Mann mit Zeichenstock
Friedrich Ludwig von Sckell: Beiträge zur bildenden Gartenkunst für angehende Gartenkünstler und Gartenliebhaber. München : bei Joseph Lindauer, 1818
DOCTORAL STUDENT
ADVISOR
CO-SUPERVISOR
Professor Marco Hutter, RSL, ETH Zurich
PROJECT TIMEFRAME
Ongoing
PROJECT FUNDING
NCCR Digital Fabrication, ETH Zurich
Development of in-situ digital design tools for robotic landscape fabrication
This thesis focuses on the re-discovery of on-site design using GNSS technology and virtual and augmented reality applications. The digital tools developed in this research are aimed to help designers to better and more accurately respond to local and site-specific conditions with their landscape architectural interventions.
The work builds on the “Landscape Topologies for Robotic Construction” project and is embedded in the NCCR Digital Fabrication, Research Stream Construction Robotics framework.
The on-site design approach fundamentally challenges current design methods and seeks to identify promising alternatives. The focus of this work is on digital design and robotic execution of topographic interventions. The possibility of being able to plan and realize topographic interventions completely digitally from planning to execution questions previous design methods using two-dimensional and analog media. In order to ensure a congruent workflow from design to execution using digitally driven methods, this work is developed in collaboration with Prof. Marco Hutter’s Robotic Systems Lab (RSL) and its research on an autonomously operating, fully automated Menzi Muck walking excavator (HEAP).
The roles of design and designer need to be thoroughly renegotiated against the backdrop of autonomous robotic landscape fabrication as developed by the RSL. The design tools developed as part of this work seek to help identify and strengthen these roles in the interplay of natural processes, human interventions, and robotic processes. Finally, the collaboration with the RSL should enable a seamless integration of the developed design tools into the simultaneously developed robotic processes of the HEAP.
The research work of this thesis is divided into three consecutive parts.
In the first phase, a translation of an analog in-situ design tool already envisioned by Friedrich Ludwig von Sckell into a digital tool will be performed. With the help of GNSS, designers will be able to translate their designs into georeferenced form directly at the design location. The central task of the tool is to enrich point cloud-based terrain models with additional data layers, e.g. to document information for topographic changes (excavations, fills etc.) or distinctive features found on site.
Since a constant survey of the site for design purposes is not always possible for various reasons, the design methodology of the “on-site design” is transposed into a virtual environment in a second phase. In this way, designers should be able to design “on-site” away from the actual location. However, this intermediate phase is mainly the preparation for phase three:
Finally, the connection of virtual planning environment and real design location is envisaged. With augmented reality applications, inputs given on site could be checked and adapted quickly and without detours on site as well. Ideally, direct interaction with the HEAP of the RSL can thus also take place within the AR interface.
The research project is intended to demonstrate that in the age of digital fabrication, abstract design tools such as plan drawings might become increasingly less important, and that new design methods and tools will be required due to the direct communication between designers and executing machines. It also wants to provide an outlook on what these tools and methods could look like.
Entwicklung von digitalen in-situ Entwurfswerkzeugen für robotische Landschaftsfabrikation
Diese Arbeit konzentriert sich auf die Wiederentdeckung des Entwurfs vor Ort unter Zuhilfenahme von GNSS Technologie sowie virtual und augmented reality Anwendungen. Die in diesem Rahmen entwickelten digitalen Werkzeuge sollen Entwerfer dabei unterstützen mit ihren landschaftsarchitektonischen Interventionen besser und genauer auf lokale und ortspezifische Begebenheiten reagieren zu können.
Die Arbeit baut auf dem Projekt «Landscape Topologies for Robotic Construction» auf und ist in den Rahmen des NCCR Digital Fabrication, Research Stream Construction Robotics eingebettet.
Der Ansatz des Entwurfs vor Ort hinterfragt grundsätzlich aktuelle Entwurfsmethoden und versucht zukunftsträchtige Alternativen aufzuzeigen. Dabei liegt der Fokus dieser Arbeit auf dem rein digitalen Entwurf und der robotischen Ausführung topografischer Interventionen. Die Möglichkeit, solche Interventionen von der Planung bis zur Ausführung vollständig digital planen und realisieren zu können, stellt bisherige Entwurfsmethoden und die Ausführungsabläufe von Landschaftsarchitektur mithilfe zweidimensionaler und analoger Medien grundlegend infrage. Um einen kongruenten Workflow vom Entwurf bis zur Ausführung mit digital dominierten Methoden gewährleisten zu können, entsteht diese Arbeit in Zusammenarbeit mit dem Robotic Systems Lab (RSL) von Prof. Marco Hutter und dessen Forschung zu einem autonom operierenden, vollständig automatisierten Menzi Muck Schreitbagger (HEAP).
Die Rollen von Entwurf und Entwerfer müssen vor dem Hintergrund autonomer, robotischer Landschaftsfabrikation, wie sie das RSL entwickelt, grundsätzlich neu verhandelt werden. Die im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Entwurfswerkzeuge sollen dabei helfen, diese Rollen im Gefüge zwischen natürlichen Prozessen, menschlichen Interventionen und robotischen Prozessen finden and stärken zu können. Die Kollaboration mit dem RSL soll schlussendlich eine nahtlose Einbettung der entwickelten Entwurfswerkzeuge in die parallel entwickelten robotischen Prozesse des HEAP ermöglichen.
Die Forschungsarbeit dieser Thesis ist in drei aufeinander aufbauende Teile gegliedert.
In einer ersten Phase wird eine Übersetzung eines von bereits von Friedrich Ludwig von Sckell angedachten analogen in-situ Entwurfswerkzeuges in ein digitales Tool vorgenommen. Entwerfer sollen mithilfe von GNSS in die Lage versetzt werden ihre Entwürfe direkt am Entwurfsort georeferenziert in Form übersetzen zu können. Die zentrale Aufgabe des Werkzeugs ist es, auf Punktwolken basierende Geländemodelle mit zusätzlichen Datenlayern anzureichern, die beispielsweise Informationen für topografische Änderungen (Abgrabungen, Aufschüttungen etc.) oder vor Ort vorgefundene Besonderheiten zu dokumentieren.
Da eine stetige Begehung des Entwurfsorts aus verschiedensten Gründen nicht immer möglich ist, wird in einer zweiten Phase die Entwurfsmethodologie des «vor Ort Entwurfs» in eine virtuelle Umgebung transponiert. So sollen Entwerfer auch abseits des tatsächlichen Ortes «vor Ort» entwerfen können. Diese Zwischenphase stellt jedoch hauptsächlich die Vorbereitung für Phase drei dar:
Schlussendlich ist die Verbindung von virtueller Planungsumgebung und realem Entwurfsort angedacht. Mit augmented reality Anwendungen sollen vor Ort gegebene Inputs schnell und ohne Umweg überprüft und adaptiert werden können. Idealerweise kann so auch eine direkte Interaktion mit dem HEAP des RSL stattfinden.
Das Forschungsprojekt soll demonstrieren, dass im Zeitalter digitaler Fabrikation abstrakte Entwurfswerkzeuge, wie der Plan zunehmend an Bedeutung verlieren werden und durch die direkte Kommunikation von Entwerfer mit ausführender Maschine neue Entwurfsmethoden und -werkzeuge benötigt werden und einen Ausblick darauf geben, wie diese Werkzeuge und Methoden aussehen könnten.
