材質或者說着色器是三維軟件的核心內容之一，配上合適的渲染器一起工作總能給人帶來意想不到的驚喜。和其他模塊一樣，材質編輯中也有不少專業名詞，比如漫射、焦散、法向、菲涅爾、次表面散射等。只有理解了這些詞的具體含義，才能在調節材質時有章法可循，而不是盲目照搬別人的參數設置。今天我們就通過一個冰塊的製作來認識下Blender中的着色器編輯器。（案例參考文件可在思斐邇官網下載：www.visphere.cn/tutorials）模型的創建很簡單，就是一個立方體，依次添加倒角和表面細分修改器。目標是得到一個邊角圓滑的立方體形狀。
進入Shading布局，多出的窗口即着色器編輯器窗口。將視圖的着色方式改為顯示渲染預覽。刪除原有的原理化BSDF節點，添加玻璃BSDF着色器節點。可以在窗口的添加菜單中添加，也可以在着色器編輯器窗口按【Shift+A】。選中玻璃BSDF節點，按住【Ctrl+Shift】點擊鼠標左鍵可以直接連接到材質輸出，並在視圖中進行效果預覽。此時視圖中看不到玻璃材質是因為沒有添加環境紋理，在世界屬性的顏色選項中添加環境紋理，並打開一張hdr或exr貼圖。初步可將玻璃BSDF的顏色改為淡藍色，IOR折射率改為1.333，如下圖所示。新建光澤BSDF節點與玻璃BSDF進行混合，使用的是混合着色器節點。按照接入的端口順序，係數為0.000時100%為第一個着色器的效果，係數為1.000時100%為第二個着色器的效果。這裡我們創建一個菲涅爾節點來控制混合着色器的係數，並將IOR折射率改為0.200。菲涅爾效應可以理解為基於入射角的不同對表面反射和折射係數的影響，IOR全稱就是Index of Refraction（折射指數）。用下面的動圖來解釋，給猴頭紅藍兩色的材質，並用菲涅爾作為係數來混合。可以看到菲涅爾IOR的值從0~1變化時，並不是兩種材質簡單的百分比加和，而是和猴頭表面的形狀有關。確切地說，是模型表面法線和觀察視線的夾角有關。當IOR值為0時，無論哪個角度觀察都是第2個着色器的材質（紅色），可以理解為所有觀察角度和法線夾角肯定都是大於等於0度的。反之，當IOR值為1時，無論哪個角度觀察都是第1個着色器的材質（藍色），即所有觀察角度和法線夾角肯定都是小於等於180度的。如果IOR值為0.5，我們可以做出這樣的理解：觀察角度和法線夾角在0~90度時是藍色，在90~180度時則是紅色。用在其他着色器中也是同樣的道理。接下來我們可以再和一個透明BSDF節點混合，來調節整體的透明度，這裡的係數就直接用數字來調節即可。比如透明節點連在混合着色器的第一個端口，係數0.85就表示15%的透明度。現在冰塊的基礎材質有了，但表面缺少細節。回到玻璃BSDF節點，發現還有一個法向的輸入端口可以設置。法向影響的是表面對光線的感知，可以製作出複雜的光影效果。這裡可以用噪波紋理來影響模型表面的凹凸效果，依次用到的是噪波紋理節點和凹凸節點。在連接節點時，有個基本的準則就是端口和連線的顏色。相同顏色表示端口的數據類型一致，連接通常不會出錯。有時候不同顏色的端口也能相連，但連接線出現了顏色的漸變，說明傳輸時發生了數據類型的轉化。還有些類型無法轉化的連接線會顯示紅色，表明當前的連接方式是錯誤或無效的。這裡還有一個小技巧是，對於紋理節點，可以選中後按【Ctrl+T】調出紋理坐標和映射，改變矢量的賦予方式和坐標參數，比如移動、旋轉、縮放等。如果按【Ctrl+T】沒反應，請在偏好設置中檢查是否啟用了Node Wrangler（NW）和Node Arrange（NA）插件。包括前面說的按【Ctrl+Shift】點擊鼠標左鍵預覽輸出也要開啟NW插件。然後將映射的矢量賦予方式改為物體。為了讓凹凸效果更真實，我們將噪波紋理的係數通過置換節點連接到材質輸出的置換端口。現在視圖中看不到效果，需要在材質屬性中的設置一欄將表面置換的顯示方式改為置換與凹凸。然後就可以在視圖中預覽渲染結果了。如果需要渲染出來的圖片沒有環境背景，又能體現出透明的材質效果，可以在渲染屬性的膠片一欄勾選透明和透明玻璃選項。設置採樣數進行渲染（我這裡設的是32），完成後保存為png格式的圖片即可。圖片的色彩和明暗對比可以在PS中調節，也可以在Blender的合成模塊中進行，此處不做過多講解。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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