【技术专栏】绘制三维图片太难?PPT帮你轻松搞定


【引语】

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我们在阅读文献时发现,好的paper大多有着美观的配图,而一篇paper最先受到读者关注的往往就是配图。一般来讲,除去数据图表以外,文章中需要使用制图软件绘制的配图主要有图文摘要(TOC)、实验工艺步骤、原理或机理分析的示意图、文章的封面等。制图软件有很多,常见的有用于三维建模和动画制作的3D Max,C4D,Maya等,用于图片处理和美化的PS(也可以绘制出一定的三维效果)。但是,这些软件都比较博大精深,需要付出很多的时间去学习。我们在阅读文献时发现,其实很多paper用PPT也可以制作出非常漂亮的三维图片,譬如下面的例子。相对而言,PPT就要容易学习一些。

除了简明美观的实验流程图以外(Ref. IR-Driven Ultrafast Transfer of Plasmonic Hot Electrons in Nonmetallic Branched Heterostructures for Enhanced H2 Generation. Advanced Materials 30(9):1705221),还有高端大气的封面:

PPT的功能其实非常强大,能够实现一部分PS的功能,如抠图、加蒙版、着色等等;此外,PPT图形间的布尔运算也是一项很重要的功能,这里就不赘述了。今天主要介绍的是利用PPT的三维旋转来制作三维图片,以锂硫电池模型作为例子。最终的效果如下图所示:

 

其构造主要为以下图形元件

制作步骤:

1.创建一个圆形,填充中等深度的颜色,太浅的话光源照射时反射太亮,深色则太暗。选中图形,选择无轮廓,选择三维旋转,设置深度为180磅。此时,XYZ旋转为(0,0, 0)度。

2.XYZ旋转设置(0, 290, 0),发现图形已经有了厚度变成了圆柱。

小注释:简单介绍一下我的个人理解,PPT的三维旋转可以这么认为:屏幕为XY平面,垂直屏幕方向为Z轴,摄像机一直在-Z方向(俯视屏幕),物体绕坐标轴按照设置的度数旋转,深度为赋予二维形状的厚度,距底边高度为物体距XY平面的距离。因此,一般作图步骤为先在XY平面(0, 0, 0)即初始屏幕位置绘制二维图形或线段,调好图形位置;然后XYZ旋转设置(0, 270, 0)位置(此时图形与初始位置垂直),设置距底边高度(即调节Z值),两个视图确定物体在空间的位置即确定。然后调整XYZ旋转到需要的位置,比如这个模型选择了(0, 290, 0)。

3.粉红色圆柱的材料选择半透明→最浅,圆柱变成了透明的颜色。

4.复制该圆柱,调节颜色为浅灰色,深度为14磅,顶部棱台选择圆形,宽度高度都是3磅,材料选择金属,调好位置与紫色圆柱对齐。灰色圆柱有了金属光泽,顶部有了圆角。如下图所示:

5.再复制几份灰色的金属圆柱,在格式中调节高度和宽度,即调节二维母图形圆形的大小。参数依次为:图形高度宽度3.3、3.3厘米,深度3磅,圆形棱台宽度高度4、4磅;高度宽度2、2厘米,深度2磅,棱台宽度高度3、3磅;高度宽度1.2、1.2厘米,深度10磅,棱台宽度高度0、0磅。然后调整好圆柱的图层和位置。

6. 再复制出4个圆柱分别作为电池底部(底部灰色有棱台圆柱)、锂负极(紫色圆柱)、隔膜(绿色圆柱)和正极(黄色圆柱),赋予个人喜欢的颜色。需要注意的是中部绿色圆片作为隔膜,深度是1磅,赋予30%的透明度。四个圆柱材质仍选择金属,紫色、黄色、绿色圆柱选择无棱台。调整好图层位置,粉红色电池柱体在底层。此时,图形已经初步有了电池的样子。

7.添加如图两个箭头,赋予20%透明度,调整好图层的前后关系。此时已经有好几个图层了,可以将一些图形组合在一起。将选择窗格打开,右侧出现类似于PS的图层栏。在图层栏拖动图层上移即向顶层移动,下移即向底层移动。注意图层顺序,前面无透明度的图层会挡住后面的图层,和眼睛看景物是一致的,一叶即可障目。下图中,组合4包括电池顶部4个灰色的圆柱(椭圆49-52对应从下到上的灰色圆柱)和1个黄色的圆柱(椭圆57),箭头:下弧形60对应绿色隔膜上方的红色箭头,椭圆56对应绿色的隔膜,箭头:下弧形59对应绿色隔膜下方的红色箭头,组合3对应紫色的锂负极(椭圆58)和灰色电池底部(椭圆53),椭圆22对应粉红色圆柱。

8.接下来,制作高光小球,可以通过三维旋转得到。画一个直径5厘米的圆形(注意还是选择无轮廓,不然三维旋转给深度时轮廓也会得到厚度,导致做出来的物体表面是杂色),三维旋转→圆形棱台,将圆形顶部和底部棱台参数都设置为圆形直径的一半,这里单位是磅,输入2.5厘米会显示70.9磅,深度是0,即得到球体,选择不同的材质得到不同的高光小球,调整光源角度会改变高光分布的位置。选择半透明-最浅材质,就得到图示效果。

也可通过 “三维不够,二维来凑”的方法:采用布尔得到一个小月牙,如图先选择小圆B,再选大圆A,选择格式→合并形状→剪除,即可得到蓝色小月牙。然后选中:形状填充→白色→形状效果→柔化边缘,同时将大圆设置为如图所示的渐变填充,也可再添加一个柔化边缘的小圆形作为补充。

9.如图所示,将几个高光小球摆成一定的形状,组合到一起,制作多硫化锂的示意图。

10.最后,将多硫化锂移动到电池模型中,注意上面的多硫化锂图层置于红色箭头和绿色隔膜之间,下面的置于紫色的锂负极和红色箭头之间。添加文字注释,将所有图形和文字组合到一起,得到锂硫电池的示意图。调整颜色等参数,得到自己满意的效果。其他类型的电池可以将内部的填充物更换。PPT输出高清图片可以将组合或幻灯片另存为增强型Windows元文件,再用画图工具打开,然后另存为其它格式的图片(如JPG);也可以将幻灯片输出为PDF,再通过PS等软件转换为JPG等格式的图片。

11.其实PPT在三维制图领域还是大有潜力可挖的,比如下面这些物体都可以简单地绘制出来。而且个人觉得,相比于3D软件能够渲染出非常真实的效果,PPT做出的示意图看着很朴素舒服。此外,PPT占用的内存也比较少。

最后,推荐一篇郑州大学邵国胜教授团队最近发表于JMCA的封面文章。结构复杂的图片还是需要使用C4D,3D Max等软件来制作,需要使用PS来增加效果。包括PPT在内,这几个软件都有很强大的功能,可以当作是忙碌的科研工作之外的一个小兴趣来培养。

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本文由材料人科技顾问张老师供稿,材料人编辑部Alisa编辑。

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