Українські вчені створили нову модель для проєктування фрактальних архітектурних споруд

Вчені з Українського державного університету науки і технологій представили новаторський підхід до моделювання складних архітектурних споруд з використанням фрактальної геометрії та конструктивно-продукційного моделювання. Дослідження зосереджене на відтворенні традиційних китайських пагод як прикладу природних фрактальних структур в архітектурі.

У своїй роботі науковці розробили спеціалізоване програмне забезпечення «Конструктор 1.1», яке дозволяє створювати детальні тривимірні моделі архітектурних об'єктів. Система використовує поверхні Безьє для формування складних геометричних форм, що забезпечує високу точність відтворення криволінійних елементів споруд.

Особливістю розробленого підходу є використання різних типів конструкторів: автономних, алгоритмічних та мультиконструкторів. Автономні конструктори працюють як базові незалежні модулі, алгоритмічні спеціалізуються на реалізації конкретних алгоритмів, а мультиконструктори поєднують можливості обох типів для створення комплексних моделей.

Для попередньої підготовки поверхонь дослідники створили окремий програмний додаток «Поверхні Безьє». Цей інструмент дозволяє налаштовувати опорні точки та виконувати попередній перегляд поверхонь перед їх інтеграцією в основну модель.

При моделюванні пагоди науковці розділили споруду на окремі рівні, кожен з яких складається з чотирьох поверхонь, з'єднаних між собою. Кожен наступний рівень зменшується у розмірі відносно попереднього, зберігаючи при цьому основні пропорції та геометричні характеристики.

Система використовує спеціальні правила підстановки та L-системи для генерації послідовностей команд, які керують процесом побудови моделі. Це дозволяє автоматизувати створення складних багаторівневих структур при збереженні їхньої фрактальної природи.

Розроблений підхід включає кілька етапів трансформації моделі: спеціалізацію, інтерпретацію, конкретизацію та реалізацію. На кожному етапі відбувається уточнення параметрів та властивостей майбутньої споруди, що забезпечує високу точність кінцевого результату.

Важливою особливістю розробленої системи є її гнучкість та можливість повторного використання компонентів. Конструктори можна застосовувати для моделювання різних за природою, але схожих за структурою об'єктів, що значно розширює сферу застосування технології.

Програмна реалізація включає можливість налаштування деталізації згладжування форми об'єкту та забезпечує простоту моделювання складних фігур з декількох частин. Це досягається завдяки використанню поверхонь Безьє, які дозволяють створювати плавні переходи між елементами конструкції.

Дослідники розробили спеціальний мультиконструктор для формування тривимірних фрактальних фігур на основі мультисимвольних граматик. Це дозволяє створювати складні архітектурні форми з урахуванням їх фрактальної природи та забезпечувати точне відтворення геометричних особливостей оригінальних споруд.

Система дозволяє змінювати початкові форми фігур та налаштовувати алгоритми утворення нових фігур на основі початкових. Це надає можливість створювати різноманітні комплексні тривимірні фрактальні зображення, використовуючи вже розроблену послідовність дій у мультиконструкторі.

Дослідження проводили Віктор Шинкаренко, доктор технічних наук, професор кафедри «Комп'ютерні інформаційні технології», та Роберт Чигір, аспірант тієї ж кафедри Українського державного університету науки і технологій. Результати їхньої роботи відкривають нові можливості для проєктування та моделювання складних архітектурних об'єктів з використанням принципів фрактальної геометрії.