Từ nhiều thế kỷ qua, dựa trên các phép chiếu hình họa đã trở thành một công cụ quan trọng trong thể hiện kiến trúc. Với sự xuất hiện của hình họa, các bản vẽ của KTS trở thành nguồn tài liệu chính xác để hiện thực hóa quá trình xây dựng. Những thập kỷ gần đây, quá trình chuyển đổi số trong thể hiện kiến trúc diễn ra mạnh mẽ với sự phát triển của các công cụ kỹ thuật số đang ngày càng thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà thiết kế. Trong bối cảnh đó, bài báo tập trung vào những bàn luận về vị trí và vai trò của hình họa, một phương pháp thể hiện kiến trúc lâu đời, đang bị xem là lỗi thời đặt trong sự phát triển của biểu diễn kỹ thuật số trong kiến trúc.
Hình họa và sự suy giảm vai trò trong sự phát triển của thiết kế kỹ thuật số
Hình họa là môn khoa học biểu diễn chính xác các hình dạng ba chiều trên mặt phẳng hai chiều của bản vẽ dựa trên các phép chiếu [1]. Hình họa có một lịch sử lâu dài. Nhà toán học Gaspar Monge (1746–1818) được xem là “cha đẻ” của môn khoa học này khi đưa ra một phương pháp hình học mới mà ông gọi là “Hình họa” (Géométrie descriptive) vào năm 1794. Mặc dù nhiều kết quả của Monge đã được nhiều họa sĩ, KTS trước ông phát hiện ra, Monge là người đầu tiên lý thuyết hóa lĩnh vực này trong một hệ thống logic và suy luận nhất quán [2, 3].
Tác phẩm hình hoạ của Monge chính là tài liệu đầu tiên đưa ra phương pháp hai hình chiếu thẳng góc dùng làm cơ sở cho việc xây dựng hình biểu diễn trong các bản vẽ sau này. Từ đây, hình họa bắt đầu được coi là một môn khoa học [3]. Phương pháp của Monge cho phép vẽ một vật thể trên bề mặt hai chiều theo cách mà nó có thể được mô hình hóa trong không gian ba chiều. Mọi kích thước của vật thể đều được tính theo kích thước thực hoặc theo tỷ lệ. Hình họa của Monge được xây dựng dựa trên nền tảng hình học Euclid với những yếu tố hình học cơ bản (điểm, đường thẳng, mặt phẳng…) nhằm thể hiện chính xác vật thể và đảm bảo sự tương đương hình học giữa vật thể trong không gian thực và trên bản vẽ. Trên hết, hình họa của Monge cho phép tạo thành một hệ thống bản vẽ rõ ràng và đầy đủ, trở thành phương tiện thể hiện chính của các dự án kiến trúc. Trong nhiều thế kỷ với thước thẳng và compa, Hình họa là công cụ duy nhất có thể đảm bảo độ chính xác đồ họa ở mức chấp nhận được cho phép tiêu chuẩn hóa việc xây dựng công trình [1, 4]. Với tầm quan trọng của mình, cho đến giữa thế kỷ 20, Hình họa phát triển và phổ biến rộng khắp trong các trường đại học. Các khóa học bao gồm việc vẽ các dạng không gian phức tạp bằng các kỹ thuật vẽ tay truyền thống, thể hiện các yếu tố trực quan hóa như tạo bóng trên chính nó (bóng bản thân) và bóng đổ lên các đối tượng khác,… trong các phép chiếu thẳng góc và phối cảnh [5].
Tuy nhiên, từ cuối thế kỷ 20, vai trò của nó đã suy giảm do sự phát triển và dễ tiếp cận của các công cụ kỹ thuật số gắn với sự phát triển của máy tính điện tử. Việc thiết kế bằng thước thẳng và compa truyền thống tỏ ra kém hiệu quả so với máy tính. Các công cụ kỹ thuật số như CAD, BIM có khả năng đáp ứng nhanh chóng nhu cầu thiết kế và sản xuất, ngay cả khi nhà thiết kế thiếu kiến thức về hình học. Bất kỳ sinh viên nào bắt đầu nghiên cứu phần mềm thiết kế đều có thể tạo ra các hình dạng ba chiều chỉ sau thời gian ngắn. Hệ quả là việc nghiên cứu hình họa dường như đã thoái trào và môn học này không còn được giảng dạy tại nhiều trường đại học trên thế giới nhường chỗ cho các phần mềm máy tính, chủ yếu mang tính kỹ thuật [1, 5, 6]. Ngoài ra, sự phức tạp ngày càng tăng của các thiết kế kiến trúc đương đại, có thể bao gồm việc tạo ra các dạng hình học phức tạp, vượt ra khỏi giới hạn của hình học Euclid truyền thống, kết hợp phân tích hiệu suất, môi trường, đi cùng với sự nổi lên của các thiết kế sử dụng thuật toán (Computational design) đã góp phần vào sự thoái trào của các phương pháp biểu diễn của hình họa truyền thống. Đến nay hình họa chỉ còn được xem là một dạng “di sản” lâu đời mà chỉ các KTS quan tâm và bảo tồn và là một trong số ít ngành khoa học mang tính “độc quyền” của họ [1].
Tầm quan trọng và sức sống mới của Hình họa ngày nay
Sẽ là sai lầm nếu cho rằng hình họa đã kết thúc vai trò của nó và bị thay thế hoàn toàn bởi các phương pháp kỹ thuật số. Sai lầm này chủ yếu đến từ nhận thức về hình họa như một kỹ thuật thể hiện kiến trúc thủ công (vẽ tay). Trên thực tế, hình họa còn cho thấy những vai trò quan trọng khác được xem là nền tảng cho quá trình thể hiện kiến trúc.
Khả năng tư duy không gian
Hình họa truyền thống được biết đến là một phương tiện cho phép nâng cao khả năng tư duy không gian của nhà thiết kế, một nền tảng tiên quyết cho việc thể hiện kiến trúc ở những bước sau này. Những nghiên cứu cho thấy có sự khác biệt đáng kể về khả năng tư duy không gian giữa nhóm thiết kế đã học hình họa và nhóm chưa có trải nghiệm với môn học này. Không chỉ khả năng nhận diện không gian trực quan mà còn cả khả năng tư duy logic cũng có thể được phát triển, bởi vì các nhóm thiết kế có kinh nghiệm về hình họa đã giải quyết một số vấn đề khó đòi hỏi quá trình phán đoán logic [7].
Bên cạnh đó, để nghiên cứu các mối quan hệ hình học, quan trọng trước tiên là phải vẽ thủ công bằng tay. Điều này được coi là quan trọng từ quan điểm giáo dục để phát triển năng lực không gian của người học. Các nghiên cứu về việc áp dụng các công nghệ kỹ thuật số vào chương trình giảng dạy kiến trúc bậc đại học đã khẳng định rằng kỹ năng vẽ tay là điều cần thiết cho tư duy thiết kế và thể hiện kiến trúc trước khi sinh viên học cách sử dụng máy tính [5, 6].
Tính khoa học của Hình họa: Một sức sống mới
Hiện nay, còn tồn tại những nhận thức chưa đầy đủ về hình họa, điều đó dẫn đến quan niệm sai lầm rằng môn khoa học này đã lỗi thời. Thật vậy, hình họa được xem là một loại kỹ thuật quan trọng đối với các ngành kỹ thuật, kiến trúc, thiết kế và nghệ thuật. Do lịch sử lâu dài của nền giáo dục lấy kỹ thuật làm trung tâm, ngay cả trong số những người làm việc trong lĩnh vực hình họa, nhiều người nghĩ rằng hình họa chỉ đơn giản là xử lý các kỹ thuật biểu diễn [6]. Điều này bị xem là đã lỗi thời trước sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật số khi máy tính cho phép chúng ta tạo ra các mô hình ba chiều của các vật thể và các dạng hình học, đồng thời tự động thực hiện các phép chiếu.
Tuy nhiên, không chỉ là gắn với các kỹ thuật sản xuất, hình họa có một lịch sử lâu dài gắn với nghiên cứu và thể hiện hình học bắt nguồn từ nghệ thuật tư duy và sáng tạo không gian. Sẽ là sai lầm khi cho rằng hình họa chỉ đơn thuần là môn học dạy cách biểu diễn các vật thể ba chiều trên một mặt phẳng hai chiều. hình họa trước nhất là môn khoa học nghiên cứu cách xây dựng các hình dạng ba chiều, bằng giải pháp đồ họa kiểm soát đồng thời các khía cạnh số liệu, hình thức và nhận thức [1]. Do đó, chúng ta có thể hiểu hình họa một mặt là công cụ kỹ thuật thiết yếu cho các nhà thiết kế nhưng mặt khác là một lĩnh vực nghiên cứu hàn lâm, nghiên cứu dạng hình học và mối quan hệ của chúng. Nó là sự tổng hợp của nghệ thuật, kỹ thuật và khoa học. Khía cạnh khoa học của hình họa thể hiện trong lý thuyết, trong khi khía cạnh nghệ thuật và kỹ thuật thể hiện trong các ứng dụng. Bản thân Monge, khi xác định mục đích của hình họa, cũng nhấn mạnh đến việc nghiên cứu các đặc tính của các dạng hình học và cho rằng trải nghiệm hình học đưa ra vô số ví dụ về việc đi từ “cái đã biết đến cái chưa biết” (du connu à l’inconnu) [8].
Tức là quá trình nghiên cứu hình họa bắt đầu từ việc chúng ta nắm bắt những kiến thức và kỹ năng cơ bản đã biết. Từ đó, có thể áp dụng, mở rộng và phát triển để khám phá những khái niệm hình học mới hoặc giải quyết các vấn đề mới phức tạp hơn. Theo Monge điều này làm nổi bật đặc điểm tự khám phá của việc nghiên cứu và trải nghiệm hình học.
Nếu hiểu được khía cạnh khoa học của hình họa thì chúng ta sẽ nhận ra rằng môn khoa học này vẫn chưa kết thúc vòng đời của nó. Hình họa vẫn rất hữu ích và nó vẫn xứng đáng được xem xét, nghiên cứu và có thể phát triển hơn nữa. Điều này cũng dẫn đến sự cần thiết phải chuyển từ sự tập trung vào kỹ thuật sang lý thuyết của các dạng hình học không gian và hình học của phép chiếu. Khía cạnh lý thuyết và khoa học sẽ là sức sống mới của lĩnh vực này.
Cụ thể, chúng tôi cho rằng hình họa ngày nay nên được chú trọng hơn vào khía cạnh toán học của các dạng hình học. Thật vậy, điều đầu tiên cần khẳng định rằng sự phát triển của hình họa từ nhiều thế kỷ nay không tách rời với toán học, hay nói cách khác hình họa có nền tảng từ toán học. Việc nghiên cứu toán học trong hình họa không phải là điều mới. Chúng ta nên trở lại và nhấn mạnh khía cạnh này sau một thời gian dài quá chú trọng đến các kỹ thuật biểu diễn của hình họa. Như đã đề cập, hình họa trước nhất là môn khoa học về xây dựng các hình dạng ba chiều bằng giải pháp đồ họa, kiểm soát đồng thời các khía cạnh số liệu, hình thức và nhận thức. Vì lý do này, biểu diễn toán học trở nên quan trọng khi cần kiểm soát chính xác hình dạng theo các tham số (ví dụ: chiều dài, rộng, cao,… của một dạng hình học). Biểu diễn bằng toán học sử dụng các phương trình và do đó mô tả các đường cong và bề mặt với tính liên tục và rất chính xác. Điều này khác biệt so với các phương pháp biểu diễn của hình họa truyền thống, CAD hay BIM: Sử dụng tọa độ các điểm và các quy tắc để kết nối chúng, và do đó biểu diễn các bề mặt theo cách rời rạc hoặc gần đúng. Toán học có thể giúp nhà thiết kế hiểu được bản chất của những hình dạng này. Trong bối cảnh của sự phát triển ngày càng nhiều các dạng hình học phức tạp cũng như các công cụ thiết kế mới sử dụng thuật toán, càng cần thiết phải hiểu các nguyên tắc toán học của hình học và các tính chất không gian của chúng [1, 9].
Nhiều trường đại học trên thế giới đã đẩy mạnh nhận thức toán học trong các chương trình giảng dạy hình họa với luận điểm rằng để hiểu đầy đủ về việc tạo hình đòi hỏi phải có kiến thức vững chắc về nền tảng toán học của nó. Do đó, một trong những mục tiêu chính trong các khóa học là tăng cường nhận thức về toán học cơ bản của các thiết kế được tạo ra bằng các công cụ kỹ thuật số. Xuất phát từ những hình khối, ý tưởng ban đầu, đến mô hình hóa bằng toán học và cuối cùng được triển khai trong các công cụ kỹ thuật số. Nhiều khái niệm toán học trừu tượng từ hình học phi Euclid, hình học giải tích, hình học Topo,… được đề cập tương ứng với các vấn đề kiến trúc được đưa ra [5]. Biểu diễn một đối tượng hình học bằng cách sử dụng các mô tả toán học mà máy tính có thể chuyển đổi thành hình ảnh trong thời gian thực sẽ là một sức sống mới của Hình họa.
Kết luận
Không chỉ đơn thuần mang tính kỹ thuật, hình họa là công cụ giúp nâng cao khả năng tư duy không gian của người thiết kế. Đặc biệt hình họa là đối tượng của các nghiên cứu lý thuyết về các hình dạng hình học. Điều này càng trở nên quan trọng trong sự nổi lên của các công cụ thiết kế kỹ thuật số mới và sự phát triển của nhiều dạng hình học phức tạp đã vượt ra khỏi giới hạn của hình họa truyền thống. Chúng tôi tin rằng một sức sống mới của hình họa ngày nay cần thiết tập trung vào khía cạnh lý thuyết của nó, cụ thể là toán học của các dạng hình học.
Điều này cho phép người thiết kế hiểu rõ và kiểm soát được các dạng hình học mà họ muốn biểu diễn một cách chính xác. Bên cạnh đó, nền tảng vững chắc về toán học cũng cho phép sự tiếp cận dễ dàng hơn với các công cụ kỹ thuật số mới, đặc biệt là các thiết kế bằng thuật toán và tham số – một phương pháp biểu diễn ngày càng phổ biến. Có thể nói rằng, sự phát triển của các thiết kế kỹ thuật số một mặt làm giảm đi vai trò của Hình họa dưới góc độ kỹ thuật biểu diễn nhưng mặt khác lại tạo ra dư địa phát triển mới cho hình họa dưới góc độ lý thuyết hàn lâm. Nói cách khác, hình họa tìm thấy cơ hội và sức sống mới của mình trong sự phát triển của thiết kế kỹ thuật số.
Phạm Sĩ Dũng – Nguyễn Thị Chính
Ngô Thu Hằng – Dương Hoàng Trung*
*Khoa Kiến trúc & Quy hoạch, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội
(Bài đăng trên Tạp chí Kiến trúc số 01-2025)
Ghi chú
Bài viết thuộc đề tài “Nghiên cứu tổng quan về sự chuyển đổi từ hình họa đến biểu diễn kỹ thuật số trong thể hiện kiến trúc”, mã số 04-2024/KHXD. do trường ĐH Xây dựng Hà Nội hỗ trợ.
Tài liệu tham khảo
[1] Migliari, “Descriptive Geometry: From its Past to its Future,” Nexus Netw J, vol. 14, 2012.
[2] Marcos, “From Physical Analogy to Digital Codification. Digital Turns, Complexity and Disruption,” 42nd International Conference of Teachers of the Disciplines of Representation, Milano, 2020.
[3] Moravcová, “History of descriptive geometry with an emphasis to the boom of descriptive geometry in Austro-Hungarian Empire in the 19th century.,” Technical Transactions, 2014.
[4] Carpo, The Alphabet and the Algorithm, MIT Press, 2011.
[5] Ostrowska-Wawryniuk, “Descriptive Geometry 2.0 – Define vs. design,” 35th International Conference on Education and Research in Computer Aided Architectural Design in Europe, 2017.
[6] Suzuki, “Traditional Descriptive Geometry Education in the 3D-CAD/CG Era,” Journal for Geometry and Graphics, vol. 18, 2014.
[7] Tsutsumi, “Evaluation of Students’ Spatial Abilities in Austria and Germany,” Journal for Geometry and Graphics, vol. 9, 2005.
[8] Monge, Géométrie Descriptive, Leçons données aux Écoles Normales. L’an 3 de la République, Paris, 1799.
[9] Cudzik, “Parametric design in architectural education,” World Transactions on Engineering and Technology Education, vol. 17, 2019.
