C4D三步兩指令完成一個(gè)多孔“蜂窩狀”納米結(jié)構(gòu)圖

多孔蜂窩狀納米結(jié)構(gòu)圖在科研過程中，萬能的origin軟件為大家提供了絕大部分的數(shù)據(jù)成圖功能。然而，在納米材料制備領(lǐng)域中，需要用到的材料制備流程圖、結(jié)構(gòu)示意圖、機(jī)理圖等等就需要一些強(qiáng)大的三維作圖軟件，如最常見的3D·max。今天，我跟大家分享一個(gè)對于非專業(yè)作圖的科研人員更為合適的一款作圖軟件CINEMA4D，簡稱C4D。并且用其演示僅僅使用兩個(gè)指令(細(xì)分曲面和布爾)就可以完成“蜂窩狀”納米結(jié)構(gòu)圖形的繪制。下面，我跟大家介紹一下這兩個(gè)指令的具體意義。什么是細(xì)分曲面？細(xì)分曲面定義為一個(gè)無窮細(xì)化過程的極限。細(xì)分曲面最開始是由德國的EdwinCatmull和JimClark，還有DanielDoo和MalcomSabin在1978年同時(shí)提出的。但是直到1995，UlrichReif解決了細(xì)分曲面在特殊點(diǎn)附近的行為，才使得細(xì)分曲面的應(yīng)用得到極大的拓展。細(xì)分曲面最基本的概念是細(xì)化。他是指通過對初始的多邊形網(wǎng)格進(jìn)行反復(fù)細(xì)化，從而可以產(chǎn)生一系列網(wǎng)格趨向于最終的細(xì)分曲面。每個(gè)新的子分步驟產(chǎn)生一個(gè)新的有更多多邊形元素并且更光滑的網(wǎng)格。什么是布爾運(yùn)算？布爾運(yùn)算（Boolean）是指兩個(gè)以上的物體進(jìn)行并集、差集、交集的運(yùn)算，從而得到新的物體形態(tài)。通常有4種布爾運(yùn)算方式：并集（Union）、交集（Intersection）和差集（Subtraction）。當(dāng)我們給對象進(jìn)行一個(gè)布爾命令的時(shí)候，比較復(fù)雜的模型會(huì)對于布線有非常大的更改，所以我們在進(jìn)行布爾運(yùn)算之前會(huì)把需要運(yùn)算的面單獨(dú)分離出來，然后再用分離出來的面進(jìn)行計(jì)算，從而減少布爾命令對我們整個(gè)模型布線的影響。布爾運(yùn)算是我們想要得到兩個(gè)物體之間的相減、相加、相交等效果的快速制作方法。例如挖洞，凸面制作等等。示例：一個(gè)多孔“蜂窩狀”納米材料結(jié)構(gòu)的繪制圖一

細(xì)分曲面指令進(jìn)行平滑第一步：首先我們在C4D的界面中添加一個(gè)立方體對象，設(shè)置XYZ尺寸分別為3000cm，300cm和3000cm，各自對應(yīng)分段為7，1，7。根據(jù)材料的自身性質(zhì)或者自己喜好給與其顏色（從內(nèi)容瀏覽器-預(yù)設(shè)挑選）。之后，添加細(xì)分曲面指令，并將前面的立方體對象拖至細(xì)分曲面指令中，這樣就為立方體增加了一個(gè)細(xì)分曲面的操作。具體如圖一。圖二

在立方體上添加多個(gè)膠囊對象第二步：同樣在添加立方體的地方找到膠囊對象，添加14個(gè)膠囊（熟悉的話在這里可以用到克隆指令）。手動(dòng)任意調(diào)節(jié)膠囊的大小和位置（但是不能超出第一步中立方體的范圍內(nèi)）。為了方便后續(xù)操作，我們將所有的膠囊對象打包成一個(gè)組（操作快捷鍵為Alt+G）。之后將14個(gè)膠囊隨意散布在立方體表面或內(nèi)部。并且為膠囊賦予一個(gè)顏色（從內(nèi)容瀏覽器-預(yù)設(shè)挑選）。具體如圖二。圖三

布爾指令與燈光第三步：添加布爾指令，之后將細(xì)分曲面指令和第二步中的膠囊組拖入布爾指令中，需要注意的是細(xì)分曲面指令在上，膠囊組在下。這樣就實(shí)現(xiàn)了膠囊組對細(xì)分曲面后的立方體的切割。之后，添加兩個(gè)地面（或者天空）放在繪制的圖形上面和下面各一個(gè)，這是不可缺少的！否則出來的圖片非常暗，沒有光澤。最后就可以對繪制的圖形進(jìn)行渲染，出圖。具體操作如圖三所示。這樣我們就完成了一個(gè)多孔“蜂窩狀”納米材料結(jié)構(gòu)的繪制。(最終渲染出的效果圖在文章剛開始位置展示)?？偨Y(jié)多孔“蜂窩狀”納米材料結(jié)構(gòu)的繪制主要利用了C4D的布爾運(yùn)算指令，通過兩個(gè)對象之間的相減或者切割，從而實(shí)現(xiàn)了蜂窩狀的繪制。再利用細(xì)分曲面指令進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化平滑，最后利用C4D強(qiáng)大的渲染功能呈現(xiàn)出漂亮的圖片。C4D很重要的渲染素材在內(nèi)容瀏覽器選項(xiàng)下的預(yù)設(shè)功能中，在這里面你可以自由選擇各種渲染素材。C4D的操作以及指令實(shí)現(xiàn)方式與3DMax等其他三維作圖軟件非常相似，之所以推薦C4D的原因主要是C4D對電腦的要求更低，他的處理速度要更快一些。并且C4D自身帶有大量的顏色素材和圖形素材等可供選擇。比如上圖中立方體的顏色和膠囊的顏色，都是一些現(xiàn)成的例子我們可以直接使用，非常方便快捷。希望在科研的道路中，我們都能把握每一個(gè)