Blender 教程: 使用几何节点创建程序化水晶及材质

在本教程中，我们将学习如何使用 Blender 的几何节点 (Geometry Nodes) 创建一个程序化的水晶模型。这意味着你可以通过调整参数轻松生成各种不同形状和细节的水晶。此外，我们还将探讨如何为这些水晶创建两种不同风格的材质：一种是发光效果的风格化材质，另一种是更逼真的玻璃材质。

本教程适合对 Blender 有一定基础，并希望深入学习几何节点程序化建模以及 Cycles 渲染器材质应用的读者。

通过本教程，你将学到：

• 使用基础几何体搭建程序化模型。
• 理解并运用多个核心几何节点，如 Extrude Mesh, Scale Elements, Merge by Distance, Dual Mesh, Triangulate, Subdivide Mesh, Set Position, Noise Texture, Map Range 等。
• 通过节点连接实现复杂的逻辑控制。
• 将几何节点参数暴露到修改器面板，方便快速调整。
• 在 Cycles 中创建程序化水晶材质，包括发光效果和真实玻璃效果。

准备工作

• Blender 3.0 或更高版本 (视频中使用的是 Blender 3.3.0)。
• 开启 Cycles 渲染引擎以获得最佳材质效果 (尤其是对于玻璃材质)。

步骤一: 创建水晶基础模型

我们将从一个简单的立方体开始，并利用几何节点将其塑造成水晶的基本形态。

1. 打开 Blender，选择默认的立方体。
2. 切换到 几何节点 (Geometry Nodes) 工作区。
3. 在几何节点编辑器底部，点击 + New 按钮，为立方体创建一个新的几何节点树。默认情况下，你会看到一个 Group Input 节点和一个 Group Output 节点，它们之间通过一条绿色的 Geometry 线连接。
4. 添加圆柱体作为基础形状:
   • 按下 Shift + A，在菜单中选择 Mesh Primitives -> Cylinder，添加一个圆柱体节点。
   • 将 Cylinder 节点的 Mesh 输出连接到 Group Output 节点的 Geometry 输入，替换掉原有的立方体输入。现在场景中的立方体应该变成了一个圆柱体。
   • 在 Cylinder 节点中，设置 Vertices (顶点数) 为 5。这将决定水晶的基本棱面数量，你可以根据喜好调整此数值 (例如 4、6 或更多)，不同的顶点数会产生不同外观的水晶。
5. 使圆柱体顶部和底部收缩成尖端:现在，圆柱体的顶部和底部面应该被挤出并缩放到了一个点，形成了类似双锥体的形状。
   • 添加 Extrude Mesh 节点: 按下 Shift + A，搜索并添加 Extrude Mesh 节点，将其放置在 Cylinder 和 Group Output 节点之间。
   • 添加 Scale Elements 节点: 按下 Shift + A，搜索并添加 Scale Elements 节点，将其放置在 Extrude Mesh 和 Group Output 节点之间。
   • 添加 Boolean Math 节点: 按下 Shift + A，搜索并添加 Boolean Math 节点。将其操作模式从默认的 And 更改为 Not。
   • 连接节点:
     1. 将 Cylinder 节点的 Side 输出 (这是一个布尔值，表示哪些面是侧面) 连接到 Boolean Math (Not) 节点的输入。
     2. 将 Boolean Math (Not) 节点的 Boolean 输出连接到 Extrude Mesh 节点的 Selection 输入。这一步的目的是反转选择，使得 Extrude Mesh 只作用于圆柱体的顶部和底部面 (因为我们反转了对侧面的选择)。
     3. 在 Extrude Mesh 节点中，取消勾选 Individual 复选框。
     4. 将 Extrude Mesh 节点的 Top 输出连接到 Scale Elements 节点的 Selection 输入。
     5. 将 Scale Elements 节点的 Scale 值设置为 0。
6. 合并重叠顶点:
   • 由于上一步将多个顶点缩放到了同一个位置，我们需要合并这些重叠的顶点，以形成单一的尖端。
   • 按下 Shift + A，搜索并添加 Merge by Distance 节点，将其放置在 Scale Elements 和 Group Output 节点之间。保持默认的 Distance 值即可。
7. 创建水晶刻面效果:
   • 为了让水晶表面更具不规则的刻面感，我们将使用 Dual Mesh 和 Triangulate 节点的组合。
   • 添加第一个 Dual Mesh 节点: 按下 Shift + A，搜索并添加 Dual Mesh 节点，将其放置在 Merge by Distance 之后。
   • 添加 Triangulate 节点: 按下 Shift + A，搜索并添加 Triangulate 节点，将其放置在第一个 Dual Mesh 之后。
   • 添加第二个 Dual Mesh 节点: 按下 Shift + A，搜索并添加 Dual Mesh 节点，将其放置在 Triangulate 节点之后。
     • Dual Mesh 节点会将网格的顶点转换为面，面转换为顶点。通过两次 Dual Mesh 中间夹一个 Triangulate (将面三角化)，可以有效地打乱原有规则的拓扑，形成类似水晶的随机刻面。

步骤二: 添加随机化与细节

现在基础形状已经完成，我们来添加一些噪点和细分，使水晶看起来更自然、更有机。

1. 细分网格:
   • 按下 Shift + A，搜索并添加 Subdivide Mesh 节点，将其放置在最后一个 Dual Mesh 节点之后。
   • 设置 Subdivide Mesh 节点的 Level 为 2。这将增加模型的面数，为后续的噪点置换提供足够的细节。
2. 使用噪点进行置换:现在水晶表面应该出现了一些随机的起伏。
   • 添加 Set Position 节点: 按下 Shift + A，搜索并添加 Set Position 节点，将其放置在 Subdivide Mesh 之后。
   • 添加 Noise Texture 节点: 按下 Shift + A，搜索并添加 Noise Texture 节点。
   • 添加 Map Range 节点: 按下 Shift + A，搜索并添加 Map Range 节点。将其数据类型从 Float 更改为 Vector。
   • 添加 Vector Math 节点: 按下 Shift + A，搜索并添加 Vector Math 节点。将其操作模式从 Add 更改为 Scale。
   • 连接节点并设置参数:
     1. 将 Noise Texture 节点的 Color 输出连接到 Map Range (Vector) 节点的 Vector 输入。
     2. 在 Noise Texture 节点中，可以根据喜好调整以下参数，参考值为：
        • Scale: 1.000
        • Detail: 2.000
        • Roughness: 0.500
        • Distortion: 0.000 (保持默认)
     3. 在 Map Range (Vector) 节点中，设置：
• To Min (X, Y, Z) 全部设置为 -1.000。
1. 将 Map Range (Vector) 节点的 Result 输出连接到 Vector Math (Scale) 节点的第一个 Vector 输入。
2. 设置 Vector Math (Scale) 节点的 Scale 值为 0.400 (这个值控制噪点置换的强度，可以自由调整)。
3. 将 Vector Math (Scale) 节点的 Vector 输出连接到 Set Position 节点的 Offset 输入。

步骤三: 最终调整与材质设置

1. 设置材质与平滑着色:
   • 添加 Set Material 节点: 按下 Shift + A，搜索并添加 Set Material 节点，将其放置在 Set Position 之后。
   • 添加 Set Shade Smooth 节点: 按下 Shift + A，搜索并添加 Set Shade Smooth 节点，将其放置在 Set Material 之后，并连接到 Group Output。
   • 创建新材质: 在 Blender 右侧的 材质属性 (Material Properties) 选项卡中，点击 + New 按钮创建一个新材质，并将其命名为 Crystal。
   • 回到几何节点编辑器，在 Set Material 节点中，从下拉菜单选择刚刚创建的 Crystal 材质。
2. 暴露参数到修改器面板:
   • 为了方便地调整水晶的各种属性而无需进入节点编辑器，我们可以将一些关键参数连接到 Group Input 节点。
   • 将 Cylinder 节点的 Depth 输入拖拽连接到 Group Input 节点上一个空的接口。
   • 将 Cylinder 节点的 Radius 输入拖拽连接到 Group Input 节点上一个空的接口。
   • 将 Extrude Mesh 节点的 Offset Scale 输入拖拽连接到 Group Input 节点上一个空的接口。
   • 将 Noise Texture 节点的模式从 3D 更改为 4D。这会多出一个 W 输入，它相当于噪点的“种子”或相位，可以改变噪点的整体模式。
   • 将 Noise Texture 节点的 W 输入拖拽连接到 Group Input 节点上一个空的接口。
   • 现在，在选中水晶对象后，右侧的 修改器属性 (Modifier Properties) 面板中，你会看到这些暴露出来的参数 (Depth, Radius, Offset Scale, W)，可以直接调整它们来改变水晶的形状和噪点。
3. 添加倒角修改器 (可选):
   • 为了让水晶的边缘不那么锐利，可以添加一个标准的倒角修改器。
   • 在 修改器属性 (Modifier Properties) 面板中，点击 Add Modifier，选择 Bevel。
   • 设置 Segments 为 2 或 3。
   • 设置 Amount 为一个较小的值，例如 0.01m。

步骤四: 创建水晶材质

两种材质效果：一种是发光的风格化效果，另一种是更真实的玻璃效果。两种材质主要在 Cycles 渲染引擎下效果更佳。

材质1: 发光水晶 (Emissive Crystal)

这种材质利用菲涅尔效果控制发射强度，产生边缘发光、内部通透的效果。

1. 确保渲染引擎设置为 Cycles。
2. 选中水晶对象，切换到 着色 (Shading) 工作区。
3. 在着色器编辑器中，你会看到之前创建的 Crystal 材质，它默认包含一个 Principled BSDF 节点连接到 Material Output。
4. 设置 Principled BSDF 节点:
   • Roughness: 设置为 0.250 左右。
   • Transmission: 设置为 1.000 (使其完全透明)。
   • Transmission Roughness: 设置为 0.250 左右 (与 Roughness 类似，控制透射的模糊程度)。
5. 添加控制发射的节点:
   • Fresnel 节点: 按下 Shift + A，搜索并添加 Fresnel 节点。
   • ColorRamp 节点: 按下 Shift + A，搜索并添加 ColorRamp 节点。
   • Math 节点: 按下 Shift + A，搜索并添加 Math 节点，将其操作模式设置为 Multiply。
   • 连接节点:
     1. 将 Fresnel 节点的 Fac 输出连接到 ColorRamp 节点的 Fac 输入。
     2. 将 ColorRamp 节点的 Color 输出连接到 Math (Multiply) 节点的第一个 Value 输入。
     3. 将 Math (Multiply) 节点的 Value 输出连接到 Principled BSDF 节点的 Emission Strength 输入。
6. 调整参数:
   • Fresnel 节点的 IOR (折射率) 设置为 2.000。
   • 调整 ColorRamp 节点：
     • 你可以调整色标的位置和颜色来控制菲涅尔效果的过渡。通常，让靠近边缘的部分 (色标在右侧) 更亮。将左侧黑色标向右移动到约 0.333 位置，右侧白色标保持在最右。
   • Math (Multiply) 节点的第二个 Value 输入控制整体发射强度，可以根据场景需要调整，例如 0.250 到 2.000 或更高。
   • Principled BSDF 节点的 Base Color 可以设置为水晶的基色，例如略带粉色的颜色 (R: 0.88, G: 0.23, B: 0.33 )。
   • Principled BSDF 节点的 Emission 颜色可以设置为发光的颜色，例如明亮的蓝色 (R: 0.03, G: 0.63, B: 1.00 )。

材质2: 真实感水晶 (Realistic Glass Crystal)

这种材质使用标准的玻璃着色器，并通过菲涅尔效果混合不同的颜色，模拟光线在水晶内部的复杂折射和色散。

1. 这种设置与上一个类似，但用 Glass BSDF 替换 Principled BSDF 的大部分功能，并使用 Mix Shader (或 Mix RGB 用于颜色) 来混合。
2. 基础设置:
   • Fresnel 节点: IOR 设置为 2.000。
   • ColorRamp 节点: 调整色标，例如左侧黑色标在 0.151 附近。
3. 混合颜色:
   • MixRGB 节点: 按下 Shift + A，搜索并添加 MixRGB 节点，模式设置为 Mix。
   • 将 ColorRamp 节点的 Color 输出连接到 MixRGB 节点的 Fac 输入。
   • Color1 和 Color2 可以设置为你希望水晶呈现的两种主要颜色，例如一种偏品红，一种偏青蓝。
4. Glass BSDF 节点:
   • 按下 Shift + A，搜索并添加 Glass BSDF 节点。
   • 将 MixRGB 节点的 Color 输出连接到 Glass BSDF 节点的 Color 输入。
   • Roughness: 设置为一个较小的值，例如 0.400。
   • IOR: 保持默认 1.450 或根据需要调整。
5. 将 Glass BSDF 节点的 BSDF 输出连接到 Material Output 节点的 Surface 输入。

现在，你可以通过调整 ColorRamp 和 MixRGB 节点中的颜色来获得各种色彩斑斓的真实感水晶效果。

总结

通过本教程，我们成功地使用 Blender 的几何节点创建了一个灵活可控的程序化水晶模型。我们还学习了如何为其添加两种不同风格的材质，以适应不同的渲染场景和艺术需求。你可以尝试调整几何节点树中的各个参数，以及材质节点中的颜色和数值，创造出属于你自己的独特水晶！

希望本教程对你有所帮助！