Rhino & Grasshopper 软件分析
08110219 张驰
What is Rhinoceros? •
•
Rhino是是美国Robert McNeel & Assoc.开发的PC上强大的专业3D造型软件.大小才 几十兆，硬件要求也很低。它包含了所有的NURBS建模功能，用它建模感觉非常流 畅，所以大家经常用它来建模，然后导出高精度模型给其他三维软件使用。 Rhino可以在Windows系统中建立、编辑、分析和转换NURBS曲线、曲面和实体。不 受复杂度、阶数以及尺寸的限制。Rhino也支援多边形网格和点云。
What is Grasshopper? •
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Rhino是Grasshopper是一款在Rhino环境下运行的采用程序算法生成模型的插件。 Grasshopper不需要太多任何的程序语言的知识就可以通过一些简单的流程方法达 到设计师们想要的效果。 Rhino可以在Grasshopper其很大的价值在于它是以自己独特的方式完整记录起始 模型（一个点或一个盒子）和最终模型的建模过程，从而达到通过简单改变起始模 型或相关变量就能改变模型最终形态的效果。当方案逻辑与建模过程联系起来时， grasshopper可以通过参数的调整直接改变模型形态。这无疑是一款极具参数化设 计的软件
犀牛操作窗口一览
1.标题栏 2.菜单栏 3.命令栏 4.工具箱 5.工作视图6.状态栏
命
令
栏
命令栏是Rhino的一个非常主要的组成部分 显示当前命令执行的状态 • 键盘输入命令、参数 • 键盘输入数值，坐标 • 提示下一步的操作 • 显示分析命令的分析结果
• 提示操作（及操作失败的原因） 例:用曲线剪切多义曲面时. •许多工具在命令栏提供了相应的选项。如图所示，在命令栏中的选项上单击鼠标即可更 改该选项的设置。
工 •
具
箱
将鼠标停留在相应的按钮上，将会显示该按钮的名称。Rhino中很多按钮集
成了两个命令，使用左键单击该按钮和使用右键单击该按钮执行的是不同的命 令。 •
工具箱中很多按钮图标右下角带有小三角，表示该工具其下还有其它隐藏
的工具。在图标上按住鼠标左键不放可以链接到该命令的子工具箱。 •
选择菜单栏中的【工具】/【工具列配置】命令，弹出如图所示的【工具列】
对话框。在【工具列】列表中勾选相应的选项，即可在界面中显示其它的工具 箱。
自定义界面
界面的自定义：
按住键盘的 Ctrl 键，并拖曳图标到工具栏中图标的间隙处后释放即可复制图标。 按住键盘的Shift 键，并拖曳图标到工具栏中图标的间隙处后释放即可移动图 标。 更改工具箱的配置后，可以选择【工具列】对话框中菜单栏中的【文件】/【另存为】命 令，将自定义的工具箱保存起来，以便以后调用，注意不要覆盖了原来的文件。 将设定好的界面保存：执行【文件】 > 【保存为模板】，即可保存界面方案。 执行【文件】 > 【新建】 命令。在弹出的对话框中勾选底部的“当Rhino 启动时使用 这个文件”选项。 若不显示工具栏与命令栏，可以执行【工具】/【工具列配置】命令，在弹出的对话框中 执行【文件】 > 【打开】命令，打开Rhino 安装目录下的Default.tb文件。
状
态
栏
状态栏是Rhino的一个重要组成部分，状态栏中显示了当前坐标、捕捉、图层 等信息。熟练的使用状态栏将在很大程度上提高建模的效率。
状态栏(status bar)
C Plane / World
切换坐标系统 :当前作图平面坐标系统 / 世界坐标系统
XYZ a
光标的坐标位置（x,y,z） / 下一点相对于上一点的距离
图 层 (Layer)
图层信息 颜色，名称 / （显示 ，锁定，颜色，当前图层的切换，图层名称）
捕 捉 (Snap)
网格的捕捉 正交限制 平面限制
• 每个视窗上的作图平面都有栅格 • 在栅格上有红色与绿色的轴以代表作图平面上的X和Y轴
• 灰色的线就是栅格 • 这些栅格可以帮助您去观察物体与物体之间的关系 • 在透视图中的栅格代表水平面，可以直观观察到物体的高度
对象锁点(Object Snap)
基本概念 光标(cursor): 标记鼠标的位置 标记(Marker): 用于捕捉时，标记锁点的位置
网格(Grid):
工作视图中的辅助工具
世界坐标 (World coordinate ) : 也叫绝对坐标 世界坐标 X轴(X axes): TOP视图中的红色轴 世界坐标 Y轴(Y axes): TOP视图中的绿色轴 世界坐标 Z轴(Z axes): Front视图中的绿色轴 世界坐标轴图标(World axes icon) : 视图左下角的图标 作图平面坐标 (Cplane / construction plane coordinates ) ：基于当前的工作平面的坐标系 统 在任何视窗上作图，鼠标输入的点都会处于这个作图平面上，除非，使用了捕捉或打开了正交 模式等。
显示方式的调整 显示精度的调整：
在Rhino中的显示，NURBS模型不能直接进行显示，首先需要转化为Mesh模 型方式后再显示。如图所示的两幅图为同一模型的不同精度的显示情况。
调整方式：执行【工具】> 【选项】 命令，单击【Rhino选项】对话框中左侧列表的
【网格】选项，在右侧调整相应的数值即可，每个参数的解释参见帮助文件。
显示方式的调整：
在Rhino中，NURBS模型可以以多种方式进行显示，每一种显示方式都有各自 的特点与作用。 1.线框模式
线框显示模式是系统默认的显示方式，它是一种纯粹的空间曲线显示方式，曲面以框架 （结构线和曲面边缘）方式显示，这种显示方式最简洁，也是刷新速度最快的。 线框模式可以通过快捷键Ctrl+Alt+W来进行切换。 2.着色模式 着色显示方式中曲面显示是不透明的，曲面后面的对象和曲面框架将不显示，这种显示 方式看起来比较直观，能更好的观察曲面模型的形态。快捷键为Ctrl+Alt+S。 3.渲染模式 和着色模式很相似，显示的颜色基于模型对象的材质设定。可以不显示曲面的结构线与 曲面边缘，这样可以更好的观察曲面间的连续关系。快捷键为Ctrl+Alt+R。
4.半透明模式 和着色模式很相似，但是曲面以半透明方式显示，可以看到曲面后面的形态。可以在 【Rhino选项】对话框中自定透明度。快捷键为Ctrl+Alt+G。 5.X光模式 和着色模式很相似，但是可以看到曲面后面的对象和曲面框架。快捷键为Ctrl+Alt+X。 6.平坦着色 可以将光滑的曲面转为四边面块方式显示，该模式并不常用。
单击【Rhino选项】对话框中左侧列表的【外观】/【高级设置】/【着色模式】
选项，即可在对话框右侧自定义着色模式的显示选项，如图2-24所示。每 种模式都可以自定义背景颜色、对象的可见性、对象的显示颜色、点的大 小、曲线的粗细等。
工作视图(view port） • 顶视图（Top），前视图（Front），右视图（Right） 通称为 正交视图 或 作图平面视 图。正交视图 用于创建图形。正交视图中对象不会产生透视变形效果。通常绘制
曲线等操作都在正交视图中完成。 • 透视图（Perspective）：一般不用于绘制曲线，可以在该视图中观察模型的形态，偶尔
会在此视图中通过捕捉来定位点。
• 工作中的视图 / 视图的激活（Active Viewport)：视图标题栏以蓝色显示，创建图形时 可移动鼠标来切换视图。
快 捷 方 式 平移视图： 正交视图中，RMB + 拖动鼠标 透视图中，Shift + RMB + 拖动鼠标 RMB即 right mouse button （鼠标
右键） 放大视图： Ctrl + RMB + 向上拖动鼠标 缩小视图： Ctrl + RMB + 向下拖动鼠标
旋转视图： 正交视图中， Ctrl + Shift + RMB + 拖动鼠标 透视图中， RMB + 拖动鼠标 最大化视图: 双击视图名称
取消操作： Ctrl + Z 重复操作： Ctrl + Y 删 除： Delete 显示栅格线：F7 捕捉栅格点：F9 正交限制： F8 显示CV点： F10 重复上一命令： 单击鼠标右键 / Enter 键
隐藏CV点：F11
选 择 工 具 点选: 点选单个物体的方法非常简单，只需在所要选取的物体上单击鼠标左键即可，被 点选的物体将以亮黄色显示。 • • • •
取消选择：在视图中的空白处单击鼠标即可取消所有对象的选取状态。 加选：按住键盘上的Shift键，再点选其它对象，即可将该对象增加至选取状态。 减选：按住键盘上的Ctrl键，再单击要取消的对象，即可取消该对象的选取状态。 当场景中有多个对象重叠或交叉在一起，这时要选取其中某个对象时，会弹出如图 2-26所示的【候选列表】对话框，视图中待选的对象会以粉色框架显示，在【候选 列表】中选择待选物体的名称，即可选取该对象。如果【候选列表】中没有要选择 的对象，选择【无】选项，或直接在视图中空白处单击鼠标左键即可，然后重新进 行选取。
框选: Rhino中的框选物体的方法与AutoCAD中的框选十分类似。 •
当按住鼠标左键从左上方向右下方框选时，只有被完全框住的物体才能被选 中，而从右下方向左上方进行框选时，只要选取框与待选取的物体有接触即 可被选中。
按类型选取: •
在一个场景中的所有物体，系统能够按类型分为曲线、曲面、多边形、灯光 等几类，使用按类型选取的方法可以很方便地同时选取场景中的某一类物体。 在工具箱中的
按钮上按住鼠标左键不放，即可弹出如图2-27所示的【选
取】子工具箱。这些选择方式也可以在菜单栏中的【编辑】/【选取物体】中 找到。
捕捉工具(snap) 当Rhino要您选择一个点时，您可以开启对象锁点模式，将标记限制在现存对象的指定部 分上。 按 Alt 键可暂停物件锁点。如果对象锁点被锁定，按Alt键可暂时切换它们。
End ：
端点
Int：
交点
Near ： 近点
Qerp:
垂直点
Tan ：
相切点
Quad:
圆的四分点
Knot:
节点
Mid :
中点
Point： 点捕捉 Cen :
圆心
坐标的输入 世界坐标输入法： 格式是： “a,b” 或 “a,b,c” “a,b” 基于当前作图平面的x,y轴 “a,b,c” 基于世界坐标系统
极坐标输入法： 格式是： “d < a”，基于当前作图平面的原点 其中 d 是极坐标的半径，a 是角度
相对坐标输入法： 格式是：“rx,y”，含义是相对于前一点的 X，Y 的坐标， 也可以理解为把前一点当作原点，其 X，Y 的坐标数值 可以使用格式“@x,y”
相对极坐标输入法： 原理与上面介绍一样，格式是 “rd<a” 或 “@d<a ”
在输入坐标时，如果前一点的输入有误，
坐标的输入
想取消上一个点的输入，可在命令栏中键入“
U
”后回车。
[ 0,0 ] [ 0,5 ] / [ r5<90 ] [ r20<0 ] / [ r20,0 ]
[ r30<60 ] (0,0)
[ r50<-45 ]
[ r70<-180 ] / [r-70,0 ]
点(Point)与曲线（Curve) 曲线的构成： 控制点(Control points ): 也叫控制顶点(control vertex)简称CV点 编辑点(Edit point):简称EP点 外壳(Hull): 连接CV点之间的虚线
通过键盘输入几何曲线的参数
几何曲线 使用鼠标左键确定曲线关键点的位置 Line , Poly line , Polygon , Rectangle , Circle , Arc , Ellipse , Parabola (抛物线）, Conic （圆锥曲线）, Helix（螺旋线） , Spiral（圆锥螺旋线） . 控制点曲线：CV曲线
自由造型曲线 内插点曲线：EP曲线
曲线的编辑
延伸曲线（Extend Curve)
曲线的偏移 (Offset Curve)
曲线的倒角 (Fillet curve)
倒斜角（Chamfer curve)
曲线的混合 （Blend Curve)
曲线的匹配 ( Match )
调整曲线的端点转折 (Adjust End Bulge)
曲线(Curve) Circle 根据半径绘制圆形。 菜单 :Curve 〉 Circle 〉 Center, Radius 命令 :Circle 操作: 先输入圆心 , 再输入半径值或者直接拖动鼠标,在合适位置单击左键。 参数： ( 垂直 直径 三点 正切 环绕曲线 ) Aroundcurve 用环绕曲线方式画图 在画圆的命令后键入 “A” 回车 , 或者单击 然后再输入圆的半径。
图标 , 先在视图中选择曲线 上的一点,
以控制点方式绘制曲线 , 简称 CV 曲线（Control Point Curve） 菜单 :Curve 〉 Free-form 〉 Control points 命令 :Curve 操作 : 在视窗中随意地添加控制点便能很方便地绘制出曲线。 • 在命令没结束时控制点是可见的 • 如果有画错的控制点 , 可以键入 “U” 回牢取消最后 画的控制点 • 如果想使曲线封闭 , 可以在绘制最后一个控制点后单击曲线的第 一个控制点或键入 "C" 回车。
根据编辑点的位置绘制曲线 , 简称 EP 曲线。（ Interpolate points） 菜单 :Curve 〉 Free-form 〉Interpolate points 命令 : InterpCrv 操作 : 和 CV 曲线一样 , • 不同之处在于视窗中鼠标单击的都是编辑点 , 曲线将穿过这些编辑点而形成。 CV点与ED点的比较： CV点位于曲线之外，拖动可控制曲线的形状；EP点位于曲线之上，也控制曲线的 形状； 编辑曲线的形状时，大多选择CV点模式，因为一个CV点影响曲线形状的范围较EP 点小。 EP点用于工业产品造型较少，主要用于角色建模中，在工业产品造型中 ，主要用 于两根中间部位有交点的曲线。 打开曲线上的 CV 点 （PtOn） 打开曲线上的 CV 点 , 一般用于通过拖拉 CV 点来改变曲线的形状 , 快捷键是 F10 键 , 关闭 CV 点可以用右键单击该图标或者按 F11 键。 打开曲线上的 EP 点 （Edit PtOn）
打开曲线上的 EP 点 , 一般用于通过拖拉 EP 点来改变曲线的形状。 注意 : 当曲线上的 CV 点和 EP 点被打开时 , 将不能选择到曲线。
延伸曲线 (Extend Curve) 菜单 :Curve 〉 Extend 〉 Extend Curve 命令 :Extend 操作: 1. 选取边界对象或输入延伸长度。动态延伸请按 Enter键 2. 选取边界对象。操作完毕请按Enter键 3. 选取要延伸的对象 (类型=直线）Line 、 Arc 、 Smooth 圆弧：建立一条和原来的曲线正切的延伸圆弧。 直线：建立一条和原来的曲线正切的延伸直线。 平滑：建立一条和原来曲线的曲率连续的平滑延伸曲线。
建立圆角曲线（倒角）（Fillet Curve） 菜单 : Curve 〉 Fillet 命令 : Fillet 说明 : 在两条曲线之间产生一个由圆弧形成的圆角。 选取第一条要建立圆角的曲线( 半径=1 组合=否 修剪=是 ) 1. 选取第二条要建立圆角的曲线( 半径=1 组合=否 修剪=是 )
建立斜角曲线（倒斜角）（Chamfer Curves） 菜单 : Curve 〉 Chamfer Curves 命令 : Chamfer 说明 : 将两条曲线以斜角相连接。 1. 选取第一条要建立斜角的曲线 (距离=1,1 组合=否 修剪=是 ） 2. 选取第二条要建立斜角的曲线 (距离= 1, 1 组合=否 修剪=是 ）
距离：两条曲线的交点与曲线斜角点之间的距离 偏移曲线 （Offset Curve） 菜单 : Curve 〉 Offset 命令 : Offset 操作 : 1. 选取要偏移的曲线( 距离=1 2. 通过点 ( 距离=1 角=尖锐
角=尖锐 通过点 通过点 公差 )
公差
)
曲面(Surface) 以边角点建立曲面 （Surface from 3 or 4 Corner Points）
以二，三或四条边缘曲线建立曲面（Surface from 2, 3 or 4 Edge Curves）
以平面曲线建立曲面（Surface from Planar Curves） 曲面创建在曲线的 基础上
Rhino提供了14类 曲面创建方式 工业造型设计常用 其中的11类创建方 式
平面 （plane) 拉伸（surface by extruding a curve) 放样（Loft） 单轨扫描（one-rail sweep) 双轨扫描（two-rail sweep) 旋转成形 （Revolve）/ 沿路径旋转（Revolve with a rail） 嵌面/补丁（Patch） 从曲线网线建立曲面（Surface from Network of Curves）
以边角点建立曲面（Surface from 3 or 4 Corner Points） 菜单：Surface > Corner Points
命令：SrfPt 形成方式：以空间上的三个或四个点之间的连线形成闭合区域。
以二，三或四条边缘曲线建立曲面（Surface from 2, 3 or 4 Edge Curves） 菜单：Surface >
Edge Curves
命令：EdgeSrf 形成方式：空间上，端点互相衔接（重合）的曲线，形成曲面。 常用于大块简单的曲面的创建，也用于补面。即使曲线端点不相接，也可以形
成曲面，但是这时生成的曲面边缘会与原始曲线有偏差。该命令只能达到 G0连续，形成的曲面优点是曲面结构线简洁，通常使用该命令来建立大块 简单的曲面 。
以平面曲线建立曲面（Surface from Planar Curves） 菜单：Surface >
Planar Curves
命令： PlanarSrf 形成方式：在同一平面上的闭合曲线，形成一平面上的曲面。 如果某些曲面部分重迭，会产生不期望的结果。 如果某条曲线完全包含在另一条曲线之中，这条曲线将会被视为一个洞的边界。需
要注意的是使用改命令的前提是必须是闭合的并且是同一平面内的曲线， 当选取开放或空间曲线来执行此命令时，命令栏会提示创建曲面出错的原 因
平面 （plane) 菜单：Surface > Plane > Corner to Corner 命令： Plane 说明： 生成一矩形平面，
拉伸（surface by extruding a curve) 菜单：Surface > Extrude > Straight 形成方式：沿直线拉伸曲线形成曲面。 拉伸的方式：直线拉伸，沿曲线拉伸。 结合体倒角命令，常用于产品分模线细节的模拟。
挤出曲线命令在模拟曲面表 面的分模线用的比较多，先 创建一个挤出曲面，再修剪 曲面，之后在两个曲面间生 成圆角，如图所示的流程示 意图。挤出曲面用【往曲面 法线方向挤出曲线】命令生 成的曲面来创建圆角产生的 效果要好一些；使用【直线 挤出】命令生成的曲面来创 建圆角，分模线之间的缝隙 有时会在局部过大，如右上 图所示。
放样（Loft） 菜单：Surface > Loft 形成方式：以空间上，同一走向上的一系列曲线建立曲面。 1.
这些曲线必须同为开放曲线 或 闭合曲线。
2.
在位置上最好不要交错。
单轨扫描（one-rail sweep)
菜单：Surface > Sweep 1 Rail 形成方式：一系列的截面曲线（cross-section)沿着路径曲线（rail curve)扫描而成， 截面曲线和路径曲线在空间位置上交错，截面曲线之间不能交错。 截面曲线（cross-section)的数量没有限制。
路径曲线（rail curve)只有一条。 1. 常用于大块简单的曲面， 2. 常模拟产品的卷边效果。
双轨扫描（two-rail sweep) 菜单：surface >
Sweep 2 Rails
原理同单轨扫描，路径曲线有两条。
旋转成形 （Revolve）/ 沿路径旋转（Revolve with a rail） 菜单 : Surface 〉 Revolve 命令 :
Revolve
曲线绕着旋转轴旋转生成曲面。
保证旋转曲面光滑的技巧： 确保旋转曲线上转折出的两点处在同一水平线上。 1、直接划线时，按住shift键，控制后一点与前一点正交。 2、在曲线画好后，调整CV点。使用命令“transform/set points”命令。 同时打开捕捉给CV点精确定位。
沿路径旋转（Revolve with a rail）
菜单 : Surface 〉 Rail Revolve 命令 :
RailRevolve
在旋转成型的基础上加了一个旋转路径的限制。
从曲线网线建立曲面（Surface from Network of Curves） 菜单：Surface > Curve Network 命令：NetworkSrf 所有在同一方向的曲线必须和另一方向上所有的曲线交错，不能和同一方向的曲线 交错
变 换 ( Tr a n s f o r m ) 结合 (Join):
Edit
炸开 (Explode): 剪切 (Trim): 删除鼠标点击部位。 分裂 (Split): 保留所有的被分裂对象。 移动 (move): 复制 (copy): 旋转 (Rotate):
Transform
缩放 (Scale): 镜像 (Mirror): 阵列 (Array): 矩形阵列，环行阵列。 设置点 (Set points): 对齐点
曲面的编辑(Edit Surface) Rhino提供了8类曲面编辑工具。 曲面的编辑： 延伸未修剪的曲面（Extend Surface）
建立圆角曲面（Fillet Surface）/建立斜角曲面 （Chamfer Surface） 偏移复制曲面（Offset Surface） 混接曲面 （ Blend Surface) 衔接曲面/匹配曲面（Match Surface) 融合曲面（Merge Surfaces） 抽离曲面（Extract Surfaces)
在两个曲面之间建立变化半径混接（VRBSrf/variable radius blend between two surfaces)
运算器 •
运算器是Grasshopper的核心，设计要通过它来实现，实际上，运算器是Rhino的一 些基本命令的代码打包，通过Input和Output，输入参数和输出结果。
承载器（又称容器） •
它的作用是用来将Rhino对象，拾取到GH中，只有操作对象进入了GH，才能对其进 行参数化处理（原对象的改动与GH关联），此时，对象会以GH对象的显示模式出现 在视图中（选中运算器产生的对象时为绿色，未选取的是红色），GH运算流程中得 到的所有对象，在Rhino视图中不能被选中，因为他不是实体。
发生器 • 不需要拾取rhino对象，通过输入控制参数，就能产生对象或者数据的运算器 Square运算器,输入间距和横纵向的数量，就能生成一个方型点阵。 Series运算器，输入第一个数值，增量，数量，就能生成一个等差数列。 Random运算器，输入区间，数量，种子，即生成一列随机数值。
数学运算器 •
此类运算器用作各种数学运算，布尔运算。数学运算包括单一运算符和函数表达式。 其中布尔运算的结果为true或false，这个结果对筛选数据极其有用。
基本建模命令运算器 •
这一类运算器，和RHINO的建模命令一致，点，线，面的创建和应用
几何分析运算器 •
此类运算器能对几何对象做一些定量或者定性的分析，从而得到一系列的几何关系。 例如按段数均分曲线，测量曲线长度，细分曲面，求曲面中心点，面积，法线方向等
等。
复合对象运算器 •
此类运算器可以将两个对象进行复合运算达到某种效果，比如说曲线布尔，实体布尔，曲 面流动，复制修剪等等。
变动运算器 •
此类运算器用作各种常规的对象变动，秱动，缩放，旋转。 秱动，需要一个向量 缩放，需要一个基准面，一个缩放因子 旋转，需要基准面或者旋转轴心，旋转弧度。因此此类运算器的使用，也要用到一些 定性定量的几何分析，比如构造向量，找中心点，找法线方向等等。
数据匹配（Data Macthing） •
当一个运算器需要两组以上的参数输入的时候，就会出现数据匹配的问题，匹配的规 则决定了各组数据相互作用的方式，而得到截然不同的结果。GH的数据匹配规则有 三种：Shortest list Longest list Cross refence。其中，longest list为默认 规则。
Shortest list
Longest list
Cross Reference
谢谢，请老师指正！