一筆畫出奔跑的小火車Blender 幾何節點教學

薛山

“一筆畫”系列其實我們已經推出了好幾個章節，簡單來說就是通過幾何節點的設計，讓復雜的模型可以跟隨曲線繪制，使其位置、旋轉甚至縮放都自動匹配，從而實現一次設計多次復用的高效目標。本期的“一筆畫”系列我們準備制作一組可以跟隨曲線開動的小火車，還是老規矩，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，其實咱們本期的內容也不限于火車，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，然后進入它的幾何節點編輯器。

我們這一步最重要的就是讓軌道跟隨這條曲線來自動調整，難點在于大多數軌道都有兩條，而我們的曲線只有一條，所以在設計時需要動一些小心思。第一步是使用“曲線轉網格”節點，并使用“曲線圓環”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的直徑來實現的，那么這時候要如何讓它變成兩條軌道呢？

方法其實也很簡單，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行位移補償，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點的最左側，在“曲線轉網格”之前加入一個“設置位置”，并以“法向”作為基礎來連接它的“偏移量”，為了控制這個偏移量，可以在它們兩者之間加入一個“矢量算法”的“縮放”來進行控制，因為軌道需要朝著法向的兩個方向進行偏移，所以建議大家分別引入兩個“縮放”，從正負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“曲線轉網格”，就能得到一組完整的軌道了。

因為它會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“變換幾何體”，將其沿Z 軸向下位移一點位置，具體數值可以在火車設計完成后再進行調整，最后記得加入一個“設置材質”，再在著色器編輯器中將對應的材質設置為金屬材質即可。這時候我們進入原始曲線的編輯模式，刪除所有頂點并新建另外的曲線，你會發現火車軌道可以實現自行鋪設啦。

火車運動在幾何節點里的邏輯，就是頂點跟隨曲線路徑進行運動，并且火車模型會根據曲線切向進行自動旋轉，匹配正確的運動方向，那么如何才能實現這個設計目的呢？

這一設計的難點在于如何讓頂點沿著曲線進行運動，最基本的方法就是通過采樣曲線來實現頂點融合，我們首先需要通過“曲線-> 點”節點，將曲線切換成一個個的點，然后連接“設置位置”。這里開始就需要注意了，我們再將原始曲線連接“采樣曲線”，將“位置”值輸出到“設置位置”的“位置”上，此時會根據你“曲線-> 點”的設置，獲得不同的頂點數量，比如“曲線-> 點”設置為“數量”10，就會在幾何節點默認視圖左上側的“電子表格”里看到有10 個點云，這時候我們調整“采樣曲線”的系數，就可以在實體視圖下看到頂點跟隨曲線在進行運動了，但因為這時候有足足10 個頂點重疊在一起，在它的后面我們需要使用“實例化于點上”來導入火車模型，這會導致穿模和不必要的渲染壓力，所以我們需要再接一個“按距離合并”來讓這些頂點融合為一體。

這時候的問題有兩個，其一是如何讓它自動跑起來，其二是怎樣讓它正確地旋轉。第一個問題其實解決起來不難，只需要給“采樣曲線”的系數連接一個“場景時間”的“秒”即可，但因為咱們這個是單節車廂的設計，而火車往往是多節車廂，所以我們需要一個位移值來為不同車廂賦予不同的位置，同時還需要一個參數來控制車速，并且讓它可以循環運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“相除”來調整它的運行速度，最后接一個“分數”來讓它可以循環運行不受曲線長度限制，建議將“輸出屬性”的幀率改成60fps，這樣即便是預覽時看上去也會流暢許多，完成這一步后播放視頻應該就能看到火車跑起來了。

接下來調整它的旋轉值，我們將“采樣曲線”的“切向”輸出連接一個“對齊歐拉至矢量”，再連接到“實例化于點上”的旋轉值，這時候我們只需要按照自己的設計場景，嘗試選擇“對齊歐拉至矢量”的X、Y、Z 直到獲得正確的旋轉方向，就能獲得一個跑動時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計多節車廂了，此時需要全選咱們火車部分的全部節點，注意不要選中第一步的車軌節點，然后按Ctrl+G，將其進行編組，然后把“場景時間”后的“相加”值連接到編組內“組輸入”的空白值上，這時候選擇幾何節點編輯器右上角的箭頭按鈕，也就是回到父級節點樹，這時候就能看到所有火車車廂的節點都被打包成了一個節點集合，我們可以把它重命名為“火車”或其他自己想要的名稱，同時剛剛連接的“相加”值在這個節點集合上就能直接調整了，此時改變這個數值就能看到火車的位置發生了變化，所以我們只需要按照設計需求復制多個“火車”節點集合，通過調整“相加”值，將它們和之前制作的車軌再進行“合并幾何”輸出，就能得到一個由多節車廂組成的火車列組沿曲線開動的效果啦。

從本期的幾何節點設計來看，通過相對復雜的設計，獲得了更全面的自由空間，比如車頭和車身其實可以設計成不一樣的物體，我們只需要將火車車頭的節點集合獨立出來，再調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火車沿曲線運動的效果，不使用幾何節點也有傳統的方法可以實現，可以說是“條條大路通羅馬”。但我們一直強調幾何節點是Blender近年來最重要也是最核心的功能，如果想要時刻保持最新的設計思路，幾何節點就是不能繞開的關鍵，當然，我們的教學節點或許并不是最優解，理論上還有一些優化的空間，所以我們也一直鼓勵大家開動腦筋積極探索，早日將Blender 幾何節點融會貫通。