Grasshopper参数化非线性设计 pdf下载

Grasshopper参数化非线性设计是参数化设计方向的入门软件，这项技术也会成为建筑师必备的技能。《Grasshopper参数化非线性设计》一书的作者曾经是水晶石参数化研究中心的讲师，在参数化设计领域处于领先地位，有丰富的经验，这为本书的内容创作奠定了良好的基础。书中的内容编排一改传统的教材模式，直接以案例的形式带领读者学习。这种教授方法会让读者在学习中免除枯燥，在不知不觉中掌握设计的方法。此外，《Grasshopper参数化非线性设计》并不是一本单纯教授设计软件操作技术的书，让读者真正领会设计的思路是本书具特色的地方。相信《Grasshopper参数化非线性设计》一定会获得读者的认可。这本书既适合初学者阅读，同时对有一定基础的读者来说也可以作为进阶教材使用。

《Grasshopper参数化非线性设计》一书主要内容是对参数化设计中的非线性设计所用到的插件Grasshopper应用指导。全书共七章，前两章主要是对Grasshopper的基本设置、理论基础及数据结构进行讲解，然后通过三个章节对Vector、 Surface、Mesh的操作原理进行讲述，并以案例演示来加深对GH的应用理解。后两章属于Grasshopper的进阶应用，包含常用插件介绍，以及算法建模专题，同时还会对Grasshopper在结构优化方面进行介绍。

白云生：毕业于西北大学城市规划专业。曾任职于西安市建筑设计研究院，负责参数化辅助设计。犀牛参数化云平台创办者之一，现任西安建筑科技大学和吉林大学珠海学院的客座讲师，著有书籍《参数化建筑设计》。高云河：从事CG（计算机图形图像）行业长达15年之久，在水晶石数字科技有限公司及水晶石数字教育学院供职超过8年，曾任水晶石教育的LCD参数化研究中心（Laboratory for computational Design）技术班讲师。犀牛参数化云平台创办者之一，2015年成为北京易视互动传媒科技有限公司的合伙人，著有书籍《参数化建筑设计》。

Grasshopper作为一款可视化的编程辅助设计软件，极大的解放了设计者的思维，这种通过逻辑设计来构建模型的方法，与传统建模思路有着极大差异。这就让设计者关注的更多是方案本身逻辑，而不是工具上的使用技巧。近几年Grasshopper辅助建筑设计的案例越来越多，《Grasshopper参数化非线性设计》的内容正是对Grasshopper在建筑设计领域的应用进行深入的讲解，并通过建筑的实例来介绍Grasshopper的常用做法以及一些使用技巧。

第一章　Grasshopper基本设置与理论基础
1.软件的下载与安装2
2. GH界面介绍（ UI ）3
3. GH个性化设置4
　3.1 自定义物体颜色与背景颜色5
　3.2 自定义模板文件6
　3.3 GH界面调用Rhino视窗8
4. GH实用工具9
　4.1 创建GH启动按钮9
　4.2 帮助文件11
　4.3 定位运算器11
　4.4 封装运算器12
　4.5 GH远程控制面板 14
5. 公差的含义与单位设置14
6. Point（点）基本概念15
7. Vector（向量）基本概念16
8. Plane（平面）基本概念17
9. Domain（区间）基本概念19
10. Curve（曲线）基本概念22
11. Surface（曲面）基本概念25
12. Brep（多重曲面）基本概念28
13. Mesh（网格）基本概念30
14. Color（颜色）基本概念35

第二章　数据结构
1.数据类型40
2. List Item、List Length运算器41
　2.1 List Item、List Length运算器介绍41
　2.2 扭转高层案例41
3. Shift List、Partition List运算器44
　3.1 Shift List运算器介绍44
　3.2 Shift List运算器案例44
　3.3 Partition List运算器介绍46
　3.4 扭转连廊案例46
4. Sort List、Sub List运算器48
　4.1 Sort List运算器介绍48
　4.2 Sub List运算器介绍49
5. Dispatch、Weave运算器49
　5.1 Dispatch运算器介绍49
　5.2 Dispatch运算器案例49
　5.3 Weave运算器介绍52
　5.4 Dispatch与Weave运算器综合应用案例54
6. Shortest List、Longest List、Cross Reference运算器56
　6.1 三种运算器匹配数据的方式56
　6.2 数据匹配综合案例57
7. Flatten Tree、Graft Tree、Simplify Tree运算器 57
　7.1 树形数据介绍57
　7.2 Flatten Tree运算器介绍58
　7.3 Graft Tree运算器介绍58
　7.4 Simplify Tree运算器介绍59
8. Flip Matrix运算器60
　8.1 Flip Matrix运算器介绍60
　8.2 Flip Matrix运算器应用实例60
9. Unflatten Tree运算器65
　9.1 Unflatten Tree运算器介绍65
　9.2 Unflatten Tree运算器应用案例65
10. Entwine、Explode Tree运算器66
　10.1 Entwine运算器介绍66
　10.2 Explode Tree运算器介绍66
11. 数据结构综合应用案例67
　11.1 数字景观装置设计67
　11.2 参数化随机立面70
12. 数据可视化74
　12.1 Ladybug & Honeybee插件介绍74
　12.2 干球温度与露点温度分析75
　12.3 光照辐射与作用温度分析76
　12.4 日照时间和辐射强度分析77

第三章　Vector专题
1. Vector应用实例80
　1.1 随机向量构建高层实例80
　1.2 向量控制表皮实例82
　1.3 向量控制曲面变形84
2. Attractor干扰应用实例86
　2.1 Point Attractor案例一86
　2.2 Point Attractor案例二87
　2.3 Curve Attractor案例一89
　2.4 Curve Attractor案例二91
　2.5 Curve Attractor案例三94
　2.6 Curve Attractor案例四97
3. Field应用实例99
　3.1 Field构建二维磁场线99
　3.2 Field构建三维磁场线100
4. FlowL磁场线插件介绍101
　4.1 Equi2D运算器应用介绍101
　4.2 StreamLines2D运算器应用介绍102
　4.3 StreamLines2DVortex运算器应用介绍103
　4.4 StreamLines3D运算器应用介绍104
5. 最短路径105
　5.1 Shortest Walk插件介绍105
　5.2 Shortest Walk创建直线段最短路径105
　5.3 Shortest Walk创建曲线最短路径106
　5.4最短路径创建形体107
6. 雨水径流110
　6.1 Nudibranch插件模拟雨水径流110
　6.2 Mosquito插件模拟雨水径流111
7. Physarealm插件模拟生长路径112
　7.1 Physarealm插件介绍112
　7.2模拟生长路径案例一113
　7.3模拟生长路径案例二115
8. Quelea插件模拟集群运动行为118
　8.1 Quelea插件介绍118
　8.2 Quelea插件模拟鱼群运动119
　8.3 Quelea插件创建仿生结构122

第四章　Mesh应用实例
1. 网格细分128
　1.1网格细分生成渐变表皮128
　1.2水立方膜结构132
　1.3不规则泰森多边形结构体135
　1.4泰森多边形构建空间网格136
2. 网格桥接138
　2.1网格细分桥接138
　2.2 网格混接相连140
3. 网格结构体143
　3.1 网格构建多重曲面结构杆件143
　3.2 网格“蚀筑”145
　3.3 网格噪波149
　3.4参数化辅助激光切割152
　3.5 MetaBall算法应用156
　3.6 网格图片映射159
4. Exoskeleton插件应用161
　4.1 Exoskeleton插件简介161
　4.2 Exoskeleton插件应用案例一162
　4.3 Exoskeleton插件应用案例二165
5. Millipede插件应用167
　5.1 Millipede插件简介167
　5.2 点场构建Iso Surface168
　5.3 线磁场构建Iso Surface170
　5.4 极小曲面173
　5.5 3D打印参数化模型179
　5.6 拓扑优化180
6. Kangaroo插件应用182
　6.1 Kangaroo插件简介182
　6.2 Kangaroo插件创建膜结构183
　6.3 Kangaroo插件创建像素网格结构体185
　6.4 Kangaroo插件优化网格平板188
　6.5 Kangaroo插件其他应用191

第五章　Surface应用实例
1. 数学曲面194
　1.1数学曲面案例一194
　1.2数学曲面案例二195
2. 扭转结构表皮196
3. 莫比乌斯曲面199
　3.1 莫比乌斯曲面应用实例199
　3.2 丝带教堂案例201
4. 曲面映射204
5.逻辑构成建筑立面211
　5.1 相交法构成建筑立面211
　5.2 图块定义建筑立面214
6.参数化体育场220
7.数字城市229
　7.1 参数化城市背景229
　7.2 ELK插件创建城市地图231
8.幕墙参数化应用实例234
　8.1 幕墙嵌板的排序与编号234
　8.2 遗传算法——双曲面优化为单曲圆柱面242

4.1 创建 GH 启动按钮
正常情况下，打开 GH 界面需要在指令栏里输入“grasshopper”，它作为一个常用命令，可以通过在 Rhino 标签栏里创建按钮来实现一键启动。制作方法如图 1-16 所示，在上方工具栏空白处单击右键，选择【新增按钮】，即可打开一个设置面板。
如图 1-17 所示，在【鼠标左键】和【鼠标右键】的【指令】栏里输入“grasshopper”，文字和工具提示可自行设定。然后打开图标编辑按钮，选择【文件 → 导入图示（填满）】，使用者可以根据自己喜好来设定图标的样式，笔者所用的此处图片截取于 GH 开启画面。全部设定完毕后即可在工具栏中找到 GH 启动按钮，下次加载 GH 时可直接单击该按钮。GH 的加载还可设定为 Rhino 的默认启动命令，设置方法如图 1-18 所示，在【工具 →选项 → 一般】中在【每当 Rhino 启动时执行下列指令】中输入“grasshopper”，下次启动Rhino 界面时即可自动加载 GH。
4.2 帮助文件
在使用 Rhino 和 GH 的时候大家往往忽略了它们自带的帮助文件，其实帮助文件才是需要认真研究的。如图 1-19 所示，右键单击【运算器】选择【Help】，即可打开 GH 的帮助文件，帮助文件会详细介绍每个输入端和输出端的数据类型及含义。
4.3 定位运算器
使用者在拿到其他人做的 GH 文件时，往往会出现一些陌生的运算器，如图 1-20 所示，这时可以鼠标左键单击【运算器】，同时按住 Ctrl 和 Alt 键，这样就可以显示出该运算器所在的位置。
4.4 封装运算器
使用者在学习和工作过程中，往往会遇到一些相同逻辑的构建过程，将组成这些逻辑的运算器进行封装，即可创建一个 Cluster。封装后的运算器可以保存放置在 GH 的标签栏中，作为独立的功能模块，方便随时调用。制作 Cluster 的大好处就是可以提高工作效率，将相同逻辑的运算器进行封装，避免了重复制作的过程。
网架是较为常用的结构形式，在 GH 中创建一个曲面网架结构后，通过 Cluster 将该部分逻辑运算器进行封装，下次使用时可直接调用该封装程序。以下是该网架 Cluster 的具体做法。
（1）如图 1-21 所示，用 Surface 运算器拾取 Rhino 空间中的曲面，由于在创建 Cluster
过程中，该曲面数据需要由 Cluster Input 进行替换，因此可将 Surface 运算器命名“Input”。
（2）通过 Divide Domain2 运算器将曲面等分为二维区间，其中 U 和 V 两个输入端的数据可分别设定为 15 和 10。由于在创建 Cluster 过程中，该数值需要由Cluster Input 进行替换，因此可将两个 Number Sliser 运算器同时命名为“Input”。
（3）通过 Isotrim 运算器依据二维区间将曲面进行分割。
（4）通过 Area 运算器提取分割后全部子曲面的中心点。
（5）通过 Surface Closest Point 和 Evaluate Surface 两个运算器找出中心点对应曲面的法线方向。
（6）由 Number Sliser 运算器创建一个数值 5，并通过 Amplitude 运算器将其作为中心点对应法线向量的数值。由于在创建 Cluster 过程中，该数值需要由 Cluster Input 进行替换，因此可将该Number Sliser 运算器命名为“Input”。
（7）将子曲面中心点通过 Move 运算器沿着向量进行移动，并由 Graft Tree 运算器将其创建成树形数据。
（8）通过 Deconstruct Brep 运算器提取每个子曲面的 4 个顶点。
（9）将移动后的中点与对应子曲面的 4 个顶点通过 Line 运算器进行连线，由于在创建Cluster 过程中，该直线数据需要赋予 Cluster Output，因此可将 Line 运算器命名为“Output”。
（10）通过 Partition List 运算器将移动后的中点进行分组，每组点的个数与等分二维区间中的 V 向数值保持一致。
（11）通过 PolyLine 运算器将分组后的点连成多段线，由于在创建 Cluster 过程中，该多段线数据需要赋予 Cluster Output，因此可将该 PolyLine 运算器命名为“Output”。
（12）通过 Flip Matrix 运算器将步骤（10）中的分组数据进行矩阵翻转，点的分组规则
即由横向变为纵向。
（13）通过 PolyLine 运算器将翻转后的点连成多段线，由于在创建 Cluster 过程中，该多段线数据需要赋予 Cluster Output，因此可将该 PolyLine 运算器命名为“Output”。
（14） 程序构建完毕后，可继续创建Cluster封装程序。如图1-22所示，调入4个Cluster Input 运算器，并将程序中名称为“Input”的 4 个运算器全部进行替换。
（15）调入 3 个 Cluster Output 运算器，将程序中 3 个名称为“Output”的运算器输出数据分别赋予 3 个 Cluster Output 运算器。
（16）数据替换完毕后，选择全部运算器，然后按空格键，选择 Cluster 即可创建封装运算器。
（17）如图 1-23 所示，选中封装好的 Cluster 运算器，然后选择【File → Creat User Object 】，在弹出的设置面板中可对 Cluster 的名称、描述、所属标签栏、图标进行更改。
（18）当选项设置完毕后，单击【OK】即可在 GH 的标签栏中找到名称为 “网架结构”的运算器。
（19）如果读者想删除自定义的 Cluster 运算器，可选择【File → Special Folder →User Object Folder】，在打开的文件夹中将对应名称的文件删除。
4.5 GH 远程控制面板
通常一个程序在构建完成后，需要通过改变参数来观察 Rhino 视窗中模型的变化，将 GH中的所有变量添加到远程控制面板中，即可直接在 Rhino 中调整变量，进而直接看到模型变化的反馈结果。
具体做法如图 1-24 所示，先选择【View → Remote Control Panel】，在 Rhino 视窗中打开 GH 的远程控制面板，可将其放到右侧的标签栏里；然后在 GH 中右键单击需要调整参
数的Number Slider运算器，选择【Publish To Remote Panel】将该变量添加到远程控制面板中。

参数化设计（Parametric Design）是一种基于算法思维模式的处理方法。可以将各方面条件因子有效地组织起来。通过定义规则、组合排列及编码等方式来实现可视化的设计意图。
以（Rhino+Grasshopper）技术为主的建筑方向的参数化设计，自2010 年开始，在中国各个城市院校及设计事务所越来越受到重视。基于这种算法技术，建筑师获得了用以分析及模拟复杂的自然研究、结构化建造、城市规划组合等诸多主题的设计工具。将创意想象交给自己，迭代计算交给软件和计算机。但是在刚开始的几年，参数化设计仅仅是提供给具有编写程序代码能力的设计师，并依靠抽象化的RhinoScript（类似 VB Script）来编写参数化模型，对于希望从事这方面研究的设计师，不得不先投入精力学习枯燥的编程语言，这对设计师来讲，是一种非常沉重的学习负担。所幸，随着可视化编程插件 Grasshopper 的出现，设计师可以快速上手学习该插件，并掌握设计的关键技术。由于该插件是基于 Rhino 本身开发，其内部的 API 和功能模块也都天衣无缝地与Rhino 集成在一起，更加高效！
本书中涵盖了大量的参数化算法实现模型、技术研究成果、利用插件实现延展设计的经验。针对众多的 Grasshopper 工具，以分类案例的讲解方式，详细探讨了数据结构，表皮、向量、多边形网格、物理动力学，结构研究等不同方向的设计案例。析精剖微之下，读者可有效总结出一整套适合个人设计工作的快速工具包。本书内容不仅仅针对的是建筑设计专业的学生，对景观设计、城市规划、结构设计、幕墙设计等不同专业都有精彩的案例讲解。