Blender自学教程：3D物体自由落体场景制作详解
Blender自学教程：3D物体自由落体场景制作详解
本文将详细介绍如何在Blender中制作3D物体自由落体场景。从导入模型、设置物理属性到最终的烘焙保存，每个步骤都配有详细的图文说明，适合Blender初学者学习。
一、导入积木模型
- 新建一个常规文件，然后执行新建，新建一个模型，或通过“文件 > 追加”命令，导入一个已经建好的模型。
选中积木模型，在属性栏中找到物理属性，为模型添加刚性属性。物理属性中除了刚体还有软体、流体、布料等属性，给模型添加这些属性中的某一个，Blender 就会通 过计算让模型具有相应的特征和表现。例如刚体指的是坚硬的物体，如铁球之类的物体，添加刚体属性后物体就会受到重力影响，并且刚体之间会相互碰撞。软体与刚体类似，区别是刚体不会变形，软体会变形，例如果冻之类的物体就属于软体。
二、时间线操作
观察时间线，其最中间有向前播放按钮和向后播放按钮。
单击向前播放按钮，积木模型开始往下坠落，播放即代表开始计算（模拟）。若要停止计算，可单击暂停按钮。
若要再次计算，需先跳转到起始帧，然后再单击播放按钮。时间线还可用于控制整个场景的时间，具有设置区域（进行播放动画相关设置，如是否跟音频同步播放）、菜单（控制视图显示和操控标记）、控制按钮（包括跳转回第一帧、跳转到最后一帧、跳转到前一关键帧和后一关键帧等功能）、帧设置区域（设置场景的起始点和结束点，单位是帧，一般可修改结束点，如想要特定时长的视频，可根据帧率计算结束帧数值，“起始”左侧数字表示当前帧，可直接输入数值跳转到指定帧）和时间针（属于时间控制区域，其位置代表当前帧，可直接拖动跳转到任何帧，播放时会向前移动）。只有在起始帧才能够摆放有物理属性的物体，要重新计算也必须回到起始帧。
时间线
三、创建地面环境（承接物体）
再次使用 Shift + A，选择 “Mesh” 并添加一个平面。用于承接自由下落的物体。
环境建模：
添加一个平面并进入编辑模式，切换到边选择模式，选择一条边，按 E 键向上挤出，给转折处添加较高段数的倒角，让过渡自然，记得开启平滑着色和自动光滑。
使用移动工具和缩放工具调整积木和地面的大小和位置，使场景比例和谐，且积木需与地面有一定距离以便坠落。
四、添加被动刚体
若未添加物理属性的环境模型，积木会直接穿过。选中环境模型，在物理属性栏中单击“刚体”按钮，此时积木和环境会一起往下坠落。
为使环境模型不坠落，单击展开刚体类型的下拉列表，选择“被动”。刚体类型为“被动”时模型保持静止，但仍会与活动项的刚体产生碰撞，一般用于墙壁等稳定物体。
小技巧：当有多个物体时，若要批量添加刚体属性，可先选择多个物体，然后执行“物体 > 刚体 > 添加活动项或添加被动项”命令。
五、碰撞测试
有时会出现积木被弹开的情况。此时先在大纲视图中将环境模型重命名为“环境”，再单击“刚体”按钮移除其刚体属性，最后隐藏环境模型。
新建一个平面，设置较大尺寸，给平面添加被动类型的刚体，此时积木可自然落在平面上。
六、修改碰撞形状
涉及碰撞形状概念，默认碰撞形状是凸壳。凸壳是创建一个能包裹住模型所有点的几何体，可减少计算量，但形状相对简单，准确度有所下降，游戏中常用更简单几何体碰撞可能出现“穿模”情况。
先删除平面，恢复显示环境模型，选中环境模型进入编辑模式，执行“网格 > 凸壳”命令，可得到凸壳后的环境模型，其侧面是三角形，这可能导致积木被弹开。
执行“编辑 > 撤销历史”命令，找到凸壳，单击凸壳的上一步操作回到之前状态。
确保环境模型被选中，添加被动类型的刚体，展开“刚体”和“碰撞”，单击“凸壳”后再单击“网格”，将碰撞形状改成网格（即肉眼可见的模型本身形状），回到起始帧再次单击播放按钮，积木可平稳落地。
七、摆放积木
用之前导入积木的方法将其他类型积木导入进来，并给新导入的积木添加刚体。
为丰富场景，复制积木。确保在起始帧，选中要复制的物体，执行“物体 > 关联复制”命令，拖动鼠标放置复制物体，单击完成复制。使用关联复制可节约内存，避免内存占用过高。将每种积木单独复制几个，移动和旋转积木，使其错落摆放，推荐切换到四格视图操作，且积木之间不能有穿插部分，必须分离开。
小技巧：若想让场景中的模型有随机的位置、旋转和缩放，可选中物体，执行“物体 > 变换 > 随机变换”命令，然后在参数中调整相关数值。
八、刚体设置
起始帧单击播放按钮，可能出现积木下坠后易翻倒的情况。选中一个积木，单击“物理属性”按钮，展开刚体 > 设置，有“质量”参数，质量越大模型越稳定，越小越不稳定。三维建模中可随意设置，按 A 键选中全部模型，执行“物体 > 刚体 > 计算质量 > 塑性”命令，可根据尺寸等信息把积木当作塑料计算出质量。
再次回到起始帧单击播放按钮，积木下坠更自然真实。可反复调整积木的数量、位置、旋转，直至获得满意效果。
单击播放按钮模拟计算后，时间线下部会有橙色区域，代表有物理模拟的缓存，按住时间针拖动可定位到不同帧。无橙色缓存区域则无下坠动画，建议播放完动画，在时间线中找到效果好的帧并将时间针停留在此处，方便后续工作。
九、烘焙动力学结果
若重新打开软件，积木会回到原来位置，因为模拟计算结果未保存，关闭软件后被删除。要保存模拟结果，需用缓存功能。
单击“场景属性”按钮，展开“刚体世界环境”和“缓存”，单击“烘焙所有动力学解算结果”按钮，等待片刻完成烘焙。系统默认烘焙全部帧，若不需要烘焙太多帧，可设置“结束点”参数，如设置成 50，则只烘焙前 50 帧。此步骤易导致软件崩溃，建议使用稳定版 Blender。
烘焙后，场景中所有动力学内容（包括物理模拟）变成结果保存下来，再次播放 Blender 不再进行物理模拟计算，而是直接播放缓存结果，时间线上缓存条颜色变深。此时更改物理属性不影响场景结果，若要清除缓存，需单击“清除所有烘焙”按钮，若不能彻底清除，则需重启 Blender。
十、一些术语的解释
- 刚体（Rigid Body）
定义：在物理学模拟中，刚体是一种理想化的物体模型，它的形状和大小不会发生改变，并且在受力时其内部的相对位置保持固定。在Blender中，刚体属性用于模拟物体在物理世界中的运动，如自由落体、碰撞等行为。
应用场景示例：在这个自由落体场景教程中，积木和环境模型（如地面）被赋予刚体属性后，就可以在重力作用下自然下坠或者与其他刚体产生碰撞交互。例如，积木在添加刚体属性后，会根据重力加速度（Blender中重力加速度是 -9.8m/s²）进行自由落体运动。
- 凸壳（Convex Hull）
定义：是一个几何学概念。通俗来讲，就是创建一个能够包裹住模型所有点的几何体，就像给一个物体裹上一块没有缝隙、完整的布，这块布能包裹住物体的边边角角，并且是拉直状态，没有凹陷进去的地方。在三维建模软件中，凸壳常作为一种碰撞形状的计算方式。
应用场景示例：在教程中，当对环境模型执行“网格 > 凸壳”命令后，得到的凸壳环境模型是封闭的且侧面是三角形。这种形状用于碰撞计算可以减少计算量，因为它相对简单，但准确度会有所下降。比如在游戏场景中，如果复杂模型都用凸壳来计算碰撞，可能会出现物体“穿模”等情况，在这个教程里就出现了积木被弹开的现象。
- 关联复制（Linked Duplication）
定义：在Blender中，关联复制是一种复制物体的方式。它创建的副本与原始物体之间存在关联关系，这种关联主要体现在修改原始物体的某些属性（如形状、修改器等）时，副本也会随之改变，并且关联复制可以有效地节约内存，避免过多的内存占用。
应用场景示例：在摆放积木部分，为了让场景更加丰富，需要复制积木。教程中要求确保在起始帧，选中要复制的物体，执行“物体 > 关联复制”命令，拖动鼠标放置复制出来的物体，单击完成复制。通过这种方式复制多种积木，并调整它们的位置和旋转，使场景更加生动。
- 烘焙（Baking）
定义：是三维软件中的常见术语。简单理解，就像把生的东西（如面团）通过烘焙变成熟的（如面包），熟了之后就固定下来无法改变了。在Blender的动力学模拟中，烘焙是指把场景中所有动力学内容（包括物理模拟）都变成结果保存下来。
应用场景示例：在教程中，如果不进行烘焙，重新打开软件后积木会回到原来的位置，只有通过单击“场景属性”按钮，展开相关选项，然后单击“烘焙所有动力学解算结果”按钮，才能将模拟的结果保存。烘焙完成后，再次播放场景时，Blender就不会进行物理模拟的计算，而是直接播放缓存的结果，并且时间线上缓存条的颜色也会变深。
- 关键帧（Keyframe）
- 定义：在动画制作中，关键帧是用于定义动画变化的关键节点。简单说，动画师只需要设定几个关键的画面（关键帧），软件会自动在这些关键帧之间进行过渡计算，生成连贯的动画效果。例如，在一个物体从位置A移动到位置B的动画中，位置A的画面和位置B的画面就是两个关键帧，软件会根据这两个关键帧的信息，计算出物体在中间时间段的位置变化，从而生成完整的移动动画。虽然在这个教程中没有详细展开介绍关键帧，但它是动画制作中非常重要的基础概念，和时间线、帧等概念紧密相关。
- 帧（Frame）
- 定义：是影视、动画创作中非常重要的基础概念。一个帧就是连续画面中的一个画面，一个视频就是由很多张连续的图片（帧）所构成的。例如，早期电影一般是24帧/秒（即一秒钟内连续播放24幅图像），动画片一般是25帧/秒，现在的游戏一般在60帧/秒以上。帧速率越高，动态越自然。在Blender中，默认的常规文件一共是250帧，其具体要变成多少帧/秒的视频取决于视频输出的设置。在这个教程中，时间线的帧设置区域可以用来设置场景的起始点和结束点（单位是帧），时间针所在位置代表当前帧，通过拖动时间针可以定位到不同的帧，而且模拟计算后的缓存区域也是以帧为单位在时间线下部显示的。
- 物理模拟（Physics Simulation）
定义：是利用计算机软件对物理现象进行模拟的过程。在Blender中，通过给物体添加物理属性（如刚体属性），并结合时间线的播放计算功能，可以模拟物体在重力、碰撞等物理因素影响下的运动状态。
应用场景示例：在积木自由落体场景中，从积木开始下坠，到与环境模型碰撞，以及碰撞后的运动状态等整个过程都是物理模拟的范畴。通过物理模拟可以让场景更加真实地模拟现实世界中的物理现象，使动画效果更加逼真。
- 平滑着色（Smooth Shading）和自动光滑（Auto - Smooth）
定义
平滑着色：一种渲染方式，它使物体表面的光照过渡更加自然、柔和，避免了平面之间的硬边界，让模型看起来更加光滑。
自动光滑：与平滑着色相关的功能，它可以根据模型的角度等因素自动调整表面的光滑程度，使得模型在渲染时能够更好地表现出光滑的外观效果。
应用场景示例：在环境建模部分，在对挤出和倒角后的平面进行操作时，开启平滑着色和自动光滑，使环境模型的外观更加自然、真实，符合实际场景的视觉效果。
- 编辑模式（Edit Mode）和物体模式（Object Mode）
定义
编辑模式：在Blender中，编辑模式主要用于对物体的几何形状进行修改，如添加、删除、移动、缩放、旋转顶点、边、面等操作。在这个模式下，可以深入地编辑模型的细节结构。
物体模式：物体模式用于对物体整体进行操作，如移动、旋转、缩放物体本身，添加修改器、物理属性等操作。这种模式下不会直接改变物体的几何形状，但可以影响物体在场景中的位置、外观等属性。
应用场景示例：在教程的环境建模和积木摆放过程中，经常需要在编辑模式和物体模式之间切换。例如，在对环境模型进行挤出、缩放操作时，需要先进入编辑模式选择边或面进行挤出操作，然后可能切换到物体模式整体缩放模型；在摆放积木时，也是在物体模式下进行移动和旋转操作来调整积木的位置和角度。