教程 7：立面建模

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对立面结构建模

本教程介绍了如何根据图片对建筑物进行建模，并介绍了一些更复杂的 CGA 技术。 在本部分中，您将使用 CGA 规则创建立面的基本结构。

教程设置

1. 将 Tutorial_07_Facade_Modeling 工程导入 CityEngine 工作空间。
2. 打开 Tutorial_07_Facade_Modeling/scenes/FacadeModeling_01.cej 场景。

立面建模

本教程说明了如何写入一组 CGA 规则，以根据真实照片重建立面。 下图显示了要建模的立面。

在继续延伸规则设置时，您将不断对照片进行更详细的分析。 您将学习如何分析现有的真实立面，并将其结构转换为 CGA 语法规则。 您还将学习如何在 CGA 规则中使用预先建模的资产。

创建规则文件

1. 单击新建 > CityEngine > CGA 规则文件。
2. 确保正确设置了容器 (Tutorial_07_Facade_Modeling/rules)，将文件命名为 facade_01.cga，然后单击完成。
新建一个 CGA 文件，然后打开 CGA 编辑器。 除了含有某些标题信息 (/* .... */) 和版本标签版本 "2011.1" 外，该文件为空。

体积和立面

该建筑物的实际创建从现在开始。 首先，通过拉伸操作创建体量模型。 您将使用建筑物高度的属性。

1. 将属性高度添加到规则文件的开头。
attr height 			= 24

2. 使用拉伸命令写入初始规则，然后将形状命名为 Building。
Lot --> extrude(height) Building

3. 在此示例中，您仅对立面感兴趣，因此您将使用组件分割来移除除正面之外的所有面，然后调用 Frontfacade 规则。
Building --> comp(f) { front : Frontfacade}

属性的注记可选，例如 @Group 或 @Range，用于控制属性在检查器中的显示。 有关 CGA 注记的详细信息，请参阅 CGA 参考。

楼层

前立面水平分割为不同的楼层，每个楼层都有 floor_height 属性。 楼层形状使用 split.index（即楼层索引）进行参数化。 此参数将传递给子规则，以确定要在特定楼层上创建哪些元素。

1. 对于顶层，将 floorindex 设置为 999。 这使您可以轻松识别该楼层。
请注意中间楼层的重复分割。 这使建筑物可以动态适应不同的建筑物高度，并用中层楼层填充剩余的垂直空间。
2. 定义楼层尺寸的一些属性。
attr groundfloor_height 	= 5.5
attr floor_height 		= 4.5

3. 添加规则。
Frontfacade -->	
	split(y){ groundfloor_height    : Floor(split.index) 	// Groundfloor
		| floor_height : Floor(split.index)   		// First Floor
		| floor_height : Floor(split.index)		 	// Second Floor
		| {~floor_height : Floor(split.index)}*		// Mid Floors
		| floor_height : Floor(999)			// Top Floor, indexed
                                                     // with 999
		| 0.5 : s('1,'1,0.3) LedgeAsset}   		// The top ledge just
                                                     // below the roof

现在，您将首次生成立面。
4. 在 3D 视窗中选择地块。
5. 通过单击形状 > 分配规则文件来分分割规则文件，选择您的 facade_01.cga 规则文件，然后单击确定。
6. 单击顶部工具条中的生成按钮（或按 Ctrl-G）。
结果看起来类似于下图：

楼层窗台

现在，楼层分割为窗台形状和切片形状。 底部窗台应用于特定楼层，因此您将在该规则中使用 floorindex 参数。

• 底层 (floorindex 0) 没有窗台，因此只调用切片。
• 因为窗户从楼板平面开始，所以第二层没有底部窗台。 此楼层的阳台将在之后的步骤中创建。
• 所有其他楼层都有底部窗台，切片和顶部窗台区域。

Floor(floorindex) -->
	case floorindex == 0 : 
		Subfloor(floorindex)
	case floorindex == 2 : 
		split(y){~1 : Subfloor(floorindex) | 0.5 : TopLedge}
	else : 
		split(y){1 : BottomLedge(floorindex) 
                  | ~1 : Subfloor(floorindex) | 0.5 : TopLedge}

底层地板

底层地板由左右两边的小型墙体区域以及中间的重复切片组成。

1. 在顶部添加以下属性：
attr tile_width 		= 3.1

2. 接下来，添加规则：
Subfloor(floorindex) -->
	split(x){ 0.5 : Wall(1) 
			| { ~tile_width : Tile(floorindex) }* 
			| 0.5 : Wall(1) }
此时，将添加参数化的墙壁形状。 当您为立面添加纹理时，这对于之后的步骤很重要。 查看立面照片，您会注意到三种墙壁类型：
• 带有脏蚀纹理的深色砖块
• 带有脏蚀纹理的明亮砖块
• 仅脏蚀纹理。 这主要用于没有砖结构的立面资产。
正如您从以下规则中看到的，墙壁样式产生的输出相同。 在后续步骤中，您将为墙壁类型添加不同的纹理。
attr wallColor          = "#ffffff"

Wall(walltype) -->
	// dark bricks with dirt
	case walltype == 1 :
		color(wallColor)
	// bright bricks with dirt	
	case walltype == 2 :
		color(wallColor)
	// dirt only	
	else :
		color(wallColor)

切片

切片在该立面上是同质的。 您只需要区分底层切片和高层切片。

使用 door_width 和 window_width 属性设置不同的分割尺寸。

attr door_width		= 2.1	
attr window_width		= 1.4

Tile(floorindex) -->
	case floorindex == 0 :
		split(x){ ~1 : SolidWall 
			|  door_width : DoorTile
			| ~1 : SolidWall }		 
	else : 	
		split(x){ ~1 : Wall(getWalltype(floorindex))
			|  window_width : WindowTile(floorindex)
			| ~1 : Wall(getWalltype(floorindex)) }

对于底层切片，添加了新的 SolidWall 形状。 这是必要的，因为底层的门是从立面插入的。 为避免门和墙壁之间出现孔洞，您将通过插一个确定厚度的立方体在其中使用实心墙壁元素。 因为您将在稍后的门规则中再次使用此厚度，所以将其定义为常量变量 wall_inset。 最好多次使用声明的值，因为它可以确保在不同的规则中使用相同的值。

const wall_inset = 0.4

SolidWall -->
		s('1,'1,wall_inset) t(0,0,-wall_inset)
		i("builtin:cube:notex")	
		Wall(1)

声明一个函数来从楼层索引中获取墙壁类型。 查看立面，您会发现地面和一楼有深色纹理，其他则有明亮纹理。 getWalltype 函数将楼层索引映射到相应的墙壁类型。

getWalltype(floorindex) = 
	case floorindex == 0 : 1
	case floorindex == 1 : 1
	else : 2

现在，您将学习如何在此立面上使用资产。

插入立面资产

本教程的这一部分描述了如何在立面上使用预先建模的资产。

1. 如果尚未打开 Tutorial_07_Facade_Modeling/scenes/FacadeModeling_02.cej 场景文件，请打开该场景。
2. 打开 Tutorial_07_Facade_Modeling/rules/facade_02.cga 文件。

资产

查看您要建模的立面的照片，您会发现您需要以下资产：

• 窗口 - 用于窗口元素
• 圆形窗口顶部 - 用于窗户上方的装饰
• 三角形窗口顶部 - 用于窗口上方的装饰品
• 半弧 - 用于底层上的弧线
• 窗台 - 用于所有窗台
• 飞檐托 - 用于底层的窗户装饰和弧形装饰

这些资产已经存在于教程工程的资产文件夹中。 您可以通过在导航器中选择所需的资产，在CityEngine 检查器中预览这些资产。

资产声明

将所有资产声明都放在同一位置是一个明智的选择。 将下列行添加到规则文件的属性声明下面：

const window_asset 		= "facades/elem.window.frame.obj"
const round_wintop_asset 	= "facades/round_windowtop.obj"
const tri_wintop_asset 		= "facades/triangle_windowtop.obj"
const halfarc_asset 		= "facades/arc_thin.obj"
const ledge_asset 		= 
                           "facades/ledge.03.twopart_lessprojection.obj"
const modillion_asset 		=
             "facades/ledge_modillion.03.for_cornice_ledge_closed.lod0.obj"

窗口

1. 您已为窗口资产的准确位置准备好了规则。 在 WindowTile 规则中调用窗口形状。
WindowTile(floorindex) --> Window

2. 添加以下规则以缩放、定位并在其后面插入窗口资产和玻璃平面：
Window -->
	s('1,'1,0.2) t(0,0,-0.2)
	t(0,0,0.02)
	[ i(window_asset) Wall(0) ]
	Glass

窗口装饰

再次查看立面照片，您会发现在不同的楼层上有不同的窗口（或窗口元素）。

您需要扩展 WindowTile 规则并触发特定于楼层索引的形状，如下所示：

• 一层和顶层没有特殊装饰（索引 1 和 999）；因此，仅调用窗口。
• 您将在二层插入其他形状 WindowOrnamentRound。 由于此元素要与窗口的顶部边框对齐，因此您可以将当前的范围沿 y 轴向上平移 '1。
• 其他窗口切片（在中间楼层）具有其他 WindowLedge 形状以及 WindowOrnamentTriangle 装饰，再次沿 y 平移。

WindowTile(floorindex) -->
	case floorindex == 1 || floorindex == 999: Window
	case floorindex == 2 : Window t(0,'1,0) WindowOrnamentRound
	else : Window WindowLedge t(0,'1,0) WindowOrnamentTriangle

您将首先插入代理立方体，而不是直接使用最终资产。 这样更便于设置实际资产的尺寸。 您可以在这种情况下使用内置的立方体资产。

设置尺寸，将范围置于 x 轴中心，插入立方体，然后为其上色以提高可视性。

WindowOrnamentTriangle --> 
	s('1.7, 1.2, 0.3) center(x) i("builtin:cube")  color("#ff0000") 

# set dimensions for the triangle window element and insert it
WindowOrnamentRound -->
	s('1.7, 1.2, 0.4) center(x) i("builtin:cube") color("#00ff00")

WindowLedge -->
	s('1.5, 0.2, 0.1) t(0,-0.2,0) center(x) i("builtin:cube")
color("#0000ff")

将代理换成实际资产

窗口装饰的尺寸很合理，因此您可以插入实际资产而不必插入立方体（对于 WindowLedge，请保留立方体）。

WindowOrnamentTriangle --> 
	s('1.7, 1.2, 0.3) center(x) i(tri_wintop_asset)

WindowOrnamentRound -->
	s('1.7, 1.2, 0.4) center(x) i(round_wintop_asset)

二楼窗口未完成：圆形窗口装饰缺少侧柱。 您需要向先前添加的 WindowOrnamentRound 规则添加新的分割命令。 此行将为以下的飞檐托资产准备范围。

WindowOrnamentRound -->
		s('1.7, 1.2, 0.4) center(x) i(round_wintop_asset) Wall(0)
		split(x){~1 : WindowMod | window_width : NIL | ~1 : WindowMod }

设置维度，并插入飞檐托资产。 请注意，通过在 y 方向上应用相对负平移 ('-1)，将资产的顶部与装饰的底面对齐。

WindowMod -->
	s(0.2,'1.3,'0.6) t(0,'-1,0) center(x) i(modillion_asset) Wall(0)

门

门切片垂直分割为门、弧形和弧形顶部区域。

为确保非椭圆弧形，弧形区域的高度需要为门的宽度的一半（当前 x 范围）。

DoorTile -->
	split(y){~1 : Door | scope.sx/2 : Arcs | 0.5 : Arctop}

在顶部区域，插入墙壁元素和覆盖的飞檐托资产。

# Adds wall material and a centered modillion
Arctop -->
	Wall(1)
	s(0.5,'1,0.3) center(x) i(modillion_asset) Wall(1)

再次分割弧区域，并插入了两个弧形资产。 使用您先前定义的 wall_inset 变量。 您需要旋转右半弧以使其正确定向。

Arcs -->  
	s('1,'1,wall_inset) t(0,0,-wall_inset)
	Doortop
	i("builtin:cube")
	split(x){ ~1 : ArcAsset 
			| ~1 : r(scopeCenter,0,0,-90) ArcAsset}

在门顶和门上设置墙壁形状，然后插入实际的弧形资产。

Doortop -->	Wall(0)
		
Door --> t(0,0,-wall_inset) Wall(0)

ArcAsset --> i(halfarc_asset) Wall(1)

窗台

对于窗台，您需要顶部窗台和底部窗台的规则。 顶部窗台使用简单的墙条，底部窗台需要在插入了实际窗台资产的不同楼层上进行区分。

TopLedge --> WallStripe 

BottomLedge(floorindex) -->
	case floorindex == 1 : split(y){~1 : Wall(0) | ~1 : s('1,'1,0.2) LedgeAsset}
	case floorindex == 999 : split(y){~1 : WallStripe | ~1 : s('1,'1,0.2) LedgeAsset}
	else : WallStripe

WallStripe --> split(x){ 0.5 : Wall(1) | ~1 : Wall(2) | 0.5 : Wall(1) } 

LedgeAsset --> i(ledge_asset) Wall(0)

阳台

现在您将执行阳台操作。

1. 使用楼层规则，然后将阳台形状添加到第二层中。
case floorindex == 2 : 
		split(y){~1 : Subfloor(floorindex) Balcony | 0.5 : TopLedge}

2. 先执行一个简单的代理，以确保阳台的位置和尺寸。
Balcony --> 
	s('1,2,1) t(0,-0.3,0) i("builtin:cube") color("#99ff55")



3. 现在将阳台框分割为以下几部分：梁、地板扶手。

   

Balcony --> 
	s('1,2,1) t(0,-0.3,0) i("builtin:cube") 
	split(y){0.2 : BalconyBeams 
			| 0.3 : BalconyFloor 
			| 1 : RailingBox }



4. 支撑阳台的梁通过重复分割进行创建。
BalconyBeams -->			
	split(x){ ~0.4 : s(0.2,'1,'0.9) center(x)  Wall(0) }*

BalconyFloor 形状仅触发墙壁规则。

BalconyFloor --> Wall(0)

5. 使用在 RailingBox 上分割的组件，提取阳台扶手的必要表面。
# Get the front, left and right components (faces) of the RailingBox shape
RailingBox -->
	comp(f){front : Rail | left : Rail | right : Rail}



6. 将尺寸插入设置为立方体以创建阳台扶手。
Rail --> 
	 s('1.1,'1,0.1) t(0,0,-0.1) center(x) i("builtin:cube") Wall(0)

带有几何资产的最终立面

现在您有了最终的模型。 将规则应用于不同的地块形状，或在检查器中浏览用户属性以修改立面设计。

在下一部分中，您将学习如何将纹理应用于此立面。

对立面进行纹理处理

本部分将介绍对立面进行纹理处理的技术。

1. 如果尚未打开 Tutorial_07_Facade_Modeling/scenes/FacadeModeling_03.cej 场景文件，请打开该场景。
2. 打开 Tutorial_07_Facade_Modeling/rules/facade_03.cga 文件。

纹理资产

1. 在规则文件的顶部，添加将用作属性的纹理。
const wall_tex				= "facades/textures/brickwall.jpg"
const wall2_tex				= "facades/textures/brickwall_bright.jpg"
const dirt_tex				= "facades/textures/dirtmap.15.tif"
const doortop_tex			= "facades/textures/doortoptex.jpg"

2. 对于窗口和门的纹理，您将使用函数来获取纹理字符串，因此无需单独列出纹理。
randomWindowTex = fileRandom("*facades/textures/window.*.jpg")
randomDoorTex = fileRandom("*facades/textures/doortex.*.jpg")

设置全局 UV 坐标

使用形状语法进行纹理处理包含以下三个命令：

• setupProjection() - 定义 UV 坐标空间
• set(material.map - 设置纹理文件
• projectUV() - 应用 UV 坐标

您将向立面添加两个纹理图层：砖纹理和脏蚀贴图。 为了在整个立面上保持一致的纹理坐标，您需要将 UV 设置添加到立面规则中。 若要预先测试纹理设置，需新增中间 FrontfacadeTex 规则。

1. 将建筑物规则更改为以下内容：
Building --> comp(f) { front : FrontfacadeTex}

2. 创建以下新规则：
FrontfacadeTex -->
	setupProjection(0, scope.xy, 2.25, 1.5, 0, 0, 1) 	
	setupProjection(2, scope.xy, '1, '1) 	
	Frontfacade

setupProjection(0, scope.xy, 2.25, 1.5, 0, 0, 1) 定义纹理通道 0（颜色通道）的纹理坐标。 UV 坐标将沿着范围的 xy 平面投影，并在 x 方向上每 2.25 单位和 y 方向上每 1.5 单位重复一次。 将色彩映射表设置为 builtin:uvtest.png，这是一种可以快速检查 UV 坐标的纹理。 然后通过烘烤通道 0 的 UV 坐标来应用 UV 坐标。
3. 生成立面以查看 UV 设置。

   

4. 为脏蚀通道添加 UV 设置。
FrontfacadeTex -->
	setupProjection(0, scope.xy, 2.25, 1.5,  0, 0, 1) 
	texture("builtin:uvtest.png")  
	projectUV(0)
	
	setupProjection(2, scope.xy, '1, '1) 	
	set(material.dirtmap, "builtin:uvtest.png")  
	projectUV(2)

该纹理应覆盖整个立面，因此您将使用相对运算符 '1 和 '1（立面的尺寸）进行 UV 设置。
5. 再次生成立面以获得以下结果：

   

6. 要查看立面的实际纹理外观，请将内置的 uvtest 纹理与真实纹理进行交换。
FrontfacadeTex -->
	setupProjection(0, scope.xy, 2.25, 1.5,  0, 0, 1) 
	texture(wall_tex)  
	projectUV(0)
	
	setupUProjection(2, scope.xy, '1, '1) 	
	set(material.dirtmap, dirt_tex)  
	projectUV(2)



UV 坐标适用于立面。
7. 对于实际建筑物，此时您只需要设置 UV，因此请将 FrontfacadeTex 规则更改为以下内容：
FrontfacadeTex -->
	setupProjection(0, scope.xy, 2.25, 1.5,  0, 0, 1) 		
	setupProjection(2, scope.xy, '1, '1) 	
	Frontfacade

现在，旧的 Frontfacade 规则已为后续元素正确设置了 UV 坐标。

对墙壁进行纹理处理

回想一下，您已在墙壁规则中添加了类型参数。 您现在将使用它来获得三种具有不同纹理的墙壁类型。

1. 将墙壁规则更改为以下内容：
Wall(walltype) -->
	// dark bricks with dirt
	case walltype == 1 :
		color(wallColor)
		texture(wall_tex)  
		set(material.dirtmap, dirt_tex)
		projectUV(0) projectUV(2)
	// bright bricks with dirt	
	case walltype == 2 :
		color(wallColor)
		texture(wall2_tex)  
		set(material.dirtmap, dirt_tex)
		projectUV(0) projectUV(2)
	// dirt only	
	else :
		color(wallColor)
		set(material.dirtmap, dirt_tex)
		projectUV(2)

对有所墙壁都进行纹理处理。

对窗口资产进行纹理处理

对于窗口资产，您将使用一组窗口纹理为玻璃窗格上色，因此需要设置 UV 坐标以覆盖整个玻璃形状。 将通过对 x 和 y 方向都使用 '1 来执行此操作。

1. 调用您先前为纹理调用定义的 randomWindowTex 函数。
Glass -->
	setupProjection(0,scope.xy, '1, '1)
	projectUV(0)
	texture(randomWindowTex)

2. 为玻璃添加镜面光泽。
Glass -->
	setupProjection(0,scope.xy, '1, '1)
	projectUV(0)
	texture(randomWindowTex) 
	set(material.specular.r, 1) set(material.specular.g, 1)   
      set(material.specular.b, 1)
	set(material.shininess, 4)

对门形状进行纹理处理

门平面的纹理处理方式与窗口玻璃的纹理处理方式相同。

Doortop -->
	setupProjection(0, scope.xy, '1, '1)
	texture(doortop_tex) 
	projectUV(0)
Door -->
	t(0,0,-wall_inset)
	setupProjection(0,scope.xy, '1, '1)
	texture(randomDoorTex) 
	projectUV(0)