文/薛山

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可能看到這個標(biāo)題你會問：什么是牛頓擺？其實大家應(yīng)該都見過，有時候也被稱為“永動球”“碰碰球”等等，就是五個質(zhì)量相同的球體由吊繩固定彼此緊密排列，擺動其中一端的單個球體去撞擊其它球體時，只會有另一端的單個球體會彈起，如果拉起兩個球碰撞球組，另一端的兩個球?qū)⒁韵嗤乃俣葟楅_，同理，如果拉起四個球，另一端的四個球?qū)楅_，而位于中間的球體保持相對靜止的狀態(tài)，這個物理實驗反映了動量守恒定律和能量守恒定律。?

而在Blender里，其實我們也可以復(fù)現(xiàn)這個經(jīng)典的物理實驗，那么具體是怎樣操作呢？

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第一步：建立牛頓擺的球體模型

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為了讓球體沿固定旋轉(zhuǎn)軸進行運動，所以牛頓擺的球體都需要兩條線來牽引，在建模時也最好按照這個邏輯來進行設(shè)計，建議大家搜索一個牛頓擺的模型來“依葫蘆畫瓢”。

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首先我們新建一個球體，再新建兩條牽引線，然后先選擇牽引線再按住Shift選擇球體，將球體設(shè)置為牽引線的父級，這樣我們的球體運動時牽引線也會自然跟隨，具體設(shè)計如圖1所示?？紤]到Blender的物理引擎對小尺寸、小重量物體的模擬精度并不高，反倒很容易出現(xiàn)各種稀奇古怪的問題，所以在這里我們并不需要按照嚴格比例來制作。

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第二步：設(shè)置剛體碰撞關(guān)系

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接下來在兩條牽引線頂端的中間位置新建一個方塊，在物理面板中將其設(shè)置為剛體效果的被動模塊，然后再把球體設(shè)置為剛體模式的活動項，這里注意要把碰撞修改為球形，表面響應(yīng)里的摩擦?xí)屌鲎沧兊谜尺B，所以要設(shè)置為0，而彈跳力是保證球體正常彈起，但如果設(shè)置為1會出現(xiàn)不受控的亂彈，所以設(shè)置為0.95，具體參考圖2。

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這時候如果直接播放視頻，你會發(fā)現(xiàn)球體會帶著牽引繩一起往下掉，所以我們還需要把它們和方塊進行物理綁定。先選擇球體，再按住Shift選擇方塊，在物體菜單中選擇剛體、連接，如圖3所示。這時候會出現(xiàn)一個剛體約束的空物體，我們把這個空物體移動到方塊的位置，然后在剛體約束中，把類型從“固定”切換為“點”，具體設(shè)置可參考圖4。這個操作的含義就是球體的物理運動是以方塊為中心進行旋轉(zhuǎn)

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第三步：補全牛頓擺的其他部件，實現(xiàn)物理效果

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搞定前兩步之后，我們接下來需要做的就是完成整個牛頓擺的構(gòu)建和達到想要的效果，接下來如圖5所示地復(fù)制4組我們剛剛做好的全部物體，注意在物體之間要預(yù)留一點點空間，避免出現(xiàn)胡亂碰撞的問題。

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然后將第一個球體進行旋轉(zhuǎn)，也就是把它“拉起來”，這時候只需深吸一口氣，按下播放鍵，大多數(shù)情況下，你都能成功獲得如圖6的牛頓擺效果啦！

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如果你的效果出現(xiàn)了問題，要么就是初始擺動幅度過大，要么就是球體擺放距離不均勻，要么就是剛體世界環(huán)境的設(shè)置有問題，我們可以在場景屬性中調(diào)整剛體世界環(huán)境的數(shù)值，如圖7。Blender的剛體設(shè)置比較麻煩的地方在于它在播放時就會主動烘焙數(shù)據(jù)，但當(dāng)你修改參數(shù)后它并不會主動刪除烘焙數(shù)據(jù)，所以如果忘記手動刪除，就會出現(xiàn)“為什么我明明修改了參數(shù)但還是不按套路出牌”的窘境。所以建議在剛體世界環(huán)境中一是調(diào)高子步數(shù)和迭代次數(shù)，二是每次修改數(shù)據(jù)后一定要先清除、再烘焙，還可以根據(jù)需要來調(diào)整速率，畢竟我們不是嚴格按照物體比例來設(shè)計，往往會出現(xiàn)球體移動速度過慢等問題。

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效果完成后，接下來就是把整個牛頓擺的造型搞定，這一步也很簡單，基本上就是按圖索驥，照著你找的參考圖簡簡單單做一個就完事兒，最終的效果如圖8所示。

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本章小結(jié)：剛體物理系統(tǒng)可玩性很豐富

?作為Blender最好玩的物理系統(tǒng)之一，剛體系統(tǒng)可以做的事情實在太多，雖然在算法精度上并沒有特別高，但仍然可以實現(xiàn)許多有趣的效果，而聯(lián)動剛體約束之后的可玩性又進一步得到升華。在本次教學(xué)中，牽引球體沿軌跡碰撞就是一個很好的例子，感興趣的讀者朋友們可以自行嘗試各種設(shè)置，相信你們都能發(fā)現(xiàn)很多的“新大陸”！

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