如何自制“牛顿摆”？Blender物理效果教学

可能看到这个标题你会问：什么是牛顿摆？其实大家应该都见过，有时候也被称为“永动球”“碰碰球”等等，就是五个质量相同的球体由吊绳固定彼此紧密排列，摆动其中一端的单个球体去撞击其它球体时，只会有另一端的单个球体会弹起，如果拉起两个球碰撞球组，另一端的两个球将以相同的速度弹开，同理，如果拉起四个球，另一端的四个球将弹开，而位于中间的球体保持相对静止的状态，这个物理实验反映了动量守恒定律和能量守恒定律。

而在Blender里，其实我们也可以复现这个经典的物理实验，那么具体是怎样操作呢？

1.第一步：建立牛顿摆的球体模型

为了让球体沿固定旋转轴进行运动，所以牛顿摆的球体都需要两条线来牵引，在建模时也最好按照这个逻辑来进行设计，建议大家搜索一个牛顿摆的模型来“依葫芦画瓢”。

图1

首先我们新建一个球体，再新建两条牵引线，然后先选择牵引线再按住Shift选择球体，将球体设置为牵引线的父级，这样我们的球体运动时牵引线也会自然跟随，具体设计如图1所示。考虑到Blender的物理引擎对小尺寸、小重量物体的模拟精度并不高，反倒很容易出现各种稀奇古怪的问题，所以在这里我们并不需要按照严格比例来制作。

2.第二步：设置刚体碰撞关系

接下来在两条牵引线顶端的中间位置新建一个方块，在物理面板中将其设置为刚体效果的被动模块，然后再把球体设置为刚体模式的活动项，这里注意要把碰撞修改为球形，表面响应里的摩擦会让碰撞变得粘连，所以要设置为0，而弹跳力是保证球体正常弹起，但如果设置为1会出现不受控的乱弹，所以设置为0.95，具体参考图2。

这时候如果直接播放视频，你会发现球体会带着牵引绳一起往下掉，所以我们还需要把它们和方块进行物理绑定。先选择球体，再按住Shift选择方块，在物体菜单中选择刚体、连接，如图3所示。这时候会出现一个刚体约束的空物体，我们把这个空物体移动到方块的位置，然后在刚体约束中，把类型从“固定”切换为“点”，具体设置可参考图4。这个操作的含义就是球体的物理运动是以方块为中心进行旋转

图2

图3

图4

3.第三步：补全牛顿摆的其他部件，实现物理效果

搞定前两步之后，我们接下来需要做的就是完成整个牛顿摆的构建和达到想要的效果，接下来如图5所示地复制4组我们刚刚做好的全部物体，注意在物体之间要预留一点点空间，避免出现胡乱碰撞的问题。

图5

然后将第一个球体进行旋转，也就是把它“拉起来”，这时候只需深吸一口气，按下播放键，大多数情况下，你都能成功获得如图6的牛顿摆效果啦！

图6

如果你的效果出现了问题，要么就是初始摆动幅度过大，要么就是球体摆放距离不均匀，要么就是刚体世界环境的设置有问题，我们可以在场景属性中调整刚体世界环境的数值，如图7。Blender的刚体设置比较麻烦的地方在于它在播放时就会主动烘焙数据，但当你修改参数后它并不会主动删除烘焙数据，所以如果忘记手动删除，就会出现“为什么我明明修改了参数但还是不按套路出牌”的窘境。所以建议在刚体世界环境中一是调高子步数和迭代次数，二是每次修改数据后一定要先清除、再烘焙，还可以根据需要来调整速率，毕竟我们不是严格按照物体比例来设计，往往会出现球体移动速度过慢等问题。

效果完成后，接下来就是把整个牛顿摆的造型搞定，这一步也很简单，基本上就是按图索骥，照着你找的参考图简简单单做一个就完事儿，最终的效果如图8所示。

图7

图8

本章小结：刚体物理系统可玩性很丰富

作为Blender最好玩的物理系统之一，刚体系统可以做的事情实在太多，虽然在算法精度上并没有特别高，但仍然可以实现许多有趣的效果，而联动刚体约束之后的可玩性又进一步得到升华。在本次教学中，牵引球体沿轨迹碰撞就是一个很好的例子，感兴趣的读者朋友们可以自行尝试各种设置，相信你们都能发现很多的“新大陆”！