなプロセスという視点、その洗練や探索という感覚はすごく重要だよね。これが見えないとコンピューテーショナルデザインなどの領域の価値は見えない。
☆23──［木内］コンピュテーショルデザインとデジタルファブリケーションの技術の裾野が十分に広がったいま、ここでの杉原さんの事例のような話がまさに次々と実装されつつあるのかなと。ものがつくられるということのプロセスが、いまさまざまなレベルでリアルタイムに再編成されてきている。そのどのレベルにデザイナーとして介入していきたいのか。
