CGA建模教程——形状语法（建筑群）

本教程是使用CityEngine的CGA进行建筑建模的进阶教程。
原文链接：http://desktop.arcgis.com/en/cityengine/latest/tutorials/tutorial-8-mass-modeling.htm

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1、L型和U型建筑

本教程介绍使用CGA形状语法构建大量建筑群，以L型和U型建筑为例。

步骤

导入工程** Tutorial_08_Mass_Modeling**。
打开场景文件** MassModeling_01.cej ** 。

建立规则文件

在‘rule’文件夹下新建一个规则文件。
确保‘container’ 被正确设置为 (Tutorial_08_Mass_Modeling/rules)，将规则文件命名为myMass_01.cga.
确认后，新的CGA文件被创建，CGA编辑器打开。

L型建筑

下面从一个L形状开始。

attr height = rand(30, 60)
attr wingWidth = rand(10, 20)Lot --> LShapeLShape -->shapeL(wingWidth, wingWidth) { shape : LFootprint }LFootprint --> extrude(height) MassLotInner --> OpenSpace

shapeL命令创建了一个平面的L形状，大小是10到20之间随机数。
LFootprint规则将L-shape 挤出高度height。
LotInner规则定义L形状的开放空间部分（缺口部分）。
脚本中的属性可以定义一些可选选项，如@Group、@Range等，用来控制这些属性在属性面板中的显示方式。在CGA参考文档中可以查阅更多CGA annotations相关信息。

现在可以给所有的lots应用规则了。

在场景管理器中选择Lots层（或者选中某个Block）。
点击菜单Shapes > Assign Rule File（也可在Block上点右键菜单找到该操作）。
选择myMass_01.cga规则文件，点击OK。

下面可以构建建筑了。

选中要构建建筑的lots。
点击菜单Shapes > Generate 或者直接快捷键Ctrl+G构建建筑。

大量的L-shaped建筑生成成功了。然而，他们看上去太死板，你需要对他们做更多的多样化。

多样化L shape

现在的 L shape建筑被定义在lot的左下角（即：缺口总是在右上角）。使用旋转操作可以改变建筑的朝向，从而增加多样化。

在规则文件中使用概率操作符 %，使其有一定的概率进行旋转。

LShape -->50% : shapeL(wingWidth, wingWidth) { shape : LFootprint }else : rotateScope(0, 90, 0) shapeL(wingWidth, wingWidth) { shape : LFootprint }

进一步，使用convexify命令完成凸包分解。即将L建筑分成2个子建筑，并独立设置两个部分的高度。同样的，我们使用概率操作来控制该规则。

LFootprint -->75% : extrude(height) Masselse : convexify comp(f) { 0 : extrude(height) Mass | all : extrude(height * 0.7) Mass }

此时已经拥有了旋转效果，且分割后的L建筑也有了不同的高度。下面我们需要跟多的形状。

U shape

下面开始创建U shape规则。在调用的时候注意把起始规则修改为UShape。

attr height = rand(30, 60)
attr wingWidth = rand(10, 20)// LShape部分省略...Lot --> UShape
UShape -->shapeU(wingWidth, wingWidth * 0.7, wingWidth * 0.7) { shape : UFootprint }UFootprint --> extrude(height) Mass

同样引入变化，将UShape规则修改为：

UShape -->80% : rotateScope(0, 180, 0) shapeU(wingWidth, wingWidth * 0.7, wingWidth * 0.7) { shape : UFootprint }else:  shapeU(wingWidth, wingWidth * 0.7, wingWidth * 0.7) { shape : UFootprint }

很明显， U shapes在某些lot上面效果不好。接下来我们来修复这个问题。

L、 U shapes混合

建筑高度的分布并不合理。要更好的控制建筑高度，你需要一个条件属性，即只有很大的lot才允许创建很高的建筑。

attr height = case geometry.area < 1000: rand(20, 50)else: rand(50, 150)

增加新的规则LUShapes来控制创建L shape还是U shape。

当lot的宽度比深度大的时候，更加适合创建U shapes——对应CGA中当scope.sx大于scope.sz的情况。其他情况我们创建L shapes。

Lot --> LUShapes
LUShapes -->case scope.sx > scope.sz : 60%  : UShapeelse : LShapeelse: LShape

无论L 还是 U shapes都不能很好的在非矩形lots上创建。因此，我们增加一个条件，保证lot近似矩形时才执行LUShapes规则 (可以有15度的误差)。否则，我们调用新的规则BasicFootprint，这个规则执行简单的挤出操作。

LUShapes -->case geometry.isRectangular(15):case scope.sx > scope.sz : 60%  :UShapeelse : LShapeelse: LShapeelse: BasicFootprint

简答的挤出不规则lot，在视觉上效果不太好——因为看上去太大了。因此，我们做一点修改，将其稍微缩小一点，即使用一个负数做offset偏移操作。这样的结果还可以保证建筑之间有一定的空间，不至于紧密的贴在一起。

BasicFootprint --> offset(-5,inside) extrude(height) Mass

下一节你将学习如何使用递归的方法来生成大量建筑。

2、递归生成大量建筑

步骤

本小节使用递归方法来生成重复的建筑元素。导入工程**MassModeling_01.cej **。

建立规则文件

在‘rule’文件夹下新建一个规则文件。
确保‘container’ 被正确设置为 (Tutorial_08_Mass_Modeling/rules)，将规则文件命名为myMass_02.cga.
确认后，新的CGA文件被创建，CGA编辑器打开。

塔型

height属性定义的建筑的随机高度，起始规则调用Envelope来挤出塔身，Envelope规则是一个递归规则。

height = case geometry.area > 1000: rand(50, 200) else: rand(20, 50)Lot --> TowerTower --> extrude(height) EnvelopeEnvelope --> RecursiveSetbacks

接下来的递归规则中，你需要2个变量： lowHeight，scale。
后者是个常量，因此需要定义为属性。

// 在两个值之间随机切换
lowHeight   = 50%: 0.4 else: 0.6// 常量
attr scale  = rand(0.75, 0.9)

RecursiveSetbacks规则将高于2层的建筑进行切分。

如果形状RecursiveSetbacks低于2层楼高，则将其缩放为高度height，建立名为Mass 的形状。

attr floorheight = rand(4, 5) // 一层楼的高度（注意是绝对高度）RecursiveSetbacks -->case scope.sy > 2 * floorheight  :// 下部比例高度固定，上部递归split(y){ 'lowHeight : Mass | ~1: Setback }else: s('1, floorheight, '1) Mass // 最终顶楼的高度为一层楼

Setback规则缩放并居中形状，然后递归调用RecursiveSetbacks规则。

Setback -->s('scale, '1, 'scale) center(xz) RecursiveSetbacks

将规则应用于Block，可见效果如下：

圆形

使用一个外部的圆柱体，可以创建屋顶为圆柱形的塔。修改塔规则：

Tower --> extrude(height) EnvelopeEnvelope -->case geometry.isRectangular(20):20% : i("cyl.obj") RecursiveSetbacks   else: RecursiveSetbackselse: RecursiveSetbacks

这样，20%的概率下，塔会使用圆柱来替换原有的立方体。

下一节你将学会使用setbacks来修改大量建筑。

3、使用setbacks修改建筑群

步骤

本小节使用setbacks修改建筑群。（译者注：setbacks是一种类似前文所述进行offset偏移的操作。区别在于setbacks仅对多边形特定的边进行操作。）
导入工程**MassModeling_01.cej **。

建立规则文件

在‘rule’文件夹下新建一个规则文件。
确保‘container’ 被正确设置为 (Tutorial_08_Mass_Modeling/rules)，将规则文件命名为myMass_03.cga.

街道SetBack

Parcel（译者注：不好翻译，指建筑群内的绿化带之类的土地区域。）规则将对lots所在多边形执行setback向内偏移操作。偏移完成后，移动形成的靠近街道的部分生成Parcel，而其余部分挤出成建筑物部分。
（译者注：每指定一组参数执行一次setbacks，则多边形向内缩进形成新的多边形。一定要理解不同参数导致生成的不同多边形的位置和意义。如下图所示：）

attr height = case geometry.area > 1000: rand(50, 200) else: rand(20, 50)attr distanceStreet = 20%: 0else: rand(3, 6)Lot --> Parcel
LotInner --> OpenSpaceParcel --> setback(distanceStreet){ street.front: OpenSpace // 靠近街道部分，作为Parcel处理| remainder: Footprint }  // 其余部分生成建筑Footprint --> extrude(height)  OpenSpace --> color("#77ff77") // Parcel设置为绿色

注意：street.front选择子用于评估shape的streetWidth属性，如果shape是通过block建立的，则被自动设置。手动创建的shape则没有设置。

建筑距离

现在通过同样方式添加setback来控制建筑之间的距离。
增加一个distanceBuildings属性，修改Parcel规则，增加新规则SubParcel如下：

attr distanceBuildings =30%: 0else: rand(4, 8)Parcel --> // 第1次缩进setback(distanceStreet){ streetSide: OpenSpace // 左右边，即除去街道的临边和对边的剩余边| remainder: SubParcel }// 剩余边SubParcel --> // 第2次缩进setback(distanceBuildings / 2){ noStreetSide: OpenSpace  // 非街道的临边，缩进成绿地| remainder: Footprint }   // 其余部分生成建筑
Footprint --> extrude(height)
OpenSpace --> color("#77ff77")

这次会在不靠近街道的边上执行SubParcel 。

4、多重的setback parcels

步骤

导入工程**MassModeling_01.cej **。

建立规则文件

打开massmodeling_03.cga规则文件，另存为myMass_04.cga。用已有的LUshape和塔的规则文件：

import lushapes : "massmodeling_01.cga"
import towers : "massmodeling_02.cga"

修改其中的Footprint规则：

Footprint -->case geometry.isRectangular(15):25% : towers.Towerelse : lushapes.LUShapeelse:25%: towers.Towerelse: offset(-5, inside) lushapes.BasicFootprint

指定给一组lots，执行生成。

下一节为建筑贴纹理。

5、增加立面纹理

打开massmodeling_04.cga规则文件，另存为myMass_05.cga.
接下来，我们写一个函数，来从12个立面纹理文件中随机挑选：

const randomFacadeTexture = fileRandom("*facade_textures/f*.tif")

为了正确的实施纹理映射到建筑立面，需要再定义2个函数来计算实际的楼层高度和切片宽度。

attr floorheight = rand(4,5)actualFloorHeight =  case scope.sy >= floorheight : scope.sy/rint(scope.sy/floorheight)else : scope.syactualTileWidth = case scope.sx >= 2 : scope.sx/rint(scope.sx/4)else : scope.sx

接下来实施组件分割，完成立面元素的构建：

Mass --> comp(f){ side: Facade | top: Roof. }

指定引入规则中的Mass使用刚才定义的Mass。

towers.Mass --> Mass
lushapes.Mass --> Mass

最后，使用函数randomFacadeTexture设置纹理 UV坐标，并投影 UVs.

Facade -->setupProjection(0, scope.xy, 8*actualTileWidth, 8*actualFloorHeight)texture(randomFacadeTexture)projectUV(0)