Computational Design - Einführung
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Questions and Answers

Was verstehen wir unter einem analogen Signal?

Ein analoges Signal ist eine physikalische Größe, die kontinuierliche Werte annehmen kann.

Was ist ein digitales Signal?

Ein digitales Signal ist eine physikalische Größe, die nur bestimmte diskrete Werte annimmt.

Welche der folgenden Optionen sind Beispiele für analoge Sensoren? (Wählen Sie alle zutreffenden aus)

  • Quecksilberthermometer (correct)
  • Drucksensor (correct)
  • Temperatursensor mit digitaler Ausgabe
  • Barometer (correct)

    • Ein digitales Signal kann beliebige kontinuierliche Werte annehmen.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Wie oft können Computer analoge Signale abfragen?

    <p>In vorbestimmten Zeitintervallen.</p> Signup and view all the answers

    Was sind die kleinsten Einheiten, mit denen Computer arbeiten?

    <p>Bit</p> Signup and view all the answers

    Was bedeutet der Begriff 'Bit'?

    <p>Ein Bit ist die kleinste Speichereinheit in der Informatik, die zwei Werte annehmen kann: 0 oder 1.</p> Signup and view all the answers

    Wie viele verschiedene Zahlen kann man mit 3 Bits anzeigen?

    <p>8</p> Signup and view all the answers

    Wie viele Bits benötigt ein digitales Thermometer, das von -60° bis +60° anzeigen kann?

    <p>7 Bits</p> Signup and view all the answers

    Ein Binärcode besteht aus mehr als zwei verschiedenen Symbolen.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Wer gilt als Pionier der Rechenmaschine im heutigen Sinne?

    <p>Gottfried Wilhelm Leibniz</p> Signup and view all the answers

    Der Jacquardwebstuhl verwendete ___ zur Steuerung von Platinenbewegungen.

    <p>Lochkarten</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt die Turingmaschine?

    <p>Ein mathematisches Modell der theoretischen Informatik</p> Signup and view all the answers

    Was ist Mixed Reality?

    <p>Mixed Reality ist die Vermischung von natürlicher und computererzeugter Wahrnehmung.</p> Signup and view all the answers

    Welcher Begriff beschreibt die Verbindung physischer und virtueller Objekte?

    <p>Internet of Things</p> Signup and view all the answers

    CAD steht für Computer-Aided Design.

    <p>True</p> Signup and view all the answers

    Die erste kommerzielle CAD-Sprache zur Programmierung numerischer Maschinen hieß ___ .

    <p>PRONTO</p> Signup and view all the answers

    Welches Programm entstand aus der Grafikprogrammierung von Avions Marcel Dassault?

    <p>CATIA</p> Signup and view all the answers

    Was war das erste Flugzeug, das mit CATIA entwickelt wurde?

    <p>Mirage</p> Signup and view all the answers

    Wann erschien AutoCAD für das Betriebssystem DOS?

    <p>1982</p> Signup and view all the answers

    AutoCAD war eines der letzten CAD-Systeme, die auf verschiedenen Betriebssystemen arbeiteten.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Was stellte AutoDesk für AutoCAD als Austauschdateiformat bereit?

    <p>DXF</p> Signup and view all the answers

    Was verstehen wir unter parametrischer Modellierung?

    <p>Das Steuern des Modells mittels Parametern.</p> Signup and view all the answers

    Die direkte Modellierung erfordert dauerhafte Abhängigkeiten zwischen geometrischen Elementen.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Welche Software wird als Beispiel für visuelle Programmierung genannt?

    <p>Grasshopper</p> Signup and view all the answers

    Wer entwickelte NURBS in CAD?

    <p>Dr. Ken Versprille</p> Signup and view all the answers

    Wann wurde der Begriff CAD geprägt?

    <p>1959</p> Signup and view all the answers

    Ordnen Sie den folgenden Jahren die entsprechenden Ereignisse zu:

    <p>1957 = Erstes kommerzielles, numerisch-gesteuertes Programmiersystem PRONTO 1963 = Sketchpad als eines der ersten Designs mit grafischer Benutzeroberfläche 1982 = AutoCAD für DOS veröffentlicht 1994 = STEP als 3D-CAD-Dateisystem entwickelt</p> Signup and view all the answers

    Was stellt man sich unter einer parametrischen Kurve vor?

    <p>Einen Weg zwischen zwei Punkten innerhalb einer bestimmten Zeit.</p> Signup and view all the answers

    Was wird als Kurvendomäne oder Intervall bezeichnet?

    <p>Der Zeitraum oder Bereich von Parametern, die zu einem Punkt innerhalb einer Kurve ausgewertet werden.</p> Signup and view all the answers

    Die Auswertung auf der Mitte der Domäne gibt immer den Punkt in der Mitte der Kurve an.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Was ist der Kurvengrad?

    <p>Eine ganze positive Zahl, die den Grad einer Kurve angibt.</p> Signup and view all the answers

    Wie viele Kontrollpunkte bestimmen in einer NURBS-Kurve ersten Grades jedes Segment?

    <p>Zwei Kontrollpunkte.</p> Signup and view all the answers

    Was bezeichnet eine abwickelbare Fläche in der Geometrie?

    <p>Eine Fläche, die sich ohne innere Formverzerrung in die Euklidische Ebene transformieren lässt.</p> Signup and view all the answers

    Was ist eine Regelfläche?

    <p>Eine Fläche, durch die eine Gerade geht, die ganz in der Fläche enthalten ist.</p> Signup and view all the answers

    Was ist eine parametrische Fläche?

    <p>Eine Funktion zweier unabhängiger Parameter über einer zweidimensionalen Domäne.</p> Signup and view all the answers

    Die Mitte der Flächendomäne ist immer gleich dem metrischen Mittelpunkt der 3D-Fläche.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Was sind NURBS-Flächen?

    <p>Raster von NURBS-Kurven, die in zwei Richtungen verlaufen.</p> Signup and view all the answers

    Was bedeutet der Begriff 'getrimmte NURBS-Fläche'?

    <p>Eine NURBS-Fläche, die durch geschlossene Kurven einen Teil der Fläche herausttrimmt.</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt die Fähigkeit aktueller optischer Scanning-Methoden?

    <p>Die Vielfalt und Leistungsfähigkeit optischer Scanning-Methoden ermöglicht es, einen vierdimensionalen diskreten räumlichen Modellaufbau zu erstellen.</p> Signup and view all the answers

    Welche Methoden können verwendet werden, um aus einer Punktwolke eine geschlossene 3D-Oberfläche zu erstellen? (Wählen Sie alle zutreffenden Optionen aus)

    <p>Shrink Wrap</p> Signup and view all the answers

    Was definiert ein Polygonnetz oder Mesh in der Computergrafik?

    <p>Ein Polygonnetz oder Mesh wird durch miteinander verbundene Punkte mit Kanten und Flächen gebildet.</p> Signup and view all the answers

    Dreiecksnetze und Vierecksnetze sind die gebräuchlichsten Typen von Polygonnetzen.

    <p>True</p> Signup and view all the answers

    Was bezeichnet der Begriff 'Voxel' in der Computergrafik?

    <p>Voxel bezeichnet den diskreten Wert an einer XYZ-Koordinate in einem dreidimensionalen Gitter.</p> Signup and view all the answers

    Was ist eine Signed Distance Function (SDF)?

    <p>Eine SDF gibt den kürzesten Abstand zwischen einem Punkt und einer Oberfläche zurück.</p> Signup and view all the answers

    Implizite Flächen verbinden Punkte gleicher Merkmale oder Werte wie zum Beispiel _____ oder Dichte.

    <p>Temperatur</p> Signup and view all the answers

    Polygonnetze stellen sowohl die Oberfläche als auch das Volumen einer Struktur explizit dar.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Welche zwei gebräuchlichsten Methoden gibt es, um 3D Isoflächen zu rendern?

    <p>Raycasting und der Marching-Cubes-Algorithmus.</p> Signup and view all the answers

    Was versteht Alberti unter einem Architekten?

    <p>Ein Entwerfer, der sich als Gelehrter versteht.</p> Signup and view all the answers

    Welche Arten von Projektion werden in der Darstellenden Geometrie verwendet?

    <p>Zentralprojektion</p> Signup and view all the answers

    Die Zentralprojektion war den Griechen und Römern unbekannt.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Wie werden die Kanten und Symmetrie-Linien in der Technik dargestellt?

    <p>In rechtwinkliger Parallelprojektion.</p> Signup and view all the answers

    Was ist ein Vektor?

    <p>Ein geordneter Satz von n reellen Zahlen</p> Signup and view all the answers

    Ordne die folgenden Projektionsarten ihren Eigenschaften zu:

    <p>Parallelprojektion = Die Abbildungsstrahlen sind parallel. Zentralprojektion = Alle Abbildungsstrahlen gehen durch einen Punkt. Orthogonalprojektion = Die Strahlen stehen senkrecht auf der Bildtafel. Schiefe Projektion = Die Strahlen stehen nicht senkrecht zur Bildtafel.</p> Signup and view all the answers

    Was ist Constructive Solid Geometry (CSG)?

    <p>Eine Technik zum Modellieren von Körpern.</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Formen sind Beispiele für Primitive in der CSG?

    <p>Alle genannten</p> Signup and view all the answers

    Was charakterisiert die Platonischen Körper?

    <p>Sie sind Polyeder mit größtmöglicher Symmetrie.</p> Signup and view all the answers

    In einem koordinierten System bezieht sich die Größe n auf die ______ Dimension.

    <p>n</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt ein Einheitvektor?

    <p>Ein Vektor, dessen Länge einer Einheit entspricht.</p> Signup and view all the answers

    Was ermöglicht die mehrfache Erfassung eines räumlichen Ausschnitts?

    <p>Aufbau eines vierdimensionalen Modells.</p> Signup and view all the answers

    Welche Methoden werden verwendet, um aus einer Punktwolke eine geschlossene 3D-Oberfläche zu erstellen? (Wählen Sie alle zutreffenden Antworten aus)

    <p>Point2CAD</p> Signup and view all the answers

    Polygonnetze bestehen nur aus Dreiecken.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Was ist ein Voxel?

    <p>Ein diskretes Element in einem dreidimensionalen Gitter.</p> Signup and view all the answers

    Implizite Flächen verbinden Punkte gleicher Merkmale wie __________.

    <p>Temperatur</p> Signup and view all the answers

    Was geben Signed Distance Functions (SDFs) zurück?

    <p>Den kürzesten Abstand zwischen einem Punkt und einer Oberfläche.</p> Signup and view all the answers

    Welche zwei gebräuchlichen Methoden gibt es zur Visualisierung von 3D-Isoflächen?

    <p>Raycasting und Marching-Cubes-Algorithmus.</p> Signup and view all the answers

    Was ist der Zweck von digitalen Signalen?

    <p>Um die physische reale Welt in Signale zu übersetzen, die Computer verstehen.</p> Signup and view all the answers

    Was ist ein Beispiel für ein analoges Signal?

    <p>Temperaturmessung</p> Signup and view all the answers

    Ein digitales Signal kann nur bestimmte diskrete Werte annehmen.

    <p>True</p> Signup and view all the answers

    Was sind Bits im Kontext von digitalen Signalen?

    <p>Winzig kleine Einheiten, mit denen Computer arbeiten.</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussagen über analoge und digitale Signale sind korrekt? (Wählen Sie alle zutreffenden aus.)

    <p>Analoge Signale sind kontinuierlich.</p> Signup and view all the answers

    Wie wird die Zeit im Zusammenhang mit parametrischen Kurven dargestellt?

    <p>als Parameter t</p> Signup and view all the answers

    Was definiert eine Kurvendomäne oder Intervall?

    <p>der Bereich von Parametern, die zu einem Punkt innerhalb dieser Kurve ausgewertet werden</p> Signup and view all the answers

    Eine gleichförmige Parametrisierung einer Kurve führt immer zu gleichen Abständen auf der 3D-Kurve.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Welche Grade von Kurven sind die nützlichsten?

    <p>Grad 2</p> Signup and view all the answers

    Was ist die Beziehung zwischen Kontrollpunkten und dem Grad einer NURBS-Kurve?

    <p>Die Anzahl der Kontrollpunkte beträgt Grad + 1.</p> Signup and view all the answers

    Was bedeutet es, dass eine NURBS-Kurve rational ist?

    <p>Sie hat unterschiedliche Wichtungen für Kontrollpunkte.</p> Signup and view all the answers

    Was ist eine abwickelbare Fläche?

    <p>Eine Fläche, die sich ohne innere Formverzerrung auf die Euklidische Ebene transformieren lässt.</p> Signup and view all the answers

    Was ist eine Regelfläche?

    <p>Eine Fläche, durch die durch jeden Punkt eine Gerade geht, die ganz in der Fläche enthalten ist.</p> Signup and view all the answers

    Was sind isolinien im Kontext von NURBS-Modellierung?

    <p>Linien mit konstantem Parameterwert.</p> Signup and view all the answers

    Was ist der Unterschied zwischen getrimmten und ungetrimmten NURBS-Flächen?

    <p>Getrimmte Flächen verwenden eine geschlossene Kurve zur Bestimmung von Öffnungen.</p> Signup and view all the answers

    Was ist ein Bit?

    <p>Ein Wert, der 0 oder 1 annehmen kann</p> Signup and view all the answers

    Wie viele verschiedene Zahlen können mit 3 Bits dargestellt werden?

    <p>8</p> Signup and view all the answers

    Der Jacquard-Webstuhl verwendet Lochkarten zur Steuerung der Platinenbewegungen.

    <p>True</p> Signup and view all the answers

    Wer war der Erfinder der Analytischen Maschine?

    <p>Charles Babbage</p> Signup and view all the answers

    Leibniz war wegbereitend für die ________ im heutigen Sinne.

    <p>Rechenmaschine</p> Signup and view all the answers

    Was ist Mixed Reality?

    <p>Eine Mischung aus virtueller und erweiterter Realität</p> Signup and view all the answers

    Was bezeichnet der Begriff CAD?

    <p>Computer-Aided Design</p> Signup and view all the answers

    Das Internet der Dinge (IoT) verbindet physische und virtuelle Objekte.

    <p>True</p> Signup and view all the answers

    Ordnen Sie die Begriffe den passenden Definitionen zu:

    <p>Bit = Kann 0 oder 1 annehmen Mixed Reality = Mischung aus realer und virtueller Welt CAD = Rechnerunterstütztes Konstruieren Jacquard-Webstuhl = Erste bekannte Anwendung der Lochkartentechnik</p> Signup and view all the answers

    Was versteht Alberti unter dem Begriff 'Architekt'?

    <p>Ein Entwerfer, der sich als Gelehrter versteht.</p> Signup and view all the answers

    Welche Darstellungsmethoden wurden in der darstellenden Geometrie erwähnt?

    <p>Orthogonalprojektion</p> Signup and view all the answers

    Parallelprojektionen werden wegen ihrer Teilverhältnistreue gerne von Ingenieuren verwendet.

    <p>True</p> Signup and view all the answers

    Was ist ein Vektor im n-dimensionalen Raum?

    <p>Ein geordneter Satz von n reellen Zahlen.</p> Signup and view all the answers

    Was ermöglicht Constructive Solid Geometry (CSG)?

    <p>Modellieren von Körpern durch boolesche Operatoren.</p> Signup and view all the answers

    Was sind die platonischen Körper?

    <p>Körper mit maximaler Symmetrie</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt NURBS?

    <p>Mathematisch definierte Kurven oder Flächen.</p> Signup and view all the answers

    Wer entwickelte die Bézierkurve?

    <p>Pierre Étienne Bézier.</p> Signup and view all the answers

    Ein Vektor und ein Punkt sind dasselbe Konzept.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Welches Grafikprogramm wurde von Avions Marcel Dassault entwickelt?

    <p>CATIA</p> Signup and view all the answers

    Was war das erste Flugzeug, das mit CATIA entwickelt wurde?

    <p>Die Mirage</p> Signup and view all the answers

    Welches CAD-System wurde als eines der ersten und erfolgreichsten auf unterschiedlichen Betriebssystemen betrachtet?

    <p>AutoCAD</p> Signup and view all the answers

    Was ist das DXF-Dateiformat?

    <p>Eine neutrale Export- und Importschnittstelle.</p> Signup and view all the answers

    AutoCAD wurde 1982 für das Betriebssystem Windows veröffentlicht.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Was war ein Grund für den Erfolg von AutoCAD?

    <p>Es war günstiger und einfacher illegal zu kopieren.</p> Signup and view all the answers

    Die Parametrische Modellierung steuert das Modell mittels __________.

    <p>Parametern</p> Signup and view all the answers

    Welches System wurde von Patrick Hanratty entwickelt und war ein interaktives Grafikdesign-System?

    <p>ADAM</p> Signup and view all the answers

    Was ermöglicht Rhino in der digitalen Herstellung?

    <p>Es exportiert Fertigungsdaten für digitale 3D-Fertigungsgeräte.</p> Signup and view all the answers

    Grasshopper ist ein Plug-in für Rhino, das für die algorithmische Modellierung entwickelt wurde.

    <p>True</p> Signup and view all the answers

    Wann wurde der Begriff CAD geprägt?

    <p>1959</p> Signup and view all the answers

    Study Notes

    Einführung in Computational Design

    • Buch als Teil der Vorlesungsunterlagen für den Kurs Computational Design, mit theoretischen Inhalten.
    • Enthält eine Sammlung kuratierter Texte aus verschiedenen Quellen, ergänzt durch Illustrationen und Diagramme.

    Digitale Signalverarbeitung

    • Physische reale Welt muss in digitale Signale übersetzt werden, um sie vom Computer verarbeitet werden zu können.
    • Digitale Signale basieren auf diskreten Werten, während analoge Signale kontinuierliche Werte annehmen.

    Analoge und Digitale Signale

    • Analoge Signale: kontinuierlich und messbar (z. B. Temperatur, Luftdruck).
    • Digitale Signale: arbeiten mit diskreten Werten (0 und 1), die als "bit" dargestellt werden. Ein bit kann zwei Zustände repräsentieren.

    Binärcode

    • Darstellung von Informationen durch Sequenzen zweier Symbole (z. B. 1/0 oder wahr/falsch).
    • Mehrere Bits ermöglichen die Darstellung komplexerer Informationen; z. B. mit 3 Bits können 8 unterschiedliche Zahlen dargestellt werden.

    Geschichte der Rechenmaschinen

    • Leibniz war wegweisend bei der Entdeckung der binären Zahlencodierung, die Rechenprozesse vereinfacht.
    • Verbindung von Arithmetik und Logik durch binären Zahlencode, dokumentiert in seinen Arbeiten des 17. Jahrhunderts.

    Digitale Modellierung und Geometrie

    • Verwendung von computergestütztem Design (CAD) zur Planung und Modifizierung von baulichen Umgebungen.
    • Digitale Geometrie als zentrales Element in der Entwicklung von modernen Architekturen und Designs.

    Relevante Themen im Kurs

    • Mensch-Computer-Interaktion und deren Bedeutung für die digitale Gestaltung.
    • Anwendungen wie Rhino für CAD und Grasshopper für visuelle Programmierung werden behandelt.

    Digitale Fabrikation

    • Techniken wie CNC und Rapid Prototyping sind Teil des digitalen Fabrikationsprozesses.

    Daten und Modelle

    • Wichtige Aspekte umfassen technische Entwicklungen, digitale Datenstrukturen und digitale Prozessketten.

    Algorithmus und Programmierung

    • Einführung in Programmiergrundlagen, einschließlich Bedingungen, Variablen und repetitive Strukturen.
    • Bedeutung von Parametrischem Design und prozeduralen Ansätzen zur Generierung von Designvarianten.### Leibniz und die Rechenmaschine
    • Gottfried Wilhelm Leibniz sah beim Bau der Rechenmaschine philosophische Motive: das Streben nach Freiheit und Spontaneität im Gegensatz zur mechanischen Arbeit.
    • Zitat: „Es ist unwürdig, die Zeit von hervorragenden Leuten mit knechtischen Rechenarbeiten zu verschwenden“.

    Binärcodes und digitale Informationen

    • Binärcodes sind grundlegend für die Verarbeitung digitaler Informationen und werden oft als Maschinencode oder Maschinensprache bezeichnet.
    • Computer operieren vorrangig auf Basis von Binärcodes, die ihre Einfachheit in der Informationsverarbeitung ausspielen.

    Jacquard-Webstuhl und Lochkartentechnik

    • Der von Joseph-Marie Jacquard entwickelte Webstuhl nutzte Lochkarten zur Steuerung der Platinenbewegungen, eine der ersten Anwendungen der Lochkartentechnik.
    • Diese Innovation stellte einen bedeutenden Fortschritt in der Computerhardware dar und beeinflusste die Entwicklung der Analytical Engine von Charles Babbage.

    Analytical Engine

    • Charles Babbage entwarf die Analytical Engine, eine mechanische Rechenmaschine für allgemeine Anwendungen.
    • Sie stellte einen wichtigen Schritt in der Computerentwicklung dar; Babbage plante mathematische Formeln mit Programmierungen zu lösen, und Ada Lovelace unterstützte diese Konzepte.

    Turingmaschine

    • Die Turingmaschine, eingeführt von Alan Turing in den 1930er-Jahren, ist ein abstraktes Modell der theoretischen Informatik.
    • Sie formalisiert die Konzepte von Algorithmus und Berechenbarkeit und ist fundamental in der Informatik.

    Mensch-Computer-Interaktion (HCI)

    • HCI untersucht das Design und die Nutzung von Computer-Technologie an der Schnittstelle zwischen Mensch und Computer.
    • Verschiedene Disziplinen, einschließlich Psychologie und Ergonomie, tragen zur HCI-Forschung bei, um die Interaktion zwischen Benutzern und Computern zu optimieren.

    Mixed Reality

    • Mixed Reality kombiniert natürliche Wahrnehmung und computergenerierte Inhalte, spanning das Ganze vom Realitäts-Virtualitäts-Kontinuum.
    • Beispiele umfassen erweiterte Realität mit informativen Überlagerungen und virtuelle Realität, die komplett computergeneriert ist.

    Internet of Things (IoT)

    • Das IoT vernetzt physische und virtuelle Objekte durch Informations- und Kommunikationstechniken.
    • Anwendungen ermöglichen die Interaktion zwischen Menschen und vernetzten elektronischen Systemen, häufig unterstützt durch Wearables.

    Technisches Zeichnen und Entwicklung von CAD

    • Technisches Zeichnen hat sich von den Anfängen im Mittelalter zu modernen Techniken entwickelt, einschließlich der Verwendung von Bleistift und Tusche auf Zeichentafeln.
    • Der Begriff „Computer-Aided Design“ (CAD) entstand in den 1950er-Jahren und bezieht sich auf die computergestützte Erstellung und Änderung geometrischer Modelle.

    Meilensteine in der CAD-Entwicklung

    • PRONTO (1957) war das erste kommerzielle numerisch gesteuerte Programmiersystem und legte den Grundstein für die CAD-Entwicklung.
    • AutoCAD, eines der ersten und erfolgreichsten CAD-Systeme, wurde in den 1980er-Jahren populär und erleichterte den Datenaustausch zwischen verschiedenen Systemen durch das DXF-Dateiformat.

    Fazit zur CAD-Entwicklung

    • Der CAD-Boom in den 1980er-Jahren führte zu spezialisierteren Softwarelösungen für unterschiedliche Planungsaufgaben.
    • Entwicklungen in der 3D-Modellierung revolutionierten die Konstruktion, indem sie Simulationen und effiziente Fertigungsabläufe ermöglichten.### Geschichte der CAD-Systeme
    • 1963 Sketchpad: Eines der ersten Designsysteme mit grafischer Benutzeroberfläche, revolutionierte die Benutzerinteraktion durch Lichtstift und CRT-Bildschirm.
    • 1967 DIGIGRAPHICS: Eines der ersten kommerziellen CAD-Systeme mit grafischen Schnittstellen, Preis: $500.000.
    • 1971 ADAM: Interaktives Grafikdesign- und Fertigungssystem von Patrick Hanratty, funktionierte auf fast allen Großrechnern.
    • 1975 NURBS: Einführung von Non-Uniform Rational B-Splines durch Dr. Ken Versprille in CAD zur Definition von Oberflächen, weit verbreitet in der Ingenieurswelt.
    • 1977 Glide: Entwicklung von Charles Eastman, enthielt viele Funktionen des modernen BIM (Building Information Modeling).
    • 1979 INTERACT: Entwickelt von Mike Riddle, erstes CAD-System für Mainstream-Mikrocomputer, Vorgänger von AutoCAD, viele Originalbefehle bleiben in AutoCAD erhalten.
    • 1982 AUTODESK AUTOCAD: Erste 2D-CAD-Software für PCs zur präzisen Erstellung von 2D- und 3D-Zeichnungen, machte CAD erschwinglicher.
    • 1994 STEP: Neues 3D-CAD-Dateiformat von der Internationalen Organisation für Standardisierung, bis heute am häufigsten verwendet.
    • 2002 Catia Digital Project: CAD-Anwendung für den Guggenheim Bilbao von Gehry Technologies.

    Anatomie einer CAD-Software

    • Direkte Modellierung: Geometrische Elemente werden über Funktionen wie Skalieren und Verschieben direkt verändert, keine dauerhaften Abhängigkeiten zwischen Elementen.
    • Parametrische Modellierung: Modelle werden über Parameter gesteuert, wobei Beziehungen und Abhängigkeiten zwischen diesen durch Restriktionen umgesetzt werden.
    • Chronologie-basierte Modellierung: Datenstrukturen zeichnen den Erzeugungsverlauf auf, dargestellt in einem Chronologiebaum zur Bearbeitung auf verschiedenen Modellen.

    Rhino als Beispiel für CAD-Software

    • Modellierungswerkzeuge: Ermöglicht Erstellung, Bearbeitung und Analyse von Kurven, Flächen, Volumenkörpern und Polygonnetzen.
    • Editieren von Geometrien: Bearbeitung erfolgt über allgemeine Werkzeuge, Transformationen und Kontrollpunkte.
    • Benutzeroberfläche: Bietet vielfältige Konstruktionshilfen und realistisches Rendering der Modelle.
    • Digitale Herstellung: Rhino unterstützt Designer bei der Verwendung digital gesteuerter Fertigungsgeräte durch Export von Fertigungsdaten.
    • 3D-Datenerfassung: Beinhaltet Unterstützung für 3D-Digitalisierungs-Hardware und gescannte Punktewolkendaten.
    • Exportmöglichkeiten: Erlaubt den Export von 3D-Modellen und 2D-Zeichnungen in verschiedene Datenformate.

    Grasshopper: Visuelle Programmierung

    • Grasshopper: Plug-in für Rhino, entwickelt von David Rutten, ermöglicht algorithmische Modellierung, um komplexe Formen durch Parameter zu gestalten.
    • Vorteile: Geometrie kann nahezu unbegrenzt verändert werden, Änderungen sind ohne Neuanfang möglich.
    • Visuelle Programmiersprache: Nutzung grafischer Elemente zur Definition von Programmen, ermöglicht Benutzern, Programme durch grafische Manipulation zu erstellen.

    Darstellende Geometrie

    • Definition: Teilbereich der Geometrie, der sich mit der Projektion dreidimensionaler Objekte auf eine zweidimensionale Ebene beschäftigt.
    • Anwendungsbereiche: Technik- und Architekturdarstellung, Kunst, Malerei, Kartenwesen und Computergraphik.
    • Wichtige historische Persönlichkeiten: Albrecht Dürer und Gaspard Monge, der die strenge Zuordnung von Grund- und Aufriss einführte.
    • Trennung von Planung und Ausführung: Konstruiert das Verhältnis zwischen Architekt und Baumeister, wobei der Architekt als intellektuelle Autorität gilt.

    Projektionen in der Geometrie

    • Parallelprojektion: Strahlen sind parallel, beinhaltet Orthogonal- und Schräge Parallelprojektion, häufig von Ingenieuren verwendet.
    • Zentralprojektion: Abbildungsstrahlen gehen durch einen Punkt, die Bedeutung der Renaissance in der Malerei.
    • Koordinatensysteme: Verwendung des kartesischen Koordinatensystems, das Abstände zu den Achsen für Punktbestimmungen nutzt.

    Einführung in Computational Design

    • Buch als Teil der Vorlesungsunterlagen für den Kurs Computational Design, mit theoretischen Inhalten.
    • Enthält eine Sammlung kuratierter Texte aus verschiedenen Quellen, ergänzt durch Illustrationen und Diagramme.

    Digitale Signalverarbeitung

    • Physische reale Welt muss in digitale Signale übersetzt werden, um sie vom Computer verarbeitet werden zu können.
    • Digitale Signale basieren auf diskreten Werten, während analoge Signale kontinuierliche Werte annehmen.

    Analoge und Digitale Signale

    • Analoge Signale: kontinuierlich und messbar (z. B. Temperatur, Luftdruck).
    • Digitale Signale: arbeiten mit diskreten Werten (0 und 1), die als "bit" dargestellt werden. Ein bit kann zwei Zustände repräsentieren.

    Binärcode

    • Darstellung von Informationen durch Sequenzen zweier Symbole (z. B. 1/0 oder wahr/falsch).
    • Mehrere Bits ermöglichen die Darstellung komplexerer Informationen; z. B. mit 3 Bits können 8 unterschiedliche Zahlen dargestellt werden.

    Geschichte der Rechenmaschinen

    • Leibniz war wegweisend bei der Entdeckung der binären Zahlencodierung, die Rechenprozesse vereinfacht.
    • Verbindung von Arithmetik und Logik durch binären Zahlencode, dokumentiert in seinen Arbeiten des 17. Jahrhunderts.

    Digitale Modellierung und Geometrie

    • Verwendung von computergestütztem Design (CAD) zur Planung und Modifizierung von baulichen Umgebungen.
    • Digitale Geometrie als zentrales Element in der Entwicklung von modernen Architekturen und Designs.

    Relevante Themen im Kurs

    • Mensch-Computer-Interaktion und deren Bedeutung für die digitale Gestaltung.
    • Anwendungen wie Rhino für CAD und Grasshopper für visuelle Programmierung werden behandelt.

    Digitale Fabrikation

    • Techniken wie CNC und Rapid Prototyping sind Teil des digitalen Fabrikationsprozesses.

    Daten und Modelle

    • Wichtige Aspekte umfassen technische Entwicklungen, digitale Datenstrukturen und digitale Prozessketten.

    Algorithmus und Programmierung

    • Einführung in Programmiergrundlagen, einschließlich Bedingungen, Variablen und repetitive Strukturen.
    • Bedeutung von Parametrischem Design und prozeduralen Ansätzen zur Generierung von Designvarianten.### Leibniz und die Rechenmaschine
    • Gottfried Wilhelm Leibniz sah beim Bau der Rechenmaschine philosophische Motive: das Streben nach Freiheit und Spontaneität im Gegensatz zur mechanischen Arbeit.
    • Zitat: „Es ist unwürdig, die Zeit von hervorragenden Leuten mit knechtischen Rechenarbeiten zu verschwenden“.

    Binärcodes und digitale Informationen

    • Binärcodes sind grundlegend für die Verarbeitung digitaler Informationen und werden oft als Maschinencode oder Maschinensprache bezeichnet.
    • Computer operieren vorrangig auf Basis von Binärcodes, die ihre Einfachheit in der Informationsverarbeitung ausspielen.

    Jacquard-Webstuhl und Lochkartentechnik

    • Der von Joseph-Marie Jacquard entwickelte Webstuhl nutzte Lochkarten zur Steuerung der Platinenbewegungen, eine der ersten Anwendungen der Lochkartentechnik.
    • Diese Innovation stellte einen bedeutenden Fortschritt in der Computerhardware dar und beeinflusste die Entwicklung der Analytical Engine von Charles Babbage.

    Analytical Engine

    • Charles Babbage entwarf die Analytical Engine, eine mechanische Rechenmaschine für allgemeine Anwendungen.
    • Sie stellte einen wichtigen Schritt in der Computerentwicklung dar; Babbage plante mathematische Formeln mit Programmierungen zu lösen, und Ada Lovelace unterstützte diese Konzepte.

    Turingmaschine

    • Die Turingmaschine, eingeführt von Alan Turing in den 1930er-Jahren, ist ein abstraktes Modell der theoretischen Informatik.
    • Sie formalisiert die Konzepte von Algorithmus und Berechenbarkeit und ist fundamental in der Informatik.

    Mensch-Computer-Interaktion (HCI)

    • HCI untersucht das Design und die Nutzung von Computer-Technologie an der Schnittstelle zwischen Mensch und Computer.
    • Verschiedene Disziplinen, einschließlich Psychologie und Ergonomie, tragen zur HCI-Forschung bei, um die Interaktion zwischen Benutzern und Computern zu optimieren.

    Mixed Reality

    • Mixed Reality kombiniert natürliche Wahrnehmung und computergenerierte Inhalte, spanning das Ganze vom Realitäts-Virtualitäts-Kontinuum.
    • Beispiele umfassen erweiterte Realität mit informativen Überlagerungen und virtuelle Realität, die komplett computergeneriert ist.

    Internet of Things (IoT)

    • Das IoT vernetzt physische und virtuelle Objekte durch Informations- und Kommunikationstechniken.
    • Anwendungen ermöglichen die Interaktion zwischen Menschen und vernetzten elektronischen Systemen, häufig unterstützt durch Wearables.

    Technisches Zeichnen und Entwicklung von CAD

    • Technisches Zeichnen hat sich von den Anfängen im Mittelalter zu modernen Techniken entwickelt, einschließlich der Verwendung von Bleistift und Tusche auf Zeichentafeln.
    • Der Begriff „Computer-Aided Design“ (CAD) entstand in den 1950er-Jahren und bezieht sich auf die computergestützte Erstellung und Änderung geometrischer Modelle.

    Meilensteine in der CAD-Entwicklung

    • PRONTO (1957) war das erste kommerzielle numerisch gesteuerte Programmiersystem und legte den Grundstein für die CAD-Entwicklung.
    • AutoCAD, eines der ersten und erfolgreichsten CAD-Systeme, wurde in den 1980er-Jahren populär und erleichterte den Datenaustausch zwischen verschiedenen Systemen durch das DXF-Dateiformat.

    Fazit zur CAD-Entwicklung

    • Der CAD-Boom in den 1980er-Jahren führte zu spezialisierteren Softwarelösungen für unterschiedliche Planungsaufgaben.
    • Entwicklungen in der 3D-Modellierung revolutionierten die Konstruktion, indem sie Simulationen und effiziente Fertigungsabläufe ermöglichten.### Geschichte der CAD-Systeme
    • 1963 Sketchpad: Eines der ersten Designsysteme mit grafischer Benutzeroberfläche, revolutionierte die Benutzerinteraktion durch Lichtstift und CRT-Bildschirm.
    • 1967 DIGIGRAPHICS: Eines der ersten kommerziellen CAD-Systeme mit grafischen Schnittstellen, Preis: $500.000.
    • 1971 ADAM: Interaktives Grafikdesign- und Fertigungssystem von Patrick Hanratty, funktionierte auf fast allen Großrechnern.
    • 1975 NURBS: Einführung von Non-Uniform Rational B-Splines durch Dr. Ken Versprille in CAD zur Definition von Oberflächen, weit verbreitet in der Ingenieurswelt.
    • 1977 Glide: Entwicklung von Charles Eastman, enthielt viele Funktionen des modernen BIM (Building Information Modeling).
    • 1979 INTERACT: Entwickelt von Mike Riddle, erstes CAD-System für Mainstream-Mikrocomputer, Vorgänger von AutoCAD, viele Originalbefehle bleiben in AutoCAD erhalten.
    • 1982 AUTODESK AUTOCAD: Erste 2D-CAD-Software für PCs zur präzisen Erstellung von 2D- und 3D-Zeichnungen, machte CAD erschwinglicher.
    • 1994 STEP: Neues 3D-CAD-Dateiformat von der Internationalen Organisation für Standardisierung, bis heute am häufigsten verwendet.
    • 2002 Catia Digital Project: CAD-Anwendung für den Guggenheim Bilbao von Gehry Technologies.

    Anatomie einer CAD-Software

    • Direkte Modellierung: Geometrische Elemente werden über Funktionen wie Skalieren und Verschieben direkt verändert, keine dauerhaften Abhängigkeiten zwischen Elementen.
    • Parametrische Modellierung: Modelle werden über Parameter gesteuert, wobei Beziehungen und Abhängigkeiten zwischen diesen durch Restriktionen umgesetzt werden.
    • Chronologie-basierte Modellierung: Datenstrukturen zeichnen den Erzeugungsverlauf auf, dargestellt in einem Chronologiebaum zur Bearbeitung auf verschiedenen Modellen.

    Rhino als Beispiel für CAD-Software

    • Modellierungswerkzeuge: Ermöglicht Erstellung, Bearbeitung und Analyse von Kurven, Flächen, Volumenkörpern und Polygonnetzen.
    • Editieren von Geometrien: Bearbeitung erfolgt über allgemeine Werkzeuge, Transformationen und Kontrollpunkte.
    • Benutzeroberfläche: Bietet vielfältige Konstruktionshilfen und realistisches Rendering der Modelle.
    • Digitale Herstellung: Rhino unterstützt Designer bei der Verwendung digital gesteuerter Fertigungsgeräte durch Export von Fertigungsdaten.
    • 3D-Datenerfassung: Beinhaltet Unterstützung für 3D-Digitalisierungs-Hardware und gescannte Punktewolkendaten.
    • Exportmöglichkeiten: Erlaubt den Export von 3D-Modellen und 2D-Zeichnungen in verschiedene Datenformate.

    Grasshopper: Visuelle Programmierung

    • Grasshopper: Plug-in für Rhino, entwickelt von David Rutten, ermöglicht algorithmische Modellierung, um komplexe Formen durch Parameter zu gestalten.
    • Vorteile: Geometrie kann nahezu unbegrenzt verändert werden, Änderungen sind ohne Neuanfang möglich.
    • Visuelle Programmiersprache: Nutzung grafischer Elemente zur Definition von Programmen, ermöglicht Benutzern, Programme durch grafische Manipulation zu erstellen.

    Darstellende Geometrie

    • Definition: Teilbereich der Geometrie, der sich mit der Projektion dreidimensionaler Objekte auf eine zweidimensionale Ebene beschäftigt.
    • Anwendungsbereiche: Technik- und Architekturdarstellung, Kunst, Malerei, Kartenwesen und Computergraphik.
    • Wichtige historische Persönlichkeiten: Albrecht Dürer und Gaspard Monge, der die strenge Zuordnung von Grund- und Aufriss einführte.
    • Trennung von Planung und Ausführung: Konstruiert das Verhältnis zwischen Architekt und Baumeister, wobei der Architekt als intellektuelle Autorität gilt.

    Projektionen in der Geometrie

    • Parallelprojektion: Strahlen sind parallel, beinhaltet Orthogonal- und Schräge Parallelprojektion, häufig von Ingenieuren verwendet.
    • Zentralprojektion: Abbildungsstrahlen gehen durch einen Punkt, die Bedeutung der Renaissance in der Malerei.
    • Koordinatensysteme: Verwendung des kartesischen Koordinatensystems, das Abstände zu den Achsen für Punktbestimmungen nutzt.

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