如何自制“牛頓擺”？Blender物理效果教學_風聞

可能看到這個標題你會問：什麼是牛頓擺？其實大家應該都見過，有時候也被稱為“永動球”“碰碰球”等等，就是五個質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，另一端的兩個球將以相同的速度彈開，同理，如果拉起四個球，另一端的四個球將彈開，而位於中間的球體保持相對靜止的狀態，這個物理實驗反映了動量守恆定律和能量守恆定律。

而在Blender裏，其實我們也可以復現這個經典的物理實驗，那麼具體是怎樣操作呢？

1.第一步：建立牛頓擺的球體模型

為了讓球體沿固定旋轉軸進行運動，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計，建議大家搜索一個牛頓擺的模型來“依葫蘆畫瓢”。

圖1

首先我們新建一個球體，再新建兩條牽引線，然後先選擇牽引線再按住Shift選擇球體，將球體設置為牽引線的父級，這樣我們的球體運動時牽引線也會自然跟隨，具體設計如圖1所示。考慮到Blender的物理引擎對小尺寸、小重量物體的模擬精度並不高，反倒很容易出現各種稀奇古怪的問題，所以在這裏我們並不需要按照嚴格比例來製作。

2.第二步：設置剛體碰撞關係

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置為剛體效果的被動模塊，然後再把球體設置為剛體模式的活動項，這裏注意要把碰撞修改為球形，表面響應裏的摩擦會讓碰撞變得粘連，所以要設置為0，而彈跳力是保證球體正常彈起，但如果設置為1會出現不受控的亂彈，所以設置為0.95，具體參考圖2。

這時候如果直接播放視頻，你會發現球體會帶着牽引繩一起往下掉，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，然後在剛體約束中，把類型從“固定”切換為“點”，具體設置可參考圖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

圖2

圖3

圖4

3.第三步：補全牛頓擺的其他部件，實現物理效果

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

圖5

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

圖6

如果你的效果出現了問題，要麼就是初始擺動幅度過大，要麼就是球體擺放距離不均勻，要麼就是剛體世界環境的設置有問題，我們可以在場景屬性中調整剛體世界環境的數值，如圖7。Blender的剛體設置比較麻煩的地方在於它在播放時就會主動烘焙數據，但當你修改參數後它並不會主動刪除烘焙數據，所以如果忘記手動刪除，就會出現“為什麼我明明修改了參數但還是不按套路出牌”的窘境。所以建議在剛體世界環境中一是調高子步數和迭代次數，二是每次修改數據後一定要先清除、再烘焙，還可以根據需要來調整速率，畢竟我們不是嚴格按照物體比例來設計，往往會出現球體移動速度過慢等問題。

效果完成後，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，照着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。

圖7

圖8

本章小結：剛體物理系統可玩性很豐富

作為Blender最好玩的物理系統之一，剛體系統可以做的事情實在太多，雖然在算法精度上並沒有特別高，但仍然可以實現許多有趣的效果，而聯動剛體約束之後的可玩性又進一步得到昇華。在本次教學中，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置，相信你們都能發現很多的“新大陸”！