在運算塑型領域,網格是 3D 幾何圖形最普遍的表現形式之一。網格幾何圖形通常由一系列四邊形或三角形組成,可以做為使用 NURBS 輕量靈活的替代方案,從彩現和視覺化到數位製造和 3D 列印的所有領域,都會使用網格。
Dynamo 使用面-頂點資料結構定義網格。在最基本的層級,此結構只是歸入多邊形的點集合。網格的點稱為頂點,而類似於曲面的多邊形稱為面。
若要建立網格,我們需要頂點清單,以及將這些頂點歸入面的系統 (稱為索引群組)。
頂點清單
將定義面的索引群組清單
透過安裝 Mesh Toolkit,可以延伸 Dynamo 的網格功能。Dynamo Mesh Toolkit 可提供工具,以匯入外部檔案格式的網格、根據 Dynamo 幾何圖形物件建立網格,並根據網格的頂點與索引手動建置網格。
該資源庫還提供工具來修改網格、修復網格,或萃取水平切片,以用於加工。
請造訪 Mesh Toolkit 案例研究,取得使用此套件的範例。
網格是表示曲面或實體幾何圖形的一系列四邊形與三角形。與實體相似,網格物件的結構包括頂點、邊與面。另外也有讓網格獨一無二的其他性質,例如法線。
網格頂點
網面邊 *只有一個相鄰面的邊稱為「裸露邊」。 所有其他邊稱為「覆蓋邊」
網格面
網格的頂點只是一系列點。在建構網格或取得網格結構的相關資訊時,頂點的索引非常重要。對於每個頂點,還有對應的頂點法線 (向量),可描述所貼附面的平均方向,並有助於我們瞭解網格的「向內」與「向外」方位。
頂點
頂點法線
面是按順序排列的三或四個頂點。因此,會根據編製索引的頂點位置指示網格面的「曲面」表現法。我們已擁有構成網格的頂點清單,因此不提供個別點以定義面,只需使用頂點索引即可。我們藉此也可以對多個面使用相同的頂點。
由索引 0、1、2、3 構成的四邊形面
由索引 1、4、2 構成的三角形面 注意可以轉換索引群組的順序 - 只要序列的順序採用逆時鐘方式,就會正確定義面
網格幾何圖形與 NURBS 幾何圖形有什麼不同?您什麼時候需要擇其一而使用?
在上一章,我們看到 NURBS 曲面由兩個方向的一系列 NURBS 曲線定義。這些方向標示為 U
與 V
,可藉此根據二維曲面範圍對 NURBS 曲面執行參數化。在電腦中,曲線本身儲存為方程式,藉此可採用任意小的精確度計算產生的曲面。但是,合併多個 NURBS 曲面會很困難。接合兩個 NURBS 曲面將產生 Polysurface,該幾何圖形的不同部分會有不同的 UV 參數與曲線定義。
曲面
等參數 (結構線) 曲線
曲面控制點
曲面控制多邊形
等參數點
曲面框
網格
裸露邊
網格網路
網格邊
頂點法線
網格面/網格面法線
另一方面,網格由離散數量的精確定義頂點及面構成。頂點的網路一般無法由簡單的 UV
座標定義,由於面是離散的,因此精確度內建於網格中,只能透過細化網格及加入更多面來變更。由於缺少數學描述,因此網格可以更靈活地處理單一網格中的複雜幾何圖形。
另一項重要差異在於網格或 NURBS 幾何圖形的局部變更對整體形狀的影響程度。移動網格的一個頂點只會影響該頂點相鄰的面。在 NURBS 曲面中,影響程度較複雜,取決於曲面的度以及控制點的權值與節點。但是,一般而言,在 NURBS 曲面中移動單一控制點會提高幾何圖形的平滑度,並對幾何圖形產生更廣泛的變化。
NURBS 曲面 - 移動控制點會對整個造型範圍產生影響
網格幾何圖形 - 移動頂點只對相鄰元素產生影響
向量影像 (由直線與曲線構成) 與點陣式影像 (由個別像素構成) 的對比有助於您理解這一點。若拉近向量影像,曲線仍清晰鮮明,而拉近點陣式影像時,會看到個別像素變得更大。在此類比中,NURBS 曲面相當於向量影像,因為存在平滑的數學關係,而網格的行為方式類似於具有固定解析度的點陣式影像。