3D建模也能“程控”，Blender着色器教程

薛山

一般来说，3D建模的可逆性都相对不强，也就是当我把立方体变成异型之后，想要变回来，或者再变成其他形状就比较麻烦，基本上没有退路可循。不过，随着修改器设计的不断发展，我们在Blender里已经可以实现相当丰富、随时可调整的功能，比如平滑边缘，就不一定要在模型上自己手动做平滑，而是通过修改器对范围、幅度、强度进行程序化的控制，简单来说就是给予我们更多的控制空间，卖了一剂“后悔药”。事实上在结合修改器+材质着色器的基础上，我们甚至不需要建模，就能生成很多的3D模型，而且对模型的形态有着随时可调整的巨大优势。那么，究竟要如何实现呢？我们本期就以一颗“螺丝钉”来说起吧。

如图1，看起来就是平平无奇的一颗螺丝钉，但其实在编辑模式下查看，你会发现它只是一个由4顶点组成的平面，换言之，这并不是一个传统方法建模形成的图像，而是通过着色器设计，利用置换原理所构成的形状，具体怎么操作呢？我们一步步来看！

第一步：设置渲染器、材质置换和勾画基本形状

我们需要新建一个平面，然后将渲染器设置为Cycles，在平面材质中将表（曲）面置换设置为“置换与凹凸”，如图2。这一步非常关键，也比较容易被新手遗忘，所以要单独强调一遍。

然后切换到“渲染”模式，因为只有在此模式下才能看到置换效果。我们先给平面设置一个表面细分修改器，级数虽是越高越好，但越高意味着最终渲染的多边形就越多，对硬件要求也越高，所以要量力而行，本教程最终渲染时设置为8。

然后进入着色器编辑器，使用纹理坐标连接矢量运算，并将矢量运算选择为“长度”，再连接映射范围，并通过置换模块连接到材质输出的“置换”上，这时候通过调整映射范围的数值就能看到平面变成了向上的锥形，这时候再在映射范围和置换之间添加一个RGB曲线，调整成螺丝钉的形状，就能看到如图3的效果样式了。

我们既可以通过RGB曲线来调整螺丝钉的形状，也能通过映射范围的“到最大值”来调整圆滑度，这就是“程控”的意义所在，通过一组着色器设置，就能轻松让每一颗螺丝钉都有些微的差别，这不正符合现实生活吗，毕竟世上没有完全相同的两片树叶。到这一步，你的着色器编辑器应该是如图4所示的设定。

第二步：为螺丝钉打上十字纹

所谓“十字纹”，就是让原本升起来的部分又以十字纹的形状下陷回去，从而形成我们想要的形状，这时候需要新建一个分离XYZ，并用X、Y分别连接一个运算模块并选择为“绝对”，然后用运算模块的“最大值”功能连接，再紧接一个相减，并通过颜色渐变来输出。然后再在分离XYZ之前加入一个矢量运算并选择为正片叠底，尝试设置X、Y的矢量值，可获得如图5的效果。

将本步骤新建的功能模块全部复制一遍，但把矢量运算的X、Y值进行替换，然后把这两个模块组用正片叠底相乘，这样就能形成一个十字形了。虽然我们也有更简單的方法来形成这个十字，但教程所使用的方案可以让十字形边缘呈坡状，而不是垂直下落，视觉上更符合真实场景，而且也可以通过调整参数来改变坡度角度，程控更自由。

最后再将本步骤所做的功能模块，用正片叠底与第一步制作的模块在置换之前相乘，这样就能实现如图1的螺丝钉形状了。

考虑到要在多个“螺丝”上使用这一组着色器，建议将用于置换的模块全部以Ctrl+G进行编组，并为映射范围的“到最大值”、2个相减模块的数值以及置换模块的缩放值添加组输入的快捷连接，并按功能重新命名为容易理解的名称，比如“到最大值”就是“螺纹大小”，减法的数值就是螺丝顶面的“圆滑度”，而置换的缩放就是控制螺丝的“高度”。这样一来，如图6，我们的着色器编辑器一下就简单明了了很多，反复使用时也不容易混淆了。

本章小结

置换功能考验的其实是想象力

在今年开始做Blender系列文章时我就说过，置换是Blender着色器里非常重要的功能，它可以在零建模的基础上实现3D图像的输出，而且Blender在2.93 alpha版本就开始重推几何节点，这也是一个全新的，足以让人脑洞大开的新功能。虽然玩法有不同，但关键逻辑是互通的，着色器置换考验的其实就是用户的空间想象力，怎样通过纹理位置的数学计算来置换出形形色色的形状，而且显然，我们的螺丝只完成了上半部分，螺丝最重要的螺纹部分并没有完成，那么聪明的你想不想尝试自己研究一下呢？你能在我们下期教程推出前自己搞定吗？我拭目以待！