用SketchUp和Eclipse進(jìn)行3-D建模(1)
我在最近的一個(gè)項(xiàng)目中有一項(xiàng)關(guān)鍵工作就是 3-D 建模，我急需找到一個(gè)設(shè)計(jì)工具，于是我嘗試了 AutoCAD、Blender、Maya 和 SketchUp 的評(píng)估版。結(jié)果，我發(fā)現(xiàn) SketchUp 是迄今為止最易學(xué)也是用起來(lái)最有趣的工具?！八豢赡苋绱撕?jiǎn)單”，我時(shí)刻提醒著自已。但是借助 Google 的自定學(xué)習(xí)進(jìn)度的教程和 YouTube 上的視頻展示，我不僅縮短了學(xué)習(xí)曲線，而且還十分享受項(xiàng)目的完成。
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讓我更為高興的是（我是一個(gè)程序員，而不是一個(gè)畫家），我發(fā)現(xiàn) SketchUp 可以執(zhí)行命令腳本，這意味著我可以把一些工作自動(dòng)化，比如給圖形添加標(biāo)簽、為界面分配素材或是畫一些幾何圖形，比如拋物線或橢圓。 SketchUp 的 API 是以 Ruby 編程語(yǔ)言為基礎(chǔ)的，與 SketchUp 一樣，它也不難學(xué)。為了加快編碼的過(guò)程，我編寫了一個(gè)定制 Eclipse 插件，它可以通過(guò) SketchUp Bridge 與 SketchUp 通信。
本文提供了對(duì) SketchUp 的一個(gè)簡(jiǎn)單介紹，解釋了 SketchUp Bridge 是如何工作的，還介紹了如何安裝這個(gè)插件來(lái)將 Eclipse 連接到 SketchUp 。在 “用 SketchUp 和 Eclipse 進(jìn)行 3-D 建?！?系列的這篇文章的稍后部分，我們將更深入地探討這個(gè) SketchUp API 以及能夠創(chuàng)建的設(shè)計(jì)類型。
SketchUp 建模工具
像 Google 站點(diǎn)本身一樣，Google SketchUp 在一個(gè)簡(jiǎn)單界面下提供了很多的功能。 SketchUp 的目標(biāo)就是提供 “每個(gè)人都會(huì)用的 3-D ”，并且它實(shí)現(xiàn)了這個(gè)目標(biāo)：五分鐘內(nèi)，您就可以學(xué)會(huì)如何畫最基礎(chǔ)的 2-D 形狀并將它們變成 3-D 圖形。經(jīng)過(guò)半個(gè)小時(shí)的把玩，您就能夠熟練掌握工具欄中的每個(gè)工具。圖 １展示了 SketchUp UI 。雖然看上去像是一個(gè)建模工具，但用起來(lái)感覺(jué)更像是個(gè)玩具。
圖 1. SketchUp UI
與 Blende 不同，SketchUp 不是開(kāi)源的。 Google 的專有許可可以讓您在合法范圍內(nèi)隨意使用這個(gè)工具，并且還可以用插件擴(kuò)展 SketchUp，但源代碼是不開(kāi)放的。 SketchUp 只能在 Windows®或 Apple Mac OS X 系統(tǒng)上運(yùn)行，有兩個(gè)版本可用：一個(gè)免費(fèi)版和一個(gè)費(fèi)用為 US$495 的收費(fèi)版，叫作 SketchUp Pro 。 SketchUp Pro 提供了專業(yè)的布局和樣式、先進(jìn)的文件操作及技術(shù)支持。不過(guò)，免費(fèi)版本也提供了很多特性，在繼續(xù)往下看之前，我建議您訪問(wèn) SketchUp 站點(diǎn)（參見(jiàn)參考資料）下載這個(gè)版本。
啟動(dòng) SketchUp
在***次啟動(dòng) SketchUp 時(shí)，系統(tǒng)會(huì)詢問(wèn)您想要使用哪個(gè)模板。一個(gè)模板決定了度量單位及設(shè)計(jì)窗口的整個(gè)外觀。有 12 個(gè)模板可供選擇：
- Simple Template（英尺和英寸） —x-y 平面為綠色，正 -z 區(qū)域?yàn)闇\藍(lán)色
- Simple Template（米） —x-y 平面為綠色，正 -z 區(qū)域?yàn)闇\藍(lán)色
- Architectural Design（英尺和英寸） — x-y 平面為深灰，正 -z 區(qū)域?yàn)闇\灰色
- Architectural Design（毫米） —x-y 平面為深灰，正 -z 區(qū)域?yàn)闇\灰色
- Google Earth Modeling（英尺和英寸） —x-y 平面為綠色，正 z 區(qū)域?yàn)闇\藍(lán)色
- Google Earth Modeling（毫米） —x-y 平面為綠色，正 -z 區(qū)域?yàn)闇\藍(lán)色
- Engineering（英尺） —整個(gè)設(shè)計(jì)區(qū)域都是白色
- Engineering（米） —整個(gè)設(shè)計(jì)區(qū)域都是白色
- Product Design and Woodworking（英寸） —x-y 平面為深灰，正 -z 區(qū)域?yàn)闇\灰色
- Product Design and Woodworking（毫米） —x-y 平面為深灰，正 -z 區(qū)域?yàn)闇\灰色
- Plan View（英尺和英寸） —整個(gè)設(shè)計(jì)區(qū)域都是白色（從 2-D 視圖開(kāi)始）
- Plan View（毫米） —整個(gè)設(shè)計(jì)區(qū)域都是白色（從 2-D 視圖開(kāi)始）
除了度量單位外，模板與下一個(gè)模板間沒(méi)有明顯的區(qū)別。由于我是個(gè)工程人員，所以我更喜歡用 Engineering（米）模板。
選擇了一個(gè)模板后，會(huì)出現(xiàn) SketchUp 設(shè)計(jì)窗口，您會(huì)看到一組線，這些線在稱為原點(diǎn)的地方相交。這些線定義了坐標(biāo)系（x,y,z），圖 1顯示了這些線的樣子。實(shí)心的紅線是正 x 軸，紅虛線是負(fù) x 軸。實(shí)心綠線是正 y 軸，綠虛線是負(fù) y 軸。實(shí)心藍(lán)線是正 z 軸，藍(lán)虛線是負(fù) z 軸（xyz = RGB）。
SketchUp 繪圖
本文關(guān)心的是自動(dòng)化 SketchUp，但首先，您需要對(duì)如何手工繪圖有一些了解。我們從畫兩個(gè)簡(jiǎn)單的圖開(kāi)始。與 Adobe®Photoshop®和 Microsoft®Paint 一樣，SketchUp 繪圖流程也是先從工具欄選擇工具，然后再在設(shè)計(jì)圖口單擊。圖 2 顯示了 SketchUp 的基礎(chǔ)工具欄。
圖 2. SketchUp 的基礎(chǔ)工具欄
要開(kāi)始繪圖，先單擊 Rectangle 工具，畫一個(gè)平面的實(shí)心矩形。通過(guò)單擊設(shè)計(jì)窗口內(nèi)的兩個(gè)點(diǎn)，就可以創(chuàng)建一個(gè)矩形。如您所看到的，設(shè)計(jì)的***個(gè)圖形通常被放進(jìn) x-y 面。如圖 3a 所示。
圖 3a. 簡(jiǎn)單的 SketchUp 圖形
Push/Pull 工具用來(lái)給一個(gè)平面圖添加第三個(gè)維度，可以用它把這個(gè)矩形變成一個(gè)立體的盒子圖形。單擊 Push/Pull 工具，單擊矩形，然后向上移動(dòng)鼠標(biāo)。一個(gè)立體的盒子圖形出現(xiàn)在了 SketchUp 窗口，并且它的高度會(huì)隨著鼠標(biāo)的位置變化而變化。再次單擊創(chuàng)建一個(gè)類似于圖 3b 的立體盒子圖形。 SketchUp 把從 2-D 圖形創(chuàng)建 3-D 圖形的操作叫作成形（extrusion）。
接下來(lái)，在盒子的上方畫一個(gè)圓柱體。單擊 Circle 工具，然后單擊盒子頂面的中心。將鼠標(biāo)從中心向外移動(dòng)并再次單擊鼠標(biāo)，畫出一個(gè)類似圖 3c 的圓形。***，再次單擊 Push/Pul 工具，然后將鼠標(biāo)向上移，畫出一個(gè)類似圖 3d 的圓柱體。如果向下移動(dòng)鼠標(biāo)，那么在盒子里就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)圓柱形的洞。
這個(gè)基礎(chǔ)練習(xí)非常簡(jiǎn)單，SketchUp 可以實(shí)現(xiàn)的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于此。要獲得 SketchUp 的詳細(xì)課程，可以登錄 SketchUp 培訓(xùn)站點(diǎn)（參見(jiàn)參考資料），然后按自已的進(jìn)度學(xué)習(xí)這些課程。學(xué)完之后，再看看有關(guān)中高級(jí)主題的一些視頻，以加深對(duì) SketchUp 功能的了解。
SketchUp Ruby Console
盡管 SketchUp 繪圖很有趣，但我還是更愿意用代碼進(jìn)行設(shè)計(jì)。要想知道在 SketchUp 中如何用代碼進(jìn)行設(shè)計(jì)，請(qǐng)單擊 Window > Ruby Console，這時(shí)在底部會(huì)出現(xiàn)一個(gè)有命令行界面（CLI）的窗口，同時(shí)在頂部會(huì)出現(xiàn)一個(gè)輸出窗口。通過(guò)在這個(gè) CLI 中輸入代碼，就可以在設(shè)計(jì)窗口創(chuàng)建并修改圖形。在開(kāi)始之前，請(qǐng)先清除掉現(xiàn)有的所有圖形，做法是單擊 Selection 工具，然后按 Ctrl+a，緊接著按下 Delete。接下來(lái)在 Ruby Console 的命令行鍵入下面的兩個(gè)命令：
face = Sketchup.active_model.entities.add_face [0,0,0], [9,0,0], [9,9,0], [0,9,0] face.pushpull -9 |
這些命令是用 Ruby 寫的，它是 SketchUp 所能識(shí)別的惟一一種編程語(yǔ)言。 Ruby 是面向?qū)ο蟮?，并且這里的***個(gè)命令創(chuàng)建了一個(gè)名為face的對(duì)象，代表的是當(dāng)前設(shè)計(jì)內(nèi)的一個(gè)矩形。第二個(gè)命令通過(guò)調(diào)用Face類的pushpull()方法創(chuàng)建一個(gè)盒子圖形。圖 4 顯示了輸入了這兩個(gè)命令后的輸出結(jié)果。
圖 4. SketchUp Ruby Console 窗口
現(xiàn)在如果看一下 SketchUp 的設(shè)計(jì)窗口，會(huì)看到一個(gè)接觸到原點(diǎn)的正方形的盒子（9x9x9）。要想看得更清楚些，可以單擊 Zoom Extents 工具。借助 SketchUp，可以像擺布一個(gè)常規(guī)的形狀一樣任意移動(dòng)、伸縮或旋轉(zhuǎn)這個(gè)圖形。
CLI 確實(shí)不錯(cuò)，像我們這樣嚴(yán)謹(jǐn)?shù)某绦騿T一般都會(huì)將我們的代碼保存在一個(gè)文件里，這樣我們就不必重復(fù)輸入所有命令了。文件訪問(wèn)是通過(guò)load命令實(shí)現(xiàn)的，該命令讀取一個(gè) Ruby 腳本（*.rb）并告訴 SketchUp 的 Ruby 解釋程序執(zhí)行它的每個(gè)命令。我提供了一個(gè)示例腳本，名為lathe.rb（參見(jiàn)下載）。這個(gè)腳本用一種與前面提及的 Push/Pull 機(jī)制不同的成形方法創(chuàng)建了一個(gè)圖形。下載完這個(gè)腳本后，可以用下面的命令執(zhí)行這個(gè)腳本（這里我們假設(shè)這個(gè)腳本位于 C:\test 文件夾中）：
load "C:/test/lathe.rb" |
SketchUp 現(xiàn)在會(huì)在 lathe.rb 內(nèi)執(zhí)行這些命令并顯示這個(gè)加工好了的圖形，如圖 5 所示。
圖 5. 示例圖形
SketchUp Bridge
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SketchUp 允許上傳命令腳本，但是不提供任何類型的腳本編輯器。所以，大多數(shù)腳本開(kāi)發(fā)人員都需要用一個(gè)單獨(dú)的應(yīng)用程序進(jìn)行腳本編寫，然后再將它們載入到 Ruby 控制臺(tái)窗口。我們能做得更好。借助 SketchUp Bridge，可以在 SketchUp 之外執(zhí)行 Ruby 腳本，這意味著您將無(wú)需在控制臺(tái)窗口內(nèi)輸入命令。在本文稍后的部分，我將會(huì)闡釋如何從 Eclipse 訪問(wèn) SketchUp Bridge 。目前，首要任務(wù)是安裝 SketchUp Bridge 文件以觀其效。
獲得并安裝 SketchUp Bridge
SketchUp Bridge 是由 plugins.ro 上的神秘人物發(fā)布的，他們的座右銘 “工具讓您快樂(lè)” 很值得稱贊。如果是個(gè)人使用，可自由訪問(wèn)此軟件。商業(yè)使用需要獲得作者的允許，作者的名字只給出為 TBD。要獲得這個(gè)軟件，請(qǐng)?jiān)L問(wèn) plugins.ro 站點(diǎn)（參見(jiàn)參考資料），并單擊面向 bridge.zip 的鏈接。在下載并解壓縮后，您會(huì)看到如下三個(gè)重要文件：
- bridge_load.rb —一個(gè) Ruby 腳本，可充當(dāng) SketchUp 的插件
- Bridge.so —一個(gè)例程庫(kù)，供 bridge_load 插件訪問(wèn)
- SUB.exe —一個(gè) Windows 應(yīng)用程序，可在 SketchUp 之外執(zhí)行 SketchUp 腳本
要安裝 SketchUp Bridge，請(qǐng)將前兩個(gè)文件放入頂層 SketchUp 安裝文件夾的 Plugins 目錄。在我的系統(tǒng)上，這個(gè)文件夾是 C:\Program Files\Google\Google SketchUp 7\Plugins 。由于 bridge_load.rb 是 Plugins 目錄內(nèi)的一個(gè) Ruby 腳本，所以它會(huì)在 SketchUp 啟動(dòng)時(shí)被自動(dòng)加載。這種目錄結(jié)構(gòu)就將 SketchUp 插件同普通的腳本區(qū)別開(kāi)來(lái)。
測(cè)試這個(gè)橋
在用 Eclipse 與 SketchUp Bridge 進(jìn)行交互之前，應(yīng)該驗(yàn)證一下是不是一切就緒：
- 下載 lathe.rb 腳本（參見(jiàn)下載）并將其放入與 SketchUp Bridge 自帶的 SUB.exe 應(yīng)用程序相同的文件夾。這個(gè)文件夾可以在計(jì)算機(jī)的任何位置，不一定在 SketchUp 的 Plugins 目錄。
- 啟動(dòng) SketchUp，若它已經(jīng)運(yùn)行，就重啟它。
- 打開(kāi)一個(gè) Windows 命令提示，并轉(zhuǎn)到包含 SUB.exe 和 lathe.rb 腳本的目錄。
- 鍵入命令SUB lathe.rb。
SUB 應(yīng)用程序告知 SketchUp 讀取 lathe.rb 內(nèi)的命令。 SketchUp 的 Ruby 解釋器執(zhí)行這些命令，結(jié)果（如圖 5所示）在設(shè)計(jì)窗口可以看到。如果有兩個(gè)顯示器，這種安排會(huì)特別方便。您可以在一個(gè)顯示器上編輯腳本，在另一個(gè)顯示器上查看 SketchUp 設(shè)計(jì)。
Eclipse 和 SketchUp Bridge
我是一個(gè)忠實(shí)的 Eclipse 熱愛(ài)者，當(dāng)我需要在一種新語(yǔ)言中編寫代碼時(shí)，我一定會(huì)首先尋找能提供文件支持和編輯能力的一個(gè) Eclipse 特性以便提高我的工作效率。 Ruby Development Toolset（RDT）過(guò)去是可用的，但現(xiàn)在它成為了 Aptana 的 RadRails 工具的一部分，該工具現(xiàn)在是 Aptana Studio 的一種附加特性。您可以下載 Aptana Studio 和 RadRails，但是安裝過(guò)程很長(zhǎng)，也很復(fù)雜。此外，如果您只是想要一個(gè) Ruby 編輯器，下載巨大的 Aptana Studio 的 30 天評(píng)估版，很不值得。
由于我不是很滿意現(xiàn)有的 Ruby 工具，我自己編寫了一個(gè)簡(jiǎn)單的 Eclipse 插件，我姑且冒昧地稱之為SketchUp Software Development Kit 或 SketchUp SDK 。這個(gè)插件可以從下載部分獲得。此插件提供了兩個(gè)主要特性：一個(gè) Ruby 編輯器，一個(gè)可啟動(dòng) SketchUp Bridge 應(yīng)用程序的工具欄項(xiàng)。本節(jié)介紹了如何安裝這個(gè)插件，并展示了腳本是如何編輯和執(zhí)行的。
注意：這個(gè)問(wèn)題可能有點(diǎn)讓人迷惑，所以讓我先來(lái)闡釋相關(guān)的一些術(shù)語(yǔ)。在正式的 Eclipse 文檔中，add-on 即plug-in。在正式的 SketchUp 文檔中，用的術(shù)語(yǔ)是plugin（沒(méi)有連字符）。SketchUp API是一組 Ruby 類、模塊和方法，讓您能夠以代碼的方式訪問(wèn) SketchUp 設(shè)計(jì)。SketchUp SDK是一個(gè) Eclipse 插件，可通過(guò)SketchUp Bridge與 SketchUp 交互，而 SketchUp Bridge 又包含一個(gè)SketchUp 插件。 SketchUp SDK 與 SketchUp Bridge 完全不同，但前者依賴于后者從 Eclipse 與 SketchUp 交互。
安裝 SketchUp SDK
SketchUp SDK 處于公用領(lǐng)域，由于 SketchUp Bridge 只適用于 Windows，所以 SDK 也只能運(yùn)行于 Windows 。下載后，需要執(zhí)行如下 4 個(gè)任務(wù)：
- 下載 SketchUp Bridge 歸檔文件，將 Bridge.so 和 bridge_load.rb 放入 SketchUp 的 Plugins 目錄。
- 解壓縮 sketchup_sdk.zip，并將 SUB.exe（one of the SketchUp Bridge files）放入頂層 org.dworks.susdk_1.0.0 文件夾下的 exe 文件夾。
- 將 org.dworks.susdk_1.0.0 文件夾移動(dòng)到頂層 Eclipse 安裝內(nèi)的 plugins 文件夾。
- 啟動(dòng)或重啟 SketchUp 和 Eclipse 。
這些文件和目錄可能讓人困惑，所以讓我先來(lái)介紹一下我的計(jì)算機(jī)上的目錄結(jié)構(gòu)。我將 Eclipse 安裝在 C:\eclipse，我的頂層的 SketchUp 目錄是 C:\Program Files\Google\Google SketchUp 7 。因此，SketchUp Bridge 文件—Bridge.so、bridge_load.rb 和 SUB.exe—處于如下位置：
- C:\Program Files\Google\Google SketchUp 7\Plugins\Bridge.so
- C:\Program Files\Google\Google SketchUp 7\Plugins\bridge_load.rb
- C:\eclipse\plugins\org.dworks.susdk_1.0.0\exe\SUB.exe
用 SketchUp SDK 創(chuàng)建和執(zhí)行腳本
將 SDK 插件和 bridge 文件放入正確的位置后，就可以開(kāi)始進(jìn)行編碼了。在 Eclipse 內(nèi)開(kāi)發(fā) SketchUp 腳本的過(guò)程包含三個(gè)部分：
- 在 Eclipse 內(nèi)創(chuàng)建一個(gè) Ruby 腳本（*.rb）
- 向此腳本添加 SketchUp 命令
- 單擊工具欄上的 SUB 執(zhí)行 SketchUp 內(nèi)的腳本
圖 6 顯示了這個(gè)編輯環(huán)境。
圖 6. SketchUp SDK
如果您已經(jīng)很熟悉 Eclipse，可能不需要操作指導(dǎo)。如果不熟悉，可以按以下的步驟做：
- 在 Eclipse 內(nèi)，單擊 File > New > Project。
- 打開(kāi) General 文件夾，選擇 Project 并單擊 Next。
- 鍵入 my_project 作為這個(gè)項(xiàng)目的名稱，然后單擊 Finish。
- 在 Eclipse Package Explorer 內(nèi)，右鍵單擊 my_project 然后單擊 New > File。
- 鍵入 my_script.rb作為 SketchUp 腳本的名字，然后單擊 Finish。
- 把文本從 lathe.rb 粘貼到 Eclipse 編輯器中，然后保存這個(gè)腳本的內(nèi)容。
- 單擊 Eclipse 工具欄上的 SUB 訪問(wèn) SketchUp Bridge 并把當(dāng)前編輯器中的腳本發(fā)送給 SketchUp 。也可以用快捷鍵 Ctrl+Shift+Space 來(lái)完成這個(gè)步驟。
- 打開(kāi) SketchUp 并放大，應(yīng)該可以看到同樣的加工好了的圖形，如圖 5 所示。
至此，SketchUp-Eclipse 環(huán)境應(yīng)該已經(jīng)建好，而且，您對(duì) SketchUp 繪圖也應(yīng)該有了一個(gè)基本的了解。接下來(lái)我們將更深入地研究 Ruby 語(yǔ)言和 SketchUp 腳本中的代碼。
結(jié)束語(yǔ)
Google 的 SketchUp 應(yīng)用程序雖然很容易使用和理解，但這并不意味著它的特性有限。 SketchUp 提供了大量的功能，用于模塊化設(shè)計(jì)、控制設(shè)計(jì)的外觀及幾何形狀。 SketchUp 最重要的特點(diǎn)之一就是它的腳本解釋器，它可以執(zhí)行用來(lái)創(chuàng)建、修改及刪除一個(gè) SketchUp 設(shè)計(jì)的各個(gè)方面的 Ruby 腳本。雖然 SketchUp 提供了腳本解釋器，但它卻沒(méi)有提供編輯器，這也是為什么要用 Eclipse 的原因。
在將 Eclipse 與 SketchUp 交互之前，需要下載 SketchUp Bridge 。這個(gè)應(yīng)用程序包含三個(gè)文件，如果放置正確，這三個(gè)文件能夠讓您在 SketchUp 控制臺(tái)窗口外執(zhí)行 SketchUp 腳本。接下來(lái)，您需要在 Eclips 內(nèi)下載和安裝 SketchUp SDK 。這個(gè)簡(jiǎn)單的 SDK 讓您只需單擊一下按鈕就能在 SketchUp 中編輯并執(zhí)行這些腳本。
您正在閱讀的是：用SketchUp和Eclipse進(jìn)行3-D建模(1)
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