熟悉我的小夥伴們應該知道，我之前的教程大多偏建模向。因為本人對空間幾何情有獨鍾，也正是如此，我才對3D軟件中的數學知識點有更多的挖掘。在我今年寫的3D科研繪圖書中（還未正式出版），就有不少關於原理性的註解，這在其它科研繪圖參考書中應該是不多見的。在學習過多款3D軟件後（包括3ds Max、C4D、Houdini等），我自認為對3D軟件有比較深的認識，不管操作和運行邏輯怎麼變，圖形學方面的知識點都是共通的。平時我也經常翻一翻《計算機圖形學》（第四版）這本書，從中汲取營養。目前我大概正處於一個轉型期，我希望我寫的東西會有更多偏原理性或指導性的描述，而非僅限於那些浮於表面的操作。這也是我一直強調的，學習三維軟件最重要的是思考，然後才是跟着練習操作。這樣的創作必然是充滿艱難的，但這或許也是我能留給大家的最好的東西了。今天，我們就從一個裝有溶液的燒杯開始講起。我覺得對初學者來說，這個案例有着很好的參考價值。案例文件可在思斐邇官網下載（https://www.visphere.cn/tutorials）。初次打開Blender，場景中有創建好的攝像機、燈光和立方體。選擇立方體後點擊鼠標右鍵或者按【X】可以刪除。在創建燒杯模型之前，我們先要考慮從何入手。不同的人建模習慣各不相同，但最常見的還是從基本幾何體開始。燒杯的形狀主體顯然是一個圓柱，所以第一步我們在視圖中按【Shift+A】，添加網格中的柱體。添加後在視圖左下角可以設置柱體的頂點數、半徑和深度等參數，這些參數的設置也是根據後續建模的需要。比如半徑和深度決定了燒杯的尺寸，頂點數則是環繞一圈的面數，如果沒有特別需求，不建議設置得過高，否則可能會給後續編輯帶來不必要的麻煩。至於柱面看上去不圓滑只是顯示方式的原因，3D軟件中的平滑着色早已是很成熟的技術。接下來按【Tab】鍵可以切換到編輯模式，視圖左上角會有顯示。然後可以切換到點、邊、面不同的選擇模式下進行編輯。而點、邊、面也是網格模型的基本構造元素。比如燒杯的上部應該是敞開的，可以選中柱體頂部的面，按【Delete】鍵刪除。這裡選擇刪除面，這大概也是最簡單的多邊形建模操作。接着對燒杯底部的轉角邊進行操作，具體來說是給底部的邊添加倒角效果。同樣要先選中底部的一圈邊，Blender中可以按住【Alt】鍵點擊可以選擇循環邊（點/面），按住【Ctrl+Alt】鍵點擊可以選擇環狀邊（點/面）。選中後點擊右鍵選擇邊線倒角，或者直接按【Ctrl+B】即可進行倒角編輯。這裡對倒角的寬度和形狀進行適當的調節即可。再來看燒杯口的製作，選擇X正方向朝向的點，按【G~X】沿X方向移動。但直接移動必然會導致與其連接的邊發生偏移，由於燒杯口只是頂部有一小部分缺口，杯身基本是不變的。當現有的模型滿足不了形變需求時，應考慮是模型的邊面數不足所致。可以按【Ctrl+R】（環切並滑移）添加一圈循環邊，滑移至杯口附近的位置。這時候再移動杯口的點，杯身就不會跟着變形了。如果覺得一圈不夠，可以加兩圈循環邊，分別調節兩個X軸正向的頂點位置。為觀察方便，可以切換到前視圖（快捷鍵【1】-小鍵盤）操作。至此已完成燒杯的基本型，在屬性窗口找到修改器屬性圖標，添加表面細分修改器可以觀察燒杯的最終外形。細分層級設為1~2即可。此時可以看到燒杯的表面仍不平滑。按【Tab】鍵回到物體模式，在燒杯對象上點擊鼠標右鍵，切換到平滑着色即可。到這一步，我們創建的模型從拓撲上來說是一個非封閉的面片，並非一個實體的模型。需要添加厚度才能成為一個完整的燒杯模型。所以需要添加實體化修改器，並設置厚度。一個燒杯模型到這裡就算是完成了。當然你也可以為燒杯模型製作更多的細節，比如將杯口的厚度做得更厚一些，此處不再細述。通常，容器內部的液體都是利用容器的模型形狀得到的。所以這裡可以按【Shift+D】（點擊右鍵為原位複製），複製一個燒杯模型。在場景集合中可以修改對象名稱，將燒杯對象在視圖中隱藏（右側的小眼睛圖標）。選中「溶液」模型後，在修改器屬性窗口的實體化修改器右側點擊下拉箭頭，選擇應用。
關閉顯示視圖中的表面細分效果，按【Tab】鍵切換到編輯模式，在面選擇模式下按住【Alt】鍵點擊鼠標，選中如圖所示的燒杯內圈面，按【X】鍵刪除面。接着鼠標移至燒杯外部的面位置，按【L】鍵選中外部面，繼續按【X】刪除。剩下內部的面後，選擇開口的一圈邊，按快捷鍵【E~S】，然後拖動鼠標就能往內部縮放出新的邊。這類多邊形建模操作都屬於最基礎的操作，最好反覆練習加以熟悉。重複上述操作，再次往內縮放出新的邊。然後切換到點模式，右鍵選擇合併頂點→到中心。重新開啟細分顯示會看到，轉角邊的圓滑太過厲害，缺少邊的限制。需要在頂部和側面各加一圈循環邊加以約束，添加方式還是【Ctrl+R】（環切並滑移）。至於漣漪的效果，則需要在溶液頂面增加邊數，可以用【Ctrl+R】，設置切割次數為20次，得到足夠的分段。然後添加波浪修改器，設置合適的高度、寬度、窄度以及速率，點擊動畫播放按鈕就可以看到漣漪的生成。具體參數值可以參考下圖。由於直接添加波浪效果器，作用的對象是整個模型。如果想要波浪效果器只對頂部的表面起作用，可以設置頂點組。具體方法是在編輯模式下選中頂部的所有頂點（見下圖），然後在屬性窗口的物體數據屬性中添加頂點組（點擊+號）。可以將群組名稱改為「wave」（雙擊修改），然後點擊指定。之後就可以在波浪修改器的頂點組選項找到「wave」並添加，波浪效果器就只會對頂點組內的頂點起作用。有必要還可以設置衰減值，得到更多的變化細節。點擊播放找到合適的幀數，建模部分到此完成。這一部分主要是場景的布置和打光，這裡可以創建一個平面對象（【Shift+A】創建，【S】縮放）作為地面，將燒杯和溶液模型移至平面上。點擊視圖右側的攝像機圖標可以切換到當前攝像機的視角，直接調整視圖會退出攝像機視角。可以按快捷鍵【N】，在視圖設置中勾選「鎖定攝像機到視圖方位」，然後調節視圖角度即可。調整好之後可以取消勾選。當前視圖中只有默認的點光，選擇Light對象後可以在燈光的物體數據屬性中設置顏色、能量、半徑等數值。並且可以在「顯示渲染預覽」（視圖右上角切換）模式下觀察白模效果。主燈光確定後，可以添加環境光。在世界屬性中，點擊顏色後面的黃色圓點，添加環境紋理。在沒有添加紋理貼圖前，視圖中顯示紫紅色。點擊打開，選擇一張hdr或exr貼圖即可。如果不需要燒杯反射和折射出太多細節，儘量選擇純燈光類（沒有自然景物）環境貼圖。關於環境紋理的更多設置可以在着色器編輯器窗口的世界環境中調節，這裡暫時不做更多講解。接下來是材質部分。如果不熟悉Blender的窗口設置，可以直接在Shading（着色器）界面布局下操作。先選擇燒杯模型，點擊下方着色器編輯器窗口的新建，就可以創建新的材質。Blender的節點材質中提供了多種不同的着色器類型，同樣是按【Shift+A】創建。找到着色器中的玻璃BSDF，點擊即可創建。對於玻璃材質，可以在渲染屬性中將渲染引擎改為Cycles，設置合適的視圖和渲染最大採樣值（如256），就能在視圖中預覽到渲染效果。溶液部分可以採用同樣的設置，折射率可改為1.333（水的折射率），並添加顏色。另外注意為了避免溶液和燒杯模型有面重合，可以將溶液模型稍往內縮放，留出空隙，以免造成渲染中的問題。除了使用單一的着色器之外，還可以對着色器加以混合，得到更多的調節方式。此處暫不展開。案例文件可在思斐邇官網下載（https://www.visphere.cn/tutorials）思斐邇（Sphere）——溝通科學與藝術的橋樑。
杭州思斐邇科技有限公司長期專注於科學可視化領域，專業提供科研圖像設計和科研動畫製作等服務。公司擁有一支專業的碩博團隊，涵蓋生物、化學、材料、美術設計等，具有深厚的科學和藝術底蘊。自2016年以來已為全球上百家高校和科研機構提供設計服務，包括中科院、MIT、Stanford、ETH Zurich、EPFL、清華、北大、Cornell等，蜚聲海內外。公司秉持以圖像詮釋思想，用技術創作藝術的宗旨，作品被Science、Nature、Cell、JACS、Angew等期刊選用，並受邀為其製作動畫。為了更好地服務科研工作者，公司還長期開設科研繪圖培訓課。更有國內最大的科研作圖教學公眾號「3D科研繪圖」和答疑社群，為大家提供詳細的教程和答疑諮詢。曾為浙江大學、復旦大學、武漢大學、同濟大學、上海科技大學、中科院大連化物所等單位提供專業作圖講座和培訓，線上線下總受眾數超十萬人。
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