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(duì)不強(qiáng)，也就是當(dāng)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(shè)計(jì)的不斷發(fā)展，我們?cè)贐lender里已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)相當(dāng)豐富、隨時(shí)可調(diào)整的功能，比如平滑邊緣，就不一定要在模型上自己手動(dòng)做平滑，而是通過修改器對(duì)范圍、幅度、強(qiáng)度進(jìn)行程序化的控制，簡(jiǎn)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(shí)上在結(jié)合修改器+材質(zhì)著色器的基礎(chǔ)上，我們甚至不需要建模，就能生成很多的3D模型，而且對(duì)模型的形態(tài)有著隨時(shí)可調(diào)整的巨大優(yōu)勢(shì)。那么，究竟要如何實(shí)現(xiàn)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(shí)在編輯模式下查看，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它只是一個(gè)由4頂點(diǎn)組成的平面，換言之，這并不是一個(gè)傳統(tǒng)方法建模形成的圖像，而是通過著色器設(shè)計(jì)，利用置換原理所構(gòu)成的形狀，具體怎么操作呢？我們一步步來看！

第一步：設(shè)置渲染器、材質(zhì)置換和勾畫基本形狀

我們需要新建一個(gè)平面，然后將渲染器設(shè)置為Cycles，在平面材質(zhì)中將表（曲）面置換設(shè)置為“置換與凹凸”，如圖2。這一步非常關(guān)鍵，也比較容易被新手遺忘，所以要單獨(dú)強(qiáng)調(diào)一遍。

然后切換到“渲染”模式，因?yàn)橹挥性诖四Ｊ较虏拍芸吹街脫Q效果。我們先給平面設(shè)置一個(gè)表面細(xì)分修改器，級(jí)數(shù)雖是越高越好，但越高意味著最終渲染的多邊形就越多，對(duì)硬件要求也越高，所以要量力而行，本教程最終渲染時(shí)設(shè)置為8。

然后進(jìn)入著色器編輯器，使用紋理坐標(biāo)連接矢量運(yùn)算，并將矢量運(yùn)算選擇為“長(zhǎng)度”，再連接映射范圍，并通過置換模塊連接到材質(zhì)輸出的“置換”上，這時(shí)候通過調(diào)整映射范圍的數(shù)值就能看到平面變成了向上的錐形，這時(shí)候再在映射范圍和置換之間添加一個(gè)RGB曲線，調(diào)整成螺絲釘?shù)男螤睿湍芸吹饺鐖D3的效果樣式了。

我們既可以通過RGB曲線來調(diào)整螺絲釘?shù)男螤睿材芡ㄟ^映射范圍的“到最大值”來調(diào)整圓滑度，這就是“程控”的意義所在，通過一組著色器設(shè)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(xiàn)實(shí)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(yīng)該是如圖4所示的設(shè)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(shí)候需要新建一個(gè)分離XYZ，并用X、Y分別連接一個(gè)運(yùn)算模塊并選擇為“絕對(duì)”，然后用運(yùn)算模塊的“最大值”功能連接，再緊接一個(gè)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(gè)矢量運(yùn)算并選擇為正片疊底，嘗試設(shè)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(fù)制一遍，但把矢量運(yùn)算的X、Y值進(jìn)行替換，然后把這兩個(gè)模塊組用正片疊底相乘，這樣就能形成一個(gè)十字形了。雖然我們也有更簡(jiǎn)單的方法來形成這個(gè)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(shí)場(chǎng)景，而且也可以通過調(diào)整參數(shù)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(shí)現(xiàn)如圖1的螺絲釘形狀了。

考慮到要在多個(gè)“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(jìn)行編組，并為映射范圍的“到最大值”、2個(gè)相減模塊的數(shù)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(shù)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(jiǎn)單明了了很多，反復(fù)使用時(shí)也不容易混淆了。

本章小結(jié)

置換功能考驗(yàn)的其實(shí)是想象力

在今年開始做Blender系列文章時(shí)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(chǔ)上實(shí)現(xiàn)3D圖像的輸出，而且Blender在2.93 alpha版本就開始重推幾何節(jié)點(diǎn)，這也是一個(gè)全新的，足以讓人腦洞大開的新功能。雖然玩法有不同，但關(guān)鍵邏輯是互通的，著色器置換考驗(yàn)的其實(shí)就是用戶的空間想象力，怎樣通過紋理位置的數(shù)學(xué)計(jì)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！