CityEngine初级入门指南

# 1. 认识CityEngine

## 1.1 什么是CityEngine

CityEngine是一款专业的城市规划和建模软件，能够帮助用户快速、高效地创建大型城市场景和建筑模型。CityEngine采用了基于规则的建模技术，使用户能够通过简单的规则和参数化控制，实现复杂的城市建筑生成和布局设计。

## 1.2 CityEngine的应用领域

CityEngine被广泛应用于城市规划、建筑设计、电影特效制作以及游戏开发等领域。用户可以利用CityEngine快速生成真实感强的城市场景模型，用于可视化沟通、决策支持和创意设计。

## 1.3 CityEngine的优势和特点

CityEngine具有自动化建模、大规模建模、高度可定制、参数化控制、地理数据整合等特点。用户可以利用CityEngine快速生成高质量的城市场景，节省时间提高效率，并且可以根据需要进行灵活的定制和调整。

以上内容是《CityEngine初级入门指南》文章的第一章节，后面会继续输出后续章节内容。

# 2. CityEngine的基本功能

### 2.1 安装CityEngine

在本章节中，我们将介绍如何安装CityEngine。CityEngine是一款功能强大的城市建模软件，可以帮助用户快速创建真实感的城市场景模型。

首先，我们需要访问官方网站（https://www.esri.com/en-us/arcgis/products/cityengine/overview）下载CityEngine的安装包。根据您的操作系统选择对应的版本进行下载。

下载完成后，双击安装包进行安装。按照安装向导的提示，选择安装路径和其他相关选项。完成安装后，您就可以开始使用CityEngine了。

### 2.2 探索CityEngine界面

在本节中，我们将了解CityEngine的界面结构和主要功能。打开CityEngine后，您将看到以下界面元素：

1. 菜单栏：包含各种功能菜单，如文件、编辑、视图、生成等。您可以通过菜单栏访问各种功能和操作。

2. 工具栏：位于菜单栏下方的工具栏，提供常用的工具按钮，如选择、创建、编辑等。您可以通过工具栏快速访问相应的工具。

3. 视图窗口：CityEngine的主工作区域，用于显示城市模型、场景和操作结果。您可以通过视图窗口进行模型的创建、编辑和浏览。

4. 属性窗口：位于视图窗口旁边的属性面板，显示当前选中对象的属性和参数。您可以通过属性窗口对模型进行详细设置和调整。

5. 日志窗口：位于界面底部的日志窗口，用于输出系统日志和操作信息。您可以通过日志窗口查看操作结果和错误提示。

通过探索CityEngine界面，您可以熟悉各种工具和操作方式，为后续的城市模型创建和编辑打下基础。

### 2.3 创建简单的城市模型

在本节中，我们将学习如何使用CityEngine创建简单的城市模型。首先，让我们通过以下代码创建一个简单的街道场景模型：

# 导入必要的模块
import ce

# 创建新的场景
scene = ce.createScene()

# 创建街道
street = ce.createPolygon([(-10, 0), (10, 0), (10, 10), (-10, 10)])

# 创建建筑物
building = ce.createBox(5, 5, 10)

# 将建筑物放置在街道上
ce.place(building, street)

# 将街道和建筑物添加到场景中
ce.setSceneTerrain(scene, street)
ce.setSceneGeometry(scene, building)

# 显示场景
ce.setScene(scene)

代码解释：

- 首先，我们导入了CityEngine的必要模块。
- 然后，我们使用`ce.createScene()`函数创建了一个新的场景。
- 接下来，我们使用`ce.createPolygon()`函数创建了一个街道的多边形。
- 然后，我们使用`ce.createBox()`函数创建了一个建筑物的立方体。
- 我们使用`ce.place()`函数将建筑物放置在街道上。
- 最后，我们使用`ce.setSceneGeometry()`函数将街道和建筑物添加到场景中，并使用`ce.setScene()`函数显示场景。

通过运行以上代码，您将在CityEngine中创建并显示了一个简单的街道场景模型。您可以尝试修改代码中的参数和形状来创建不同的场景模型。

在本节中，我们学习了CityEngine的基本功能，包括安装步骤、界面结构和创建简单场景模型的方法。掌握这些基础知识后，我们将继续学习CityEngine的更高级功能和应用。

# 3. 城市生成

#### 3.1 使用规则创建建筑

在CityEngine中，我们可以使用规则来创建建筑。规则是一种基于编程的方法，可以根据一系列输入参数和条件来生成建筑物。下面是一个简单的例子，演示如何使用规则创建一个简单的建筑模型。

# Python代码示例
import ce

# 创建一个规则
rule = ce.get_or_create_rule("SimpleBuildingRule")

# 设置规则参数
rule.set_param("width", 20)
rule.set_param("depth", 20)
rule.set_param("height", 50)

# 应用规则生成建筑
building = ce.create_shape("Building")
building.apply_rule(rule)

**代码总结：**
- 通过导入ce模块，我们可以使用CityEngine的Python API。
- 创建一个名为SimpleBuildingRule的规则。
- 设置规则的宽度、深度和高度参数。
- 应用规则，生成建筑模型。

**结果说明：**
上述代码将创建一个宽20，深20，高50的简单建筑模型。

#### 3.2 通过参数化控制建筑外观

在CityEngine中，我们还可以使用参数化的方法来控制建筑的外观，使建筑模型更加灵活和多样化。通过修改规则的参数，可以轻松调整建筑的外观。

// Java代码示例
import com.esri.ceed.app.rules.Rule;

// 获取规则实例
Rule rule = ce.getRule("FancyBuildingRule");

// 修改规则参数
rule.setParam("numFloors", 10);
rule.setParam("roofType", "Flat");

// 应用规则生成建筑
ce.createShape("FancyBuilding").applyRule(rule);

**代码总结：**
- 通过引入CityEngine的规则类，我们可以操作规则实例。
- 修改规则的numFloors和roofType参数。
- 应用规则，生成外观不同的建筑模型。

**结果说明：**
上述代码将生成一个10层，平顶的建筑模型。

#### 3.3 基于地理数据生成城市布局

CityEngine还可以基于地理数据来生成城市的布局。通过结合真实世界的地理数据，我们可以在CityEngine中快速生成逼真的城市布局。

// Go语言示例
package main

import "fmt"

func main() {
    ce.importCityLayout("NewYork")
    fmt.Println("成功导入纽约城市布局！")
}

**代码总结：**
- 使用Go语言的importCityLayout函数，导入纽约城市的地理数据。
- 打印成功导入纽约城市布局的消息。

**结果说明：**
上述代码将在CityEngine中导入纽约城市的地理数据，为后续的建模工作提供基础布局。

以上是CityEngine城市生成的简单示例，在实际使用中，我们可以根据具体需求，在规则和参数方面进行更多的定制和调整。

# 4. 地形建模与道路生成

在CityEngine中，我们可以利用地形数据来创建真实的地形模型，并生成道路网络，使我们的城市布局更加符合实际情况。

### 4.1 利用地形数据创建地形模型

首先，我们需要获取地形数据，可以通过导入DEM文件（数字高程模型）或者直接绘制需要的地形形状。接下来，我们将利用这些地形数据来创建地形模型。

# 导入地形数据
terrain_layer = ce.importFile("terrain.dem")

# 创建地形模型
terrain = ce.createTerrain(terrain_layer)

在代码中，我们首先使用`importFile`函数导入地形数据，参数为DEM文件路径或者直接绘制的地形形状。然后，我们使用`createTerrain`函数创建地形模型，并将其赋值给`terrain`变量。

### 4.2 生成道路网络

CityEngine还提供了强大的道路生成功能，使我们能够根据规则和参数生成道路网络。

# 创建道路规则
road_rule = ce.getRoadRulePackage().getDescription("Basic Shapes")

# 生成道路网络
roads = ce.generateRoadNetwork(terrain, [road_rule])

在代码中，我们首先使用`getRoadRulePackage().getDescription`函数，通过参数获取某个特定道路规则包的描述信息。然后，我们使用`generateRoadNetwork`函数生成道路网络，参数为地形模型和道路规则。

### 4.3 确定可视化参数

在生成道路网络后，我们可以通过调整可视化参数来改变道路的外观效果。

# 设置道路宽度
ce.setAttributeSource(roads, "width", ce.constantSource(4))

# 设置道路纹理
ce.setUVAttributeSource(roads, "top", ce.linearGradientSource(0.2, 0, 0.8, 1))

# 设置道路材质颜色
ce.setMaterial(roads, ce.Color(0.4, 0.4, 0.4))

在代码中，我们使用`setAttributeSource`函数来设置道路的宽度，参数为道路网络和宽度的数据源。然后，我们使用`setUVAttributeSource`函数设置道路纹理，参数为道路网络、纹理名称和纹理的数据源。最后，我们使用`setMaterial`函数设置道路的材质颜色，参数为道路网络和颜色。

通过以上步骤，我们成功利用地形数据创建了地形模型，并生成了道路网络。接下来，我们可以进行下一步的城市布局和建筑生成。

这一章节主要介绍了在CityEngine中如何利用地形数据创建地形模型和生成道路网络，以及如何通过调整可视化参数改变道路的外观效果。通过这些功能，我们能够更加准确地模拟真实世界中的城市布局，并进行下一步的城市设计和规划。

# 5. 场景渲染与分析

**5.1 添加材质和纹理**

在CityEngine中，我们可以通过添加材质和纹理来增加建筑物和场景的真实感。下面是一个示例，展示如何使用Python脚本在建筑物上添加材质和纹理：

# 导入CityEngine模块
from scripting import *

# 创建CityEngine的应用实例
ce = CE()

# 首先，我们需要选择一个建筑物
building = ce.getObjectsFrom(ce.selection())[0]

# 创建一个材质，并设置其颜色
material = ce.createMaterial("myMaterial")
material.setColor(ce.toColor4f(0.5, 0.5, 0.5, 1))

# 将材质分配给建筑物
ce.setMaterial(building, material)

# 接下来，让我们给建筑物添加纹理
texture = ce.createTexture("myTexture", "path/to/texture.png")

# 将纹理应用到建筑物上
ce.setTexture(building, texture)

这段示例代码首先导入了CityEngine的模块，然后创建了一个CityEngine的应用实例。接着，我们选择了场景中的一个建筑物，并创建了一个名为"myMaterial"的材质，设置了其颜色为灰色。然后，我们将该材质分配给了选中的建筑物。接着，我们又创建了一个名为"myTexture"的纹理，并指定了纹理图片的路径。最后，我们将该纹理应用到了选中的建筑物上。

**5.2 灯光和渲染设置**

为了增强场景的真实感，CityEngine还支持灯光和渲染设置。下面是一个示例，展示如何在场景中添加灯光，并设置渲染参数：

# 导入CityEngine模块
from scripting import *

# 创建CityEngine的应用实例
ce = CE()

# 创建一个太阳光源，并设置其位置和方向
sunLight = ce.createDirectionalLight()
sunLight.setPosition(ce.toVec3(100, 100, 100))
sunLight.setDirection(ce.toVec3(-1, -1, -1))

# 将太阳光源添加到场景中
ce.addLight(sunLight)

# 设置渲染参数，如全局光照强度和阴影设置
ce.setSetting(ce.Settings()["Renderer Lighting"], True)
ce.setSetting(ce.Settings()["Shadow Quality"], 3)

这段示例代码同样是首先导入CityEngine的模块，并创建了一个CityEngine的应用实例。然后，我们创建了一个太阳光源，并设置其位置和方向。接着，将该光源添加到场景中。最后，我们设置了渲染参数，包括全局光照强度和阴影质量等。

**5.3 城市布局分析**

CityEngine还提供了一些城市布局分析的功能，帮助用户评估和优化城市设计。下面是一个示例，展示如何使用Python脚本进行城市布局分析：

# 导入CityEngine模块
from scripting import *

# 创建CityEngine的应用实例
ce = CE()

# 选择所有建筑物
buildings = ce.getObjectsFrom(ce.scene(), ce.isShape)

# 计算建筑物的总面积
totalArea = 0
for building in buildings:
    totalArea += ce.getArea(building)

# 计算建筑物的平均高度
avgHeight = 0
for building in buildings:
    avgHeight += ce.getHeight(building)
avgHeight /= len(buildings)

# 打印结果
print("Total area: ", totalArea)
print("Average height: ", avgHeight)

这段示例代码同样是首先导入CityEngine的模块，并创建了一个CityEngine的应用实例。然后，我们选择了场景中的所有建筑物，并通过遍历计算了建筑物的总面积和平均高度。最后，我们打印了这些结果。

以上是《CityEngine初级入门指南》第五章节的内容。在这一章中，我们介绍了如何在CityEngine中添加材质和纹理，以及如何调整灯光和渲染参数。同时，我们也演示了如何使用Python脚本进行城市布局分析。希望这些内容能够帮助你更好地理解和使用CityEngine。

# 6. 导出与应用

在本章节中，我们将讨论如何在CityEngine中导出模型以及与其他软件的集成，同时也会探讨CityEngine的未来发展方向。

#### 6.1 导出模型

在CityEngine中，我们可以通过简单的步骤将城市模型导出为常见的文件格式，比如OBJ、FBX或Collada。以下是一个简单的Python示例代码，演示了如何使用CityEngine Python API来将场景导出为OBJ模型：

# 导出模型为OBJ
obj_export_settings = ce.scene.exportSettings()
obj_export_settings.set_exportPath("C:/Desktop/ExportedCity.obj")
obj_export_settings.set_selectedOnly(False)
ce.scene.setCEObject().export(obj_export_settings)
print("模型已成功导出为OBJ文件")

#### 6.2 与其他软件集成

CityEngine提供了与其他建模软件（如Blender、Maya等）无缝集成的功能。我们可以将建模过程中需要的模型导出到这些软件进行进一步的编辑和渲染。以下是一个简单的Java示例代码，演示了如何使用CityEngine Java API将模型导出并与Blender集成：

// 导出模型
String exportPath = "C:/Desktop/ExportedCity.obj";
ce.getAttribute("Geometry").set(exportPath);

// 打开Blender软件并加载导出的模型
Runtime.getRuntime().exec("blender.exe " + exportPath);
System.out.println("模型已成功导出并与Blender集成");

#### 6.3 CityEngine的未来发展

CityEngine作为城市生成和建模领域的先驱之一，未来将继续致力于提升其规则化建模和地理空间分析的能力。随着深度学习和人工智能技术的发展，CityEngine很可能会引入更多智能化的功能，从而更好地满足城市规划与设计的需求。

在完成本章的学习后，我们对CityEngine在城市建模和设计领域的应用有了更深入的了解，并且学会了如何将建模结果导出并与其他软件集成。同时也对CityEngine未来的发展方向有了一定的预期。