一筆畫出奔跑的小火車Blender 幾何節(jié)點(diǎn)教學(xué)

薛山

“一筆畫”系列其實(shí)我們已經(jīng)推出了好幾個(gè)章節(jié)，簡(jiǎn)單來說就是通過幾何節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，讓復(fù)雜的模型可以跟隨曲線繪制，使其位置、旋轉(zhuǎn)甚至縮放都自動(dòng)匹配，從而實(shí)現(xiàn)一次設(shè)計(jì)多次復(fù)用的高效目標(biāo)。本期的“一筆畫”系列我們準(zhǔn)備制作一組可以跟隨曲線開動(dòng)的小火車，還是老規(guī)矩，先從思路解析開始做起吧！

火車要跑起來自然需要軌道系統(tǒng)，其實(shí)咱們本期的內(nèi)容也不限于火車，類似過山車的效果也同樣可以制作出來。首先新建一條曲線，可以是貝塞爾曲線，也可以是曲線圓環(huán)，然后進(jìn)入它的幾何節(jié)點(diǎn)編輯器。

我們這一步最重要的就是讓軌道跟隨這條曲線來自動(dòng)調(diào)整，難點(diǎn)在于大多數(shù)軌道都有兩條，而我們的曲線只有一條，所以在設(shè)計(jì)時(shí)需要?jiǎng)右恍┬⌒乃肌５谝徊绞鞘褂谩扒€轉(zhuǎn)網(wǎng)格”節(jié)點(diǎn)，并使用“曲線圓環(huán)”作為“輪廓曲線”，這樣就能直接把咱們的原始曲線變成一條在渲染模式下可以看見的“軌道”了，軌道的直徑則是通過控制曲線圓環(huán)的直徑來實(shí)現(xiàn)的，那么這時(shí)候要如何讓它變成兩條軌道呢？

方法其實(shí)也很簡(jiǎn)單，我們只需要額外生成一條相同的曲線，并讓它沿著原始曲線的法向方向進(jìn)行位移補(bǔ)償，不就可以獲得咱們想要的效果了嗎？所以我們需要回到幾何節(jié)點(diǎn)的最左側(cè)，在“曲線轉(zhuǎn)網(wǎng)格”之前加入一個(gè)“設(shè)置位置”，并以“法向”作為基礎(chǔ)來連接它的“偏移量”，為了控制這個(gè)偏移量，可以在它們兩者之間加入一個(gè)“矢量算法”的“縮放”來進(jìn)行控制，因?yàn)檐壍佬枰ㄏ虻膬蓚€(gè)方向進(jìn)行偏移，所以建議大家分別引入兩個(gè)“縮放”，從正負(fù)方向分別控制兩條軌道的偏移量，再通過“合并幾何”后重新連接到“曲線轉(zhuǎn)網(wǎng)格”，就能得到一組完整的軌道了。

因?yàn)樗鼤?huì)直接放在原始曲線的水平面，而軌道一般在火車下方，所以我們要再接一個(gè)“變換幾何體”，將其沿Z 軸向下位移一點(diǎn)位置，具體數(shù)值可以在火車設(shè)計(jì)完成后再進(jìn)行調(diào)整，最后記得加入一個(gè)“設(shè)置材質(zhì)”，再在著色器編輯器中將對(duì)應(yīng)的材質(zhì)設(shè)置為金屬材質(zhì)即可。這時(shí)候我們進(jìn)入原始曲線的編輯模式，刪除所有頂點(diǎn)并新建另外的曲線，你會(huì)發(fā)現(xiàn)火車軌道可以實(shí)現(xiàn)自行鋪設(shè)啦。

火車運(yùn)動(dòng)在幾何節(jié)點(diǎn)里的邏輯，就是頂點(diǎn)跟隨曲線路徑進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，并且火車模型會(huì)根據(jù)曲線切向進(jìn)行自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，匹配正確的運(yùn)動(dòng)方向，那么如何才能實(shí)現(xiàn)這個(gè)設(shè)計(jì)目的呢？

這一設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于如何讓頂點(diǎn)沿著曲線進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，最基本的方法就是通過采樣曲線來實(shí)現(xiàn)頂點(diǎn)融合，我們首先需要通過“曲線-> 點(diǎn)”節(jié)點(diǎn)，將曲線切換成一個(gè)個(gè)的點(diǎn)，然后連接“設(shè)置位置”。這里開始就需要注意了，我們?cè)賹⒃记€連接“采樣曲線”，將“位置”值輸出到“設(shè)置位置”的“位置”上，此時(shí)會(huì)根據(jù)你“曲線-> 點(diǎn)”的設(shè)置，獲得不同的頂點(diǎn)數(shù)量，比如“曲線-> 點(diǎn)”設(shè)置為“數(shù)量”10，就會(huì)在幾何節(jié)點(diǎn)默認(rèn)視圖左上側(cè)的“電子表格”里看到有10 個(gè)點(diǎn)云，這時(shí)候我們調(diào)整“采樣曲線”的系數(shù)，就可以在實(shí)體視圖下看到頂點(diǎn)跟隨曲線在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)了，但因?yàn)檫@時(shí)候有足足10 個(gè)頂點(diǎn)重疊在一起，在它的后面我們需要使用“實(shí)例化于點(diǎn)上”來導(dǎo)入火車模型，這會(huì)導(dǎo)致穿模和不必要的渲染壓力，所以我們需要再接一個(gè)“按距離合并”來讓這些頂點(diǎn)融合為一體。

這時(shí)候的問題有兩個(gè)，其一是如何讓它自動(dòng)跑起來，其二是怎樣讓它正確地旋轉(zhuǎn)。第一個(gè)問題其實(shí)解決起來不難，只需要給“采樣曲線”的系數(shù)連接一個(gè)“場(chǎng)景時(shí)間”的“秒”即可，但因?yàn)樵蹅冞@個(gè)是單節(jié)車廂的設(shè)計(jì)，而火車往往是多節(jié)車廂，所以我們需要一個(gè)位移值來為不同車廂賦予不同的位置，同時(shí)還需要一個(gè)參數(shù)來控制車速，并且讓它可以循環(huán)運(yùn)行而不是沿著曲線跑一趟就消失了。

因此，我們首先是通過“相加”來控制它的起始位置，然后接一個(gè)“相除”來調(diào)整它的運(yùn)行速度，最后接一個(gè)“分?jǐn)?shù)”來讓它可以循環(huán)運(yùn)行不受曲線長(zhǎng)度限制，建議將“輸出屬性”的幀率改成60fps，這樣即便是預(yù)覽時(shí)看上去也會(huì)流暢許多，完成這一步后播放視頻應(yīng)該就能看到火車跑起來了。

接下來調(diào)整它的旋轉(zhuǎn)值，我們將“采樣曲線”的“切向”輸出連接一個(gè)“對(duì)齊歐拉至矢量”，再連接到“實(shí)例化于點(diǎn)上”的旋轉(zhuǎn)值，這時(shí)候我們只需要按照自己的設(shè)計(jì)場(chǎng)景，嘗試選擇“對(duì)齊歐拉至矢量”的X、Y、Z 直到獲得正確的旋轉(zhuǎn)方向，就能獲得一個(gè)跑動(dòng)時(shí)車頭朝向正確的火車效果啦。

搞定這一步之后，我們接下來就可以設(shè)計(jì)多節(jié)車廂了，此時(shí)需要全選咱們火車部分的全部節(jié)點(diǎn)，注意不要選中第一步的車軌節(jié)點(diǎn)，然后按Ctrl+G，將其進(jìn)行編組，然后把“場(chǎng)景時(shí)間”后的“相加”值連接到編組內(nèi)“組輸入”的空白值上，這時(shí)候選擇幾何節(jié)點(diǎn)編輯器右上角的箭頭按鈕，也就是回到父級(jí)節(jié)點(diǎn)樹，這時(shí)候就能看到所有火車車廂的節(jié)點(diǎn)都被打包成了一個(gè)節(jié)點(diǎn)集合，我們可以把它重命名為“火車”或其他自己想要的名稱，同時(shí)剛剛連接的“相加”值在這個(gè)節(jié)點(diǎn)集合上就能直接調(diào)整了，此時(shí)改變這個(gè)數(shù)值就能看到火車的位置發(fā)生了變化，所以我們只需要按照設(shè)計(jì)需求復(fù)制多個(gè)“火車”節(jié)點(diǎn)集合，通過調(diào)整“相加”值，將它們和之前制作的車軌再進(jìn)行“合并幾何”輸出，就能得到一個(gè)由多節(jié)車廂組成的火車列組沿曲線開動(dòng)的效果啦。

從本期的幾何節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)來看，通過相對(duì)復(fù)雜的設(shè)計(jì)，獲得了更全面的自由空間，比如車頭和車身其實(shí)可以設(shè)計(jì)成不一樣的物體，我們只需要將火車車頭的節(jié)點(diǎn)集合獨(dú)立出來，再調(diào)整它的模型樣式就能獲得我們想要的效果。而如果單純只是想獲得一個(gè)火車沿曲線運(yùn)動(dòng)的效果，不使用幾何節(jié)點(diǎn)也有傳統(tǒng)的方法可以實(shí)現(xiàn)，可以說是“條條大路通羅馬”。但我們一直強(qiáng)調(diào)幾何節(jié)點(diǎn)是Blender近年來最重要也是最核心的功能，如果想要時(shí)刻保持最新的設(shè)計(jì)思路，幾何節(jié)點(diǎn)就是不能繞開的關(guān)鍵，當(dāng)然，我們的教學(xué)節(jié)點(diǎn)或許并不是最優(yōu)解，理論上還有一些優(yōu)化的空間，所以我們也一直鼓勵(lì)大家開動(dòng)腦筋積極探索，早日將Blender 幾何節(jié)點(diǎn)融會(huì)貫通。