Marmorbunnen

 (willmorrison.net)
2 Punkte von GN⁺ 2025-11-10 | 1 Kommentare | Auf WhatsApp teilen
  • Ein Projekt, das 3D-Druck und prozedurale Generierung kombiniert, um Kunstwerke mit komplexen Strukturen herzustellen
  • Besteht aus einem Pfadgenerierungsalgorithmus, der zufällig platzierte Punkte mit Splines verbindet und Neigung sowie Kurvenradius steuert
  • Zur Lösung von Geschwindigkeitskontrolle und Reibungsproblemen wurden ein minimaler Kurvenradius und überhöhtes Banking eingesetzt, um die Stabilität der Strecke zu sichern
  • Die Stützen werden auf Basis eines Partikelsystems erzeugt und berücksichtigen zugleich ästhetische Form und strukturelle Stabilität
  • Das Projekt ging über die Grenzen von OpenSCAD hinaus; künftig sind eine Neuschreibung auf SDF-Basis und Verbesserungen beim Geschwindigkeitsmodell geplant

Projektüberblick

  • Marble Fountain ist eine komplexe künstlerische Struktur, die mit prozeduralen Generierungstechniken entworfen und per 3D-Druck gefertigt wurde
    • Nach dem Einstieg bei Formlabs ergab sich die Möglichkeit, leistungsstarke Drucker zu nutzen und große algorithmische Strukturen zu bauen
    • Die Struktur wurde mit dem Ziel entworfen, das „komplexeste Kunstwerk“ zu schaffen
  • Beim 3D-Druck beeinflusst Komplexität die Kosten nicht; die Grenzen des Designs werden vielmehr durch die für CAD benötigte Arbeitszeit bestimmt

Tracks

  • Das frühe System bestand aus zufällige Punktplatzierung → Spline-Verbindung → konstante Neigung
    • Die erste Version war lediglich eine Form, bei der Röhren aus einem massiven Körper herausgeschnitten wurden; zur Funktionserweiterung kam später ein Pfadlösungsalgorithmus (path solver) hinzu
  • Der Pfadlöser beginnt mit einer Serie zufälliger Liniensegmente, die Ober- und Unterseite verbinden
    • Die Anfangsbedingungen beeinflussen die Form der Struktur stark, weshalb verschiedene algorithmische Varianten getestet wurden
  • Die Pfadpunkte folgen den folgenden Regeln
    • innerhalb der Bounding Box bleiben
    • gleichmäßige Abstände einhalten
    • auf eine feste Höhe gezogen werden, um eine konstante Neigung zu erhalten
    • Begrenzung von minimalem und maximalem Kurvenradius
    • gegenseitige Abstoßung mit anderen Tracks und entfernten Abschnitten des eigenen Tracks
    • Glättung von Neigungsänderungen und Verhinderung zunehmender Steigung
  • Das Problem der Geschwindigkeitskontrolle erwies sich als komplexer als erwartet
    • Die Kugel bewegt sich nicht wie eine Punktmasse, und Änderungen im Banking der Strecke beeinflussen Rotationsinertie und Reibung
    • Auf geraden Abschnitten steigt die Geschwindigkeit übermäßig an, während bei engen Kurven durch Abbremsen die Gefahr besteht, dass die Kugel stehen bleibt
    • Als Lösung wurden ein minimaler Kurvenradius und überhöhtes Banking eingesetzt, um gezielt Geschwindigkeit abzubauen
  • Die Lift-Struktur funktioniert wie eine Kugelgewindespindel (ball screw)
    • Die Kugeln begrenzen die Spindel von allen Seiten, sodass sie sich auch ohne oberes Lager drehen kann
    • Befinden sich Kugeln nur auf einer Seite, tritt ein Fehlermodus mit starken Vibrationen auf, durch den alle Kugeln die Strecke verlassen

Stützen

  • Die Generierung der Stützen wurde als partikelsystembasierter Top-down-Iterationenprozess umgesetzt
    • In die Anpassung der ästhetischen Form floss mehr Zeit als in strukturelle Kollisionen
    • Die vom Drucker erlaubten Überhänge wurden aktiv ausgereizt
  • Verhaltensregeln der einzelnen Stützen
    • Anziehung zu anderen Stützen abhängig von Distanz und Größenähnlichkeit
    • Abstoßung gegenüber anderen Stützen
    • innerhalb der Bounding Box bleiben
    • einen bestimmten Radius zum Zentrum der Struktur einhalten
  • Die Stützen besitzen Trägheit (inertia), wodurch sich bogenförmige gekrümmte Strukturen bilden

Ausblick

  • Der Export des finalen Modells dauert 5 bis 20 Minuten
    • Wegen der Grenzen von OpenSCAD besteht noch Optimierungspotenzial
    • Eine künftige Neuschreibung auf Basis einer SDF-Bibliothek wird erwogen
  • Dem aktuellen System fehlt eine Funktion zur Geschwindigkeitsschätzung und es stützt sich auf einfache Heuristiken
    • Eine kamerabasierte Geschwindigkeitsmessung könnte durch den Aufbau eines Beschleunigungsmodells Zeit sparen
    • Eine konstante Neigung ist zwar nachteilig für die Kollisionsvermeidung, aber für die Geschwindigkeitskontrolle unverzichtbar
    • Geplant ist die Suche nach dem kritischen Punkt (response curve), an dem die Oberfläche zu rutschen beginnt

Rückblick

  • Mit rund sieben Monaten Laufzeit von Februar bis September 2024 war dies das größte persönliche Projekt
    • Für die Teilnahme an einer Ausstellung (New Alliance Gallery, Somerville) wurde zum Schluss noch einmal intensiv daran gearbeitet
    • Während der Ausstellung gingen pro Stunde 2 bis 3 Kugeln verloren, und wegen Überhitzung des Motors konnte das Werk jeweils nur einige Stunden laufen
    • Aufgrund von Überarbeitung wurde das Projekt gestoppt und erst ein Jahr später veröffentlicht
  • Erwähnt werden außerdem Dank an Kollege Alex für Ratschläge und Feedback sowie an die zahllosen Kugeltests

Technische Zusammenfassung

  • Verwendete Technologien: Procedural Generation, 3D Printing, Python, OpenSCAD
  • Strukturelle Merkmale: Pfadlösungsalgorithmus + partikelbasiertes Stützsystem
  • Künstlerisches Ziel: Verbindung von mechanischer Komplexität und ästhetischen Kurven
  • Keine weiteren Informationen im Originaltext

Verwandte Beiträge

1 Kommentare

 
GN⁺ 2025-11-10
Hacker-News-Kommentare

  • Der Ansatz, mithilfe einer Partikelsimulation eine organische baumartige Trägerstruktur zu erzeugen, ist wirklich kreativ
    So wie ich es verstanden habe, wurden physikalische Gesetze definiert und die Achse der „Zeit“ auf die z-Achse abgebildet, um die Simulation laufen zu lassen
    Ich frage mich, ob das eine bekannte Methode ist oder ob sie eigens dafür entwickelt wurde. So oder so ist die ästhetische Qualität des Ergebnisses hervorragend, und ich würde das gern selbst ausprobieren

  • Wenn Entwickler von Murmelbrunnen keine Computer verwenden, haben sie oft mit entgleisenden Kugeln zu kämpfen
    Man muss beobachten, wie die Kugeln aus der Bahn springen oder stecken bleiben, die Ursache erraten und dann manuell nachjustieren
    Umso beeindruckender ist es, dass bei diesem Werk über Stunden keine Kugel herausspringt
    Die Bahn besteht aus zwei Schienen, sodass die Kugel immer an zwei Punkten Kontakt hat
    Entscheidend scheint zu sein, ein perfektes Banking (Neigung) beizubehalten, damit Schwerkraft und Zentrifugalkraft im Gleichgewicht sind

    • In Wirklichkeit ist es noch komplexer. Das Banking verändert die Rotationsachse und verringert dadurch das Trägheitsmoment der Rotation
      Die Bahn ist sehr aggressiv geneigt, damit die Kugeln nicht zu schnell werden oder herausspringen
      Deshalb rollen alle Kugeln fast mit derselben Geschwindigkeit sanft nach unten
      Allerdings entgleist etwa alle 30 Minuten doch eine Kugel. Ich nehme dann ein Video auf, finde die problematische Stelle und verbessere das Ganze, indem ich den Generator-Code anpasse und neu drucke, statt manuell nachzubessern
      Ich überlege auch, eine Kamera-Feedback-Schleife einzubauen, aber das wäre wohl wieder ein eigenes Projekt

  • Dieses Werk ist wirklich wunderschön. Es wäre großartig, wenn sich mit der Bahn Audio kodieren/dekodieren ließe
    Etwa so, dass die Bewegung der Kugeln unterschiedliche Frequenzen erzeugt

    • Ich habe das tatsächlich schon ausprobiert. Die Idee, mit einem Python-Skript einen MIDI-Track in einen marble run umzuwandeln, war einfach zu gut, also habe ich es versucht, aber die Kugeln sprangen zu stark, um Tonhöhen zu erzeugen
      Mit flexiblerem Material oder größeren Lagern könnte es vielleicht funktionieren, aber erst einmal habe ich mich darauf konzentriert, die normale Version fertigzustellen
    • Es gibt ein Video von Tom Scott über die musikalische Straße in Kalifornien
      YouTube-Link

  • Ich finde, das ist ein Beispiel für einen idealen Anwendungsfall für 3D-Drucker
    So eine geschmeidig laufende Murmelbahn und diese organischen Formen auf andere Weise herzustellen, hätte enorm viel Aufwand erfordert

    • Persönlich finde ich aber, dass die eigentliche Stärke von 3D-Druckern weniger in solchen Kunstobjekten liegt als darin, kleine, maßgeschneiderte Alltagsgegenstände herzustellen, die die Lebensqualität verbessern

  • Das Video ist wirklich hervorragend gemacht. Ein schlichtes Voice-over mit synchroner Musik, und das Werk selbst erklärt den Rest. Großartig

  • Mir gefällt dieses Werk unglaublich gut. Es steckt voller „seltsam befriedigender“ Elemente
    Ich habe selbst Murmelbahnen genutzt, um meinen Kindern Wahrscheinlichkeiten zu erklären, und als ich das auf HN sah, war es, als hätte jemand meine Gedanken gelesen

  • Die schlichte, aber hypnotische und schöne Bewegung ist beeindruckend

    • „Hypnotisch“ trifft es wirklich gut. Menschen fühlen sich instinktiv zu visuellen Reizen hingezogen, die sich unregelmäßig verändern
      Brennendes Feuer, Wellen, fließende Flüsse, Fernsehbilder — all das schaut man aus demselben Grund lange an
      Erstaunlich ist, dass man diese Murmelbahn weiter anschaut, obwohl sie eigentlich ein vorhersehbares System ist
    • Mit eingeschaltetem Ton ist es noch viel immersiver

  • Ich würde auch gern eine Version mit LEDs in weißem oder transparentem Material sehen. Das sähe aus wie eine Regenbogenstraße

  • Ich arbeite ebenfalls an einem ähnlichen Projekt
    Mit Python, Build123D und einem 3D-Drucker erstelle ich eine prozedural generierte Murmelbahn

  • Ich frage mich, welche Skalierung kreativer Möglichkeiten denkbar ist, wenn sich diese Technik weiterentwickelt
    Gebäude, die blockweise zusammengesetzt werden, eine reale Welt wie Minecraft

    • Ich frage mich, ob es auch prozedural generierte Achterbahnen gibt
    • Tatsächlich werden 3D-gedruckte Häuser bereits erprobt. Es gibt Prototypen, bei denen in wenigen Tagen ein Haus entsteht, und die Bauweise ist sehr effizient
    • Im Manga Blame! gibt es die Vorstellung, dass Roboter nach dem Verschwinden der Menschen weiter prozedural bauen und dadurch eine Megastruktur (Megastructure) erschaffen, die sich von der Erde bis zum Jupiter erstreckt
      Auch im Film Fracture gibt es eine beeindruckende Murmelmaschine
      YouTube-Link