【原】Rhino下实现物理实验传感测量的视觉表达

新用户5228KeDY 2024-07-14 发布于北京

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这是一个极为偶然的探索。本来是干活儿的间隙里作为休息的学习，随手做个小模型，作为休息。结果产生一个偶然的发现。

这个发现能实用，但目前还没用。未来作为引起学生学习物理的乐趣，可以用一用。

其实现涉及的技术领域有点儿多：Rhino建模、Grasshopper参数化编程、python语言、Micro:bit串口通信以及Makecode块语言。

这里只是笔记式简略记录。

一、Rhino和Grasshoper参数化

Rhino是著名的三维建模软件，具有极为精准而强大的Nurbs建模能力，常用于专业水平的工业设计、产品制作、珠宝创作等领域。Rhino功能极为繁复，学习较为困难。

Grasshoper是Rhino之中的一个通过参数化编程进行复杂建模的模块，常用于自动化、智能化的精准参数化建模。

Grasshopper支持胶合python语言，应该也支持C#和Basic.Net(因为有这俩模块)。Grasshopper自带的python模块是完备的python环境，如果安装时为默认目录，其位置在C:\用户\用户名\.rhinocode\py39-rh8目录下。

二、Python的串口库

Python是当前在众多领域普遍使用的通用脚本语言。Python通过安装第三方支持库的方式可以进行功能的几乎任意程度的扩展。Python本身不支持串口通信，但是安装pySerial库之后能够正常支持串口功能。

重要！pySerial不是Python普遍的发行版内建支持库，需要自己安装。但是Grasshopper下似乎并能通过pip安装。解决办法是，从官网下载回来pyserial-3.5-py2.py3-none-any.whl，把它的扩展名改成zip，也就是pyserial-3.5-py2.py3-none-any.zip，解压缩之后，把serial目录放在py39-rh8\Lib下的就可以使用。有一点儿不便之处，是未来到Grasshopper里面写代码时，代码提示时灵时不灵。但Python串口使用就那几句代码，影响也不大。

三、Micro:bit串口

Micro:bit是英国BBC领导开发的面向青少年的积木式单片机。虽然名字叫做“单片机”，但是由于硬件封装的好，使用者根本碰不到硬件内部原理的知识，周边软件生态极为出色，甚至微软也在站台，使得几岁的小朋友都能搞创新创作。

Micro:bit有两种串口通信方式，一种是串口重定向到USB，一种是重定向到指定的TX、RX引脚。本质上这两个重定向是一样的，重定向到USB只能支持板载传感器：加速度、温度、亮度、磁力和角度。通过串口，一条可传输数据的安卓线就可以把外来传感器的数据送给电脑了，Rhino借助Grasshopper的python把数据接收过来，一切就顺理成章了。

四、Makecode编程Micro:bit

Makecode是微软为编程Micro:bit搞的平台，它有网页版和离线版。由于网速的原因，我一直在用离线版，其官方版本已经到了6.0.19.0了。

Makecode使用块Blocks语言，零门槛，在使用者不知情的情况下已经让用户会编程了。当然它也支持js和python方式，区别不大。

五、实现传感测量的视觉表达

(一)测量环境光亮度，通过Micro:bit送给串口

打开Micro:bit(当开机时)，Micro:bit打开串口。Micro:bit在重定向串口USB时，默认波特率为115200，停止位、奇偶校验等等这些都是默认常用的，无需设置。

接着持续不断地每隔200毫秒把环境亮度级别写入串口。

(二)Grasshopper接收串口数据

保险起见，查询一下串口。

获取串口数据。

(三)实现光亮度视觉表达

现在把串口送来的数值作为圆柱体的高度和旋转角度。

逻辑是这样的：

①先用R=8在工作平面上生成一个Circle圆曲线；

②用圆曲线生成圆面Boudary Surface；

③挤压Extrude圆面为圆柱体。挤压时，沿z单位向量的方向，向量长度通过Python3 Script获取串口过来的光亮度测量值。

④光亮度不但表现在圆柱体的高度上，同时，在XZ平面上把圆柱体旋转Rotate环境的光亮度大小的角度。

⑤Grasshopper获取的串口数据会仅运行1次(如果不使用串口数据，则永久运行)，为触发程序时时运行，通过Control Knob送给Python模块一个x参数。这个x参数没有任何运算，什么用也没有，只有触发的功能。理论上来说，我们可以通过Grasshopper的与非门实现一个无限持续的“死循环”，但是我发现无论是在Python模块里、还是Grasshopper的与非门里，一旦逻辑“死循环”出现，Rhino就没反应了。