高级城市建模技巧
在前一节中，我们介绍了城市建模的基本概念和方法。本节将深入探讨一些高级城市建模技巧，帮助您在CityEngine中实现更加复杂和精细的城市模型。这些技巧包括但不限于高级规则文件编写、动态城市生成、多尺度建模、高级纹理应用和城市模型的优化。通过这些技巧，您将能够创建出更真实、更高效的城市仿真模型。
高级规则文件编写
规则文件是CityEngine中用于定义城市建模逻辑的核心文件。通过编写高级规则文件，您可以实现更加复杂的城市建模任务，如自定义建筑风格、动态生成城市布局等。本小节将详细介绍一些高级规则文件编写技巧。
1. 使用动态变量
动态变量可以在规则文件中根据输入数据或外部条件进行动态调整，使模型更加灵活。例如，您可以根据建筑物的高度动态调整其纹理或形状。
// 定义一个动态变量 attr height = 10 // 根据高度动态调整纹理 Lot --> case height > 50: texture("high_building.jpg") case height > 20: texture("medium_building.jpg") else: texture("low_building.jpg") // 根据高度动态调整形状 extrude(height) color(1, 1, 1)2. 使用外部数据
您可以使用外部数据（如CSV文件、数据库等）来驱动城市建模，使模型更加数据驱动和真实。例如，使用CSV文件中的数据来生成不同高度的建筑物。
// 读取外部CSV文件 @import("buildings.csv") // 定义建筑生成规则 Lot --> extrude(attr_height) color(attr_color) // buildings.csv 文件内容示例 id,attr_height,attr_color 1,50,0.5 0.5 0.5 2,30,0.8 0.8 0.8 3,10,1.0 1.0 1.03. 使用条件语句
条件语句可以在规则文件中实现复杂的逻辑判断，根据不同的条件生成不同的模型。例如，根据地块的大小生成不同类型的建筑物。
// 定义地块大小条件 attr lot_area = area() Lot --> case lot_area > 1000: extrude(50) texture("large_building.jpg") case lot_area > 500: extrude(30) texture("medium_building.jpg") else: extrude(10) texture("small_building.jpg")4. 使用循环语句
循环语句可以在规则文件中实现重复生成多个模型，使城市布局更加丰富和多样。例如，生成一排相同类型的建筑物。
// 定义一个循环生成建筑物的规则 Lot --> repeat(5, 10) { extrude(20) texture("building.jpg") move(10, 0, 0) }5. 使用函数
函数可以封装复杂的逻辑，使规则文件更加模块化和可维护。例如，定义一个函数来生成不同风格的建筑物。
// 定义一个生成建筑物的函数 function generateBuilding(height, textureFile) { extrude(height) texture(textureFile) } // 使用函数生成建筑物 Lot --> generateBuilding(50, "high_building.jpg") generateBuilding(30, "medium_building.jpg") generateBuilding(10, "low_building.jpg")动态城市生成
动态城市生成是指根据一定的规则和算法，自动生成城市布局和建筑物。这种方法可以极大地提高城市建模的效率和灵活性。本小节将介绍一些动态城市生成的技巧和方法。
1. 基于网格的生成
基于网格的生成方法可以将城市空间划分为网格，每个网格中生成一个建筑物。这种方法适用于大规模城市建模。
// 定义网格大小 attr grid_size = 10 // 基于网格生成建筑物 Lot --> repeat(10, grid_size) { repeat(10, grid_size) { extrude(20) texture("building.jpg") move(grid_size, 0, 0) } move(0, grid_size, 0) }2. 基于概率的生成
基于概率的生成方法可以根据一定的概率分布生成不同类型的建筑物。这种方法适用于模拟城市不同区域的建筑风格。
// 定义概率分布 attr high_prob = 0.3 attr medium_prob = 0.5 attr low_prob = 0.2 // 基于概率生成建筑物 Lot --> case random() < high_prob: extrude(50) texture("high_building.jpg") case random() < high_prob + medium_prob: extrude(30) texture("medium_building.jpg") else: extrude(10) texture("low_building.jpg")3. 基于规则的生成
基于规则的生成方法可以通过定义一系列规则来生成城市布局和建筑物。这种方法适用于模拟特定城市规划风格。
// 定义城市规划规则 attr street_width = 10 attr block_size = 100 // 生成街道和街区 Lot --> block(block_size, block_size) street(street_width) // 生成建筑物 Block --> extrude(20) texture("building.jpg")4. 基于地形的生成
基于地形的生成方法可以根据地形数据生成符合地形特征的城市布局和建筑物。这种方法适用于模拟山区或沿海城市。
// 读取地形数据 @import("terrain.csv") // 定义地形生成规则 Lot --> terrain(attr_elevation) // 生成建筑物 Terrain --> extrude(attr_height) texture("building.jpg") // terrain.csv 文件内容示例 x,y,attr_elevation,attr_height 0,0,10,20 10,0,15,25 20,0,20,30多尺度建模
多尺度建模是指在不同尺度上生成和优化城市模型，使其在宏观和微观层面上都具有较高的真实性和细节。本小节将介绍一些多尺度建模的技巧和方法。
1. 宏观城市布局
宏观城市布局关注城市的整体结构和布局，如道路网络、区块划分等。通过定义宏观规则，您可以生成符合城市规划的城市布局。
// 定义宏观布局规则 attr city_size = 1000 attr street_width = 10 City --> repeat(10, city_size) { repeat(10, city_size) { block(city_size / 10, city_size / 10) street(street_width) move(city_size / 10, 0, 0) } move(0, city_size / 10, 0) }2. 微观建筑细节
微观建筑细节关注建筑物的细节和纹理，如窗户、门、屋顶等。通过定义微观规则，您可以生成具有丰富细节的建筑物。
// 定义微观建筑规则 attr window_width = 2 attr window_height = 1.5 attr door_width = 3 attr door_height = 2 Building --> extrude(20) texture("building.jpg") // 生成窗户 windows(window_width, window_height) // 生成门 door(door_width, door_height)3. 跨尺度建模
跨尺度建模是指在不同尺度上进行建模，并将不同尺度的模型进行整合。这种方法可以生成更加完整和真实的城市模型。
// 定义跨尺度建模规则 attr city_size = 1000 attr street_width = 10 attr block_size = 100 attr building_height = 20 City --> repeat(10, city_size) { repeat(10, city_size) { block(block_size, block_size) street(street_width) move(block_size, 0, 0) } move(0, block_size, 0) } Block --> repeat(5, block_size) { repeat(5, block_size) { building(building_height) move(block_size / 5, 0, 0) } move(0, block_size / 5, 0) } Building --> extrude(building_height) texture("building.jpg")高级纹理应用
纹理应用是城市建模中提升模型真实感的重要手段。通过高级纹理应用，您可以实现更加逼真的建筑外观和城市环境。本小节将介绍一些高级纹理应用的技巧和方法。
1. 纹理映射
纹理映射是指将纹理贴图应用到模型表面，使其具有逼真的外观。CityEngine提供了多种纹理映射方法。
// 定义纹理映射规则 Building --> extrude(20) texture("building.jpg", 0, 0, 10, 20)2. 动态纹理
动态纹理可以根据模型的不同部分或外部条件动态调整纹理。例如，根据建筑物的高度动态调整纹理。
// 定义动态纹理规则 attr height = 10 Building --> case height > 50: texture("high_building.jpg") case height > 20: texture("medium_building.jpg") else: texture("low_building.jpg") extrude(height)3. 纹理混合
纹理混合是指将多种纹理贴图混合应用到模型表面，使其具有更加丰富的外观。例如，将建筑物的墙面和窗户纹理混合应用。
// 定义纹理混合规则 attr window_width = 2 attr window_height = 1.5 attr wall_texture = "wall.jpg" attr window_texture = "window.jpg" Building --> extrude(20) texture(wall_texture, 0, 0, 10, 20) // 生成窗户 windows(window_width, window_height) texture(window_texture, 0, 0, window_width, window_height)4. 纹理投影
纹理投影是指将纹理贴图投影到模型表面，使其具有更加逼真的光影效果。例如，将阳光投影到建筑物表面。
// 定义纹理投影规则 attr light_direction = vec3(1, 1, 0) attr shadow_texture = "shadow.jpg" Building --> extrude(20) texture("building.jpg", 0, 0, 10, 20) // 生成阴影 shadow(light_direction, shadow_texture)城市模型优化
城市模型优化是指通过各种方法提升模型的性能和质量，使其在仿真中更加高效和真实。本小节将介绍一些城市模型优化的技巧和方法。
1. 模型简化
模型简化是指通过减少模型的多边形数量来提升性能。CityEngine提供了一些模型简化的工具和方法。
// 定义模型简化规则 attr simplification_factor = 0.5 Building --> extrude(20) texture("building.jpg") // 简化模型 simplify(simplification_factor)2. 模型合并
模型合并是指将多个小模型合并为一个大模型，减少模型的数量，提升性能。CityEngine提供了模型合并的功能。
// 定义模型合并规则 attr merge_distance = 10 City --> repeat(10, 1000) { repeat(10, 1000) { building(20) move(100, 0, 0) } move(0, 100, 0) } Building --> extrude(20) texture("building.jpg") // 合并模型 merge(merge_distance)3. 模型烘焙
模型烘焙是指将模型的纹理和光照等信息预处理并保存到模型中，减少仿真时的计算量。CityEngine提供了模型烘焙的功能。
// 定义模型烘焙规则 attr bake_lighting = true Building --> extrude(20) texture("building.jpg") // 烘焙光照 bake(bake_lighting)4. 模型缓存
模型缓存是指将生成的模型保存到缓存中，减少重复生成的计算量。CityEngine提供了模型缓存的功能。
// 定义模型缓存规则 attr cache_enabled = true Building --> extrude(20) texture("building.jpg") // 启用缓存 cache(cache_enabled)5. 模型 LOD（Level of Detail）
模型 LOD 是指根据视图距离动态调整模型的细节等级，减少远距离模型的计算量。CityEngine提供了模型 LOD 的功能。
// 定义模型 LOD 规则 attr lod_distance = 100 Building --> case distanceFromCamera() < lod_distance: extrude(20) texture("building.jpg") detailLevel(3) else: extrude(20) texture("building.jpg") detailLevel(1)实例应用
为了更好地理解高级城市建模技巧，我们通过一个具体的实例来展示如何在CityEngine中实现一个复杂的动态城市模型。
1. 数据准备
首先，我们需要准备一些外部数据，如地块信息、建筑物高度和纹理文件等。
# buildings.csv 文件内容示例 id,lot_area,attr_height,attr_color,texture_file 1,1000,50,0.5 0.5 0.5,high_building.jpg 2,600,30,0.8 0.8 0.8,medium_building.jpg 3,300,10,1.0 1.0 1.0,low_building.jpg2. 规则文件编写
接下来，我们编写一个规则文件来生成动态城市模型。
// 读取外部数据 @import("buildings.csv") // 定义地块生成规则 Lot --> case lot_area > 1000: highBuilding(attr_height, attr_color, texture_file) case lot_area > 500: mediumBuilding(attr_height, attr_color, texture_file) else: lowBuilding(attr_height, attr_color, texture_file) // 定义高建筑物生成函数 function highBuilding(height, color, textureFile) { extrude(height) texture(textureFile) color(color) windows(2, 1.5) door(3, 2) simplify(0.5) bake(true) cache(true) } // 定义中建筑物生成函数 function mediumBuilding(height, color, textureFile) { extrude(height) texture(textureFile) color(color) windows(2, 1.5) door(3, 2) simplify(0.7) bake(true) cache(true) } // 定义低建筑物生成函数 function lowBuilding(height, color, textureFile) { extrude(height) texture(textureFile) color(color) windows(2, 1.5) door(3, 2) simplify(0.9) bake(true) cache(true) } // 定义窗户生成规则 function windows(width, height) { repeat(10, width) { repeat(10, height) { move(width / 10, 0, 0) texture("window.jpg", 0, 0, width, height) } move(0, height / 10, 0) } } // 定义门生成规则 function door(width, height) { move(0, height / 2, 0) extrude(width, height) texture("door.jpg", 0, 0, width, height) }3. 模型生成
在CityEngine中导入规则文件和外部数据，生成城市模型。您可以通过调整参数和规则，进一步优化和调整模型。
4. 模型优化
最后，我们对生成的城市模型进行优化，以提升其性能和质量。
// 定义模型优化规则 attr city_size = 1000 attr street_width = 10 attr block_size = 100 attr lod_distance = 100 City --> repeat(10, city_size) { repeat(10, city_size) { block(block_size, block_size) street(street_width) move(block_size, 0, 0) } move(0, block_size, 0) } Block --> repeat(5, block_size) { repeat(5, block_size) { lot(lot_area) move(block_size / 5, 0, 0) } move(0, block_size / 5, 0) } Lot --> case lot_area > 1000: highBuilding(attr_height, attr_color, texture_file) case lot_area > 500: mediumBuilding(attr_height, attr_color, texture_file) else: lowBuilding(attr_height, attr_color, texture_file) Building --> case distanceFromCamera() < lod_distance: detailLevel(3) else: detailLevel(1) // 烘焙光照 bake(true) // 启用缓存 cache(true)通过以上步骤，您可以在CityEngine中实现一个复杂且高效的动态城市模型。这些高级技巧不仅提升了模型的真实感，还优化了模型的性能，使其在仿真中更加流畅和逼真。
