Blender 教程: 使用几何节点创建莫比乌斯球环动画

欢迎来到这篇 Blender 教程！今天我们将学习如何使用几何节点创建一个由许多小球组成的、不断旋转的莫比乌斯环形动画。这种效果之前通常使用粒子系统实现，但几何节点为我们提供了更灵活和强大的控制方式。

本教程适合对 Blender 有一定基础的用户，尤其是那些希望深入了解几何节点应用的创作者。

通过本教程，你将学到：

• 基础模型的创建与编辑。
• 使用“简易形变 (Simple Deform)”和“曲线 (Curve)”修改器。
• 几何节点的基本应用，包括“点上实例化 (Instance on Points)”。
• 材质和世界背景的着色技巧。
• 创建循环动画并进行渲染设置。

准备工作

• Blender: 建议使用 Blender 3.0 或更高版本，因为本教程依赖几何节点功能。
• Node Wrangler 插件: 虽然不是必需的，但强烈建议启用。它可以极大提高节点操作效率。 (在 Blender 中，进入 编辑 (Edit) -> 偏好设置 (Preferences) -> 插件 (Add-ons)，搜索 Node Wrangler 并勾选启用)。

步骤一: 创建基础三角柱模型

我们的莫比乌斯环将从一个简单的三角柱开始。

1. 清理场景:
   • 打开 Blender，如果场景中有默认的立方体、灯光和相机，请选中默认立方体。
   • 按下 X 键，然后在弹出的菜单中选择 删除 (Delete)。
2. 添加圆柱体:
   • 按下 Shift + A 打开添加菜单，选择 网格 (Mesh) -> 圆柱体 (Cylinder)。
3. 修改圆柱体参数:(这一步我们创建了一个细长的三角柱，它将作为莫比乌斯环的基础骨架。)
   • 添加圆柱体后，在视图左下角会立刻出现一个名为 添加圆柱体 (Add Cylinder) 的小窗口（如果看不到，尝试按 F9 调出）。点击展开它。
   • 将 顶点 (Vertices) 的数量从默认的 32 修改为 3。这将把圆柱体变成一个三角柱。
   • 将 半径 (Radius) 修改为 1.5 米。
   • 将 深度 (Depth) 修改为 12 米。
   • 现在你可以点击视图中的其他地方，这个设置窗口就会消失。
4. 旋转圆柱体:
   • 确保三角柱仍处于选中状态。
   • 按下 R 键进入旋转模式，然后按 X 键限制在 X 轴旋转。
   • 输入 90，然后按 Enter 键确认。三角柱现在应该是平躺的。
5. 调整厚度 (侧视图):

• 按下小键盘上的 3 键，切换到右视图 (Right Orthographic)。如果你没有小键盘，可以通过视图菜单 视图 (View) -> 视点 (Viewpoint) -> 右 (Right) 来切换。
• 使用鼠标滚轮放大视图，直到可以清晰看到背景网格。
• 按下 S 键进入缩放模式。
• 按下 Shift + Y 以在缩放时排除 Y 轴（即只在 XZ 平面缩放）。
• 移动鼠标缩小三角柱，同时按住 Ctrl 键，观察三角柱的厚度（在侧视图中是垂直方向的尺寸）大致与背景中的一个大网格单元高度相同。点击左键确认缩放。
• 你可能需要使用 G 键配合 Z 键或 X 键微调位置，并再次使用 S -> Shift + Y -> Ctrl 来精确调整厚度，使其顶部和底部分别对齐网格线，厚度正好为一个单位。
  (我们的目标是得到一个横截面接近正方形（或至少是特定厚度）的三角柱，方便后续操作。)

步骤二: 编辑模式与细分

接下来，我们需要为模型增加足够的几何细节，以便后续的扭曲和弯曲操作。

1. 进入编辑模式:
   • 确保三角柱被选中。
   • 按下 Tab 键进入编辑模式 (Edit Mode)。或者，你也可以在视图左上角的模式切换下拉菜单中选择 编辑模式。
2. 添加循环边:
   • 在编辑模式下，将鼠标指针悬停在三角柱的一条长边附近。
   • 按下 Ctrl + R，你会看到一条紫色的预选循环边。
   • 滚动鼠标中键滚轮，增加循环边的数量。目标是让三角柱的每个长条面被分割成近似正方形的小面。输入了 11 条切割（即滚动滚轮直到“切割数量”显示为11，或者直接输入数字11）。
   • 确定切割数量后，单击鼠标左键一次，此时循环边会附着在鼠标上，再次单击鼠标左键（或按 Enter）将它们放置在中间位置。
     (增加循环边是为了让模型有足够的顶点进行平滑的变形。)
3. 细分模型:
   • 按下 A 键确保所有顶点、边和面都被选中（如果未全选，再按一次A）。
   • 按下 Ctrl + E 打开边操作菜单，选择 细分 (Subdivide)。
   • 模型会被细分一次。我们需要再次细分。
   • 再次按下 Ctrl + E，选择 细分 (Subdivide)。
   • 或者，在第一次细分后，视图左下角会出现 细分 (Subdivide) 的操作面板，你可以将 切割次数 (Number of Cuts) 直接设置为 2。
     (细分操作会进一步增加模型的面数，使其更加平滑。)
4. 删除端面:
   • 按下小键盘 1 键切换到前视图 (Front Orthographic)。
   • 在视图右上角，找到并点击一个看起来像两个重叠正方形的图标，即**切换 X 射线 (Toggle X-Ray)** 按钮，以开启透视模式。这样我们就能选择到背后的面。
   • 按下 A 键两次以取消全选。
   • 按下数字键 3 (非小键盘) 进入面选择模式，或者点击编辑模式下左上角的面选择图标。
   • 按下 C 键激活圆形选择 (Circle Select) 工具。
   • 使用鼠标滚轮调整圆形选择工具的大小。
   • 在三角柱的两个末端（前视图中看到的三角形面）点击并拖动，选择所有构成这两个端面的小三角形面。由于开启了X射线模式，前后两端的面都会被选中。
   • 选择完毕后，按 Esc 键或鼠标右键退出圆形选择。
   • 按下 X 键打开删除菜单，选择 面 (Faces)。
     (删除端面是为了让模型变成一个中空的管状结构，为后续制作莫比乌斯环做准备。)
5. 退出编辑模式并关闭 X 射线:

• 按下 Tab 键退回到物体模式 (Object Mode)。
• 再次点击视图右上角的**切换 X 射线**按钮，关闭透视。

步骤三: 应用修改器制作莫比乌斯环

现在，我们将使用修改器来扭曲和弯曲我们的模型，形成莫比乌斯环的形状。

1. 应用缩放:
   • 在物体模式下，确保模型被选中。
   • 按下 Ctrl + A 打开应用菜单，选择 缩放 (Scale)。这一步很重要，确保后续修改器按预期工作。
2. 添加简易形变修改器 (Simple Deform):
   • 在右侧的属性面板中，选择修改器属性 (Modifier Properties) (扳手图标)。
   • 点击 添加修改器 (Add Modifier)，在 形变 (Deform) 类别下选择 简易形变 (Simple Deform)。
   • 在 简易形变 修改器设置中：
     • 将模式从默认的 扭曲 (Twist) 保持不变。
     • 将 轴向 (Axis) 设置为 Z。
     • 将 角度 (Angle) 设置为 360 度。 (你可以尝试 120 度的倍数，如 120, 240, 360，它们都能形成类似莫比乌斯环的效果。
       (简易形变修改器将我们的三角柱沿其Z轴进行了扭曲。)
3. 添加曲线修改器 (Curve):
   • 继续在修改器属性面板中，点击 添加修改器 (Add Modifier)，在 形变 (Deform) 类别下选择 曲线 (Curve)。
4. 创建圆形曲线:
   • 按下 Shift + A，选择 曲线 (Curve) -> 圆形 (Circle) (通常是 BezierCircle)。
5. 设置曲线修改器:
   • 回到三角柱模型的 曲线 修改器设置。
   • 点击 曲线对象 (Curve Object) 右侧的吸管图标，然后在视图中点击刚刚创建的 BezierCircle。或者直接在下拉列表中选择它。
   • 将 形变轴向 (Deform Axis) 设置为 Y。
     (此时，扭曲后的三角柱会尝试沿着圆形曲线弯曲。)
6. 调整圆形曲线大小:
   • 在场景集合 (Outliner) 中或直接在视图中选择 BezierCircle。
   • 按下 S 键缩放圆形曲线。你会看到三角柱（莫比乌斯环）的形状随之变化。
   • 仔细调整缩放大小，直到莫比乌斯环的两端看起来完美地连接在一起。你可以按住 Shift 键进行更精细的缩放调整。可以放大视图仔细观察连接处。
7. 调整莫比乌斯环厚度:
   • 选择我们的莫比乌斯环主体（原来的三角柱）。
   • 按下 S 键，然后按 Shift + Y (排除Y轴进行缩放)。
   • 按住 Ctrl 将其在 XZ 平面（即环的“厚度”方向）稍微放大一些。将其调整到大约 1.5 的整体缩放值。你可以根据视觉效果调整。
     (这一步调整了环本身的“胖瘦”程度。)

步骤四: 使用几何节点实例化球体

现在，莫比乌斯环的骨架已经完成。我们将使用几何节点在其表面上实例化许多小球。

1. 打开几何节点编辑器:
   • 将你的 Blender 界面调整出一个新的窗口区域。一种方法是将鼠标指针移动到现有窗口的边角，当指针变成十字形时，点击并向内拖动。
   • 在新窗口的左上角，点击编辑器类型 (Editor Type) 图标（通常显示当前窗口类型，如3D视图），将其更改为 几何节点编辑器 (Geometry Node Editor)。
2. 新建几何节点树:
   • 确保你的莫比乌斯环主体被选中。
   • 在几何节点编辑器中，点击 + 新建 (+ New) 按钮，为其创建一个新的几何节点树。你会看到一个 组输入 (Group Input) 节点和一个 组输出 (Group Output) 节点。
3. 添加点上实例化节点:
   • 在节点编辑器中，按下 Shift + A 打开添加节点菜单。
   • 搜索并选择 点上实例化 (Instance on Points) 节点。
   • 将此节点放置在 组输入 和 组输出 节点之间，它会自动连接。
4. 添加 UV 球体作为实例:
   • 按下 Shift + A，搜索并选择 UV 球体 (UV Sphere) 节点。
   • 将 UV 球体 节点的 网格 (Mesh) 输出端连接到 点上实例化 节点的 实例 (Instance) 输入端。
     (此时，你会看到莫比乌斯环的每个顶点都被一个巨大的UV球体替代了。)
5. 应用对象缩放 (重要):
   • 回到 3D 视图，确保莫比乌斯环主体被选中。
   • 按下 Ctrl + A，选择 缩放 (Scale)。这一步非常重要，它会将之前对物体模式下的缩放操作应用到模型的实际尺寸上，这样几何节点中的球体大小才能正确地基于我们设置的半径值。
6. 调整 UV 球体半径:
   • 回到几何节点编辑器。
   • 在 UV 球体 节点上，减小 半径 (Radius) 的值，直到球体大小合适，互相之间略有接触或轻微重叠。约为 0.2 米。你可以根据自己的喜好调整。
7. 平滑着色:
   • 按下 Shift + A，搜索并选择 设置平滑着色 (Set Shade Smooth) 节点。
   • 将其放置在 点上实例化 节点之后，组输出 节点之前。
8. 设置材质:
   • 按下 Shift + A，搜索并选择 设置材质 (Set Material) 节点。
   • 将其放置在 设置平滑着色 节点之后。
   • 点击 设置材质 节点上的材质插槽，选择场景中已有的默认材质 (通常名为 Material)。
     (至此，几何节点部分完成，我们已经用小球构成了莫比乌斯环。)

步骤五: 渲染与材质设置

现在来调整渲染设置和材质，让场景看起来更美观。

1. 渲染属性:
   • 在右侧属性面板中，选择渲染属性 (Render Properties) (小相机图标)。
   • 确保渲染引擎是 Eevee。
   • 勾选 环境光遮蔽 (Ambient Occlusion)。展开其设置，将 因子 (Factor) 增加到 10，距离 (Distance) 增加到 1 米。
   • 勾选 辉光 (Bloom)。
   • 勾选 屏幕空间反射 (Screen Space Reflections)。
2. 世界背景着色:
   • 切换到着色器编辑器 (Shader Editor) 窗口。
   • 在着色器编辑器顶部的下拉菜单中，将 物体 (Object) 切换到 世界 (World)，以编辑世界背景的节点。
   • 你会看到一个 背景 (Background) 节点连接到 世界输出 (World Output)。
   • 按下 Shift + A，搜索并添加 混合着色器 (Mix Shader) 节点，将其放置在 背景 和 世界输出 之间。
   • 选中原来的 背景 节点，按下 Shift + D 复制一个新的 背景 节点。将其连接到 混合着色器 的第二个 Shader 输入槽。
   • 按下 Shift + A，搜索并添加 渐变纹理 (Gradient Texture) 节点。
   • 按下 Shift + A，搜索并添加 颜色渐变 (Color Ramp) 节点。
   • 连接 渐变纹理 节点的 颜色 (Color) 输出到 颜色渐变 节点的 系数 (Fac) 输入。
   • 连接 颜色渐变 节点的 颜色 (Color) 输出到新复制的（第二个）背景 节点的 颜色 (Color) 输入。
   • 按下 Shift + A，搜索并添加 光线路径 (Light Path) 节点。
   • 将 光线路径 节点的 是否为摄影机光线 (Is Camera Ray) 输出连接到 混合着色器 节点的 系数 (Fac) 输入。
     (这样设置的目的是，摄像机直接看到的背景使用渐变色，而物体反射/折射中看到的背景使用纯色。)
   • 调整背景颜色:
     • 第一个（顶部的）背景 节点：将其颜色设置为你希望物体反射的纯色背景。为一个非常浅的、略带蓝色的青色 (例如 HSV: 0.5, 0.75, 1.0)。
     • 第二个 背景 节点通过 颜色渐变 控制：
       • 选中 渐变纹理 节点，按下 Ctrl + T (需要 Node Wrangler 插件激活) 添加 纹理坐标 (Texture Coordinate) 和 映射 (Mapping) 节点。
       • 将 纹理坐标 节点的 物体 (Object) 输出连接到 映射 节点的 矢量 (Vector) 输入。
       • 在 映射 节点中，将 旋转 (Rotation) 的 Z 值设置为 90 度。
       • 在 颜色渐变 节点中，点击左边的黑色滑块，将其颜色也设置为一个浅蓝色 (例如 HSV: 0.5, 0.34, 1.0)。右边的白色滑块保持白色。
       • 你可以通过调整 映射 节点上 位置 (Location) 的 X 值来改变渐变在屏幕上的位置。调整为约 0.09。
   • 为了预览渐变效果，你可以按住 Ctrl + Shift 并左键点击 颜色渐变 节点后的那个 背景 节点。完成后，Ctrl + Shift 点击 混合着色器 节点，再 Ctrl + Shift 点击 世界输出 节点，确保最终连接正确。
3. 球体材质:
   • 在着色器编辑器中，将模式切换回 物体 (Object)。
   • 选中你的莫比乌斯环对象。
   • 在 原理化BSDF (Principled BSDF) 节点上，将 糙度 (Roughness) 降低到 0.2。
   • 将 基础色 (Base Color) 设置为你喜欢的颜色，使用了一个非常浅的、去饱和的蓝色 (例如，与世界背景中的某个蓝色相似但更亮或更饱和一点)。
4. 切换视图:
   • 在 3D 视图中，点击右上角的视图着色 (Viewport Shading) 按钮，选择最右边的渲染 (Rendered) 模式。
   • 可以点击渲染模式按钮旁边的双箭头图标，关闭叠加层 (Overlays)，以获得更干净的预览。

步骤六: 设置动画与相机

最后，我们来制作动画并设置相机。

1. 动画参数:
   • 在右侧属性面板中，选择输出属性 (Output Properties) (打印机图标)。
   • 将 帧率 (Frame Rate) 设置为 30 fps。
   • 将 结束 (End) 帧设置为 150 (这将创建一个 5 秒钟的动画)。
   • 设置 输出 (Output) 路径为你希望保存视频的位置。
   • 将 文件格式 (File Format) 设置为 FFmpeg 视频 (FFmpeg video)。
   • 展开 编码 (Encoding)，将 容器 (Container) 设置为 MPEG-4。
   • 将 输出质量 (Output Quality) 设置为 感知上无损 (Perceptually Lossless)。
2. 设置相机:
   • 在 3D 视图中，选中相机对象。
   • 按下 Alt + G 清除相机位置。
   • 按下 Alt + R 清除相机旋转。
   • 按下 G 然后 Z，向上移动相机一段距离。
   • 按下小键盘 0 进入相机视图。
   • 再次按下 G 然后 Z，调整相机与莫比乌斯环的距离，直到画面构图满意。
   • 在右侧属性面板中，选择对象数据属性 (Object Data Properties) (绿色相机图标)。
   • 展开 视图显示 (Viewport Display)，将 四周边框 (Passepartout) 的值增加到 1，这样相机视图外的区域会变暗，方便构图。
3. 制作旋转动画:
   • 将时间线播放头移动到第 0 帧。
   • 确保莫比乌斯环主体被选中。
   • 在 3D 视图中，按下 I 键打开插入关键帧菜单，选择 旋转 (Rotation)。
   • 将时间线播放头移动到第 150 帧 (最后一帧)。
   • 按下 R 键，然后 Y 键，输入 360，然后按 Enter。莫比乌斯环会绕其 Y 轴旋转 360 度。
   • 再次按下 I 键，选择 旋转 (Rotation)，插入关键帧。
   • 将鼠标指针悬停在时间线窗口。
   • 按下 T 键打开关键帧插值菜单，选择 线性 (Linear)。这将确保动画以恒定速度旋转，形成完美的循环。
     (现在你可以按空格键播放动画，预览效果。)

步骤七: 渲染动画

一切设置完毕，可以渲染最终的动画了！

1. 在 Blender 顶部菜单栏，选择 渲染 (Render) -> 渲染动画 (Render Animation)。
2. 等待渲染完成。

总结

恭喜你！你已经成功使用 Blender 的几何节点、修改器和着色器创建了一个漂亮的莫比乌斯球环动画。这个过程涵盖了从模型创建到最终动画输出的多个方面，希望你能从中学习到有用的技巧。

你可以尝试修改球体的颜色、背景渐变、旋转速度等参数，创造出属于你自己的独特效果。