本書(shū)是一本講解參數(shù)化建模軟件Grasshopper的技術(shù)專(zhuān)著。參考國(guó)內(nèi)外最新研究成果, 對(duì)Grasshopper插件做了深入淺出的講解, 同時(shí)配有大量獨(dú)具特色的案例。使讀者能在較短的時(shí)間內(nèi)掌握該插件的主要理念和重要的制作技法, 從而能較快地運(yùn)用該插件解決工作、設(shè)計(jì)中遇到的各種問(wèn)題。
本書(shū)作者參考國(guó)內(nèi)外前沿技術(shù)成果，深入淺出地講解了參數(shù)化建模軟件——Grasshopper，書(shū)中配有大量獨(dú)具特色的案例，尤其是綜合性案例——摩天大樓的建模。讀者通過(guò)學(xué)習(xí)本書(shū)能在較短的時(shí)間內(nèi)掌握該軟件的主要理念和重要的制作技法，從而能較快地運(yùn)用該軟件解決工作、設(shè)計(jì)中遇到的各種建模問(wèn)題。
自從有了計(jì)算機(jī)以來(lái)，設(shè)計(jì)師們就夢(mèng)想著實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化。到了20世紀(jì)60-70年代，計(jì)算機(jī)開(kāi)始協(xié)助設(shè)計(jì)師完成復(fù)雜的計(jì)算，或者繪制規(guī)則的工程圖紙。但是通過(guò)計(jì)算機(jī)將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求和工程師的設(shè)計(jì)思想，直接變成可用的工程圖紙或者數(shù)控加工指令，在當(dāng)時(shí)是不可能辦到的。
20世紀(jì)80年代初，AutoCAD軟件問(wèn)世，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)大眾化時(shí)代的到來(lái)，到了20世紀(jì)90年代中期，隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)的普及，特別是Windows操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，大量原來(lái)只能在工作站上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件紛紛向PC上移植。1997年，CAD歷史上一個(gè)重要的版本AutoCADR14推出，所見(jiàn)即所得的操作方式，可以使沒(méi)有多少計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的人士快速掌握計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)，使計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)很快成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，徹底替代了傳統(tǒng)的手工繪圖，引領(lǐng)了一次設(shè)計(jì)方法上的革命。
進(jìn)入21世紀(jì)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)繼續(xù)向智能化、多元化的方向發(fā)展。機(jī)械和建筑設(shè)計(jì)的復(fù)雜性、多樣性和靈活性要求設(shè)計(jì)自動(dòng)化必須走參數(shù)化的路子。自從以Pro／Engineer（機(jī)械）和RevitBuliding（建筑）等為代表的基于特征造型的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)問(wèn)世以來(lái)，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化已經(jīng)變得切實(shí)可行。參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的又一次巨大的飛躍，目前先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件大部分實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化。
本書(shū)講解的是參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件的一枝奇葩-Grasshopper。Grasshopper并非一個(gè)獨(dú)立的軟件，而是一款在Rhino環(huán)境下運(yùn)行的采用參數(shù)化方式生成模型的插件。不同于RhinoScrip，Grasshopper不需要太多任何的程序語(yǔ)言知識(shí)，就可以通過(guò)一些簡(jiǎn)單的流程方法達(dá)到設(shè)計(jì)師所想要的模型。
不同于Pro／Engineer和RevitBuliding這樣用途鮮明的參數(shù)化軟件，Grasshopper更加全能！無(wú)論機(jī)械設(shè)計(jì)、藝術(shù)設(shè)計(jì)還是建筑設(shè)計(jì)，Grasshopper都游刃有余、運(yùn)用自如。Grasshopper強(qiáng)大的邏輯建模功能可以在短時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)大量結(jié)果，并以此進(jìn)行對(duì)比分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。
Grasshopper的學(xué)習(xí)也應(yīng)當(dāng)秉承由淺入深、循序漸進(jìn)的原則，掌握基礎(chǔ)操作的同時(shí)建立起Grasshopper的基本思維模式。根據(jù)筆者多年研究和自身用戶(hù)的總結(jié)，要學(xué)好Grasshopper必須把握好以下3個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
熟練掌握數(shù)據(jù)類(lèi)型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和相關(guān)運(yùn)算器。
熟練掌握各種建模的運(yùn)算器。
熟練掌握內(nèi)部編程語(yǔ)言和可以調(diào)用的函數(shù)。
其中的第一條是關(guān)鍵之關(guān)鍵，務(wù)必優(yōu)先掌握。
本書(shū)對(duì)基礎(chǔ)命令和運(yùn)算器做了詳細(xì)的講解和運(yùn)用，希望能為學(xué)習(xí)Grasshopper的讀者提供一個(gè)入門(mén)的基石。
本書(shū)在寫(xiě)作過(guò)程中參考了國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家高手的一些制作方法，并使用了一些相關(guān)圖片資料，并盡量地在書(shū)中做出了標(biāo)注，但是由于條件所限，不能一一告知，在此一并表示衷心感謝！
由于作者水平所限，本書(shū)錯(cuò)漏之處在所難免，也懇請(qǐng)國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家高手不吝賜教，多多交流溝通。
程罡，高級(jí)工程師。從事計(jì)算機(jī)數(shù)字圖形、圖像、3D動(dòng)畫(huà)、三維數(shù)值城市、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)近二十年。
南京機(jī)電學(xué)院校級(jí)特聘專(zhuān)家、全國(guó)職業(yè)資格認(rèn)證中心特聘講師、航天神舟智能科技公司特聘專(zhuān)家、南京多家高�？妥淌冢暇┬畔⒙殬I(yè)技術(shù)學(xué)院、南廣學(xué)院、南師大中北學(xué)院、南京理工大學(xué)、正德學(xué)院等）、江蘇省科協(xié)STEAM云教育中心高級(jí)講師。
十余年來(lái)，與國(guó)內(nèi)知名出版機(jī)構(gòu)合作，出版《細(xì)說(shuō)光影—3ds max & VRay室內(nèi)渲染用光技巧》等專(zhuān)業(yè)著作多部。
上篇 基礎(chǔ)篇
第1章 Grasshopper概述
1．1 參數(shù)化設(shè)計(jì)和Grasshopper
1．1．1 什么是參數(shù)化設(shè)計(jì)
1．1．2 參數(shù)化建模與手工建模
1．1．3 什么是Gras
1．1．4 Grasshopper的運(yùn)用
1．2 Grasshopper的下載和安裝
1．2．1 Grasshopper的下載
1．2．2 Grasshopper的安裝
1．3 打開(kāi)Grasshopper和Grasshopper的界面
1．3．1 Grasshopper的加載
1．3．2 Grasshopper的界面
1．4 運(yùn)算器詳解
1．4．1 運(yùn)算器的構(gòu)成
1．4．2 運(yùn)算器信息
1．4．3 運(yùn)算器和參數(shù)
1．4．4 運(yùn)算器圖標(biāo)的顯示
1．4．5 運(yùn)算器的數(shù)據(jù)管理
本章小結(jié)
第2章 Grasshopper初步
2．1 從點(diǎn)的繪制開(kāi)始
2．1．1 點(diǎn)的創(chuàng)建
2．1．2 創(chuàng)建滑塊運(yùn)算器
2．1．3 滑塊運(yùn)算器的復(fù)制
2．1．4 編輯滑塊運(yùn)算器的屬性
2．2 曲線和樣條線的繪制
2．2．1 繪制另一個(gè)點(diǎn)
2．2．2 創(chuàng)建Line運(yùn)算器
2．2．3 創(chuàng)建樣條線
2．3 數(shù)據(jù)匹配
2．3．1 如何用兩個(gè)滑塊控制一個(gè)屬性
2．3．2 創(chuàng)建Panel運(yùn)算器
2．3．3 Shortest List運(yùn)算器
2．3．4 Longest List運(yùn)算器
2．3．5 Cross Reference運(yùn)算器
2．4 一個(gè)簡(jiǎn)單的案例——水波紋的制作
本章小結(jié)
第3章 功能和控制
3．1 在表格中創(chuàng)建多重物體
3．1．1 創(chuàng)建系列圓
3．1．2 改變系列圓的起點(diǎn)
3．1．3 顯示系列圓的信息
3．1．4 動(dòng)態(tài)改變系列圓的半徑
3．2 創(chuàng)建系列直線段
3．2．1 直線的創(chuàng)建
3．2．2 創(chuàng)建系列直線
3．2．3 Range運(yùn)算器的功用
3．2．4 動(dòng)態(tài)系列線的設(shè)置
3．2．5 Addition運(yùn)算器
3．2．6 設(shè)置扭曲效果
3．3 使用數(shù)學(xué)功能繪制曲線
3．3．1 創(chuàng)建曲線分布頂點(diǎn)
3．3．2 創(chuàng)建正弦曲線
3．4 控制和表格
3．4．1 創(chuàng)建系列圓
3．4．2 圓圈的擠壓
3．4．3 設(shè)置擠壓高度
3．4．4 Item運(yùn)算器
3．4．5 Cull運(yùn)算器
……
第4章 在曲面上做造型
第5章 案例——螺旋塔的建模
第6章 數(shù)據(jù)樹(shù)詳解
第7章 使用Galapagos進(jìn)行優(yōu)化和提升
下篇 案例篇
第8章 初始化設(shè)置
第9章 弧度和扭曲
第10章 摩天大樓外表面的創(chuàng)建
第11章 樓板的設(shè)計(jì)
第3章 功能和控制
內(nèi)容提要： * 在表格中創(chuàng)建多重物體 * 使用數(shù)學(xué)功能繪制曲線 * 控制和表格 * 變換操作 * 形狀圖表
在Grasshopper中，對(duì)模型的編輯和控制是至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)各種控制運(yùn)算器，可以使模型產(chǎn)生極為豐富的變化。本章將講解各種控制編輯模型的技法，包括對(duì)多重對(duì)象的控制、對(duì)曲線的控制、對(duì)列表的控制等。
3.1 在表格中創(chuàng)建多重物體
采用Panel列表同時(shí)控制多個(gè)對(duì)象的屬性，高效率地編輯模型，這也是參數(shù)化建模相對(duì)于手工建模最大的優(yōu)勢(shì)所在。
3.1.1 創(chuàng)建系列圓
打開(kāi)GH，在工作區(qū)創(chuàng)建3個(gè)運(yùn)算器，分別是Curve(曲線)標(biāo)簽面板中的Circle(圓)，Params(參數(shù))標(biāo)簽面板的Panel(面板)和Sets(設(shè)置)標(biāo)簽面板的Series(系列)，如圖3-1所示。
圖3-1 創(chuàng)建3個(gè)運(yùn)算器
工作區(qū)中將出現(xiàn)3個(gè)運(yùn)算器的圖標(biāo)，移動(dòng)3個(gè)圖標(biāo)，將它們從左至右排列，視圖中的原點(diǎn)位置將出現(xiàn)一個(gè)半徑為默認(rèn)值1的圓，如圖3-2所示。
在GH工作區(qū)，將Series運(yùn)算器與Panel運(yùn)算器相連接，將Panel運(yùn)算器與Circle運(yùn)算器的R(半徑)端口相連接，視圖中將生成10個(gè)圓，半徑從0到9，如圖3-3所示。 圖3-2 視圖中出現(xiàn)一個(gè)圓 圖3-3 連接運(yùn)算器產(chǎn)生系列圓
3.1.2 改變系列圓的起點(diǎn) 目前，系列圓的起點(diǎn)半徑是0，這個(gè)圓是沒(méi)有意義的，用戶(hù)可以將其更改為從半徑1開(kāi)始。在Series運(yùn)算器圖標(biāo)左側(cè)右擊，在彈出的快捷菜單中選擇Set Multiple Numbers命令，在彈出的對(duì)話框中，將原來(lái)的0作為起點(diǎn)，更改為1，最后單擊對(duì)話框下方的Commit changes結(jié)束設(shè)置。Panel運(yùn)算器中的系列圓半徑從1.0開(kāi)始，如圖3-4所示。 圖3-4 更改系列圓的起點(diǎn)半徑
3.1.3 顯示系列圓的信息 再創(chuàng)建一個(gè)Panel運(yùn)算器，放置到Cir運(yùn)算器的右側(cè)。將Cir運(yùn)算器的C端口與新建Panel相連接，Panel運(yùn)算器上將顯示系列圓的信息，如圖3-5所示。 括弧中的“R: 1.00 mm”的含義為“圓的半徑是1毫米”。其單位由系統(tǒng)設(shè)置決定。 圖3-5 系列圓的半徑
3.1.4 動(dòng)態(tài)改變系列圓的半徑 在工作區(qū)創(chuàng)建一個(gè)Panel運(yùn)算器和Slider運(yùn)算器。 將Panel運(yùn)算器的數(shù)值設(shè)置為1，將其與Series運(yùn)算器的S(Start)端口相連接。 將Slider運(yùn)算器與Series運(yùn)算器的N(Step N)端口相連接。連接完成后，前者的名稱(chēng)將變更為Step，如圖3-6所示。 圖3-6 再創(chuàng)建兩個(gè)運(yùn)算器 接下來(lái)用戶(hù)可以拖動(dòng)Step運(yùn)算器中的滑塊，動(dòng)態(tài)改變系列圓的半徑。 Panel運(yùn)算器的參數(shù)將決定系列圓半徑的起點(diǎn)，如果設(shè)置為2，則系列圓半徑的起點(diǎn)將變更為2，如圖3-7所示，其余以此類(lèi)推即可。 圖3-7 改變系列圓的起點(diǎn)半徑 3.2 創(chuàng)建系列直線段 本節(jié)介紹采用參數(shù)化方法繪制系列直線以及編輯直線形態(tài)的方法。將講解使用Range運(yùn)算器改變系列直線排列方式，加法運(yùn)算器Addition產(chǎn)生階梯上升效果，和Reverse List運(yùn)算器產(chǎn)生扭曲效果的方法。
3.2.1 直線的創(chuàng)建 新建GH，在工作區(qū)創(chuàng)建3個(gè)運(yùn)算器，分別是Curve標(biāo)簽面板中的Line(線)運(yùn)算器(如圖3-8所示)和兩個(gè)Pt(Construct Point)運(yùn)算器。 圖3-8 Line運(yùn)算器 將兩個(gè)Pt運(yùn)算器分別與于Line運(yùn)算器的A、B端口進(jìn)行連接，結(jié)果如圖3-9所示。 圖3-9 Line運(yùn)算器的連接 創(chuàng)建一個(gè)Series運(yùn)算器，將它的S輸出端口與兩個(gè)Pt運(yùn)算器的X軸端口連接起來(lái)，如圖3-10所示。 圖3-10 創(chuàng)建Series運(yùn)算器
3.2.2 創(chuàng)建系列直線 創(chuàng)建兩個(gè)Panel運(yùn)算器，數(shù)字分別設(shè)置為1和10。分別連接到兩個(gè)Pt運(yùn)算器的Y軸輸入端口，如圖3-11所示。 圖3-11 創(chuàng)建Y軸的輸入 視圖中將出現(xiàn)10條直線，每條線的Y軸向上的坐標(biāo)為(1,10)，每條線的X軸方向間距是1，如圖3-12所示。 圖3-12 創(chuàng)建10條直線
3.2.3 Range運(yùn)算器的功用 在Sets標(biāo)簽面板的下拉菜單中，加載Range(范圍)運(yùn)算器到工作區(qū)。該運(yùn)算器用于產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字的變化范圍，如圖3-13所示。 圖3-13 Range運(yùn)算器的位置 如果將光標(biāo)放置到Range運(yùn)算器右側(cè)的R(Range)字母上，將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)Range(R) as list面板，顯示其默認(rèn)的參數(shù)范圍，從0.0到1.0，如圖3-14所示。 圖3-14 顯示運(yùn)算器取值范圍 將Range右側(cè)的R端口與Pt運(yùn)算器的Z軸端口相連接，如圖3-15所示。 視圖中的系列直線的Z軸坐標(biāo)將呈現(xiàn)從低到高的坡?tīng)钆帕校琙軸坐標(biāo)從0到1排列，如圖3-16所示。 圖3-15 Range運(yùn)算器的連接 圖3-16 直線的Z軸坐標(biāo) 創(chuàng)建一個(gè)Panel運(yùn)算器，將其與Range運(yùn)算器的R端口建立連接，Panel面板中將顯示Range運(yùn)算器的取值范圍，如圖3-17所示。 圖3-17 創(chuàng)建一個(gè)Panel運(yùn)算器
3.2.4 動(dòng)態(tài)系列線的設(shè)置 在工作區(qū)中Series運(yùn)算器的左側(cè)創(chuàng)建一個(gè)Slider運(yùn)算器，雙擊左側(cè)的運(yùn)算器名稱(chēng)，打開(kāi)Slider對(duì)話框，設(shè)置其N(xiāo)的取值范圍為2～20，如圖3-18所示。 圖3-18 Slider運(yùn)算器的設(shè)置 將Slider運(yùn)算器分別與Range的N端口和Series的C端口連接起來(lái)，運(yùn)算器的名稱(chēng)也變更為Count，如圖3-19所示。 圖3-19 Slider運(yùn)算器的連接 拖動(dòng)滑塊可動(dòng)態(tài)創(chuàng)建系列直線，如圖3-20所示。 圖3-20 動(dòng)態(tài)創(chuàng)建系列直線 圖3-20 動(dòng)態(tài)創(chuàng)建系列直線(續(xù))
3.2.5 Addition運(yùn)算器 在Maths標(biāo)簽面板中拖動(dòng)Addition(加法)運(yùn)算器到工作區(qū)，創(chuàng)建A+B圖標(biāo)。該運(yùn)算器用于加法運(yùn)算，如圖3-21所示。 圖3-21 創(chuàng)建Addition運(yùn)算器 將Slider運(yùn)算器與Addition的A端口相連接，再將Addition運(yùn)算器的R端口與Series運(yùn)算器的C端口相連接，原來(lái)的Slider與Series的連接將自動(dòng)斷開(kāi)，如圖3-22所示。 圖3-22 Addition運(yùn)算器的連接 在Maths標(biāo)簽面板中，將Construct Domain(構(gòu)建數(shù)字域)按鈕拖動(dòng)到工作區(qū)，創(chuàng)建Dom運(yùn)算器，將Dom右側(cè)的I端口與Range的D端口相連接。再創(chuàng)建一個(gè)Panel運(yùn)算器，參數(shù)設(shè)為1，將其與Addition運(yùn)算器的B端口連接起來(lái)，如圖3-23所示。 圖3-23 創(chuàng)建兩個(gè)運(yùn)算器 再創(chuàng)建一個(gè)Slider運(yùn)算器，將其取值范圍設(shè)置為0～20，將其與Dom的B端口連接起來(lái)。該運(yùn)算器的名稱(chēng)將變更為Domain end，如圖3-24所示。 圖3-24 創(chuàng)建新的滑塊運(yùn)算器 拖動(dòng)滑塊，系列直線將產(chǎn)生坡度大小的變化，如圖3-25所示。 圖3-25 Dom運(yùn)算器控制坡度 圖3-25 Dom運(yùn)算器控制坡度(續(xù))
3.2.6 設(shè)置扭曲效果 在Sets標(biāo)簽面板，將Reverse List運(yùn)算器拖動(dòng)到工作區(qū)，創(chuàng)建Rev運(yùn)算器圖標(biāo)；該運(yùn)算器用于翻轉(zhuǎn)列表中的數(shù)據(jù)。 將Rev運(yùn)算器的L端口與Range的R端口連接，將L端口與Pt的Z端口相連接，如圖3-26所示。 圖3-26 加載Reverse運(yùn)算器 視圖中的系列線將呈現(xiàn)相互翻轉(zhuǎn)的扭曲效果，如圖3-27所示。 圖3-27 系列線的扭曲效果
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