【原】Rhino下實現物理實驗傳感測量的視覺表達

新用戶5228KeDY 2024-07-14 發布于北京

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這是一個極為偶然的探索。本來是干活兒的間隙里作為休息的學習，隨手做個小模型，作為休息。結果產生一個偶然的發現。

這個發現能實用，但目前還沒用。未來作為引起學生學習物理的樂趣，可以用一用。

其實現涉及的技術領域有點兒多：Rhino建模、Grasshopper參數化編程、python語言、Micro:bit串口通信以及Makecode塊語言。

這里只是筆記式簡略記錄。

一、Rhino和Grasshoper參數化

Rhino是著名的三維建模軟件，具有極為精準而強大的Nurbs建模能力，常用于專業水平的工業設計、產品制作、珠寶創作等領域。Rhino功能極為繁復，學習較為困難。

Grasshoper是Rhino之中的一個通過參數化編程進行復雜建模的模塊，常用于自動化、智能化的精準參數化建模。

Grasshopper支持膠合python語言，應該也支持C#和Basic.Net(因為有這倆模塊)。Grasshopper自帶的python模塊是完備的python環境，如果安裝時為默認目錄，其位置在C:\用戶\用戶名\.rhinocode\py39-rh8目錄下。

二、Python的串口庫

Python是當前在眾多領域普遍使用的通用腳本語言。Python通過安裝第三方支持庫的方式可以進行功能的幾乎任意程度的擴展。Python本身不支持串口通信，但是安裝pySerial庫之后能夠正常支持串口功能。

重要！pySerial不是Python普遍的發行版內建支持庫，需要自己安裝。但是Grasshopper下似乎并能通過pip安裝。解決辦法是，從官網下載回來pyserial-3.5-py2.py3-none-any.whl，把它的擴展名改成zip，也就是pyserial-3.5-py2.py3-none-any.zip，解壓縮之后，把serial目錄放在py39-rh8\Lib下的就可以使用。有一點兒不便之處，是未來到Grasshopper里面寫代碼時，代碼提示時靈時不靈。但Python串口使用就那幾句代碼，影響也不大。

三、Micro:bit串口

Micro:bit是英國BBC領導開發的面向青少年的積木式單片機。雖然名字叫做“單片機”，但是由于硬件封裝的好，使用者根本碰不到硬件內部原理的知識，周邊軟件生態極為出色，甚至微軟也在站臺，使得幾歲的小朋友都能搞創新創作。

Micro:bit有兩種串口通信方式，一種是串口重定向到USB，一種是重定向到指定的TX、RX引腳。本質上這兩個重定向是一樣的，重定向到USB只能支持板載傳感器：加速度、溫度、亮度、磁力和角度。通過串口，一條可傳輸數據的安卓線就可以把外來傳感器的數據送給電腦了，Rhino借助Grasshopper的python把數據接收過來，一切就順理成章了。

四、Makecode編程Micro:bit

Makecode是微軟為編程Micro:bit搞的平臺，它有網頁版和離線版。由于網速的原因，我一直在用離線版，其官方版本已經到了6.0.19.0了。

Makecode使用塊Blocks語言，零門檻，在使用者不知情的情況下已經讓用戶會編程了。當然它也支持js和python方式，區別不大。

五、實現傳感測量的視覺表達

(一)測量環境光亮度，通過Micro:bit送給串口

打開Micro:bit(當開機時)，Micro:bit打開串口。Micro:bit在重定向串口USB時，默認波特率為115200，停止位、奇偶校驗等等這些都是默認常用的，無需設置。

接著持續不斷地每隔200毫秒把環境亮度級別寫入串口。

(二)Grasshopper接收串口數據

保險起見，查詢一下串口。

獲取串口數據。

(三)實現光亮度視覺表達

現在把串口送來的數值作為圓柱體的高度和旋轉角度。

邏輯是這樣的：

①先用R=8在工作平面上生成一個Circle圓曲線；

②用圓曲線生成圓面Boudary Surface；

③擠壓Extrude圓面為圓柱體。擠壓時，沿z單位向量的方向，向量長度通過Python3 Script獲取串口過來的光亮度測量值。

④光亮度不但表現在圓柱體的高度上，同時，在XZ平面上把圓柱體旋轉Rotate環境的光亮度大小的角度。

⑤Grasshopper獲取的串口數據會僅運行1次(如果不使用串口數據，則永久運行)，為觸發程序時時運行，通過Control Knob送給Python模塊一個x參數。這個x參數沒有任何運算，什么用也沒有，只有觸發的功能。理論上來說，我們可以通過Grasshopper的與非門實現一個無限持續的“死循環”，但是我發現無論是在Python模塊里、還是Grasshopper的與非門里，一旦邏輯“死循環”出現，Rhino就沒反應了。