干货分享丨 数据可视化专题：地形生成及高程分析

Posted 2021-04-28 风景园林杂志

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在这里首先感谢各位小主的关注和爱戴，

兰亭君有礼了~

— 某日 —

兰亭君： 唉？你在干啥？好多高程点... (+﹏+)~

同学甲：我在给每个点输入z值呢，嘤嘤嘤...坑爹的甲方居然给我的现状cad总图里高程点都是平的..平的..平的..画圈圈画圈圈...

兰亭君：……(๑°⌓°๑)

从今天开始兰亭君准备同步开启一个新的专题——数据可视化专题。今天第一篇比较基础和简单，教教大家如何利用高程数据生成我们需要的地形模型和高程分析图。现在市面上已有很多相应的教程和文章，但大多授人以鱼而不教人原理。所以在强迫症病情影响下 (ｰ̀дｰ́)，兰亭君准备总结了一份比较全面的教程，给各位小主一解千愁。

然后麻麻就再也不用担心我们的地形分析啦~

同学甲：什么！你怎么不早点教教我！

◆  地形生成 及 高程分析  ◆

在建筑、景观设计过程中，小伙伴们拿到的第一手资料之一便是场地的现状测绘图纸，林林总总的奇葩问题总是困扰着设计师。首当其冲的问题当然就是地形资料的整理、建模以及设计前期的地形现状分析。然而拿到测绘图的小伙伴们总是会崩溃如斯：什么？！只有高程点怎么画等高线出来？...只有高程数字，居然高程点木有z值！！...只有等高线，怎么才能做出完美地形出来？！！...卒...~~(>_<)~~

今天兰亭君就来给大家总结一下比较全面的地形建模及分析方式。

思路概述：

Step 1：

先得到具有 z 值的高程点！

高程点！ 高程点！...

重要的方式说三遍！！

Step 2：

直接生成地形模型！！

* 但不够完美或圆滑，

心急的小伙伴到此出门右拐，

赶紧回家建模。

强迫症患者继续阅读！！

Step 3：

优化地形，

把 Step 2 的模型转化为结构线均匀的曲面，

或 直接生成 uv方向上均布的高程点！！

Step 4：

生成相应的等高线 或 mesh地形，

以便进行高程分析。

01

当我们刚拿到现状cad总图的时候，

一般会遇到以下三种情况：

①具有 z 值的高程点图块；

②没有 z 值的高程点及标高；

③具有 z 值的等高线。

如何整理得出比较靠谱的高程点，

我们需要分以上三种情况进行操作。

① 具有 z 值的高程点图块：

遇到这种情况是最幸福的事情，

我们只需要得到每个圆形图块的中心点即可。

将模型整理干净，

把高程点图块及标高数字放在同一图层，

并保证其他物件隐藏或图层关闭状态。

通过 SelBlockInstance 命令选取模型中所有图块。

炸开 / Explode 图块，获得圆形曲线。

通过 选取曲线 / SelCrv 命令选取模型中所有圆，

在 Grasshopper 中拾取模型空间所有被炸开的曲线。

使用 Deconstruct Arc 运算器 获得所有圆的圆心。

选中目标图层，

bake！！

见证奇迹的时刻！！

② 没有 z 值的高程点标高：

这里最麻烦的就是所有高程点没有z值，

兰亭君曾真实见过小伙伴们在cad中

把所有点的z值属性一个一个输入标高数值...

几千个点呢  TAT

花了两天时间输入大半的小伙伴表示：

内心很崩溃 (o_ _)ﾉ

这里就需要借助我们强大的grasshopper

来实现数字内容转换为坐标z值并拔高高程点，

用到的运算器来自于常见的 Human 插件。

不用编程，不用编程，不用编程...

曾经的我们装着 Human

却傻傻浪费了多少青春

不知道还能干这事 ...

拾取图块并转换点的操作同 ①。

在 Grasshopper 中将拾取并转化的数值

赋予每个对应高程点的z值，

即 将高程点沿z轴移动相应的距离。

bake！！ 

③ 具有 z 值的等高线：

一般为已有等高线，

需要建立地形曲面模型的情况。

或者是拿到一手破碎的等高线的情况... (ｰ̀дｰ́)

建模原理为：

按距离等分等高线，

得到相应的高程点。

当然，这里并不是按距离直接等分。

而是先测量每根等高线的长度 L，

再除以等分距离 a，

得到每根曲线分段数目 x = L / a，

最终等分等高线得到高程点。

至此，我们通过三种方法分别处理了

不同情况的cad原始文件。

最终得到 step1 所需的结果：

—— 具有z值的高程点 ——

02

获取 step1中的高程点后，

我们需要建立下一步的：

地形曲面(surface) or 地形网格(mesh)。

① 直接获得地形曲面（surface）：

我们可以运用嵌面 / Patch 命令。

在输入参数的时候尽量使其 uv 结构线足够密集，

才能保证生成的地形曲面更贴近先前的高程点。

但是！但是！！这么做会非常卡顿...

uv 数值设置的越大，虽然生成的面越精确，

但电脑计算的时间就越长...

如果软件崩溃兰亭君只能默默地为你祝福了。

最终通过切割 / Split 命令，

得到我们范围内需要的地形曲面。

此方法适合初学者建立简单地形模型，

但不具有太高学习价值，

建议小伙伴们继续向下阅读。

② 获得地形网格（mesh）：

无论是速度还是精度会比方法 ① 靠谱很多，

也是最常用的高程点建地形的方式。

在这里我们会需要用到

Grasshopper 的 Delaunay Mesh运算器，

操作简单便捷，直接拾取高程点。

bake！！

见证奇迹的时刻

再来一张等高线建地形最终的mesh网格。

是不是很有SU沙盒的 feel~

到这里心急的小伙伴们可以回家建模啦~

但是这一步得到的模型并不甚完美，

比如：

边缘地区会有很多褶皱和拉伸夸张的三角面。

再比如：

抖抖抖抖....

所以患有强迫症的小伙伴们，

请继续阅读 (ﾉ*･ω･)ﾉ

03

重新整理地形。

目的就是把结构线混乱的曲面或者网格

整理为uv分布完美的曲面地形。

这一步我们有三种达成目标的方式：

① 布帘点 / DrapePt；

② 布帘曲面 / Drape；

③ 重建结构线并放样。

其中①②方法类似，③较为复杂。

① 通过 布帘点 / DrapePt 命令

得到分布有序的uv点阵：

在命令栏中有两种控制点密度的方式供我们选择：

通过点之间的距离来建立点阵。

通过uv数目来建立点阵。

得到如此完美的高程点阵。

最终，运用 Grasshopper 的

Surface From Points 命令，

得到我们所需的完美地形曲面。

或者运用 Mesh From Points 命令

得到完美的地形网格。

或者...

② 通过 布帘曲面 / Drape 命令，

得到结构线均布的地形曲面：

操作同布帘点，记好伦家的图标按钮

很萌很形象有木有！！~

(,,•́.•̀,,) ~ 掀起你的盖头来 ~ (,,•́.•̀,,)

顾名思义，

它是用像布帘一样的曲面盖在物体上方，

最终形成重力影响下的布帘形态。

如果用在地形重建上是再合适不过的选择。

（在这里感谢曾经鹿神的提示）

一如布帘点般的奇迹时刻。 <(￣ˇ￣)/

最终得到的布帘曲面

可以说是完美贴合初步地形模型的。

如果布帘重力方向歪了一点点... (ｰ̀дｰ́)

③ 重建曲面结构线并放样：

建立曲面结构线需要用到

等距断面线 / Contour 命令，

不过这次不是沿着 z 值方向画等距断面线，

而是...

话说兰亭君曾经也干过

先画平面网格再投影到曲面上的萌事~

提起来都好羞涩呢 (,,•́.•̀,,)

得到初步的等距断面线后，

只需要根据实际情况重建曲线即可。

曲线的控制点数目由具体情况而定，

是否删除原曲线则看各人需求。

最后一步，

全选，放样 / Loft。

至此，三种重建地形曲面的方法全已完毕。

麻麻再也不用担心我的地形建模与修整啦~

04

等高线的建立：

也可以通过 Grasshopper 的 Contour（ex）（Contour）命令来实现。

不过兰亭君在这里建议小伙伴们

尽量不使用 Grasshopper 的布尔运算功能。

那是会相当卡顿滴~

最终，就可以得到我们真正所求的地形等高线啦

兰亭小纪：

01  整理现状资料：

① 具有 z 值的高程点图块；

② 没有 z 值的高程点及标高值；

③ 具有 z 值的等高线。

▌ 通过一系列简单操作得到具有 z 值的高程点。

02  初步地形生成：

① 嵌面 / Patch；

② Grasshopper : Delaunay Mesh。

▌通过 01 步骤得到的高程点，

① 可以得到比较完美圆滑的曲面；

② 可以得到较为准确的mesh三角面。

* 如果建模精度要求不高，到此结束。

03  模型整理重建：

① 布帘点 / DrapePt；

② 布帘曲面 / Drape；

③ 重建结构线并放样。

▌对 02 步骤的模型进行手工优化，

得到结构线均布的完美曲面及对应 uv 点。

* 强迫症患者的救星！！

　　

04  高程分析：

（1）生成等高线并着色；

（2）生成mesh地形并着色。

▌最终目标为 可根据高程进行着色的等高线或mesh地形。

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看到这里，是不是觉得简直是神操作！

那么，怎么才能系统的学习，通往大神之路？

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