原创作品 |「拆」制作过程

今天要隆重介绍一款3D城市建筑制作利器——City Engine，City Engine在行业内应用不如其他CG软件那么广泛，比较小众，它并不是一款游戏引擎，只是名字带着引擎二字而已。小众的主要原因是它的使用原理相对复杂: 利用自身的CGA语法来编写生成城市的脚本，这对于习惯拖拽点线面来建模的CG艺术家来说很不友好,但它的强大之处只有真正使用过才能体会。

 在2016年的Sigraph大会上就有人介绍用City Engine制作《独立日2》的中远景城市，很多人担心用城市引擎的代码做出来的城市太规整，过于CG，但测试完看了最后的效果后，完全可以胜任电影项目里中远景甚至近景的细节制作。

▼《独立日２》City Engine制作建筑物过程

▼《独立日２》City Engine制作的建筑光线测试

借着研发新技术的空档，本人加强了一下City Engine的学习和研究，以下是小有所学后的成果。整幅作品在编写City Engine代码上使用了两个星期，其他元部件小细节只占用了1天时间，飞行器是用以前制作过的资产上的零件拆卸拼装而成的，最终在Clarisse里渲染出图。不带体积雾3k的图只渲染了15
分钟，体积雾单独渲染使用了３个小时。 

▼作品「拆」里的建筑物都是在City Engine里生成的:

 

▼建筑物细节

  

▼场景线框图

▼灯光层

▼大气效果

▼颜色层

 

 ▼高光反射层

City Engine的优势在于编写好一套风格的代码之后，就可以随机秒出成千上万不同的建筑模型了。而这套代码规则就是一个环境资产，不同于以往的3D资产，做好后就不能再修改，它是动态建模的，可以随时调整布局和建筑的样式，只需要重新生成一下就可以了，非常有利于后期修改。

▼City Engine 流程图

 

一个City Engine的工程文件包括场景文件、CGA规则文件和外部导入的模型贴图资产三部分。

场景文件中包括外部导入的地形地图(Map)，地形可以使用黑白色的高度图来生成；网络布线(Networks)，用来规划城市布局的线框；形状（Shapes），由Networks生成的用来生成建筑的面，可以理解为建筑的根基。Networks和Shapes都可以自动生成或利用编辑工具手动绘制和调整。

▼City Engine 自动生成城市布局

▼可利用编辑工具调整街道的形态

City Engine最核心的部分是编写CGA规则，每一个Shape形状都可以赋予CGA规则，在CGA规则里可以编写一些基本的命令，也可以调用外部的资产文件，最终从Shape里长出建筑的模型。

▼City Engine CGA语法创建基本模型

CGA并不难理解，只是把我们在其他三维软件里的按钮变成了一行命令而已，通过这些命令的有机组合，可以制作出风格迥异的城市模型。

▼City Engine CGA语法对模型编辑

▼City Engine CGA对UV和贴图的处理

可以通过简单的CGA语法来改变模型的LOD(Level of Details)。这在制作大场景时非常有用，可以很快速地制作出一版简模用于制作Layout和Previz.

例如：

#给一个shape设置一个LOD属性
Attr LOD =”Low”
…
case LOD == “Low”: 终止代码
else:继续添加细节
…

▼City Engine 一键转换模型级别

通过改变每一个Shape的Random Seed随机值可以很轻易地重新生成不一样的模型。

▼City Engine 随机生成不同外形模型

City Engine 最强大的部分还是在它对整座城市布局的控制上。举一个简单的例子，可以通过一个全局属性来判断每一个Shape里城市中心的距离，利用这个属性可以判断并自动制作湖城市中心是高楼，偏远地区是矮房的效果。

例如：

#五种建筑物的注释
# 0: highrise
# 1: commercial buildings
# 2: apartment blocks
# 3: residential
# 4: openspace

#定义五种类型的建筑离城市中心的距离

const radiusHighriseArea   = 400
const radiusCommercialArea = 800
const radiusApartmentArea = 1200
const radiusResidentialArea = 1600

#获取单一shape到中心的距离
distanceToCenter = sqrt(initialShape.origin.px*initialShape.origin.px +initialShape.origin.pz*initialShape.origin.pz)

#定义shape生成的建筑类型属性building Type，判断该shape离中心的距离，并给building type属性赋值

attr buildingType =
case distanceToCenter < radiusHighriseArea   :  65%: 0 33%: 1   2%: 2 else: 4           # 当该shape离城市中心的距离小于定义的radiusHighriseArea值时，65％几率是buildingType=0（即最高的楼）,33%几率是buildingType＝１（商业区），2%几率是buildingType＝２:（公寓）,其他都是4（户外空间）
case distanceToCenter < radiusCommercialArea :  39%: 0 50%: 1  10%: 2 else: 4   # 当该shape离城市中心的距离小于定义的radiusCommercialArea值时，大部分是商业中心
case distanceToCenter < radiusApartmentArea  :  26%: 1 40%: 2  25%: 3 else: 4    # 当该shape离城市中心的距离小于定义的radiusApartmentArea值时，大部分是公寓
case distanceToCenter < radiusResidentialArea:   5%: 1 30%: 2  63%: 3 else: 4     # 当该shape离城市中心的距离小于定义的radiusResidentialArea值时，大部分是住宅社区
else  :   1%: 1  4%: 2  90%: 3 else: 4   #其他情况，90%是住宅和户外空间
 

这段代码来自官方的例子，通过这些代码判断出每一个shape属于哪个区域，配合extrude()等命名可以自动可以完成以下的布局。图中中心的区域大部分是highrise，中间的部分更多的是commercial buildings和apartment blocks，偏远的地方更多的是residential和openspace.

▼City Engine 5秒钟完成从城市中心到周边的布局 

City Engine不一样的制作流程带给了艺术家更多的可能性，以下是来自Gnomon的一个教程里的例子，但是教程本身的案例不是这个，只是在一开始介绍了一下他们制作过的这个项目，有点坑爹的感觉，到目前为止我还没有找到特别详细的实例教程，基本都是通过自学的。简单介绍一下教程里的制作思路，基本和我前边说的一致。

step1.从shape生成最基本的体积模型

step2.生成更多细节的体积

step３.生成墙面细节，随机赋贴图

step4.利用scatter命令随机摆放屋顶的杂物资产

step5.最终渲染出片

看完本文有没有蒙…蒙就对了。在这里我只是对City Engine的大致流程和制作理念进行了阐述，要接受它并自如地使用需要很大的勇气和耐心的学习。初学者可以通过帮助文档和官方的CGA例子制作出比较简单的城市，如果需要更高阶的学习，可以持续关注我的公众号，在业余时间我会出一套City Engine的详细教程分享给大家。