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CAD/CAM數位建構標準流程研究
(2007)
劉育東
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LIU YU-TUNG
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國立交通大學建築研究所
在數位時代，CAD/CAM技術已經改變了傳統建築設計過程，同時產生新的數位建構(digital fabrication) 方法。目前我們可以從一些設計者真實設計案例中看出CAD/CAM新媒材對設計過程中複雜形體的設計與真實建造上都具有很大的輔助潛力。除了Gehry大量的建築設計案之外，少數的年輕設計師或設計團隊如Greg Lynn、dECOi、NOX、ONL、Bernard Frankert、UN Studio等人也開始操作數位建構過程，創造出嶄新設計概念的自由形體建築。此外建築專業領域希望把操作CAD/CAM技術的設計過程標準化，如具代表性的Gehry事務所所開發的Gehry Technologies (GT)，及歐洲SmartGeometry Group所開發的Generative Components系統。另一方面，研究領域中的Mark Burry、Larry Sass、Branko Kolarevic、Schodek等人也是積極的在探討CAD/CAM數位媒材在設計過程中所扮演角色，除了認為 CAD/CAM技術將成為未來新的建構方式外，也企圖整合出完整的CAD/CAM數位設計流程，或提出標準化的建議。然而，目前CAD/CAM 技術對大多數設計者而言是仍然是一種新的設計媒材，尤其CAD/CAM 輔助設計仍然處於繁瑣的操作流程。因此對於這種新媒材，該如何被運用及操作才會有效率，更精準，及讓空間形體設計更自由，必須被探討。因此基於所提出的問題，本研究的目的希望可以先深入瞭解這些新CAD/CAM 技術的特性及功能，提出CAD/CAM fabrication 操作流程準則的建議。同時，本研究希望可以在GT 高技術門檻與我們現有設計環境的落差中找尋一種可執行的CAD/CAM 標準流程，企圖讓目前大多數建築設計教育與設計師利用CAD/CAM 技術來創造更解放的設計。本研究操作三大步驟的研究方法:1.媒材實驗2.流程自動化電腦運算3.案例分析驗證流程可行性。本研究預期結果希望可以分析出CAD/CAM技術操作中軟硬體最佳轉檔流程及將重複性的操作步驟自動化，最後整合出一套可以提供給建築教育與專業設計師容易掌握與操作的 CAD/CAM數位建構標準流程。
Protocol Analysis在一般媒材、電腦媒材與網路環境下的比較研究
(2001)
劉育東
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LIU YU-TUNG
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國立交通大學建築研究所
一個整合立體動畫與立體虛擬實境的空間視覺化系統
(2010)
劉育東
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LIU YU-TUNG
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國立交通大學建築研究所
綜觀整個設計呈現媒材至今的發展，立體的「動畫」與立體的「虛擬實境」已是當今設計者與大眾溝通的重要呈現媒材之一，設計者能將他腦中想傳達的意念想法透過這些呈現系統做更真實的呈現，觀看者亦能經由時間序列與互動回饋所呈現的影像，更進一步了解設計者的想法。本研究主要目標為建立一個具立體、即時、互動的「空間視覺化系統」，能縮短原設計者與一般大眾在設計空間溝通上的原始落差，以及一般大眾中，有建築設計經驗的一般設計者與沒有建築設計經驗的一般觀看者的二次落差。基於上述之目標，本研究之在研究方法與步驟上主要分為「空間實驗」與「整合系統」。第一步驟「空間實驗」分「立體動畫」與「立體虛擬實境」兩個部份，受測者分「設計者」與「觀看者」，以類似口語分析之放聲思考為此實驗方法，受測者們觀看與瀏覽這兩種呈現媒材時，他們怎麼了解設計空間之「空間造型」、「空間尺度」、「空間動線」與「空間組織」，最後再經由比較分析，設計者與觀看者在這兩種媒材上所產生的原始落差現象與細微落差現象。第二步驟則是整合第一步驟所得之部份現象，提出一個具有「水平視覺範圍擴展」、「自動空間測距」、「自動空間導引」、「平、立、剖面圖介面顯示」、「自動雙眼聚合視覺呈現」與「自動視點定位」等功能的「空間視覺化系統」，最後再透過一個初步的系統測試，檢視此系統之個別功能與整體系統能否解決第一步驟之現象與系統在操作介面上的使用性問題。
一個融合古典與數位思考的新構築先期架構---案例研究
(2006)
劉育東
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LIU YU-TUNG
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國立交通大學建築研究所
構築術(tectonics)在建築領域中自19 世紀已經開始被探討，近年來由於數位技術的輔助而對建築設計與建造產生衝擊，出現新的數位建築，對於數位形體空間的構築術探討，更是目前建築理論者或設計者所重視的新議題。我們可以從數位構築研究中察覺傳統建築建造方式已經受數位技術的影響而產生戲劇性的改變。應用數位媒材操作數位設計與建造過程，讓所完成的數位設計具有數位性的特質，而衍生了新的數位構築現象。因此，在數位時代的建築領域中，我們必須重新定義以往構築術所探討的因子，而整合一個更有系統的新構築先期架構，此架構必須涵蓋自古建築理論所討論的古典構築因子及因為數位性衍生的數位構築因子。本研究的目的是企圖推論出因數位影響而衍生出的數位構築因子並進行檢視與驗證，來與現有建築理論所討論的古典構築因子作整合，提出一個新構築之先期架構。本研究為一個案例研究，主要從目前世界最大的數位競圖得獎者的數位設計案例中選取 10 件作品來操作案例分析。此外為了可以驗證所找出的數位因子現象為普遍的現象，也從目前經驗豐富的知名建築師設計作品選取5 件設計案例來分析。案例分析以四大步驟來進行：第一步驟為古典構築因子之分析；第二步驟為分析浮現的數位構築因子；第三步驟以大師作品驗證所歸納的數位因子；最後步驟為整合一個具有古典因子與數位因子的先期新構築架構。研究結果預期可以得到一個包含古典與數位思考的新構築思考的先期架構。
台灣3D城市建築數位資料庫與技術服務創意加值計畫
(2003)
劉育東
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LIU YU-TUNG
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國立交通大學建築研究所
台灣城市建築3D數位博物館---總計畫
(2002)
劉育東
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LIU YU-TUNG
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交通大學建築研究所
建築實體空間與虛擬空間之類比與認知
(2003)
劉育東
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LIU YU-TUNG
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國立交通大學建築研究所
建築設計原案資料之建立與分析研究---設計原案分析中有關視覺與圖形資料之研究
(1999)
劉育東
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LIU YU-TUNG
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交通大學應用藝術研究所
建築設計思考中子形浮現與知識轉換的整合研究
(1998)
劉育東
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LIU YU-TUNG
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交通大學應用藝術研究所
電腦輔助建築設計(computer-aided architecturaldesign)大部分的研究，環繞在電腦如何能具備人類設計者(humandesigners)的設計思考能力(capability of designthinking)以及設計行為中特有的智慧和創造能力，主要的探討方向屬於對設計知識本質以及設計知識轉換(design knowledge transformation)的研究，以及對設計形體與子形浮現(subshape emergence)的研究。然而電腦要能獲致有如人類設計行為般的豐富性與思考模式，電腦系統本身的運算模式(computational processes)以及人類思考中的認知模式(cognitive processes)，必須同時能被釐清。有關運算模式與認知模式的研究，人工智慧與認知科學的領域中有二種截然不同的途徑：符號系統(symbolic systems)與神經網路(neural networks)。因此，本研究在上述的重要發展中，必須在設計思考中有關「知識轉授與子形浮現」之間，與電腦資訊處理模式中有關「符號系統與聯結系統」之間，得到一個整合性的架構，以便獲得在電腦輔助設計系統以及設計思考理論中的進一步結果。為了掌握前述的重要性與整合架構，本計畫將利用認知科學與人工智慧的相關研究方法，探討三個主要的目的，並將以三年的時間逐年逐項完成：1、以目前在聯結理論與符號理論中已獲致的成果為基礎，分別以「知識轉授」與「子形浮現」兩主題為範圍，討論聯結系統與符號系統整合的可能性。2、基於前項目的在電腦模擬中的初步結果，從事有關人類設計者的實證研究(empirical studies)，藉由電腦與實證兩方面相互印證與分析，提出一個設計思考理論模型。3、分析聯結系統與符號系統分別在設計風格與設計創造力中的研究結果，以便進一步發展為設計創造力的理論模型，並進行有關電腦的思考模擬，而得到初步性的電腦輔助設計系統的風格性與創造性能力。
建築設計跨國合作的探討-交通大學與麻省理工學院之虛擬設計合作
(1996)
劉育東
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LIU YU-TUNG
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國立交通大學應用藝術研究所
電腦輔助建築設計 (computer-aided architectural design) 在學術領域上的發展,經常在習以為常的設計過程中,帶來莫大的便利與設計思考變化. 例如,近年來完整的建築設計過程,經常在不同的地區或不同國家,由不同的設計群體(規劃、建築、室內、傢俱、特殊材料.bcdot..bcdot..bcdot. .bcdot.)共同完成.這樣複雜的設計組織,常因為不同設計群、承包商、製造商所處的地理位置極度分散而溝通不易.傳統以紙、筆、和模型為基礎工具的設計媒體 (design media) 無法提供有效的改善方式,然而正在電腦輔助設計學術領域中發展的"電訊會議"(tele-conferences)設施與相關電腦輔助設計系統,提供改善上述情況並邁向設計跨國合作的可能性.麻省理工學院建築學院(School of Architectural and Planning, MIT) 便在國際中積極發展上述因設計媒體變革而產生在設計行為中的根本改變,希望透過學術領域中對設計媒體、設計思考、設計跨國合作等子題進行深入的探討與實際的模擬,並藉著電訊會議與國際網路間同步與對方作面對面的雙向溝通,能對未來的建築設計行為提出開創性的見解.本專題研究便在這樣的研究環境中形成,除了與麻省理工學院建築學院院長William Mitchell 教授共同參與兩校之虛擬設計合作案 (Collaboration of the Vitual DesignStudio)外,亦將利用一年度的國際合作機會,分別對建築設計過程中的設計媒體、設計思考、以及設計跨國合作等研究子題,以建築設計理論、人工智慧、與認知科學等領域之研究方法,提出進一步的探討.
探討CAD/CAM Fabrication技術輔助之數位設計過程
(2005)
劉育東
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LIU YU-TUNG
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國立交通大學建築研究所
隨著科技的發展，電腦應用已經開始對建築領域產生影響。1992年，美國建築師Frank Gehry吸取其他領域如工業設計，造船工業，航太工業的經驗，利用電腦輔助設計(computer-aided design, CAD)及電腦輔助製造(computer-aided manufacturing, CAM)技術，參與建築設計與建築建造過程，以數位化的設計流程成功在巴塞隆納建造了一座非幾何線條，形體自由的「魚型雕塑」。此後，電腦科技CAD/CAM開始對建築領域產生巨大的改變。藉由CAD/CAM技術的輔助，建築設計形體得以更自由與解放，加上設計過程中設計形體模型可以在實體與虛擬之間相互轉換來進行設計思考，改變了以往只是利用2D/3D圖面及製作實體模型的設計方法，呈現數位化的操作設計過程。由於設計過程因為電腦的影響而改變，不僅影響及改變了傳統的建築設計過程，也同時影響了建築建造方式與過程，因此一些研究者開始探討CAD/CAM技術的應用如何輔助設計過程，衍伸了數位構成(digital fabrication)的討論議題。然而，藉由這些CAD/CAM技術輔助的數位設計過程中，到底有哪些設計方法與步驟，影響設計者的設計思考與設計過程呢？因此本研究希望從實際的數位設計案例中分析出一套利用CAD/CAM fabrication輔助建築設計與建造的設計過程之初步架構(framework)。詳細分析此過程中的數位設計方法與步驟，並進一步以所整合出的設計流程來操作設計，探討在數位設計過程的設計思考。本研究操作三大步驟的研究方法:1.案例分析2.媒材實驗3.認知實驗來分析不同的CAD/CAM技術媒材在設計過程中的應用，並整合出設計過程的方法與步驟，最後再從嚴密的認知實驗中分析出數位設計過程的設計思考現象。研究的預期結果是希望可以得到一個初步的CAD/CAM fabrication 輔助設計過程的數位設計流程之架構，及分析出設計者受這些CAD/CAM數位媒材影響的設計思考。對於未來建築設計之數位設計過程發展趨勢，本研究有助於建築教育與設計者更容易掌握與操作數位設計過程。
新構築理論模型及其對數位媒材適用性的初探
(2009)
劉育東
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LIU YU-TUNG
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國立交通大學建築研究所
構築(tectonics)一直是建築領域中重要的論述主題與實作理論，知名理論家Kenneth Frampton 提出綜合思惟，認為構築必須重視與基地間的關係、與在地文化相融、強調構造中的「連結」，甚至稱「構築」為「構造的詩性」(the poetics of construction)。然而，在數位科技大量介入建築領域的今日，古典與傳統的構築觀念也開始演變。Mitchell 提出「反構築」(anti-tectonics) 的概念來擴大數位時代的構築定義，Cook 以材料史觀來討論「數位構築」(digital tectonics) 的角色， Leach 檢視完工的數位名作後，針對數位媒材作為形體衍生的操作方式，另稱作「群集構築」（swarm tectonics）。數位科技不但開啟了「數位構築」的新研究，國際間在「傳統與數位構築」與設計思考過程、營造過程、結構行為、材料分析、建築教育、建築實務等議題，進行全面性的綜合研究，同時另已更深入的開始探討「3D 動畫」、「電腦輔助設計與製造CAD/CAM」、「虛擬實境VR」、「人機互動HCI」等數位媒材，分別在數位構築中的角色與應用。本研究以認知實驗 (cognitive experiment)、口語分析實驗 (protocol analysis)、工作現場觀察 (workplace observation)三種研究方法進行，「主要目標」是建立一個以實驗為基礎的構築理論模型(a theoretic model)，「次要目標」是提出數位媒材應用在構築過程中的比較與建議(implications)。
新竹市美術館規劃設計
(2000)
劉育東
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LIU YU-TUNG
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交通大學
目前新竹市正處於一個快速發展的階段，而如何將這樣一個擁有非常豐富的歷史文化的城市帶入電腦科技為主的數位時代（the digital age)，是一個非常具有意義且必須謹慎的一個問題。新竹市政府目前一方面正在積極規畫新竹市都市與科技上的發展，如正在規劃新建的竹二科，還有鐵路地下化、臺肥土地再利用等等，而另一方面也非常注重歷史人文的兼顧與發展，如剛完成的新竹之心、新竹松園(原公二公園)，以及舊城區(以東大路、西大路、南大路、北大路為界線所包含的範圍）的更新等。過去的美術館扮演著一個充實精神生活的角色，但隨著時代的轉變，美術館已成為一具有不同意義的場所。如著名美國的古根漢、與西班牙新近完成的畢爾包等美術館，除了人文、生活外，美術館已成為一個扮演主導都市發展的重要角色，並透過數位時代的新媒材網路與電腦，美術館更是一個結合科技與人文的數位藝術集散地。新竹市擁有科技與歷史的優渥條件，而都市他正好處於剛開始發展的階段，希望藉由新竹市美術館的誕生，讓新竹的科技與人文並行不悖，使科技與人文相互結合，成為都市發展的新動力。
由建築設計到施工之參數化系統流程
(2011)
劉育東
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LIU YU-TUNG
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國立交通大學建築研究所
參數化設計是近年設計研究的焦點，參數化建築設計流程與施工方式，遠比過去還要複雜，今日有關參數化設計的作品與研究大量出現，卻仍甚少有研究探討參數化設計思維在設計流程中所扮演的角色。設計流程(design process)在建築設計與施工過程中，一直是相當重要的議題，即使近年來參數化設計為建築領域的焦點，但已能完整實踐參數化的實際個案仍是少數。因此，研究者實有必要針對參數化設計從設計到施工流程進行重新探討，做為未來參數式設計環境的一個參考依據。因而本研究目標即為提出一個「由建築設計到施工之參數化系統流程」(a parametric system process from design to construction in architecture)。基於上述之目標，本研究之究方法與步驟上主要分為三個步驟。第一步驟為案例分析(case study)，分析五個參數化設計案例，以得到一些普遍適用的參數化單元與程序(universal elements and procedures)。第二步驟為技術原型操作(technical prototyping)，藉由兩個實際個案的技術性操作，來得到一個由設計到施工的初步參數化系統流程(a preliminary parametric system process from design to construction)。第三步驟系統測試與評估(system test and evaluation)。將以舉辦工作坊(Workshop)的方式，邀請15位使用者來參與驗證步驟二的初步參數化系統流程，並加以修正。
虛擬實境對室內外空間感掌握能力之研究(I)
(1999)
劉育東
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LIU YU-TUNG
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交通大學
虛擬實境空間於自由形體設計過程之研究
(2004)
劉育東
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LIU YU-TUNG
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國立交通大學建築研究所
設計媒材的發展歷史中，實體模型解決了二維圖面在處理設計上的不足；電腦模型解決了實體模型無法充分地傳達抽像設計概念的缺點，新的設計媒材的出現，解決了舊媒材無法掌握的設計問題，同時，新媒材的出現也經常引發新的建築形式，電腦模型的出現便造就了目前正在發展的自由形體建築，象徵著設計者藝術般的抽像概念被實現，然而，實體的自由形體建築是否與施工前的設計概念相符？本研究透過以下簡單的先期實驗，以問卷的方式，調查現有的設計媒材（包含2D 圖面、 3D 實體模型、3D 電腦模型、電腦彩現視覺模擬圖）對自由形體所呈現的空間感是否與實際空間所呈現的空間感相符合，經過結果的統計分析，答案是否定的，因此本研究初步確認電腦模型與彩現模擬圖無法充分傳達設計者的設計概念。回顧過去媒材歷史的發展，當舊媒材無法掌握設計問題的時候，就必須依賴新媒材來解決。目前在設計領域所研發的各種新媒材科技當中，虛擬實境的應用已逐漸普及化，但目前大部分應用在建築的研究都只是侷限於傳統建築設計的模擬，而很少將虛擬實境應用在自由形體設計的議題上。因此，本研究將探討虛擬實境模擬器是否能改善電腦媒材目前在自由形體設計上無法充分傳達設計概念的問題？設計者在從事自由形體設計時也經常忽略了室內空間給人的感覺，甚至連設計者自己也不知道這室內空間在建造完成後，會是什麼樣的狀況。透過虛擬實境模擬器相當細緻且近乎真實的視覺效果，幫助我們更容易掌握自由形體的設計，藉由設計與人的互動性，探討空間幻覺與設計方法的關聯性。有了虛擬實境模擬器，我們嘗試將它與自由形體設計結合，透過這項新設備，來體驗設計者所不熟悉的自由形體室內空間經驗。在設計的各個階段皆以虛擬實境空間模擬器進行模擬，每個設計方案都有模擬的必要性，並全程紀錄設計的發展過程，最後彙整資料作出結論與分析。
設計草圖與知識在一般媒材與數位媒材設計過程中的比較
(2002)
劉育東
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LIU YU-TUNG
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交通大學建築研究所
電腦輔助建築設計之形狀辨識
(1997)
劉育東
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LIU YU-TUNG
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交通大學應用藝術研究所