Blender Geometry Node 程序化建模入門
?? Geometry Node Editor
幾何節(jié)點編輯器用于編輯由 *幾何節(jié)點修改器* 使用的節(jié)點編組。該節(jié)點編組可定義許多操作，以修改一個物體的幾何信息。這是非常特殊的一個修改器，是程序化幾何生成器。從實現(xiàn)上來看，幾何修改器作用于 GPU 渲染流水線的 Vertex Shder 編程階段，通過修改頂點數(shù)據(jù)產(chǎn)生各種幾何體。也作用于 Fragment Shader，給幾何體進行材質的處理。
使用幾何修改器，可以編輯以下內(nèi)容：
- Meshes
- Curves
- Point Clouds
- Volumes
- Instances
Spreadsheet 電子表格編輯器提供了數(shù)據(jù)圖表，節(jié)點所有幾何體的數(shù)據(jù)，包括頂點、邊線、面片等數(shù)據(jù)。此外，幾何節(jié)點上提供了 Socket Inspection 和 Node Warnings 提示功能，通過鼠標懸停在端口，或者節(jié)點右上角的警告圖標，就會顯示相應的提示信息，幫助了解節(jié)點的工作狀態(tài)。
另外，還可以使用以下兩個覆蓋層，通過右上角 Node Editor Overlays 彈出菜單設置：
- Node Timings Overlay 顯示上一次計算節(jié)點組時節(jié)點執(zhí)行所需的時間。
- Named Attributes Overlay 顯示節(jié)點使用的命名屬性。
幾何修改器有任意輸入、輸出端，Node Group 管理，輸入輸出分別在其它幾何修改器中連接使用，引用其它幾何修改器時，通過 Group 節(jié)點分組下獲取相應引用節(jié)點。
在幾何節(jié)點編輯器中，任意節(jié)點相連成為一棵節(jié)點樹，或者稱為節(jié)點組?？梢杂腥我獾墓?jié)點組，并且通過輸入、輸出組節(jié)點進行數(shù)據(jù)傳遞，并且輸出的屬性可供材質編輯器使用。在幾何修改器屬性面板中，給輸出屬性命名，Output Attributes 中指定名稱。然后，在材質著色器中使用 **Attribute** 節(jié)點，輸入幾何節(jié)點提供的屬性名，并選擇 Geometry 類型即可以使用屬性數(shù)據(jù)。
幾何修改器中設置的節(jié)點樹可以標記為資產(chǎn)以方便復用，在節(jié)點組的下拉選擇按鈕上使用右鍵彈出菜單操作。
注意，因為節(jié)點的端口在連接時，會自動根據(jù)連接時使用的數(shù)據(jù)類型確定端口的數(shù)據(jù)類型，如果后繼有變更，可以在側欄工具面板中管理設置，Sidebar - Group - Inputs/Outputs。
通過將字段端口連接到 Group Output，可以從節(jié)點樹中任何節(jié)點的字段輸出創(chuàng)建自定義屬性。必須在組節(jié)點的輸出屬性中指定屬性的域。注意，這不適用于實例化數(shù)據(jù)，Instanced Data。比如，可以直接將 Curve 或 Mesh Primitive 中提供的基本幾何體連接到輸出節(jié)點的 Geometry，就會忽略輸入，生成所設置的幾何體。
首次在修改器中使用節(jié)點組時默認使用的屬性名稱在節(jié)點組輸出面板中定義。
幾何編輯器中，F(xiàn)iled 字段是函數(shù)，可以處理任意的輸入得到一個輸出值。幾何節(jié)點按端口類型差別分為三種：
?**Dataflow Nodes**：包含幾何體輸入/輸出的節(jié)點，包含圓圓端口 Circle；
?**Function Nodes**: 執(zhí)行函數(shù)運算的節(jié)點，包含棱形輸入輸出端口 Diamond；
?**Input Nodes**: 為其它節(jié)點提供數(shù)據(jù)的節(jié)點；
其中，連接虛線的帶點棱形表示 varying input，可以輸入多種數(shù)據(jù)類型。
一個常見的誤解是，同樣的 Filed 節(jié)點連接產(chǎn)生同樣的輸出！但實際不是，隨著場景數(shù)據(jù)的改變，節(jié)點在不同時間下輸出的值是可以不相同的。
屬性 Attributes 是一個通用術語，描述幾何數(shù)據(jù)塊中每個元素存儲的數(shù)據(jù)。是幾何節(jié)點中非常重要的概念。例如，每個頂點可以關聯(lián)數(shù)值或者向量，通過將值連接到輸出節(jié)點來更改屬性，節(jié)點也可以更改特定屬性的值。
屬性有多種形式及數(shù)據(jù)類型：
?Named Attributes
?Anonymous Attributes
?Built-In Attributes
?Custom Attributes
屬性域 Attribute Domains 是指屬性對應的幾何元素類型。了解屬性的域很重要，它定義了如何在節(jié)點和著色中進行插值和使用。
可以使用電子表格編輯器來確定屬性的域，Spreadsheet 列表中顯示的是幾何節(jié)點當前輸出的數(shù)據(jù)。
各種屬性域參考如下：
?**Point domain** 關聯(lián)空間中一個位置的屬性，有以下三種：
?Vertices of a mesh
?Points of a point cloud
?Curve control points
?**Edge domain** 關聯(lián)面片的邊線的屬性。
?**Face domain** 關聯(lián)網(wǎng)格的面片的屬性。
?**Face Corner domain** 關聯(lián)網(wǎng)格面片角位的屬性，如 UV 映射屬性。
?**Spline domain** 關聯(lián)一組樣條控制點的屬性。
?**Instance domain** 幾何實例數(shù)據(jù)屬性，只用于幾何節(jié)點。
不同域的屬性會自動插值轉換。例如 Position Node 連接到 Set Material Node 節(jié)點的選擇輸入端口，屬性值從 Point 域插值到 Face 域。域轉換通常取平均值，但布爾數(shù)據(jù)類型屬性具有特殊的插值規(guī)則，比如Point 域到 Edge，當邊線兩個頂點都選中時，則轉換結果等于選中邊線。
除了存儲網(wǎng)格或曲線等真實數(shù)據(jù)外，幾何體可以存儲實例，所謂實例 Instance 即引用原始數(shù)據(jù)，而不是復制出新的實際數(shù)據(jù)。這些實例本身可以引用更多幾何體、對象或集合。實例化目的是在結果中包含更多的幾何圖形，而避免復制實際數(shù)據(jù)。這是因為與復制數(shù)據(jù)時相比，Cycles 這樣的渲染器的可以更好地處理只是位置上有差別的相同幾何數(shù)據(jù)。
簡單的應用示范，ID Marker，給一個 Cube 各個頂點添加 ID 序號標記顯示：
?首先，創(chuàng)建一個 String to Curve，將字母作為序號字符串輸入到 String 屬性中使用；
?通過 Instance on Point 將序列字符串實例化到幾何體的頂點上。
?連接輸入節(jié)點 Geometry 到 Points；
?連接字符串曲線節(jié)點 Curve Instance 到 Instance；
?連接幾何體頂點序號屬性到 Pick Instance，可以使用 **Index Node** 或 **ID Node**；
?因為字符串生成的曲線會按序號出現(xiàn)偏移位置，可以通過 Set Postion 將每個字符歸位。
Pick Instance 輸入為 0 表示不做選擇，即選擇所有，可以使用 **Math** 節(jié)點進行數(shù)學運算處理。
書本紙張雙面貼圖演示：
?創(chuàng)建 UV 貼圖，勾選 Tile 啟用拼貼貼圖；
?也可以通過側欄工具創(chuàng)建 Image - Source - UDIM Tiles，并對 1001 貼圖執(zhí)行 Fill Tile；
?在 UDIM Tiles 列表中，點擊 + 號添加分塊，指定 Count 為紙張的數(shù)量，即創(chuàng)建相應的貼圖拼塊數(shù)量；
?在 Image 面板中點擊 Pick Image 右側的貼圖選選擇按鈕，從文件瀏覽器中選擇圖像文件；
?著色器中連接紋理坐標、Mapping、Image Texture 使用紋理貼圖，通過調整 UV 坐標就可以使用 UDIM。
?添加輸入節(jié)點 Geometry 獲取幾何數(shù)據(jù)，使用 Backfacing 用來做正反面判斷，分別對應 0.0 和 1.0。
?正面放偶數(shù)序號的貼圖，反而放奇數(shù)號的貼圖，需要在幾何節(jié)點編輯器提供相應的數(shù)據(jù)來驅動紋理坐標。
幾何節(jié)點編輯器中設置：
?添加一個 Mesh - Grid 節(jié)點用于定義紙張的基本網(wǎng)格；
?因為有多張紙，需要使用實例化 Instance on Points；
?為了將紙張實例化在一行、一列或一疊的形態(tài)，可以使用 Mesh Line 節(jié)點給實例節(jié)點提供 Points 輸入；
?為了給實例出來的網(wǎng)格設置不同的紙張貼圖，需要對其進行 Realise 真實化，這樣可以能進行材質設置；
?注意，實例 Realize 之后會產(chǎn)生 Face Corner 屬性 uv_map，原本幾何體的坐標數(shù)據(jù)為 UVMAP；
?為了著色器能夠正確使用紙張的正反面貼圖，需要將網(wǎng)格體的 ID 輸出，索引屬性也可以；
?在 Realize 后使用 Capture Attribute 捕捉幾何數(shù)據(jù)，Value 連接一個 ID 屬性節(jié)點；
?將捕捉到的 ID 屬性數(shù)據(jù)值連接到輸出節(jié)點，并在幾何修改器屬性面板中為其指定一個名稱，如 faceid。
注意，捕捉節(jié)點要設置為 **float** 類型和 **face** 屬性域，并且要保持和 Group Outputs 設置一致。否則在著色器中不能正確獲取屬性數(shù)據(jù)，盡管捕捉節(jié)點中可以設置為 integer 數(shù)據(jù)類型，但輸出端口一定要設置為 float 類型。
使用 Transfer Attribute 節(jié)點也可以將面片 ID 輸出給著色器使用，但需要注意，其映射方式和屬性域的設置，與 Surface 輸入不匹配則不能正確獲取到面片 ID 值?？梢允褂?Spreadsheet 數(shù)據(jù)表查看相應屬性域中是否有相應的數(shù)據(jù)輸出。
著色器使用 Attribute 讀取 uv_map 作為紋理貼圖坐標，以正確處理實例產(chǎn)生的幾何體貼圖。注意，UDIM 各個貼圖 UV 空間依次為 (0-1, 1-2, 2-3)，遞增關系。在處理 UV 坐標時，只需要修改對應的分量即可，使用 Vector 合并節(jié)點。再與初始 UV 值相加，得到正確 UV 坐標。
面片 ID 從 0 開始計數(shù)，為了將貼圖與正反面對應，可以按以下思路處理：
?使用 Math Multiply 將 ID 加倍，這時，每個面片的正面顯示的是同為奇數(shù)偶數(shù)頁的貼圖；
?使用 Backfacing 值，將其乘 -1 并且與上一步產(chǎn)生的值疊加起來，即可以實現(xiàn)兩面不同貼圖；
?注意：渲染可能從背面開始，此時應該將乘數(shù) -1 改為 1。
新版本使用 Store Named Attribute 將屬性值保存為 2D Vector 類型以及 Face Corner 屬性域，并且命名為 uv。然后，在著色器中就可以通過紋理坐標讀取，并且輸出 UV，不需要再通過屬性節(jié)點。舊版本雖然可以覆蓋掉 UVMap，但是只能使用 3D Vector，所以并不能正確存儲 UV 坐標屬性值。
要自動創(chuàng)建貼圖并加載貼圖到相應的位置，需要按以下兩種規(guī)則之一命令貼圖文件，每行最多 10 張圖：
<UDIM>: A 4-digit notation calculated as 1001 + u-tile + v-tile * 10.
<UVTILE>: A notation defined as u(u-tile + 1)_v(v-tile + 1).
例如，
monster.<UDIM>.png? ?will load/save files like monster.1021.png etc.
monster.<UVTILE>.png will load/save files like monster.u1_v3.png etc.
使用以下 PowerShell 腳本可以對 JPG 文件進行序列化命名：
幾何編輯器提供的節(jié)點類型非常豐富，涉及曲線、網(wǎng)格、材質等各個方面，總體可以將它們分成三類型，使用它們進行程序化建模：
功能處理類型：
01.?Input Nodes 幾何節(jié)點輸入；
02. Utilities Nodes 工具類節(jié)點；
03. Vector Nodes 向量運算處理；
04. Volume?Nodes 體積處理；
05. Instances Nodes 實例處理節(jié)點；
06. Output Nodes 幾何節(jié)點輸出；
幾何體、網(wǎng)格、曲面處理類型：
01. Geometry Nodes 幾何處理節(jié)點；
02. Point Nodes
03. Curve Nodes
04. Curve Primitive Nodes 基本曲線節(jié)點；
05. Curve Topology Nodes 曲線拓撲節(jié)點；
06. Mesh Nodes
07. Mesh Primitive Nodes 基本網(wǎng)格幾何體；
08. Mesh Topology Nodes 網(wǎng)格拓撲節(jié)點；
紋理處理類型：
01. Color Nodes 顏色處理；
02. Material Nodes 材質處理節(jié)點；
03. Text Nodes 字符串、文本紋理處理；
04. Texture Nodes 紋理生成；
05. UV Nodes 貼圖坐標處理；
幾何節(jié)點中不支持創(chuàng)建材質，需要先創(chuàng)建好材質，再通過 **Material** 節(jié)點獲取相應的材質，以及使用材質處理節(jié)點對使用不同材質的面片進行處理。
參考
- [點云 實例隨機材質賦予](https://www.bilibili.com/video/BV1wR4y1W7cN)
- [幾何節(jié)點詳解 書頁坐標傳遞](https://www.bilibili.com/video/BV1k44y1Y7gE)
- https://docs.blender.org/manual/zh-hans/2.93/editors/geometry_node.html
- https://docs.blender.org/manual/zh-hans/2.93/modeling/geometry_nodes/index.html
- https://docs.blender.org/manual/en/3.5/modeling/geometry_nodes/index.html
