Ameba是一个面向设计师的专业的拓扑优化设计工具。谢亿民院士领导的中国团队——，研发了基于该算法的拓扑优化化，求解时设计区域会像变形虫那样进化成各种形状，最终获得传力合理且仿生的形态。 谢亿民团队旨在为设计师提供先进且简单易用的拓扑优化工具，助力创意灵感，加速产品设计。 先进的拓扑优化技术可以成为实现建筑与结构一体化设计的有效途径，设计师在得到自然美观的建筑构型的同时实现结构的最佳承载性能并满足其它要求。 渐进结构优化（Evolutionary Structural Optimization, ESO）方法由谢亿民于1992年创立，近年来，经过不断地完善和发展，渐进结构优化法在建筑结构领域得到了广泛的应用，并被许多国际著名建筑师采用。该方法的基本思路简单明了，即逐渐去除结构中的低效材料或者逐步将材料从低效区域转移到高效区域，最终获得重量轻而性能好的设计。渐进结构优化易于实现，应用广泛，从飞行器与车辆的减重降耗，到建筑与桥梁的美观构造，以及医用材料的研发，该方法都能提供新颖而高效的设计。 在建筑形式的设计上，拓扑优化并非是一个全新的概念，很多看上去年代久远的建筑也蕴含着结构优化的痕迹。下图展示了一组由皇家墨尔本理工大学建筑学院SIAL和谢亿民团队合作研究的巴塞罗那圣家族大教堂结构模型。很多著名的建筑大师都使用过拓扑优化技术作为一些设计的亮点，比如矶崎新设计的卡塔尔国家会议中心和上海证大喜马拉雅中心。 拓扑优化能在设计初期的概念找形阶段提供很有价值的形态参考。设计师可以通过设置荷载、支撑等结构条件，借助拓扑优化来得到结构合理的概念形态，再以此为指导，主观地编辑处理，最后完成设计。 为了让设计师们更好地理解这一过程，开发团队把使用Ameba进行初期设计的过程用动图的形式表现出来。 简而言之，拓扑优化能够启发设计师并帮助设计师找形，得到一个结构合理的形态，设计师可以以这个形态为指导去设计，增强项目落地的合理性和可靠性。 由于Ameba是基于Rhino-Grasshopper参数化平台开发的插件，因此需要用户对Rhinoceros和Grasshopper有一个基本的了解。在这个前提下，Ameba使用起来就非常容易了。我们只需要执行如下几步即可： Ameba提供了圆滑、细分、自动转换成均匀纯四边形网格等后处理算法，用户可以根据需要来优化计算结果模型。 因此，绝大部分使用过程都是自动化的，并且Ameba开发团队为用户准备好了大量的使用案例和详细的运算器功能讲解。 众所周知，拓扑优化的精度和细节取决于网格单元量，在一般项目中，往往需要几十万甚至上百万的单元量（转化成网格就是几百上千万个网格面的），然而本地计算大量的单元会造成严重的卡顿甚至导致软件崩溃，Millipede（一款免费有限元分析插件）和Karamba（一款付费有限元分析插件）的拓扑优化由于均为本地计算，对用户的计算机性能要求极高，因此都不能满足大规模计算的条件来得到高精度的结果。 另一方面，尽管Karamba的拓扑优化也是基于谢亿民院士提出的双向渐进结构优化法（BESO），但目前仅支持杆单元和壳单元，这两种单元在实际拓扑优化应用中不如连续体单元应用范围广。一般地，杆系结构更需要截面优化，壳体结构更需要的是曲面找形。 Ameba采用独立线程设计。即使Rhinoceros软件崩溃也不会中断Ameba的计算。依然可以从云服务器获取回传的计算文件。 Ameba支持大规模单元计算。Ameba目前专业版和教育版用户可以支持最大30万连续体单元的计算（相当于120万网格面），能够得到更丰富的细节，计算更复杂的形体。Ameba 定制版的单元数量无限制。 Ameba采用云计算服务。当单元量较大时，整个计算过程尽管时间较长，但不会影响到用户本地计算机，并且计算文件均为自动回传至本地，与Rhino进程分离，这样即使Rhino崩溃也不会导致用户的计算被断开。 Ameba拥有强大的网格优化功能。Ameba不仅具有拓扑优化功能，还有强大的网格优化功能。它可以将任意相交的几何体优化成一个有机的网格模型，可以将杂乱无章拓扑结构的网格优化成均匀的纯四边形网格或纯三角形网格。 Ameba可以与参数化设计有机结合。Ameba是在参数化设计软件Grasshopper平台上开发的，因此可以用参数直接控制或处理Ameba的计算结果，用户在计算前处理和后处理中具有更高的自由性。 因此，从拓扑优化的实用性和用户体验上，Ameba更专业，更灵活，更适合设计师。 不会。首先，我们要强调，拓扑优化不是替代设计师，而是启发设计师。尽管Ameba拓扑优化能够提供结构合理的形态，但是这并不等于这些形态能够替代设计。因为一个设计中，结构只是需要考虑的诸多因素中的一个，设计师仍需要对这些形态进行处理。不过，仅结构因素的最优解就可以大大增强建筑设计的落地性，因此，Ameba生成的形态可以成为很好的设计参考。 其次，Ameba提供了非设计区域功能，设计师可以有多种模式与Ameba交互，例如： 另外，谢亿民团队最近研发出了一套最新的算法，可以在给定的荷载及支撑条件下，获得许多个形状不同但性能高效的结构方案，为设计师提供“多解”。 总之，Ameba致力于探索一种新的设计模式：设计师把结构性能交给Ameba，设计师只需要关注自己的idea。最终我们要达到的目的是：让算法和设计师互相启发。 |