第13章：节点系统与程序化工作流

Haiyue2025/9/1大约 6 分钟

第13章：节点系统与程序化工作流

学习目标

深入理解着色器节点系统
掌握几何节点的使用
学会程序化建模和分布
理解复合节点的制作
掌握节点组的创建和管理

13.1 节点系统基础

节点编程概念

节点（Node）：执行特定功能的计算单元
套接字（Socket）：节点间的连接点
节点树（Node Tree）：节点网络的整体结构
数据流：从输入到输出的数据传递

Blender节点类型

Shader Nodes（着色器节点）：材质和光照
Geometry Nodes（几何节点）：程序化建模
Compositor Nodes（复合节点）：后期合成
Texture Nodes（纹理节点）：程序化纹理

节点编辑器界面

节点编辑器操作：
- Shift+A: 添加节点
- Ctrl+G: 创建节点组
- Tab: 进入/退出节点组
- Ctrl+J: 连接选中节点
- Alt+D: 复制节点（共享数据）

13.2 着色器节点深入

核心着色器节点

Principled BSDF：

主要输入：
- Base Color: 基础颜色
- Metallic: 金属度
- Roughness: 粗糙度
- IOR: 折射率
- Alpha: 透明度
- Normal: 法线贴图

Mix节点：

类型：
- Mix: 混合颜色
- Add: 相加
- Multiply: 相乘
- Overlay: 叠加
- Color Burn: 颜色加深

ColorRamp节点：

用途：
- 颜色梯度映射
- 遮罩控制
- 数值重映射
- 自定义衰减

程序化纹理节点

Noise Texture：

参数：
- Scale: 噪声尺度
- Detail: 细节层次
- Roughness: 粗糙度
- Distortion: 扭曲

Wave Texture：

类型：
- Bands: 条纹波
- Rings: 环形波
Profile: 波形轮廓

Voronoi Texture：

距离度量：
- Euclidean: 欧几里得
- Manhattan: 曼哈顿
- Chebychev: 切比雪夫
Feature: 特征类型

高级材质技术

# Python节点树操作示例
import bpy

def create_procedural_material(name):
    # 创建新材质
    mat = bpy.data.materials.new(name=name)
    mat.use_nodes = True
    nodes = mat.node_tree.nodes
    links = mat.node_tree.links
    
    # 清除默认节点
    nodes.clear()
    
    # 添加节点
    output = nodes.new('ShaderNodeOutputMaterial')
    principled = nodes.new('ShaderNodeBsdfPrincipled')
    noise = nodes.new('ShaderNodeTexNoise')
    colorramp = nodes.new('ShaderNodeValToRGB')
    
    # 设置位置
    output.location = (300, 0)
    principled.location = (0, 0)
    noise.location = (-400, 200)
    colorramp.location = (-200, 200)
    
    # 连接节点
    links.new(noise.outputs['Fac'], colorramp.inputs['Fac'])
    links.new(colorramp.outputs['Color'], principled.inputs['Base Color'])
    links.new(principled.outputs['BSDF'], output.inputs['Surface'])
    
    return mat

13.3 几何节点系统

几何节点概念

几何数据：网格、曲线、点云等几何信息
属性系统：存储在几何上的数据（位置、颜色、法线等）
实例化：高效复制和分布几何体
程序化建模：通过算法生成几何形状

基础几何节点

Mesh Primitive（网格基元）：

- Cube: 立方体
- Cylinder: 圆柱体
- Ico Sphere: 二十面体球
- Plane: 平面

Transform（变换）：

- Transform: 变换几何体
- Rotate: 旋转
- Scale: 缩放
- Translate: 平移

Instance（实例）：

- Instance on Points: 在点上实例化
- Rotate Instances: 旋转实例
- Scale Instances: 缩放实例

属性系统

属性类型：
- Float: 浮点数
- Integer: 整数
- Vector: 向量（位置、速度等）
- Color: 颜色
- Boolean: 布尔值

常用属性：
- Position: 位置
- Normal: 法线
- Index: 索引
- ID: 标识符

分布和散射

Distribute Points on Faces：

输入：
- Mesh: 目标网格
- Density: 密度
- Seed: 随机种子

输出：
- Points: 分布的点
- Normal: 法线方向

Random Value：

类型：
- Float: 随机浮点数
- Integer: 随机整数
- Vector: 随机向量
- Boolean: 随机布尔值

实例：程序化森林

森林生成流程：
1. 地形网格 → Distribute Points on Faces
2. Random Value → 生成随机缩放和旋转
3. Collection Info → 获取树木模型
4. Instance on Points → 在点上实例化树木
5. Rotate/Scale Instances → 应用随机变换

13.4 几何节点高级技术

几何体操作

Mesh Operations：

- Join Geometry: 合并几何体
- Separate Geometry: 分离几何体
- Mesh to Points: 网格转点
- Points to Volume: 点转体积

Curve Operations：

- Curve to Mesh: 曲线转网格
- Curve Length: 曲线长度
- Sample Curve: 采样曲线
- Trim Curve: 修剪曲线

场(Field)系统

场的概念：
- 在每个点/元素上计算的值
- 可以是位置相关的函数
- 支持数学运算和条件判断

常用场节点：
- Position: 位置场
- Index: 索引场
- Random Value: 随机值场
- Noise Texture: 噪声场

选择和遮罩

Selection系统：
- Compare: 比较操作
- Boolean Math: 布尔运算
- Switch: 条件切换

应用示例：
选择 Z > 0 的点 → 只在上半部分实例化

13.5 复合节点系统

复合概念

通道（Pass）：渲染的不同层次信息
多通道渲染：分别输出颜色、深度、法线等
后期合成：组合多个渲染通道

基础复合节点

Input Nodes：

- Render Layers: 渲染层输入
- Image: 图像输入
- Movie Clip: 视频剪辑
- Mask: 遮罩输入

Output Nodes：

- Composite: 最终输出
- Viewer: 预览节点
- File Output: 文件输出
- Split Viewer: 分割预览

颜色校正

Color节点：
- Bright/Contrast: 亮度对比度
- Hue Saturation Value: 色相饱和度
- Color Balance: 色彩平衡
- Curves: 曲线调节
- Gamma: 伽马校正

滤镜效果

Blur（模糊）：

类型：
- Gaussian: 高斯模糊
- Bokeh: 散景模糊
- Motion: 运动模糊
- Bilateral: 双边滤波

Filter（滤镜）：

- Sharpen: 锐化
- Laplacian: 拉普拉斯
- Sobel: Sobel边缘检测
- Prewitt: Prewitt算子

13.6 节点组管理

创建节点组

创建步骤：
1. 选择要组合的节点
2. Ctrl+G 创建节点组
3. 设置输入输出接口
4. 命名和保存节点组

节点组接口

Group Input/Output:
- 添加输入参数
- 设置默认值
- 命名参数
- 设置数据类型

节点组库

节点组管理：
- 保存到.blend文件
- Asset Browser集成
- 跨项目复用
- 版本控制

13.7 实用节点模板

金属材质节点组

金属材质构成：
- Base Color: 金属颜色
- Metallic: 1.0
- Roughness: 低值(0.1-0.3)
- Normal: 细节法线
- 添加划痕和污垢效果

布料材质节点组

布料特征：
- Subsurface: 次表面散射
- Roughness: 较高值(0.7-1.0)
- Sheen: 织物光泽
- Normal: 织物纹理

程序化建筑

建筑生成流程：
1. 基础几何体(立方体)
2. 随机分割为楼层
3. 在表面生成窗户
4. 添加细节装饰
5. 材质和纹理应用

13.8 性能优化

节点树优化

优化策略：
- 避免不必要的计算
- 合并相似操作
- 使用简化版本预览
- 缓存复杂计算结果

几何节点优化

性能考虑：
- 实例化优于复制
- 点云优于密集网格
- LOD(细节层次)系统
- 视锥体剔除

13.9 实战项目

项目1：程序化城市

技术要点：
- 道路网络生成
- 建筑物分布
- 细节实例化
- 材质变化

项目2：程序化地形

实现步骤：
1. Noise纹理生成高度图
2. Displace修改器应用地形
3. 根据高度/坡度分布植被
4. 添加道路和建筑

项目3：程序化材质库

材质类型：
- 木材纹理系列
- 金属表面系列
- 石材纹理系列
- 布料材质系列

实践练习

创建程序化草地系统
制作动态材质动画
构建模块化建筑系统
设计复合后期流程
开发节点工具库

关键要点

节点系统是Blender的核心技术之一
着色器节点控制材质的外观表现
几何节点实现程序化建模和分布
复合节点处理渲染后期合成
节点组提高工作效率和代码复用
属性和场系统提供强大的数据处理能力
程序化工作流适合大规模场景制作

下一章预告

下一章将学习合成与后期处理，深入了解多通道渲染、色彩校正和视觉效果的制作技术。