3D建模也能“程控”，Blender著色器教程

薛山

一般來說，3D建模的可逆性都相對不強，也就是當我把立方體變成異型之后，想要變回來，或者再變成其他形狀就比較麻煩，基本上沒有退路可循。不過，隨著修改器設計的不斷發展，我們在Blender里已經可以實現相當豐富、隨時可調整的功能，比如平滑邊緣，就不一定要在模型上自己手動做平滑，而是通過修改器對范圍、幅度、強度進行程序化的控制，簡單來說就是給予我們更多的控制空間，賣了一劑“后悔藥”。事實上在結合修改器+材質著色器的基礎上，我們甚至不需要建模，就能生成很多的3D模型，而且對模型的形態有著隨時可調整的巨大優勢。那么，究竟要如何實現呢？我們本期就以一顆“螺絲釘”來說起吧。

如圖1，看起來就是平平無奇的一顆螺絲釘，但其實在編輯模式下查看，你會發現它只是一個由4頂點組成的平面，換言之，這并不是一個傳統方法建模形成的圖像，而是通過著色器設計，利用置換原理所構成的形狀，具體怎么操作呢？我們一步步來看！

第一步：設置渲染器、材質置換和勾畫基本形狀

我們需要新建一個平面，然后將渲染器設置為Cycles，在平面材質中將表（曲）面置換設置為“置換與凹凸”，如圖2。這一步非常關鍵，也比較容易被新手遺忘，所以要單獨強調一遍。

然后切換到“渲染”模式，因為只有在此模式下才能看到置換效果。我們先給平面設置一個表面細分修改器，級數雖是越高越好，但越高意味著最終渲染的多邊形就越多，對硬件要求也越高，所以要量力而行，本教程最終渲染時設置為8。

然后進入著色器編輯器，使用紋理坐標連接矢量運算，并將矢量運算選擇為“長度”，再連接映射范圍，并通過置換模塊連接到材質輸出的“置換”上，這時候通過調整映射范圍的數值就能看到平面變成了向上的錐形，這時候再在映射范圍和置換之間添加一個RGB曲線，調整成螺絲釘的形狀，就能看到如圖3的效果樣式了。

我們既可以通過RGB曲線來調整螺絲釘的形狀，也能通過映射范圍的“到最大值”來調整圓滑度，這就是“程控”的意義所在，通過一組著色器設置，就能輕松讓每一顆螺絲釘都有些微的差別，這不正符合現實生活嗎，畢竟世上沒有完全相同的兩片樹葉。到這一步，你的著色器編輯器應該是如圖4所示的設定。

第二步：為螺絲釘打上十字紋

所謂“十字紋”，就是讓原本升起來的部分又以十字紋的形狀下陷回去，從而形成我們想要的形狀，這時候需要新建一個分離XYZ，并用X、Y分別連接一個運算模塊并選擇為“絕對”，然后用運算模塊的“最大值”功能連接，再緊接一個相減，并通過顏色漸變來輸出。然后再在分離XYZ之前加入一個矢量運算并選擇為正片疊底，嘗試設置X、Y的矢量值，可獲得如圖5的效果。

將本步驟新建的功能模塊全部復制一遍，但把矢量運算的X、Y值進行替換，然后把這兩個模塊組用正片疊底相乘，這樣就能形成一個十字形了。雖然我們也有更簡單的方法來形成這個十字，但教程所使用的方案可以讓十字形邊緣呈坡狀，而不是垂直下落，視覺上更符合真實場景，而且也可以通過調整參數來改變坡度角度，程控更自由。

最后再將本步驟所做的功能模塊，用正片疊底與第一步制作的模塊在置換之前相乘，這樣就能實現如圖1的螺絲釘形狀了。

考慮到要在多個“螺絲”上使用這一組著色器，建議將用于置換的模塊全部以Ctrl+G進行編組，并為映射范圍的“到最大值”、2個相減模塊的數值以及置換模塊的縮放值添加組輸入的快捷連接，并按功能重新命名為容易理解的名稱，比如“到最大值”就是“螺紋大小”，減法的數值就是螺絲頂面的“圓滑度”，而置換的縮放就是控制螺絲的“高度”。這樣一來，如圖6，我們的著色器編輯器一下就簡單明了了很多，反復使用時也不容易混淆了。

本章小結

置換功能考驗的其實是想象力

在今年開始做Blender系列文章時我就說過，置換是Blender著色器里非常重要的功能，它可以在零建模的基礎上實現3D圖像的輸出，而且Blender在2.93 alpha版本就開始重推幾何節點，這也是一個全新的，足以讓人腦洞大開的新功能。雖然玩法有不同，但關鍵邏輯是互通的，著色器置換考驗的其實就是用戶的空間想象力，怎樣通過紋理位置的數學計算來置換出形形色色的形狀，而且顯然，我們的螺絲只完成了上半部分，螺絲最重要的螺紋部分并沒有完成，那么聰明的你想不想嘗試自己研究一下呢？你能在我們下期教程推出前自己搞定嗎？我拭目以待！