专栏名称: 中科幻彩一科学可视化大师
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顶刊配图系列教程:一网打尽各种核壳结构模型

中科幻彩一科学可视化大师  · 公众号  ·  · 2019-09-01 10:39

正文

核壳结构 看似简单

但想要画出 高级感

你需要更加专业的“套路”

只需要 简单的六步

同时搞定最常用的 两种 核壳结构模型

core-shell & yolk-shell 一网打尽

帮你轻轻松松get 顶刊同款 的论文插图

今天的案例图片依旧是顶刊作品

来自Nature Energy

继续“大牛文章里的图”系列教程第 N

Nature Energ y

今日

顶刊


DOI: 10.1038/NENERGY.2016.50


中国科学院大学的王丹教授团队报道了一种利用 碳微球作为模板 ,基于金属阴离子吸附机理制备的 中空多壳层 V2O5微球。使用这种碳微球模板基于金属阴离子吸附机理制备手段,可以获得 一系列多壳层金属氧化物中空微球 ,克服了以前实验方案的局限,极大地丰富了金属氧化物空心微球的类别,为下一代锂离子电池的发展开创了一个 新的渠道


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分析上述模型,第一个模型( 核壳结构 )是简单的几何体构造,球的开口处形状是球与立方体重叠四分之一的部分,使用到的工具有【布尔】和【克隆】等;第二个模型( 介孔结构 )则是在第一个模型的基础上建立。

第1步

首先是核壳结构模型的构建。 打开C4D,鼠标左键长按下图中的图标,选择【球体】工具新建一个球体对象。

Ps:按住【Alt】键和鼠标左键,移动鼠标可旋转镜头,按住【Alt】键和鼠标中键,移动鼠标可平移镜头

创建球体后,在屏幕右下角的【对象】窗口设置分段,分段数越高,球体表面越圆滑。

依照上述新建球体的方式,新建一个立方体,将立方体放在球体的右上方与球体重叠。为使立方体的位置准确,可切换到三视图界面移动立方体的位置。

分别在顶视图和正视图中将立方体移动到上图中所示的位置。

Ps:单击鼠标中键可切换视图(正视图、右视图和顶视图)

第2步

现在需要将立方体与球体重叠的部分切除,使用到的工具是【布尔】。

左键长按下图所示的图标,选择【布尔】工具,在屏幕右上角的图层窗口将【球体】和【立方体】的图层拖入布尔中,注意的是【球体】图层必须在【立方体】图层的上面。

此时可看到【布尔】工具的效果,如下图所示:

Ps:在做【布尔】时,可按住【Alt】键再添加【布尔】,这样可使【布尔】的坐标轴与【球体】的坐标轴中心一致

选择【布尔】,将其转变为可编辑状态:单击【布尔】图层,在屏幕左侧的一列工具中,选择【转为可编辑对象】工具。

将【布尔】转为可编辑对象后,图层也会发生改变。单击【布尔】图层中的【立方体】,在左侧的工具中选择【多边形】工具进入多边形模式。

选中下图中的面,按住【Shift】可同时选择多个,注意一定要选中全部的截面,按键盘上的【Del】键删除这些面。可滑动鼠标中键放大镜头查看是否还有没被删除的截面。为保证多余的点也被全部删除,在删除面之后,单击鼠标右键,选择【优化】。

完成上述步骤后,便会得到一个开口的空心球壳。

点击【布尔】图层中的【球体】,选择【多边形】工具进入面模式,按住【Ctrl+A】选择球体所有的面,单击鼠标右键,选择【挤压】工具,在右下角的窗口中勾选【创建封顶】,之后在屏幕中央按住鼠标左键滑动,使空心球壳具有一定厚度。

为方便后续的模型建立,将上述的对象隐藏。在图层窗口【布尔】的右侧有两个灰色的小圆点,左键双击上面的小原点使它变为红色,这时屏幕中央的球壳便被隐藏起来了。



第3步

新建一个球体,在【对象】窗口更改分段和类型,将【分段】数稍作减少,这里的分段数为12,【类型】改为【二十面体】。为便于区分,将这个新建的球体命名为【对象球体】,双击图层便可重命名。

再新建一个圆柱,在【对象】窗口更改其半径和高度,这里圆柱的半径将会是最终图中孔洞的半径。

在屏幕最上面的工具中点击【运动图形】,选择【克隆】工具,在图层窗口中将【圆柱】拖入【克隆】中。

选择【克隆】,在【模式】这一栏选择【对象】模式,并将图层中的【对象球体】拖入窗口下面的【对象】一栏。

进入【对象】窗口的【变换】,在【旋转.P】这里将角度改为90,便得到以下效果:

第4步

在图层窗口将【布尔】图层显示出来,即将小红点单击为灰色,并将【对象球体】隐藏。

为了使圆柱不卡在球壳开口处,单击图层中的【对象球体】,选择【旋转】工具,注意一定要对【对象球体】进行旋转操作。进行旋转使可将鼠标放在红绿蓝的色带上,拖动鼠标进行旋转。

将【克隆】转为可编辑状态,并重命名为【孔洞】,将【布尔】重命名为【外壳】。

新建一个【布尔】,将【外壳】和【孔洞】都拖入【布尔】中,注意【外壳】在【孔洞】的上方,如下图:

新建一个球体,选择【缩放】工具,将其缩放至外壳内部,注意这个球体与外壳之间不能有间隙。

复制一个【孔洞】:选择【布尔】图层中的【孔洞】,注意不要多选其他对象,按住【Ctrl】键,将【孔洞】拖到【布尔】的外面,此时一个【孔洞】便复制完成。

创建一个【布尔】,将步骤9中新建的【球体】和步骤10中复制的【孔洞】拖入【布尔】,注意【球体】在【孔洞】的上面。

将【布尔】命名为【外核】,将【布尔1】命名为【内核】。将【外核】和【内核】里的【孔洞】隐藏。此时整个孔洞结构便建模完成,接下来是渲染的步骤。

第5步

灯光和材质的布置:长按【灯光】工具,选择自己想要打的灯光,一般依据【三点照明】原则,主光源光照强度较强,放置在物体的前方离物体较近;辅助光源光照强度较弱,放置在物体的侧方离物体较远;在物体的后方放置光照较强的灯光,用来照亮物体的轮廓。除此之外,可在物体周围交暗的位置放置几盏光照弱的灯。布置完灯光后,物体应呈现亮、灰、暗的形式,即亮面、灰面和暗面。

在【对象】窗口的【常规】处可设置阴影的有无,在【强度】处可调整灯光的光照强度。

添加材质:在屏幕左下方的窗口处双击鼠标左键,则会新建一个材质球,双击该材质球,进入【材质编辑器】。【颜色】通道控制对象的颜色,【反射】通道控制对象反射其它物体(包括光)的强度,这里主要使用到这两个通道。

编辑好材质球后,退出【材质编辑器】,鼠标左键按住左下方窗口中的材质球,将其拖到屏幕中央的模型上,如下图所示。

在渲染之前,确定需要渲染的图层。图层名字后面有两个点,在上方的点代表编辑器是否可见,即能否在屏幕中央看到;下方的点代表是否渲染可见,即能否渲染出来。

这里需要将全部的【孔洞】和【对象球体】都设为编辑器不可见和渲染不可见,即将它们后面的灰色圆点都变为红色

在屏幕上方的工具栏中打开【编辑渲染设置】,进入渲染设置后,在【输出】里设置好输出图片的尺寸,在【保存】里设置退出渲染设置。

接下来就可以渲染了。长按下图所示的图标,选择【渲染到图片查看器】,等待一小段时间后边能看到渲染的结果了。渲染成功后图片会按照渲染设置里的文件位置和格式自动保存。







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