教程 9：高级形状语法—ArcGIS CityEngine 资源

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复杂的立面模式

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。

教程设置

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生成建筑物

本教程说明了如何创建一组 CGA 规则，以使用纯 CGA 根据真实照片重建建筑物。下图显示了要建模的立面。由于本示例中的切片和窗口布局的模式很复杂，因此您需要使用一些高级 CGA 机制，例如嵌套重复分割和参数传递。

生成建筑物的 GCA 透视：

要提前生成建筑物：

请在 3D 视窗中选择一个地块。
单击顶部工具条中的生成按钮。

立面分析

规划新的 CGA 规则时，在开始编写规则之前，勾勒出原始布局并定义一些形状名称十分有帮助。

您要建模的立面主要由三种楼层类型组成：顶层、地面和上层。较低的楼层由包含窗口的切片构成，而顶层仅包含窗口元素。其他所有较低的楼层都是相同的，因此您将传递带有 Floor 形状的索引 (floorIndex)，以为特定地面创建正确的外观（切片和窗口对齐）。

由于切片的模式，您将定义一个中间的 DoubleTile 形状，其中包含两个 Tile 形状，这在对楼层模式进行编码后十分有用。

接下来，您将在切片中定义详细的子形状。它由两个主要部分组成：MilkGlass 和 Window 形状。 Window 形状在顶部包含一个盲区和一个嵌入的 Subwindow 形状。这些元素的位置取决于切片在楼层上的水平位置，因此您需要将此位置索引（称为 tileIndex）存储为 Tile 形状的参数，以便能够正确放置子形状结构。

双击导航器中的 complexpatterns_01.cga 文件，打开 CGA 编辑器，并查看创建立面的规则。

属性、变量和资产

属性在规则文件的开头定义。这些属性在整个规则设置中被使用，并且可以通过 CGA 语法编辑器外部的 Windows > Inspector 进行修改。

// User Attribute 

@Group("Building", 1)
@Range(min=5, max=40, restricted=false) @Distance
attr buildingH = 27 // building height

@Group("Facade", 2)
@Range(min=3, max=6, restricted=false) @Distance
attr floorH = 3.5 // floor height
@Range(min=3, max=6, restricted=false) @Distance
attr groundfloorH = floorH + 1 // groundfloor height
@Range(min=1, max=4, stepsize=1, restricted=false)
attr nSymmetries = 2
@Range(min=0.1, max=1, restricted=false) @Distance
attr borderwallW = 0.3 // width of border wall stripe
@Range(min=0.1, max=0.8, restricted=false) @Distance
attr ledgeH = 0.3 // ledge height

@Group("Window", 3)
@Range(min=1, max=5, restricted=false) @Distance
attr windowW = 2.5 // window width
@Range(min=1, max=5, restricted=false) @Distance
attr milkGlassW = windowW/2 // milkglass blend width
@Range(min=0.1, max=2.5, restricted=false) @Distance
attr blindH = 0.8 // blind height
@Range(min=0.01, max=0.5, restricted=false) @Distance
attr frameW = 0.07 // frame width

@Group("Balcony", 4)
@Range(min=3, max=6, restricted=false) @Distance
attr balconyDepth = 2

@Group("Colors", 5)
@Color
attr brightblue = "#86B1C7" 
@Color
attr darkblue = "#33556C"
@Color
attr red = "#5C3F40"
@Color
attr grey ="#6B7785"
@Color
attr white = "#FFFFFF"

将诸如 @Group 或 @Range 的注记添加到属性中，以控制其在检查器中的外观。

其他变量和资产在以下块中予以定义：

tileW = windowW + milkGlassW	// total tile width
const barDiameter = 0.04

// assets
const cyl_v = "general/primitives/cylinder.vert.8.notop.tex.obj"
const cyl_h = "general/primitives/cylinder.hor.8.notop.tex.obj"
const window_tex = "facade/windows/1_glass_2_blue.tif"
const milkGlass_tex = "facade/windows/blend_tex.png"

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。将顶层与主体分割，然后再次分割以创建倒退阳台。

Lot --> 
	extrude(buildingH)  // Extrude the building
	split(y){ ~1: MainPart | floorH: UpperPart }  // Split top floor from lower floors

// Create a set-back by splitting in the direction of the building depth
UpperPart --> 
	split(z){ ~1: TopFloor | balconyDepth: Balcony }

然后将组件分割应用于不同的体积部分，以区分正面面、侧面和顶面，并触发立面、墙面和屋顶规则。

// Create a facade on the front face, walls on the side faces, and a roof on the top face
MainPart --> 
	comp(f){ front: Facade | side: Wall | top: Roof. }  

// Create a floor (marked with -1 as top floor) on the front face, 
   walls on the side and roof on the top face
TopFloor --> 
	comp(f){ front: Floor(-1) | side: Wall | top: Roof. }

已设置阳台的尺寸。扶手将放置在当前形状的表面上，因此您将使用组件分割来获取扶手规则的前面、左面和右面。

// Set balcony height to 0.7 meters (railing height)
Balcony -->
	s(scope.sx-2*borderwallW,0.7,scope.sz-borderwallW)
 center(x) 
	comp(f){ front: Railing | left: Railing | right: Railing }

体积建模后的原始建筑物形状：

立面和楼层

现在，您将进一步细分正立面。首次分割借助重复分割 {...}* 将立面细分为底层部分和一组较高的楼层。分割大小前的波形符号 (~)（例如 ~groundfloorH）允许高度灵活，并确保匹配的楼层在立面上没有孔。通过传递 split.index（代表楼层索引）作为参数，您之后可以触发特定楼层要素。

// Split the facade into a groundfloor and repeated upper floors
Facade -->
         split(y){ ~groundfloorH: Floor(split.index) 
// (all floors are marked with their split index, which represents the floor number)
                 | {     ~floorH: Floor(split.index) }* }

每个楼层的左边界和右边界都有狭窄的墙壁区域。您将通过在 x 方向上进行简单的分割进行创建。

// create a narrow wall element on both sides of every floor.
Floor(floorIndex) --> 
//the floorIndex parameter is passed on to be used later
	split(x){borderwallW: Wall | ~1: FloorSub(floorIndex) | borderwallW: Wall }

根据楼层索引，现在使用水平分割命令为每个楼层创建特殊水平元素：

较高的楼层仅有顶部窗台。
顶层没有其他元素，可以直接触发 TileRow 形状。
您将在以后的规则中再次使用楼层索引，因此它将再次作为 TileRow 形状的参数。

FloorSub(floorIndex) -->	
	case floorIndex == 0:      // ground floor with index 0.    
		split(y){ 1: Wall | ~1: TileRow(floorIndex) | ledgeH: Wall}  
	case floorIndex > 0:      	// upper floors
		split(y){ ~1: TileRow(floorIndex) | ledgeH: Ledge }
	else: TileRow(floorIndex) 	// topfloor with index -1.

楼层和窗台分割的立面：

切片

现在您要将楼层分割为切片。对于顶层而言，这相对容易。无特殊的模式，仅重复窗口元素。要稍后处理这些切片，请将这些切片标记为参数 -1。

要为主要楼层创建特殊的重复模式，您将创建一个称为 DoubleTile 的中间形状。要在后面的步骤中正确地对齐窗口元素，您需要将楼层和切片索引 (split.index) 作为参数传递。

TileRow(floorIndex) --> 
	case floorIndex == -1:
		split(x){ ~windowW: Tile(-1) }*
// Repeating shape Tiles on the top floor, marked again with -1
	else: 
		split(x){ ~tileW*nSymmetries: DoubleTile(floorIndex,split.index) }* 
// the floor is subdivided into regular DoubleTile shapes, 
// the floor index is passed as parameter

楼层和切片索引的组合确定了窗口的对齐方式。因此，您有两个规则，可以按不同顺序重复分割 MilkGlass 和 Tile 形状。

DoubleTile(floorIndex,tileIndex) -->    
	case tileIndex%2 + floorIndex%2 == 1: 
// windows are right-aligned
		split(x){ ~milkGlassW: MilkGlass | ~windowW: Tile(tileIndex) }* 
	else:
// windows are left-aligned 
		split(x){ ~windowW: Tile(tileIndex) | ~milkGlassW: MilkGlass }*

您将首先为将来的窗口纹理设置纹理坐标。然后将整个 Tile 形状水平分割为窗框和中间部分。再次分割中心部分，这次是垂直分割为框架、窗口、框架、百叶窗和框架。

Tile(tileIndex) -->
    setupProjection(0,scope.xy,scope.sx,scope.sy)
// Set up the texture coordinates for the windows
    split(x){ frameW: Frame Bracing
// This triggers the window frame as well as the bracing on the left side of the window
// the center window is split into Frame, Window, Frame, Blind and Frame from bottom to top
            |     ~1: split(y){  frameW : Frame
                              |      ~1 : Window(tileIndex)
                              |  frameW : Frame
                              |  blindH : Blind 
// frame and bracing on the window's right side
                              |  frameW : Frame }
            | frameW: Frame Bracing }

窗户

对于窗户形状，DoubleTile 的切片索引用于确定子窗口的位置。

Window (tileIndex) -->

放置在窗口左半部分的右对齐子窗口。

case tileIndex%nSymmetries >= 1:  // the Subwindows are aligned depending 
                                  // on the DoubleTile position 		
     split(x){     ~1 : Subwindow("right") 
             | frameW : Frame 
             |     ~1 : Glass     } 	// right-aligned in the left half of the window

放置在窗口右半部分的左对齐子窗口。

case tileIndex%nSymmetries >= 0:
     split(x){     ~1: Glass
             | frameW: Frame 
// left-aligned in the right half of the window
             |     ~1: Subwindow("left") }

代表顶层窗口的切片索引 -1 现在用于创建不带子窗口的窗口。

else:
	split(x){ ~1: Glass | frameW: Frame | ~1: Glass}

使用左参数和右参数，将 RedWindow 放置在正确的位置。

Subwindow(align) -->
	case align == "left": 
		split(x){~3: RedWindow | ~2: Glass}	  // Put the RedWindow to the left
	else: 
		split(x){~2: Glass     | ~3: RedWindow }	// And to the right otherwise

以下规则为 RedWindow 形状创建框架和玻璃元素：

RedWindow -->
   split(x){ frameW: RedFrame   // left...
           |     ~1: split(y){ frameW: RedFrame
                             |     ~1: RedGlass
                             | frameW: RedFrame }  // ... bottom, top ...
           | frameW: RedFrame }	// ... and right frame

RedGlass -->
   split(y){       ~1: Glass
           | frameW/2: t(0,0,-frameW) Frame
           |       ~1: t(0,0,-frameW) Glass }

RedWindow 形状的详细窗口几何：

材料

添加了颜色和纹理。

Wall --> color(darkblue)

Blind --> color(grey)

Frame --> 
	extrude(frameW) color(white)	// extrude the frame to the front

RedFrame --> 
	t(0,0,-frameW) extrude(frameW*4) color(red)

Glass --> 
	projectUV(0)  // apply texture coordinates to current shape geometry
	texture(window_tex) color(white) // and assign texture and color
	set(material.specular.r, 0.4)
 set(material.specular.g, 0.4)
 set(material.specular.b, 0.4)
	set(material.shininess, 4)
	set(material.reflectivity,0.3)
	
MilkGlass --> 
	s('1,'1,frameW*1.2) i("builtin:cube") 
	color(brightblue)
	setupProjection(0, scope.xy, scope.sx, scope.sy, 0, 0, 0)
 texture(milkGlass_tex)
 projectUV(0)
	set(material.specular.r, 0.7)
 set(material.specular.g, 0.7)
 set(material.specular.b, 0.7)
	set(material.shininess, 20)
 set(material.reflectivity,0.05)

应用材料规则后的彩色和纹理模型：

细节元素

您将通过添加后墙元素，具有深度的立方体和第二个作为盖板的薄立方体来优化楼层窗台。

Ledge --> 
	Wall
	[ s('1,'0.9,0.2) i("builtin:cube") Wall ]	
	t(0,-0.1,0.2) s('1,scope.sy+0.1,0.03) i("builtin:cube") Wall

插入了水平条块以创建扶手的水平部分。通过禁用垂直修剪，可以防止下面的垂直角条块被切割。

通过使用浮动分割宽度进行重复分割，垂直条块可均匀分布。

Railing --> 
	[ t(0,scope.sy-barDiameter/2,0) HBar ]
	set(trim.vertical, false)
	split(x){ ~tileW/3:  VBar }*

插入圆柱资产以创建垂直条块和水平条块。

VBar --> s(barDiameter,'1,barDiameter) t(0,0,-barDiameter) i(cyl_v) color(white)
HBar --> s('1,barDiameter,barDiameter) t(0,0,-barDiameter) i(cyl_h) color(white)

窗口的支撑由顶部和底部固定装置以及中间的垂直条块组成。对于固定装置，将插入一个立方体，然后 VBar 将再次触发圆柱资产。

Bracing --> 
	s(barDiameter,'1,0.15) center(x) i("builtin:cube")
split(y){ 0.01: Wall | ~1: t(0,0,0.15) VBar | 0.01: Wall }

添加了具有细节元素的最终模型，包括窗台、窗撑和扶手：

现在您已经有了最终模型，请继续将规则应用于不同的地块形状，或者尝试使用检查器中的用户属性来修改立面设计。

不同样式

使用样式关键字，定义了一种重新定义某些属性的新样式。在这种情况下，您将通过重新定义颜色属性来创建颜色变化。

@Description("A Variation in Red")
style Red_Color_Theme
attr brightblue = "#FF8080"
attr darkblue = "#D20000"
attr grey = "#ECCACA"
attr red = "#361B1B"

应用了 Red_Color_Theme 样式：

下面的坎德勒和巴台农 CityEngine 场景是很好的示例，向您展示了 CGA 的不同可能性。

坎德勒大楼

打开 Candler Building.cej 场景。
在导航器中双击 Candler Building.cga 文件，然后浏览创建 Candler 建筑物的 CGA 规则。

巴台农神庙

打开 Parthenon.cej 场景。
再次双击 parthenon.cga 文件以查看巴台农神庙背后的规则。

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