CN110955927A - 一种异形曲面台阶构件建模方法及装置 - Google Patents

一种异形曲面台阶构件建模方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种异形曲面台阶构件建模方法及装置，属于计算机辅助建筑设计领域，利用rhino+grasshopper参数化平台针对异形曲面台阶优化设计的自动建模，以输入台阶边缘控制线作为已知参数，踏步的级数、高度、深度和异形曲面台阶预制构件的长度为可变参数，踏步的上表面为直纹曲面，建立数字化台阶模型，便于设计时进行的反复修改和调整。可用于在输入或改变参数时快速得到完整台阶模型，可扩展加入通过优化获得最优解的功能，大幅减少预制构件的种类，最终降低总成本。能节约大量的时间成本，同时能避免在传统方法中建模时造成的误差积累，便于方案深化的后期三维图纸的输出，有利于设计深化工作的开展。

Description

一种异形曲面台阶构件建模方法及装置
技术领域
本发明属于计算机辅助建筑设计领域，更具体地，涉及一种异形曲面台阶构件建模方法及装置。
背景技术
随着数字化技术的普遍运用和建筑大众审美的提高，越来越多的建筑设计开始追求非线性的异形曲面的造型。在方案深化时，一部分异形曲面的构件将面临较难的施工问题，如在非线性造型的台阶处出现水平面扭转至斜面的异形曲面构件，其现场支模、浇筑及抛光均较为困难，并且这些异形曲面构件相互之间略有不同，如在现场直接施工，需消耗大量的时间和精力，而且无法保证统一的效果。
在异形曲面台阶构件的优化设计过程中，权衡现场施工的弊端，可选择将多种相似的异形曲面构件优化成种类较少的预制构件，交由工厂统一定制，减少开模费用并保证完成面效果。在异形曲面构件优化时，通常难以预知何种尺寸可以用以拼好全部的台阶段，故有假定尺寸、生成模型、判断是否匹配及重新确定尺寸的迭代过程。生成模型采用传统方法在Rhino建模软件里建构，但一次迭代中的假定尺寸到获得生成的模型将花费较多建模精力，因此如何通过输入参数来重复生成模型，以提高优化设计效率，是目前亟需解决的技术难题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种异形曲面台阶构件建模方法及装置，由此解决现有方式设计过渡面构件的数量多、开模难度及造价均太大的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种异形曲面台阶构件建模方法，包括：
(1)根据场地设计图，绘制台阶的边线，并从所述台阶的边线的最上沿绘制踏步平面线作为梯段起点，以初定构件长度参数，所述踏步平面线包括第一端点和第二端点；
(2)垂直于所述踏步平面线绘制第一边和第二边，以初定所述第一边和所述第二边的深度参数，连接所述第一边的第二端点与所述第二边的第二端点，其中，所述第一边的第一端点与所述踏步平面线的第一端点重合，所述第二边的第一端点与所述踏步平面线的第二端点重合，所述第一边的第二端点与所述第二边的第二端点组成第三边；
(3)从所述踏步平面线的第一端点、所述踏步平面线的第二端点、所述第一边的第二端点及所述第二边的第二端点向上绘制目标线段作为构件厚度；
(4)将所述踏步平面线的第一端点处的垂直线延长，延长高度为踏步高度，并分别用直线段连接由所述第一边、所述第二边及所述第三边升起的垂直线的端点；
(5)以曲线连接由所述踏步平面线升起的垂直线的端点，连接获得的所有图元形成曲面，完成第一级踏步的建模，指定所述第三边为下一级踏步的平面轮廓边缘线段所在的直线，延长所述第三边与所述台阶的边线相交获得交点，令所述下一级踏步的平面轮廓边缘线段的起点与所述交点重合；
重复步骤(2)～步骤(5)，直到完成所有踏步的建模。
优选地，所述构件厚度根据建筑构造做法确定。
优选地，所述踏步高度由台阶总高度除以台阶段数确定。
优选地，所述以曲线连接由所述踏步平面线升起的垂直线的端点，包括：
将所述踏步平面线用平分的方法插入n个点，靠近所述踏步平面线的第一端点的插入点升高至所述踏步平面线的第一端点处垂直线的端点，靠近所述踏步平面线的第二端点的插入点升高至所述踏步平面线的第二端点处垂直线的端点，在n为奇数时，将所述踏步平面线的中点升高两个插入点升高高度的平均值，将移动后的平分点用曲线连接起来，其中，n为大于2的整数。
优选地，重复的步骤使用rhino+grasshopper参数化平台下的循环工具执行。
优选地，所述方法还包括：
在初定的构件长度及深度参数下，查找台阶最下沿的踏步的目标点，分析所述目标点与所述台阶的边线最下沿的梯段终点之间的距离，若所述距离不满足设计要求，则修改深度参数进行调整，其中，所述目标点为所述踏步平面线的第一端点。
按照本发明的另一个方面，提供了一种异形曲面台阶构件建模装置，包括：
轮廓边缘线确定模块，用于根据场地设计图，绘制台阶的边线，并从所述台阶的边线的最上沿绘制踏步平面线作为梯段起点，以初定构件长度参数，所述踏步平面线包括第一端点和第二端点；
深度参数确定模块，用于垂直于所述踏步平面线绘制第一边和第二边，以初定所述第一边和所述第二边的深度参数，连接所述第一边的第二端点与所述第二边的第二端点，其中，所述第一边的第一端点与所述踏步平面线的第一端点重合，所述第二边的第一端点与所述踏步平面线的第二端点重合，所述第一边的第二端点与所述第二边的第二端点组成第三边；
构建厚度确定模块，用于从所述踏步平面线的第一端点、所述踏步平面线的第二端点、所述第一边的第二端点及所述第二边的第二端点向上绘制目标线段作为构件厚度；
踏步高度确定模块，用于将所述踏步平面线的第一端点处的垂直线延长，延长高度为踏步高度，并分别用直线段连接由所述第一边、所述第二边及所述第三边升起的垂直线的端点；
模型确定模块，用于以曲线连接由所述踏步平面线升起的垂直线的端点，连接获得的所有图元形成曲面，完成第一级踏步的建模，指定所述第三边为下一级踏步的平面轮廓边缘线段所在的直线，延长所述第三边与所述台阶的边线相交获得交点，令所述下一级踏步的平面轮廓边缘线段的起点与所述交点重合；
重复所述深度参数确定模块～所述模型确定模块的操作，直到完成所有踏步的建模。
优选地，所述构件厚度根据建筑构造做法确定。
优选地，所述踏步高度由台阶总高度除以台阶段数确定。
优选地，所述以曲线连接由所述踏步平面线升起的垂直线的端点，包括：
将所述踏步平面线用平分的方法插入n个点，靠近所述踏步平面线的第一端点的插入点升高至所述踏步平面线的第一端点处垂直线的端点，靠近所述踏步平面线的第二端点的插入点升高至所述踏步平面线的第二端点处垂直线的端点，在n为奇数时，将所述踏步平面线的中点升高两个插入点升高高度的平均值，将移动后的平分点用曲线连接起来，其中，n为大于2的整数。
优选地，重复的步骤使用rhino+grasshopper参数化平台下的循环工具执行。
优选地，所述装置还包括：调整模块；
所述调整模块，用于在初定的构件长度及深度参数下，查找台阶最下沿的踏步的目标点，分析所述目标点与所述台阶的边线最下沿的梯段终点之间的距离，若所述距离不满足设计要求，则修改深度参数进行调整，其中，所述目标点为所述踏步平面线的第一端点。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本发明针对异形曲面台阶的优化设计时的自动建模，可用于在输入或改变参数时快速得到完整台阶模型，可扩展加入通过优化方式获得最优解的功能，可以大幅减少预制构件的种类，最终降低总成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种异形曲面台阶构件建模方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种异形台阶构件模型的坐标图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示是本发明实施例提供的一种异形曲面台阶构件建模方法的流程示意图，主要是基于rhino+grasshopper参数化平台的针对异形曲面台阶的参数化设计自动建模方法，如图2所示，包括如下步骤：
S1：根据场地设计图，绘制台阶的边线，将台阶的边线记为arc；
S2：从台阶边线arc的最上沿绘制踏步平面线A1A2作为梯段起点，初定构件长度参数；
S3：垂直于平面线A1A2绘制A1B1与A2B2两边，初定两条边的深度参数；
S4：以直线连接B1B2，至此形成构件底面的四边；
S5：从A1、B1、A2、B2四点向上绘制线段作为构件厚度，构件厚度的参数应根据建筑构造做法确定；
S6：将A1点处的垂直线延长，延长高度为踏步高度，踏步高度由台阶总高度除以台阶段数确定；
S7：分别用直线段连接由A1B1、B1B2、A2B2线段升起的垂直线的端点；
S8：采用如下方法以曲线连接由A1A2线段升起的垂直线的端点：
将A1A2线段用平分的方法插入n个点(n>2)，靠近A1的插入点升高至A1处垂直线的端点，靠近A2的插入点升高至A2处垂直线的端点，在n为奇数时将A1A2线段的中点升高插入点升高高度的平均值，将移动后的平分点用曲线连接起来。在n＝5时获得图2所示中的曲线。
图2是本发明实施例提供的一种异形台阶构件模型的坐标图，以靠近台阶边线的A1点为坐标原点，短边方向记为x轴，长边方向记为y轴，高度方向记为z轴，三轴相互垂直，方便构件模型的定位和加工。
S9：连接获得的所有图元形成曲面，即可完成第一级踏步的建模；
S10：指定B1B2线段为下一级踏步的平面轮廓边缘线段A1'A2'所在的直线，延长B1B2线段与arc相交获得交点，令线段A1'A2'的起点A1'点与此交点重合。
S11：重复步骤S3～步骤S10，直到完成所有踏步的建模。
在本发明实施例中，重复的步骤可以使用rhino+grasshopper参数化平台下的循环工具执行，Hoopsnake或者Anemone工具均可。
S12：在初定的构件长度及深度参数下，查找台阶最下沿的踏步的A1点，分析A1点与arc最下沿的梯段终点之间的距离，当距离不满足设计要求时，可修改深度参数进行调整。
在本发明实施例中，可以通过Galapagos对步骤S12中的分析距离进行遗传算法的迭代，直至距离为0，最终获得精确的深度参数。但建筑设计工程不需要过高的精度，在大体效果可以满足的情况下，可以用插值的方式获得深度参数，令其满足分析距离小于一定数值即可。
本发明通过将台阶构件建模方式分解成程序语言通过参数化输入进行模型控制，便于方案设计进行的反复修改和调整，相比传统方法建模-调整参数-重新建模的方式能节约大量的时间成本，同时能避免在传统方法中建模时造成的误差积累，便于方案深化的后期三维图纸的输出，有利于设计深化工作的开展。
在本发明的另一实施例中，还提供了一种异形曲面台阶构件建模装置，包括：
轮廓边缘线确定模块，用于根据场地设计图，绘制台阶的边线，并从所述台阶的边线的最上沿绘制踏步平面线作为梯段起点，以初定构件长度参数，所述踏步平面线包括第一端点和第二端点；
深度参数确定模块，用于垂直于所述踏步平面线绘制第一边和第二边，以初定所述第一边和所述第二边的深度参数，连接所述第一边的第二端点与所述第二边的第二端点，其中，所述第一边的第一端点与所述踏步平面线的第一端点重合，所述第二边的第一端点与所述踏步平面线的第二端点重合，所述第一边的第二端点与所述第二边的第二端点组成第三边；
构建厚度确定模块，用于从所述踏步平面线的第一端点、所述踏步平面线的第二端点、所述第一边的第二端点及所述第二边的第二端点向上绘制目标线段作为构件厚度；
踏步高度确定模块，用于将所述踏步平面线的第一端点处的垂直线延长，延长高度为踏步高度，并分别用直线段连接由所述第一边、所述第二边及所述第三边升起的垂直线的端点；
模型确定模块，用于以曲线连接由所述踏步平面线升起的垂直线的端点，连接获得的所有图元形成曲面，完成第一级踏步的建模，指定所述第三边为下一级踏步的平面轮廓边缘线段所在的直线，延长所述第三边与所述台阶的边线相交获得交点，令所述下一级踏步的平面轮廓边缘线段的起点与所述交点重合；
重复所述深度参数确定模块～所述模型确定模块的操作，直到完成所有踏步的建模。
其中，各模块的具体实施方式可以参考方法实施例的描述，本发明实施例将不再复述。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种异形曲面台阶构件建模方法，其特征在于，包括：
(1)根据场地设计图，绘制台阶的边线，并从所述台阶的边线的最上沿绘制踏步平面线作为梯段起点，以初定构件长度参数，所述踏步平面线包括第一端点和第二端点；
(2)垂直于所述踏步平面线绘制第一边和第二边，以初定所述第一边和所述第二边的深度参数，连接所述第一边的第二端点与所述第二边的第二端点，其中，所述第一边的第一端点与所述踏步平面线的第一端点重合，所述第二边的第一端点与所述踏步平面线的第二端点重合，所述第一边的第二端点与所述第二边的第二端点组成第三边；
(3)从所述踏步平面线的第一端点、所述踏步平面线的第二端点、所述第一边的第二端点及所述第二边的第二端点向上绘制目标线段作为构件厚度；
(4)将所述踏步平面线的第一端点处的垂直线延长，延长高度为踏步高度，并分别用直线段连接由所述第一边、所述第二边及所述第三边升起的垂直线的端点；
(5)以曲线连接由所述踏步平面线升起的垂直线的端点，连接获得的所有图元形成曲面，完成第一级踏步的建模，指定所述第三边为下一级踏步的平面轮廓边缘线段所在的直线，延长所述第三边与所述台阶的边线相交获得交点，令所述下一级踏步的平面轮廓边缘线段的起点与所述交点重合；
重复步骤(2)～步骤(5)，直到完成所有踏步的建模。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构件厚度根据建筑构造做法确定，所述踏步高度由台阶总高度除以台阶段数确定。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述以曲线连接由所述踏步平面线升起的垂直线的端点，包括：
将所述踏步平面线用平分的方法插入n个点，靠近所述踏步平面线的第一端点的插入点升高至所述踏步平面线的第一端点处垂直线的端点，靠近所述踏步平面线的第二端点的插入点升高至所述踏步平面线的第二端点处垂直线的端点，在n为奇数时，将所述踏步平面线的中点升高插入点升高高度的平均值，将移动后的平分点用曲线连接起来，其中，n为大于2的整数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，重复的步骤使用rhino+grasshopper参数化平台下的循环工具执行。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在初定的构件长度及深度参数下，查找台阶最下沿的踏步的目标点，分析所述目标点与所述台阶的边线最下沿的梯段终点之间的距离，若所述距离不满足设计要求，则修改深度参数进行调整，其中，所述目标点为所述踏步平面线的第一端点。
6.一种异形曲面台阶构件建模装置，其特征在于，包括：
轮廓边缘线确定模块，用于根据场地设计图，绘制台阶的边线，并从所述台阶的边线的最上沿绘制踏步平面线作为梯段起点，以初定构件长度参数，所述踏步平面线包括第一端点和第二端点；
深度参数确定模块，用于垂直于所述踏步平面线绘制第一边和第二边，以初定所述第一边和所述第二边的深度参数，连接所述第一边的第二端点与所述第二边的第二端点，其中，所述第一边的第一端点与所述踏步平面线的第一端点重合，所述第二边的第一端点与所述踏步平面线的第二端点重合，所述第一边的第二端点与所述第二边的第二端点组成第三边；
构建厚度确定模块，用于从所述踏步平面线的第一端点、所述踏步平面线的第二端点、所述第一边的第二端点及所述第二边的第二端点向上绘制目标线段作为构件厚度；
踏步高度确定模块，用于将所述踏步平面线的第一端点处的垂直线延长，延长高度为踏步高度，并分别用直线段连接由所述第一边、所述第二边及所述第三边升起的垂直线的端点；
模型确定模块，用于以曲线连接由所述踏步平面线升起的垂直线的端点，连接获得的所有图元形成曲面，完成第一级踏步的建模，指定所述第三边为下一级踏步的平面轮廓边缘线段所在的直线，延长所述第三边与所述台阶的边线相交获得交点，令所述下一级踏步的平面轮廓边缘线段的起点与所述交点重合；
重复所述深度参数确定模块～所述模型确定模块的操作，直到完成所有踏步的建模。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述构件厚度根据建筑构造做法确定，所述踏步高度由台阶总高度除以台阶段数确定。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述以曲线连接由所述踏步平面线升起的垂直线的端点，包括：
将所述踏步平面线用平分的方法插入n个点，靠近所述踏步平面线的第一端点的插入点升高至所述踏步平面线的第一端点处垂直线的端点，靠近所述踏步平面线的第二端点的插入点升高至所述踏步平面线的第二端点处垂直线的端点，在n为奇数时，将所述踏步平面线的中点升高两个插入点升高高度的平均值，将移动后的平分点用曲线连接起来，其中，n为大于2的整数。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，重复的步骤使用rhino+grasshopper参数化平台下的循环工具执行。
10.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：调整模块；
所述调整模块，用于在初定的构件长度及深度参数下，查找台阶最下沿的踏步的目标点，分析所述目标点与所述台阶的边线最下沿的梯段终点之间的距离，若所述距离不满足设计要求，则修改深度参数进行调整，其中，所述目标点为所述踏步平面线的第一端点。
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