Blender高级液体材质：模拟逼真油水乳状液渲染教程330

在三维软件中模拟液体向来是一个挑战，而模拟像油水乳状液这样具有复杂光学特性（如散射、折射、透射、内部反射）的混合物，更是对渲染技术和材质设置的考验。油水乳状液，顾名思义，是两种不互溶液体（通常是油和水）在搅拌下形成的分散体系，其中一种液体以微小液滴的形式均匀分散在另一种液体中。这种结构赋予了它们独特的视觉效果：从半透明的浑浊感，到在特定光照下呈现出的细腻微光，都对Blender的材质、几何节点和渲染器提出了高要求。本文将作为一名设计软件专家，详细指导您如何在Blender中利用Cycles渲染器和几何节点（Geometry Nodes），从零开始创建逼真且富有层次感的油水乳状液。

一、理解油水乳状液的视觉特性

在动手操作之前，我们首先要理解油水乳状液的几个关键视觉特征：
分散相与连续相： 一种液体（如油）是分散相，以小液滴形式存在；另一种液体（如水）是连续相，包裹着所有油滴。它们的体积比例决定了乳状液的整体外观。
光线散射： 大量的微小液滴会导致光线在穿过乳状液时发生多次散射和折射，使得液体呈现出浑浊、半透明甚至不透明的效果。这与透明纯水不同。
折射率差异： 油和水具有不同的折射率（IOR），这使得光线在穿过液滴边界时发生弯曲，产生内部反射和焦散效应。
颜色差异： 油和水可能具有不同的颜色（例如，食用油通常呈淡黄色，水为无色）。
动态性： 在搅拌或静置过程中，液滴可能发生运动、聚结或分离，这在动画中尤为重要。

了解这些特性是我们在Blender中创建逼真材质的基础。

二、准备工作与场景设置

1. Blender版本与渲染器

确保您使用的是Blender 3.0及以上版本，因为我们将大量使用到Geometry Nodes。渲染器请务必选择 Cycles，它能够提供物理准确的光线追踪，对于模拟液体和玻璃材质的光学现象至关重要。Eevee虽然速度快，但无法实现所需的真实感。

2. 基础场景搭建

首先，创建一个简单的容器来盛放乳状液。一个圆柱体（Cylinder）或玻璃杯模型是理想的选择。然后，添加一个基础平面作为地面，并设置好摄像机角度。

为了获得良好的光照效果，建议使用HDRI（高动态范围图像）作为环境光，它能提供均匀且真实的间接照明。您可以在世界属性（World Properties）中，将“颜色”（Color）节点替换为“环境纹理”（Environment Texture）节点，并加载一张HDRI图像。

三、创建连续相（水）的基础材质

我们首先为连续相（假设是水）创建一个基础材质。这是一个相对透明、略带颜色的液体。

1. 选择容器： 选择您的容器模型（例如圆柱体）。

2. 新建材质： 进入着色器编辑器（Shader Editor），为容器创建一个新材质，命名为“Base_Water”。

3. Principled BSDF设置：
基础颜色 (Base Color)： 设为接近纯白或非常浅的蓝色（R:0.95, G:0.98, B:1.0），代表干净的水。
粗糙度 (Roughness)： 设为0，确保表面光滑，反射清晰。
IOR (Index of Refraction)： 设置为1.333（水的标准折射率）。
传输 (Transmission)： 设为1，使材质完全透明。
传输粗糙度 (Transmission Roughness)： 保持0，以获得清晰的折射。如果需要浑浊效果，可以稍加调整，但对于基础水材质，建议保持0。

4. 体积吸收 (Volume Absorption)：
为了使水在较厚时看起来更深或带有颜色，我们需要使用体积（Volume）节点。将一个“Principled Volume”节点连接到“材质输出”（Material Output）节点的“体积”（Volume）输入上。
密度 (Density)： 设为一个较小的值，例如0.05-0.1。值越大，水越不透明。
颜色 (Color)： 设为您希望水呈现的吸收色。对于海水，可能是略深的蓝色。对于淡水，可以保持白色或非常浅的青色。

现在，您应该有一个看起来相对真实的水面或水体了。

四、创建分散相（油滴）的模型与材质

油滴将是乳状液的关键部分。我们将创建一个小型的油滴模型，并为其设置材质。

1. 油滴模型

1. 添加UV球体： 添加一个UV球体（Add -> Mesh -> UV Sphere）。

2. 平滑着色： 右键点击球体，选择“平滑着色”（Shade Smooth）。

3. 缩小尺寸： 将其缩小到非常小的尺寸，例如0.01米（1厘米），以便之后在容器中分散。将其放置在一个单独的集合（Collection）中，例如命名为“OilDroplet_Collection”，并将其设置为不可渲染（在Outliner中取消勾选摄像头图标）。

2. 油滴材质

为这个UV球体创建一个新材质，命名为“Oil_Material”。

1. Principled BSDF设置：
基础颜色 (Base Color)： 设为淡黄色或根据您模拟的油品选择颜色（例如，R:0.95, G:0.85, B:0.5）。
粗糙度 (Roughness)： 设为0。
IOR (Index of Refraction)： 设置为1.47（常见食用油的折射率）。
传输 (Transmission)： 设为1。
传输粗糙度 (Transmission Roughness)： 保持0，或根据需要略微增加，以模拟轻微的内部模糊。

2. 体积吸收 (Volume Absorption)：
同样，连接一个“Principled Volume”节点到“材质输出”的“体积”输入上。
密度 (Density)： 设为一个较小的值，例如0.1-0.2。
颜色 (Color)： 设为您希望油滴内部呈现的吸收色，通常是与基础颜色相符的淡黄色或橙色。

五、使用几何节点分散油滴

这是实现乳状液视觉效果的核心步骤。我们将使用几何节点在水容器内部生成并分散大量的油滴实例。

1. 几何节点基础设置

1. 选择容器： 选中您的主容器（例如圆柱体），进入几何节点编辑器（Geometry Nodes Editor）。

2. 新建几何节点树： 点击“新建”（New）创建一个新的几何节点树。默认会有一个“组输入”（Group Input）和一个“组输出”（Group Output）节点。

2. 油滴分布逻辑

我们将把油滴分布在容器内部的“体积”中。以下是主要步骤：

1. 体素化容器网格：
首先，我们需要将容器的内部转换为一个可以分布点的体积。

添加一个“网格到体积”（Mesh to Volume）节点。将“组输入”连接到它的“网格”（Mesh）输入。
调整“体素大小”（Voxel Size），较小的值会产生更密集的点分布，但计算量会增加。例如，0.05-0.1米。

2. 在体积上分布点：

添加一个“在体积上分布点”（Distribute Points on Volume）节点。将“网格到体积”的“体积”输出连接到它的“体积”输入。
“密度”（Density）参数控制油滴的数量。根据您的需求设置，例如1000-5000，甚至更多。

3. 实例化油滴：
现在，我们有了油滴的位置点，需要将我们之前创建的油滴模型实例到这些点上。
添加一个“实例在点上”（Instance on Points）节点。将“在体积上分布点”的“点”（Points）输出连接到它的“点”输入。
添加一个“集合信息”（Collection Info）节点，并将您之前创建的“OilDroplet_Collection”集合拖放到节点编辑区域，或者手动选择。确保勾选“分离子级”（Separate Children）和“重置子级”（Reset Children）。
将“集合信息”的“实例”（Instances）输出连接到“实例在点上”的“实例”（Instance）输入。

4. 随机化油滴：
为了使乳状液看起来更自然，我们需要随机化油滴的大小和旋转。
随机比例： 添加一个“随机值”（Random Value）节点，类型设置为“浮点”（Float）。将最大值设为1.0，最小值设为0.5-0.8，然后将输出连接到“实例在点上”的“比例”（Scale）输入。
随机旋转： 添加一个“随机值”（Random Value）节点，类型设置为“矢量”（Vector）。将最小值设为(-PI, -PI, -PI) 或 (-3.14, -3.14, -3.14)，最大值设为(PI, PI, PI) 或 (3.14, 3.14, 3.14)。将其输出连接到“实例在点上”的“旋转”（Rotation）输入。

5. 组合几何体：
最后，我们需要将原始容器的网格与实例化的油滴组合起来，才能一起渲染。
添加一个“连接几何体”（Join Geometry）节点。
将“组输入”连接到“连接几何体”的一个输入（保留原始网格）。
将“实例在点上”的“几何体”（Geometry）输出连接到“连接几何体”的另一个输入。
将“连接几何体”的输出连接到“组输出”。

现在，您应该能在容器内部看到分散的油滴了。调整几何节点中的“密度”和“随机值”来控制乳状液的外观。

六、材质的深度优化与细节处理

1. 连续相（水）材质进阶

为了让水看起来更真实，尤其是在乳状液中，可能需要模拟一些散射效果。
次表面散射 (Subsurface Scattering)： 对于一些非常浑浊或乳白的乳状液，水的连续相本身可能也会表现出一定的次表面散射。可以在Principled BSDF中，将“次表面散射”（Subsurface）值略微提高，并选择一个颜色。这会模拟光线在液体内部的微小颗粒（即使没有油滴）之间散射的效果。
光线路径深度： 在Cycles渲染设置中（Render Properties -> Light Paths），增加“传输”（Transmission）和“体积”（Volume）的最大反弹次数。这对于模拟光线在液体内部的多次折射和散射至关重要，否则液体会显得过暗或不真实。

2. 分散相（油滴）材质进阶

油滴本身也可以通过材质进行更多细节的模拟。
微小气泡/杂质： 如果乳状液中存在微小的气泡或杂质，可以在油滴材质中添加一个噪波纹理（Noise Texture）或Voronoi纹理，通过颜色混合或凹凸映射（Bump）模拟这些不规则性。
边缘光（Fresnel）： Principled BSDF本身已经考虑了菲涅尔效应，但在某些情况下，可以结合“菲涅尔”（Fresnel）节点和“混合着色器”（Mix Shader）来进一步精细控制表面反射和透射的强度。

3. 乳状液整体浑浊度

乳状液的浑浊度主要由油滴的密度和尺寸决定。在几何节点中：
密度： 增加“在体积上分布点”的“密度”会使乳状液更浑浊。
尺寸： 调整“实例在点上”的“比例”随机范围。更小的油滴通常会导致更均匀的浑浊感，而更大的油滴可能会让光线穿透得更深。

通过几何节点，您甚至可以创建不同密度的区域，例如底部油滴较多，顶部较少，模拟沉降或分层。

七、照明与渲染设置

1. 照明

光照是渲染真实液体不可或缺的一部分。除了HDRI，建议添加额外的人造光源：
区域光 (Area Light)： 放置在容器的上方或侧面，作为主光源，模拟环境中的直射光。
点光源 (Point Light) / 聚光灯 (Spot Light)： 可以在背面或侧面放置一个背光，强调液体的透光性和轮廓。一个从下方照射的暖色点光源可以突出油滴的内部折射和体积感。

调整光源的强度、颜色和尺寸，观察它们对乳状液透明度和反射的影响。

2. 渲染设置

采样 (Samples)： 在“渲染属性”（Render Properties）中，将“渲染”（Render）采样数提高到128-512或更高。液体材质的光线追踪计算量很大，需要足够的采样才能减少噪点。
降噪 (Denoising)： 勾选“降噪”（Denoising），选择OptiX或OIDN（Intel Open Image Denoise）作为渲染后期处理工具，可以有效地去除噪点，同时保留细节。
光线路径 (Light Paths)： 如前所述，增加“传输”（Transmission）和“体积”（Volume）的最大反弹次数。默认值可能不足以渲染出复杂液体内部的多次散射。
焦散 (Caustics)： Cycles的物理焦散计算量非常大且难以控制。如果您追求极致真实感，可以尝试勾选“反射焦散”（Reflective Caustics）和“折射焦散”（Refractive Caustics），但这会显著增加渲染时间。通常，通过调整光照和环境可以模拟出视觉上令人满意的效果，而无需开启物理焦散。

八、进阶技巧与优化

1. 性能优化

油滴数量： 几何节点中的油滴数量是影响渲染性能的关键因素。先从较低密度开始测试，逐步增加。
材质复杂性： 简化油滴和水的材质节点树，去除不必要的计算。
视口显示： 在几何节点中，可以使用“剔除”（Cull）节点或“简化几何体”（Decimate Geometry）节点，在视口（Viewport）中显示较低分辨率的实例，只在渲染时使用高分辨率。

2. 动态效果

如果您想制作动画，可以考虑：
油滴运动： 在几何节点中，可以使用“设置位置”（Set Position）节点结合“噪波纹理”（Noise Texture）和“时间”（Time）节点来为油滴添加微小的随机运动，模拟搅拌或布朗运动。
流体模拟： 对于更大规模的液体流动和油水混合，Blender的流体模拟（Fluid Simulation）可以用于创建容器的整体形状和运动，然后将几何节点生成的油滴附着在流体网格内部。然而，直接模拟大量微小油滴的相互作用会非常消耗资源。

3. 其他乳状液类型

本教程主要侧重于透明油水乳状液。对于其他类型的乳状液，例如：

乳液/牛奶： 连续相（水）通常会更白，且含有大量的次表面散射。油滴可能更小，密度更高。
泡沫/气泡： 可以将油滴模型替换为气泡模型，并调整其折射率（空气IOR为1.0）。

九、常见问题与排查
渲染结果太暗或全黑： 检查光照设置，确保有足够的光源强度和HDRI。增加光线路径中的“传输”和“体积”最大反弹次数。
噪点过多： 增加渲染采样数，开启降噪。
液体看起来不真实： 检查IOR设置是否正确。确保“传输”设置为1。尝试调整体积吸收的密度和颜色。
几何节点实例不显示： 检查集合信息节点中是否正确选择了油滴集合，并且油滴模型没有被禁用渲染。确保所有节点都正确连接到“组输出”。
渲染时间过长： 降低油滴数量和复杂性。检查光线路径设置，不必要的焦散会大大增加渲染时间。

在Blender中创建逼真的油水乳状液是一个涉及多方面知识的综合性任务，它融合了高级材质设置、强大的几何节点应用以及精细的光照控制。通过本文的详细指导，您应该已经掌握了从基础模型到复杂材质，再到利用几何节点高效分布大量实例的完整流程。记住，真实感来自于对细节的把控和不断地实验。不要害怕调整各种参数，观察它们对最终渲染效果的影响，您最终一定能创造出令人惊叹的、栩栩如生的油水乳状液。

2025-10-08

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