チュートリアル 9: 高度なシェープグラマー

チュートリアルデータ

チュートリアルデータは、[Help] メニュー → [Download Tutorials and Examples…] を選択し、[CityEngine Tutorial] からダウンロードできます。

概要

このチュートリアルでは、建物のファサードイメージを解析し、ファサードコンポーネントを CGA に変換する方法を学習します。以下の実世界の画像から建物を再作成するための CGA ルールのセットを作成する方法を学習します。

演習
・Part 1: 建物の探索
・Part 2: ファサードのレイアウトを定義
・Part 3: CGA で建物ボリュームを作成
・Part 4: フロアの追加
・Part 5: タイルの追加
・Part 6: 窓の追加
・Part 7: 材質の追加
・Part 8: 詳細の追加
・Part 9: スタイルの追加
・Part 10: キャンドラービルディング
・Part 11: パルテノン神殿

この例では、タイルと窓のレイアウトが複雑なパターンになっていることに気づきます。また、建物を作成するために、入れ子式の繰り返し分割やパラメーターの受け渡しなど、いくつかの高度な CGA メカニズムが使用されています。

CGA シェープグラマーの詳細については、Rule-based modeling tutorial、および Rule-based modeling と CGA modeling ヘルプトピックを参照してください。

Part 1: 建物の探索

まず、上記のファサードイメージの CGA バージョンでシーンを開き、以下の手順を実行します。

[Navigator] ウィンドウで Tutorial_09_Advnced_Shape_Grammar フォルダーを展開します。
[Scene] フォルダー内の Complex Patterns.cej シーンを開きます。[Would you like to regenerate these models?] と表示されたら [YES] をクリックします。

Part 2: ファサードのレイアウトを定義

新しい CGA ルールを計画するときは、ルールの作成を始める前に、大まかなレイアウトをスケッチし、いくつかのシェープ名の定義を行うと便利です。

ファサードの解析を実行

まず、ファサードを解析すると、ファサードが主に最上階 (Top Floor)、地上階 (Ground Floor)、中間階 (Upper Floor) の 3 つのフロアタイプで構成されていることがわかります。下層階は窓を含むタイルでできていますが、最上階には窓要素のみが含まれています。その他の下層階は全て同じため、特定の階の正しい外観 (タイルと窓の配置) を作成するために、インデックス (FloorIndex) パラメーターを Floor シェープとともに渡します。タイルのパターンのため、2 つの Tile シェープを含む中間 DoubleTile シェープを定義します。これは、フロアパターンをエンコードした後で役に立ちます。

サブシェープの定義

次に、タイル内の詳細なサブシェープを定義します。これは、MilkGlass (すりガラス) シェープと Window シェープという 2 つの主要な部分で構成されます。Window シェープには、上部の Blind と埋め込まれた Subwindow (小窓) シェープが含まれています。これらの要素の位置はタイルの水平方向の位置に依存します。サブシェープ構造を正しく配置できるようにするために、この位置インデックス (tileIndex) を Tile シェープのパラメーターとして保存する必要があります。

Part 3: CGA で建物ボリュームを作成

ファサードレイアウトを定義したので、CGA で建物の作成を開始できます。

属性、変数およびアセットの追加

最初のステップとして、新しいルールを作成し、ルールファイルの先頭に属性を定義していきます。これらの属性はルールセット全体で使用され、[Inspector] ウィンドウを使用して属性とパラメーターを調整することで、シーン内に変更できます。ルールの作成を開始するには、以下の手順を実行します。

[New] → [CityEngine] → [CGA Rule file] をクリックします。
[Next] をクリックします。
ルールファイルに「myComplexPatterns.cga」と名前を付けます。
[Finish] をクリックします。新しい CGA ファイルが作成され、[CGA Editor] ウィンドウが表示されます。バージョンの記述以外は空です。
ルールファイルに次のユーザー属性と、@StartRule とアノテーションがつけられた空のルールを下部に追加します。

// 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"

@StartRule
Lot --> BuildingVolume

Ctrl ＋ S キーを押して、ルールファイルを保存します。
モデルを選択し、myComplexPatterns.cga ルールを割り当てます。@Group や @Range などのアノテーションが属性に追加され、[Inspector] ウィンドウでの外観を制御していることに注目してください。

@StartRule の上に変数とアセットを追加します。

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

// assets
const cyl_v 	    = "primitives/cylinder.vert.8.notop.tex.obj"
const cyl_h 	    = "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"

建物を押し出す

これから実際の建物の作成が始まります。建物を押し出すために、以下の手順を実行します。

押し出し操作でマスモデルを作成します。最上階を主要部分から分割し、再度分割してセットバックバルコニーを作成します。

BuildingVolume -->
	extrude(buildingH)
	split(y) { ~1     : MainPart
	         | floorH : UpperPart }

UpperPart -->
	split(z) { ~1           : TopFloor 
	         | balconyDepth : Balcony }

コンポーネント分割を追加して様々なボリュームパーツに適用し、正面、側面、および上面を区別します。これにより、Facade、Wall、Roof がトリガーされます。

MainPart -->
	comp(f) { front : Facade
	        | side  : Wall
	        | top   : Roof. } 

TopFloor -->
	comp(f) { front : Floor(-1)
	        | side  : Wall
	        | top   : Roof. }

コンポーネント分割を使用して、Railing ルールを呼び出し、手すりを正面、左面、右面に配置します。

Balcony -->
	s(scope.sx-2*borderwallW, 1.1, scope.sz-borderwallW)
	center(x)
	comp(f) { front : Railing 
	        | left  : Railing 
	        | right : Railing }

バルコニーの寸法が決まりました。次に、建物に手すりを追加します。

ルールファイルを保存します。
[3D View] で建物が選択されていることを確認します。
Generate models of selected shapes (Ctrl ＋ G キー) クリックして建物を生成します。

Part 4: フロアの追加

正面ファサードをさらに細分化するには、以下の手順を実行します。

ファサードを地上階と上層階に分割します。

Facade -->
	split(y) { ~groundfloorH : Floor( split.index )
	         | { ~floorH     : Floor( split.index ) }* }

最初の分割では、繰り返し分割 {…} * を使用して、ファサードを地上階部分と上層階に再分割します。~groundfloorH のように、分割サイズの高さの前にチルダ記号 (~) を使用すると、高さを柔軟に変更でき、ファサードに穴がなくてもフロアを一致させることができます。split.index (フロアインデックスを表す) をパラメーターとして渡すことで、後で特定のフロアフィーチャをトリガーできます。

各フロアの x 方向に単純に分割して、両側に狭い壁エリアを作成します。

Floor(floorIndex) -->
	split(x) { borderwallW : Wall
	         | ~1          : FloorSub(floorIndex)
	         | borderwallW : Wall }

水平分割コマンドを使用して、フロアごとに特別な水平要素を追加するために以下の要件を使用します。

上層階には上部のレッジのみが付いています。
最上階には追加要素は持たず、TileRow シェープを直接トリガーします。
後のルールでフロアインデックスを再度使用するため、フロアインデックスを TileRow シェープのパラメーターとして再度割り当てます。

FloorSub(floorIndex) -->
	case floorIndex == 0:
		split(y) { 1      : Wall
		         | ~1     : TileRow(floorIndex)
		         | ledgeH : Wall }
	case floorIndex > 0:
		split(y) { ~1     : TileRow(floorIndex)
		         | ledgeH : Ledge }
	else:
		TileRow(floorIndex)

ルールファイルを保存し、モデルを生成します。

Part 5: タイルの追加

次に、フロアをタイル分割します。最上階は特別なパターンはなく窓要素が繰り返されているだけです。これらのタイルを後で指定するには、タイルに -1 パラメーターを設定します。

メインフロアの特別な繰り返しパターンを作成するには、中間の DoubleTile シェープを作成します。

TileRow(floorIndex) -->
	case floorIndex == -1:
		split(x) { ~windowW : Tile(-1) }*
	else: 
		split(x) { ~tileW*nSymmetries : DoubleTile(floorIndex, split.index) }*

後の手順で窓要素を正しく配置するために、パラメーターとして渡すフロアインデックスとタイルインデックス (split.index) が必要になります。

フロアインデックスとタイルインデックスの組み合わせによって、Double Tile 内の窓の配置が決まります。

分割を繰り返す 2 つのルールを追加して、MilkGlass シェープと Tile シェープの異なる配置を取得します。

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

フロアとタイルインデックスの組み合わせが Double Tile 内の窓の配置を決定します。

今後の窓テクスチャのテクスチャ座標を設定します。

Tile(tileIndex) -->
	setupProjection(0, scope.xy, scope.sx, scope.sy)
	split(x) { frameW : Frame Bracing 
	         | ~1     : split(y) { frameW : Frame 
	                             | ~1     : Window(tileIndex)
	                             | frameW : Frame 
	                             | blindH : Blind 
	                             | frameW : Frame } 
	         | frameW : Frame Bracing }

次に、Tile シェープ全体を水平方向に窓枠と中央部分に分割します。中央部分が再び垂直に分割され、枠、窓、枠、ブラインド、およびフレームのコンポーネントに分割されます。

ルールファイルを保存して、モデルを生成します。

Part 6: 窓の追加

建物に窓を追加するために、以下の手順を実行します。

Window シェープの場合、DoubleTile のタイルインデックスを使用して小窓 (Subwindows) の位置が決定されます。

Window(tileIndex) -->

右揃えの小窓を窓の左半分に配置します。

case tileIndex%nSymmetries >= 1:
		split(x) { ~1     : Subwindow("right")
		         | frameW : Frame
		         | ~1     : Glass }

左揃えの小窓を窓の右半分に配置します。

case tileIndex%nSymmetries >= 0:
		split(x) { ~1     : Glass
		         | frameW : Frame
		         | ~1     : Subwindow("left") }

最上階の窓を表す -1 タイルインデックスを使用して、小窓がない窓を作成します。

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

左と右のパラメーターを使用して、RedWindow を正しい位置に配置します。

Subwindow(align) -->
	case align == "left": 
		split(x) { ~3 : RedWindow 
		         | ~2 : Glass }
	else: 
		split(x) { ~2 : Glass
		         | ~3 : RedWindow }

RedWindow シェープの窓枠要素とガラス要素を作成するルールを追加します。

RedWindow -->
	split(x) { frameW : RedFrame 
	         | ~1     : split(y) { frameW  : RedFrame
	                             | ~1      : RedGlass
	                             | frameW  : RedFrame }
	         | frameW : RedFrame }

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

ルールファイルを保存して、モデルを生成します。

Part 7: 材質の追加

建物に色とテクスチャを適用するには、以下の手順を実行します。

ファサード要素の色、押し出し、移動を定義します。

Wall -->
	color(darkblue)
Blind -->
	color(grey)
Frame -->
	extrude(frameW)
	color(white)
RedFrame --> 
	t(0, 0, -frameW)
	extrude(frameW*4)
	color(red)

現在のジオメトリシェープにテクスチャ座標を適用し、テクスチャと色を割り当てます。

Glass --> 
	projectUV(0)
	texture(window_tex)
	color(white)
	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)
	primitiveCube
	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)

ルールファイルを保存して、モデルを生成します。

Part 8: 詳細の追加

最後に要素に詳細を追加するには、以下の手順を実行します。

フロアレッジに背面の壁要素、奥行きとなる立方体、およびカバープレートとなる 2 つ目の薄い立方体を追加して洗練させていきます。

Ledge -->
	Wall
	[ s('1, '0.9, 0.2) primitiveCube Wall ]
	t(0, -0.1, 0.2)
	s('1, scope.sy+0.1, 0.03)
	primitiveCube
	Wall

垂直バーは、フローティングにした分割幅を繰り返すことで等間隔に配置されます。

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

水平バーは、手すりの水平部分を作成するために挿入します。垂直トリミングを無効にすると、垂直コーナーのバーがカットされるのを防ぎます。

円柱アセットを挿入して垂直バーと水平バーを作成します。

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)

窓のブレースは、上下の取り付け金具と中央の水平バーで構成されています。取り付けの場合は、立方体を挿入し、VBar でシリンダーアセットをトリガーします。

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

ルールファイルを保存して、モデルを生成します。

最終的なモデルには、レッジ、窓のブレース、手すりなどの詳細要素が追加され表示されます。最終モデルが完成したので、様々な lot シェープにルールを適用するか、[Inspector] ウィンドウでユーザー属性を試してファサードデザインを変更します。

Part 9: スタイルの追加

スタイルキーワードを使用して、一部の属性を再定義する新しいスタイルを定義できます。

ルールファイルの一番下で、色属性を再定義してモデルにスタイルを追加します。

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

ルールファイルを保存します。
[Inspector] ウィンドウの [Style Manager] のドロップダウンメニューで [Red_Color_Theme] をクリックします。

Red_Color_Theme スタイルが適用されました。

最終的なルールファイルを確認するには、complexpatterns_01.cga ルールを開きます。

Part 10: キャンドラービルディング

キャンドラービルディングは、CGA がどのようにしてリアルな建物をプロシージャルに作成できるかを示す良い例です。CGA を調べるには、以下の手順を実行します。

Candler Building.cej シーンを開きます。
[Navigator] ウィンドウで Candler Building.cga ファイルをダブルクリックして、Candler Building を作成する CGA ルールを探索します。

Part 11: パルテノン神殿

最後に、パルテノン神殿を探索するために、以下の手順を実行します。

Parthenon.cej シーンを開きます。
もう一度、parthenon.cga ファイルをダブルクリックして、パルテノン神殿の裏にあるルールを確認します。

このチュートリアルでは、以下の方法を学習しました。

画像を取得して解析し、CGA コンポーネントに分割
窓、タイル、マテリアルなどの要素の追加
高度なシェープグラマーのより複雑な例の探求

チュートリアル 9: 高度なシェープ グラマー

チュートリアル データ

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