Blender 3D：从新手到专业/Cycles中的程序化眼球

你之前学习过如何使用 Blender 内部渲染器仅通过程序纹理来建模眼球。本页将使用 Cycles 渲染器重新进行练习。

注意：本教程的 BI 版本依赖于 Musgrave 纹理的一个特性，即某些设置组合产生了用于对眼睛虹膜建模的径向脊的良好图案。虽然 Cycles 也包含一个 Musgrave 纹理，但我无法重现相同的效果。但是，Cycles 拥有一个功能更强大的材质节点系统，尤其是通过转换为极坐标并应用径向缩放，我能够仅使用简单的 Noise 纹理获得合适的径向脊图案。

为什么是程序化的？

之前的教程创建像素风格的眼睛使用图像作为虹膜纹理，而不是通过复杂的操作来生成程序纹理。这简化了一些步骤，但也存在缺点。

• 如何创建这种图像纹理？你是手绘的吗？如果分辨率不够高，或者图案或颜色不对，你需要重新制作它。
• 它是一个单独的文件，你需要记住将其包含在你的项目中。Cycles 渲染器不（目前）支持将图像打包到.blend文件中。

正如你将在下面看到的，程序节点设置提供了许多调整参数的机会，可以产生微妙（或不那么微妙）不同的效果。这在无需付出太多努力的情况下就能实现极大的多样性——当然，这在完成了节点设置之后。

创建网格

本练习的建模部分与 BI 版本完全相同。如果你已经拥有用于 BI 教程的网格，请随意重复使用它并跳过下一部分。否则，请继续阅读。

网格将由两个经过修改的 UV 球组成，一个略微位于另一个球的内部。外部网格将使用一种既透明又反光的材质；在眼睛的前部，它将代表角膜（光线进入眼睛的地方），而在眼睛的其余部分，它将为眼球添加光泽度。内部网格将构成眼睛的其他三个主要部分，这些部分从外部可见

• 巩膜，眼球的白色部分
• 虹膜，环绕着实际让光线进入的孔的各种颜色的肌肉环，以及
• 瞳孔，光线进入眼球内部的孔。

在对象模式下开始。删除默认的立方体。 SHIFT + A 添加一个新的 UV 球形网格；24 个环和片段就足够了。切换到正面视图  NUM1 ，并选中工具架底部面板中出现的“与视图对齐”框。这将是内部网格。

 TAB 进入编辑模式；确保整个网格被选中； SHIFT + D 复制它，然后 S 稍微放大它以创建外部网格。（你可能会发现使用线框 Z 模式更容易操作。） H 暂时隐藏你刚刚创建的外部网格，以便更容易操作内部网格。

选择 RMB 内部网格正面的单个顶点。现在按  NUM+ 四次以扩展选择范围，包括从这个正面顶点开始的第一个四个环的顶点。选择范围应该与右侧所示类似。

现在使用序列  S   Y   0KEY   ENTER 将选定的顶点展平。接下来，使用  G   Y 减少 resulting flattened disc 的凸出部分，并将其稍微移近眼球的其余部分。结果应该与右侧所示类似。

这足以塑造内部网格。现在开始塑造外部网格。取消隐藏它  ALT + H 。选择 RMB 仅选择最前面的顶点。在“网格”菜单中，将“比例编辑”设置为“连接”，将“比例编辑衰减”设置为“根”。现在使用  G   Y 将选定的顶点向前移动，同时使用鼠标滚轮调整比例编辑影响范围，直到你制作出一个与人类角膜比例合适的凸出部分。

好的，建模工作完成了，现在开始有趣的部分——在 Cycles 中创建材质。

虹膜的 UV 贴图

虹膜图案需要正确放置，以便径向条纹以中心对称的方式排列。为了控制虹膜纹理的放置，我们需要设置 UV 贴图。

将你的布局设置为包含 3D 视图和 UV/图像编辑器视图，如右侧所示。在图像编辑器中创建一个新图像；这只是一个用于 UV 展开的虚拟图像，因此它的尺寸和内容无关紧要。

确保你在 3D 视图中处于编辑模式。 H 隐藏外部网格，以减少混乱。切换到正面视图  NUM1 。确保（ A 一次或两次）最初没有选择任何东西。选择构成虹膜的顶点环，如右侧所示。打开 U nwrap 菜单，并选择“从视图投影（边界）”。这应该会展开选定的顶点，就像它们在正面视图中显示的一样，并将它们整齐地放置在虚拟图像的边界内，如右侧截图中的下窗口所示。

创建材质

角膜

对于外层网格，您可以设置一个与之前在 Cycles 中的玻璃材质 中讨论的类似材质。唯一的区别是，不要使用 1.45 (玻璃) 的 IOR，而是使用 1.33 (水) 之类的值，因为水是透明组织 (以及所有人类组织) 的主要成分。

巩膜

眼白的材质需要一点红色的血管纹理，但不要太多。这里血管网络由一个具有非常高扭曲设置的波纹纹理节点提供。然后将其通过一个亮度/对比度节点：增强对比度以锐化边缘，并降低亮度以使血管非常苍白。然后将此值馈送到混合 RGB 节点，以在眼球主要部分的白色和血管的红色之间混合。

原始教程在此材质中添加了一些光泽度。但是，由于角膜材质已经很光亮，并且已经覆盖了整个眼球，因此在此添加光泽度似乎是多余的。

虹膜

这个很有趣，因为它需要最复杂的 Cycles 节点编程。

如前所述，我们必须将一些纹理坐标从 直角坐标 转换为极坐标。右侧的节点组将实现这一点。看起来很复杂！但是，如果你一步一步地进行，就会更容易理解。

• 左上角的两排各 3 个节点 (每个节点包含一个减法，然后是两个乘法节点) 接收传入的 X (上排) 和 Y (下排) 值，减去 0.5 以将范围从 0..1 转换为 -0.5..+0.5，乘以 2 使范围现在变为 -1..+1，并取每个值的平方。然后将这些值相加并取结果的平方根 (0.5 次方)，以给出点到原点的距离，范围为 0..1。换句话说，它正在计算方程 $r={\sqrt {x^{2}+y^{2}}}$。这是节点组的 Mag 输出。
• 最下面一排节点将 X 除以 Y (实际上应该是 Y 除以 X，但这对于我们的目的并不重要) 来计算斜率，然后使用反正切函数来获得此斜率的角度。此值以弧度表示，因此除以 1.571 ($\pi \over 2$ 或足够接近) 以将其转换为 0..1 范围。这将成为节点组的 Angle 输出。

现在，我们在这个节点设置中使用上面的节点组。请注意“分离 RGB”和“组合 RGB”节点：它们不是分离/组合 RGB 颜色组件，而是XYZ 坐标组件。在这两种情况下，组件都是标量实数，因此从数学上讲，这种对分离/组合 RGB 函数的 (滥) 用是完全正确的。还要注意我们如何忽略 B 组件 (即 Z 坐标)，因为我们只处理二维纹理。

分离出 X 和 Y 值后，这些值将通过我们上面创建的直角坐标→极坐标转换节点组。但是请注意，Mag 值如何通过除以 4 来径向拉伸纹理：这是获得虹膜纹理中径向脊线的秘诀。重新组合坐标组件后，它们用于控制噪声纹理，然后为虹膜材质提供凹凸贴图。

但我们还没完。 仍然有一些节点魔法需要施展，才能从虹膜的中心到边缘获得径向颜色渐变。为此，我们将需要另一个节点组，如右侧所示。它被称为“重新缩放”：它接收一个在输入范围内的值 (由“In Low”和“In High”输入定义) 并将其线性转换为输出范围 (由“Out Low”和“Out High”输入定义)。或者，使用数学符号 $x$ 表示输入值，$y$ 表示输出值，以及 $x_{0}$、$x_{1}$、$y_{0}$ 和 $y_{1}$ 分别表示 In Low、In High、Out Low 和 Out High，此节点组实现了变换 $y=(x-x_{0}){(y_{1}-y_{0}) \over (x_{1}-x_{0})}+y_{0}$。

现在，以下是如何将 Rescale 节点组添加到我们的虹膜材质节点设置中。我们使用它来转换 Mag 极坐标 (到中心的距离)，然后使用它来驱动一个颜色渐变，该颜色渐变实际上控制着虹膜的漫射颜色。在这里，我从浅绿色到深绿色进行了渐变；您可以随意替换您选择的任何眼睛颜色和渐变。

瞳孔

在这里，我只使用了一个简单的黑色漫射材质。原始教程添加了一些红色血管的微妙暗示，类似于巩膜；如果你想，你可以在此处进行操作，但我认为效果太微妙，看不出来，所以我不费心了。

最终结果

最终渲染结果可能如下所示。

参数调整

上面的节点设置相当复杂，但它们提供了许多实验的机会。

例如，在巩膜材质中，尝试调整亮度/对比度设置，看看它如何影响结果。让红色血管更明显，眼睛就会看起来充血！

在虹膜材质中，你可以改变眼睛的颜色（当然）。但也可以尝试改变径向条纹：看看它们更大时是什么样子。我为什么把“重新缩放”节点放在那里？这是为了让你增加或减少颜色渐变的效果，而无需编辑渐变本身。