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可扩展的Blender插件开发

前端前沿技术  ·  · 3 月前

成熟的 Blender 3D 插件是令人惊奇的事情。作为 Python 和 Blender 的新手，我经常发现自己被社区中的人们创造的强大的东西弄得目瞪口呆。坦率地说，其中一些包看起来有点神奇，当自我怀疑或冒名顶替综合症的唠叨声音被打破时，很容易想到“如果有人能做出可以做X的东西就好了” 。

然后我记得，通过将好奇心和固执与良好的文档相结合，某人可以是任何人，X可以成为X、Y 和 Z。即使是困难的部分也可以弄清楚——尤其是因为所有固执和好奇的人确保 Blender 的 Python文档和stackexchange与它让我们创建的 gee whiz 图形一样好。

同样的方式，已经存在的文档和模型为从头开始编写 Blender 插件奠定了平滑的基础，在开始时为该插件提供可扩展的结构有助于展示 Python API 的各个部分如何更多地组合在一起清楚地。换句话说，它使新编写的代码比原来更好，同时也使现有代码更容易学习。

在本文的最后，我们将创建一个功能齐全且已安装的插件，它提供了一个自定义 UI 元素来将Standoff 添加到 Blender 场景中，并带有界面控件来调整创建的网格的直径和高度。

图片


目标：带有按钮的 UI 面板可以添加 Standoff Mesh以及调整大小的控件


1、文件结构

考虑到这一点，这是本文末尾将存在的完整目录和文件结构，可以在开头使用mkdir和touch创建。那么这只是一个填空游戏。我正在调用项目DemoRack并将其设置为我用于 Python 项目的文件夹中的顶级目录名称——它不一定必须是 Blender 特定的任何地方。

DemoRack
|-- README.md 
|-- DemoRack.zip |-- src
|-- |-- __init__.py
|-- |-- standoff_mesh.py |-- |-- standoff_operator.py
|-- |-- standoff_panel.py
|-- |-- standoff_props.py

这些文件中的每一个都将在一个单独的步骤中介绍，但首先，这是它们的简要描述：

  • DemoRack.zip：已编译src，安装在 Blender 中的文件。

  • init.py：为附加组件注册所有必要的信息和类。

  • standoff_mesh.py：用于生成目标几何/网格数据的模块。

  • standoff_operator.py：将提供给 UI 使用的“do-er”。

  • standoff_panel.py：在 UI 元素上添加插件将……添加。

  • standoff_props.py：定义Panel 和 Operator所需的数据对象。
    简而言之，每个新standoff_模块都将包含register()和unregister()函数。该init模块将导入这些模块，并将两种类型的函数捆绑到单个迭代器中。Blender Python 文档描述了这些函数所扮演的角色：

register是一个仅在启用插件时运行的函数，这意味着可以在不激活插件的情况下加载模块。

unregister是一个卸载任何设置的函数，register当插件被禁用时调用。

2、init.py

有了这个背景，并且因为__init__模块中的大部分代码都与sys和importlib包有关，所以我将在此处包含要点，而不会试图去描述 Python 模块导入的杂草。Blender插件需要注意的具体事项是module_names列表，声明要引入register和unregister函数的的文件名，以及打开的bl_info字典。如官方插件介绍教程中所述，bl_info包含将在“首选项”窗格中找到的所有信息：

bl_info是包含附加元数据的字典，例如要显示在首选项附加列表中的标题、版本和作者。它还指定了运行脚本所需的最低 Blender 版本；旧版本不会在列表中显示加载项

bl_info = {
    "name": "DemoRack",
    "description": "Make Mini Rack Units Dynamically",
    "author": "Jim O'Connor ",
    "version": (0, 0, 1),
    "blender": (2, 90, 1),
    "category": "3D View"
}

module_names = [ 'standoff_props', 'standoff_operator', 'standoff_panel' ]

import sys
import importlib

module_full_names = [ f"{__name__}.{module}" for module in module_names ]

for module in module_full_names:
    if module in sys.modules:
        importlib.reload(sys.modules[module])
    else:
        locals()[module] = importlib.import_module(module)
        setattr(locals()[module], 'module_names', module_full_names)

def register():
    for module in module_full_names:
        if module in sys.modules:
            if hasattr(sys.modules[module], 'register'):
                sys.modules[module].register()

def unregister():
    for module in module_full_names:
        if module in sys.modules:
            if hasattr(sys.modules[module], 'unregister'):
                sys.modules[module].unregister()

3、standoff_props.py

该模块将是其中涉及最多的模块，但它也为其他模块提供了主干，并实现了一种可以广泛重用的模式。它依赖于导入用于将一组属性定义捆绑在一起的PropertyGroup类型（文档），bpy.props。一旦PropertyGroup在 Blender 中注册，它就在 Python 可脚本化数据对象的指针和底层 C 分配的内存之间提供了一座桥梁，这些内存完成了 Blender 的繁重工作。

在standoff_props.py类中将定义、继承bpy.types.PropertyGroup并跟踪 3 个属性：

  • metric_diameter: FloatProperty(**kwargs)

  • height: FloatProperty(**kwargs)

  • mesh: PointerProperty(type=Mesh)
    前两个应该是不言自明的，并且在实现中将有更多关于参数的细节。第3个PointerProperty指向内存中的一个对象，并要求在定义时指定该对象的类型，并且它是 PropertyGroup的子类或bpy.struct.ID（即 Mesh）。这意味着任何将值设置为任何其他数据类型的实例的尝试（在这种情况下，任何非 bpy.types.Mesh）都将引发错误，任何将值传递给期望任何其他数据的参数的尝试也是如此类型。

在这种情况下，mesh的 PointerProperty属性将用于保存在Standoff.mesh()的返回值，并使用存储在metric_diameter和height后面的值进行实例化和修改。这三个属性的完整定义如下所示：

class PG_Standoff(PropertyGroup):
    metric_diameter: FloatProperty(
        name="Inner Diameter (Metric)",
        min=2,
        max=5,
        step=50,
        precision=1,
        set=prop_methods("SET", "metric_diameter"),
        get=prop_methods("GET", "metric_diameter"),
        update=prop_methods("UPDATE"))
    height: FloatProperty(
        name="Standoff Height",
        min=2,
        max=6,
        step=25,
        precision=2,
        set=prop_methods("SET", "height"),
        get=prop_methods("GET", "height"),
        update=prop_methods("UPDATE"))
    mesh: PointerProperty(type=Mesh)

单独的set 、 get和update参数都指向prop_methods函数的返回值。这些值必须是函数，参数分别为(self, value)、(self)和(self, context)。这个闭包工厂可能看起来额外复杂，但它会显著减少重复，并为与PropertyGroup 的数据属性交互提供更大的灵活性。
要理解的一个重要区别是，每当属性更改时都会调用update函数——它不是作为更新定义其属性的一种方式来调用的。相反，它提供了一种将特定属性的更改传达给程序的其他部分的方法；这必须小心使用以避免副作用，并且因为没有检查来避免无限递归。

另一件需要注意的是，使用set和get函数意味着任何default值都必须通过显式set调用（而不是 kwarg）来设置，但这也提供了在必要时挂钩on_load方法的机会。最后，prop_methods函数必须在调用它的任何PropertyGroup类之前定义。

prop_methods函数的骨架如下所示：

def prop_methods(call, prop=None):
    def getter(self):
        # getter function must check if prop attr has a value yet
            # if no value, will throw error, so must set default
            # can hook on load here
        # and either way, return self[prop] value
    def setter(self, value):
        self[prop] = value
    def updater(self, context):
        self.update(context)
    methods = {
        "GET": getter,
        "SET": setter,
        "UPDATE": updater
        }
    return methods[call]

完整的实现可以写成：

def prop_methods(call, prop=None):
    def getter(self):
        try:
            value = self[prop]
        except:
            set_default = prop_methods("SET", prop)
            set_default(self, self.defaults[prop])
            if hasattr(self, "on_load"):
                self.on_load()
            value = self[prop]
        finally:
            return value
    def setter(self, value):
        self[prop] = value

    def updater(self, context):
        self.update(context)
    methods = {
        "GET": getter,
        "SET": setter,
        "UPDATE": updater,
        }
    return methods[call]

为此，任何具有调用prop_methods属性的类都需要一个名为defaults的字典对象和一个名为update的方法（该函数提供，但不需要on_load方法）。在PG_Standoff类中，这些调用将用于附加Standoff.mesh()的返回值，以及无论何时修改metric_diameter或height属性。PG_Standoff课程的其余部分可以写成： 

class PG_Standoff(PropertyGroup):
    # ...
    defaults = { "metric_diameter": 2.5, "height": 3 }
    standoff = Standoff()
    def on_load(self):
        if self.height and self.metric_diameter:
            self.__set_mesh()
    def update(self, context):
        self.__set_mesh()
    def __set_mesh(self):
        self.mesh = self.standoff.mesh(
           self.height, self.metric_diameter)

仅留下import语句和register 、unregister函数。在 register 函数中，我们还将从 ointerProperty的实例中指向PG_PropertyGroup类，从 Blender 的Scene类型的新属性中引用，这将使从插件的其余部分访问变得简单。这将产生一个完整的standoff_props.py模块，如下面的要点所示：

from bpy.props import PointerProperty, FloatProperty
from bpy.types import Mesh, PropertyGroup, Scene
from bpy.utils import register_class, unregister_class
from .standoff_mesh import Standoff

def prop_methods(call, prop=None):
    def getter(self):
        try:
            value = self[prop]
        except:
            set_default = prop_methods("SET", prop)
            set_default(self, self.defaults[prop])
            if hasattr(self, "on_load"):
                self.on_load()
            value = self[prop]
        finally:
            return value

    def setter(self, value):
        self[prop] = value

    def updater(self, context):
        self.update(context)

    methods = {
        "GET": getter,
        "SET": setter,
        "UPDATE": updater,
        }

    return methods[call]

class PG_Standoff(PropertyGroup):
    metric_diameter: FloatProperty(
        name="Inner Diameter (Metric)",
        min=2,
        max=5,
        step=50,
        precision=1,
        set=prop_methods("SET", "metric_diameter"),
        get=prop_methods("GET", "metric_diameter"),
        update=prop_methods("UPDATE"))
    height: FloatProperty(
        name="Standoff Height",
        min=2,
        max=6,
        step=25,
        precision=2,
        set=prop_methods("SET", "height"),
        get=prop_methods("GET", "height"),
        update=prop_methods("UPDATE"))
    mesh: PointerProperty(type=Mesh)

    defaults = { "metric_diameter": 2.5, "height": 3 }

    standoff = Standoff()

    def on_load(self):
        if self.height and self.metric_diameter:
            self.__set_mesh()

    def update(self, context):
        self.__set_mesh()

    def __set_mesh(self):
        self.mesh = self.standoff.mesh(self.height, self.metric_diameter)

def register():
    register_class(PG_Standoff)
    Scene.Standoff = PointerProperty(type=PG_Standoff)

def unregister():
    unregister_class(PG_Standoff)
    del Scene.Standoff

4、standoff_operator.py

最后两个模块都是短文件，实现起来非常简单，因为结构化和修改数据的繁重工作已经以简化其与 Blender Python API 交互的方式完成。在standoff_operator模块中，我们将定义（并注册）一个新bpy.types.Operator类，然后可以将其附加到任何 UI 按钮。

如何定义一个新的Operator有一些要求，但这些都是有据可查且简单明了的，并且通过从 CLI 启动 Blender，警告和错误消息将立即显现错误配置的Operator类有。手册部分给出了新Operators的预期定义的详细信息。下面脚本将定义docstring、bl_idname、bl_label和bl_options属性的值。它还将定义一个execute方法，该方法需要self和context参数，并包含将附加到任何 UI 按钮调用注册bl_idname 名下的Operator逻辑和事件。

import bpy
from bpy.types import Operator
from bpy.utils import register_class, unregister_class

class DEMORACK_OT_AddNewStandoff(Operator):
    """adds standoff to test add-on registered ok"""
    bl_idname = 'scene.add_new_standoff'
    bl_label = 'New Standoff'
    bl_options = { "REGISTER", "UNDO" }

    def execute(self, context):
        name = "Standoff"
        standoff = context.scene.Standoff #         collection = context.scene.collection

        obj = bpy.data.objects.new(name, standoff.mesh)

        collection.objects.link(obj)
        obj.select_set(True)
        context.view_layer.objects.active = obj

        return { "FINISHED" }

def register():
    register_class(DEMORACK_OT_AddNewStandoff)

def unregister():
    unregister_class(DEMORACK_OT_AddNewStandoff)

5、standoff_panel.py

定义一个新Panel类几乎遵循与定义一个新Operator类相同的模式，并且从概念上讲，只需将execute最后一步中的draw方法换成这一步中的方法。相关的Panel 手册部分提供了几个有用的示例， UI 脚本 > 模板 > Python 菜单中包含更多示例。 在手册bpy.types.UILayout部分中可以发现了更多可能性，该部分记录了Panel对象的导入项。在draw方法中，它是一个简单（且非常开放）的过程：

  1. 访问context 中的相关数据对象

  2. 为需要按钮的任何Operator 调用创建layout.operator对象

  3. 为用户可写数据属性创建layout.prop对象
    当然，在该模式以及更复杂的数据类型中，还有很多扩展和变化的空间。但在基础上，这是另一个由 API 处理繁重工作的地方，并遵循bpy.props和bpy.types.PropertyGroup实例的内置使用模式。由于这种简单性，这是另一个模块，它足够简单：

from bpy.types import Panel
from bpy.utils import register_class, unregister_class

class DemoRackPanel:
    bl_space_type = "VIEW_3D"
    bl_region_type = "UI"
    bl_category = "DemoRack"

class StandoffPanel(DemoRackPanel, Panel):
    bl_idname = "DEMORACK_PT_standoff_panel"
    bl_label = "Standoff"

    def draw(self, context):
        layout = self.layout
        standoff_data = context.scene.Standoff # 
        layout.operator("scene.add_new_standoff") #         layout.prop(standoff_data, "metric_diameter")
        layout.prop(standoff_data, "height")

def register():
    register_class(StandoffPanel)

def unregister():
    unregister_class(StandoffPanel)

唯一的额外变化是 DemoRackPanel的类定义，它与 bpy.types.Panel一起被StandoffPanel继承。因为这不是DemoRack插件中的唯一Panel，它们都将位于 View 3D 侧抽屉中的单个选项卡下，消除 3 行重复是一件简单的事情。layout.prop 的模式和相关函数中是将 Data 对象作为第一个参数，并将该对象内属性的字符串标识符作为第二个参数。
剩下要做的就是从DemoRack/src/目录编译DemoRack.zip文件，然后像其他任何文件一样在编辑 > 首选项 > 附加组件中安装该本地文件。


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