在科研繪圖中，三維模型圖相對于二維平面圖片可以展示更多的信息，尤其是在做納米結構設計和制備時，三維模型圖可以直觀地表現出材料的設計思路和合成路徑。比如在這篇發表于Joule雜志的高水平、高顏值、將納米美學展現的淋漓盡致的paper中(Ref. Joule 2018; 2: 725-735.)，采用三維模型直觀地表達出材料的合成路徑。配色和諧，細節豐富：這組三維模型圖的一個巧妙之處在于用不規則堆疊的小球來表示SnO₂層，代表SnO₂是由顆粒狀納米晶堆疊而成的。

三維模型圖

下面就來為大家介紹一種C4D軟件中任意形狀小球堆疊模型的建模方法。

具體的建模路徑是：目標多邊形的外形建模→克隆小球填充目標多邊形→動力學碰撞使其規則排列。(如果需要小球之間相互部分融合的效果，則再加上一步體積生成)

具體完成效果如下圖所示：

打開C4D，這里以R20版本為例

1.首先進行多邊形建模，制作目標形狀的幾何外形。

這里以切口球殼為例

1.1 首先在幾何體菜單欄創建一個球體(默認半徑100)。

1.2 選中球體，點擊轉化為可編輯多邊形(或鍵盤C鍵)。

1.3 在選擇工具選擇框選模式，左側選擇面模式，框選設置中鉤上僅選擇可見元素。

1.4按F3進入右視圖，框選球體的四分之一，DELETE鍵刪除。

1.5 F1回到三維視圖，創建布料曲面(模擬→布料→布料曲面)。

1.6 將刪去部分面的球體拖入布料曲面子集，設置布料曲面厚度為20cm。

1.7 鼠標中鍵點擊布料曲面，可同時選中布料曲面和球體，右鍵選擇“連接對象+刪除” ，將后方第二個圓點點為紅色，取消對該多邊形渲染，在基本屬性中勾選透顯。

2.然后通過克隆工具和剛體碰撞實現小球在目標形狀中的均勻填充。

2.1 新建一個球體，半徑3.5 分段12 類型二十面體(可自行調整，分段越多越容易卡頓)；在生成器一欄創建克隆生成器，并將新球體拖拽為克隆的子集。

2.2 將克隆模式設置為對象，將布料曲面拖入克隆的對象框，分布方式改為體積，數量設置5000~10000(視模型大小而定)。

2.3 選中克隆，創建剛體標簽(標簽→模擬標簽→剛體)；標簽碰撞設置：應用標簽到子級，獨立元素選頂層；力屬性中，跟隨位移設置為6(可自行調整)。

2.4 給對象布料曲面1添加碰撞體標簽；碰撞屬性中，外形改為靜態網格。

2.5 ?Ctrl+D進入工程設置，在動力學常規設置中，將重力改為0。

2.6 單擊播放按鈕，播放小球運動動畫，播放到10幀之后，小球基本運動到與網格外形相對應的位置。

2.7 新建一個球體來作為陰影效果，球體位置和屬性保持默認就好；雙擊材質區空白位置，可新建材質，這里新建兩個材質，將材質分別拖拽給相應的對象(球體和克隆)。

2.8 雙擊材質球打開材質編輯器，材質設置如圖：陰影材質只勾選透明通道，通道顏色可調整陰影深度；小球材質勾選顏色和反射通道，在反射層中添加一個漫射層，漫射層顏色添加一個菲涅爾紋理，在菲涅爾紋理設置中調整色標的顏色和位置，可以改變小球的顏色。

2.9 鼠標左鍵長按地面選項，在彈出菜單中選擇天空給環境添加一個天空背景，右側內容瀏覽器查找HDRI，可找到軟件預設的HDRI材質球，這里可以選一個合適的，雙擊添加到材質窗口，并將該HDRI材質球拖拽給剛剛創建的天空。

2.10 選中天空，選擇旋轉工具，可對天空的角度進行旋轉，來找到合適的光照角度；調整好角度后，為天空添加一個合成標簽，標簽設置中取消勾選攝像機可見，這樣渲染時可以只渲染光照不渲染天空。

2.11 下面是渲染設置，如圖，單擊打開渲染設置窗口，在保存一欄中勾選Alpha通道，格式設置為PNG，這樣可以渲染出透明背景的圖片；找好角度后，單擊渲染到圖片查看器，等等渲染完成后點擊保存即可。(要保存透明背景圖片PNG+Alpha)

3. 下面是通過體積生成實現球體間部分融合。

3.1 將克隆子集的球體類型改為四面體，分段數設置為3(最小值)；在生成器一欄創建體積生成和體積網格，將克隆對象拖拽為體積生成的子集，體積生成為體積網格的子集。

3.2 體積生成設置中，點擊克隆勾選使用網格點，網格半徑改為3 cm，體素尺寸改為1 cm；將克隆對象的材質拖拽給體積網格；將陰影球體的半徑改為90~95 cm，防止陰影球體和堆疊球體重合。

3.3 最后渲染到圖片查看器保存即可。

4. 想要在外部增加一層球殼只需要按照第一步中的方法創建切口球殼，調整到合適大小，加上一個細分曲面，并賦予其一個材質就好，材質顏色可自行調節。

這種小球克隆填充和剛體碰撞法來做出小球的堆疊效果，適用于任何封閉的多邊形模型，但要注意協調小球數量、大小和目標多邊形之間大小的關系，小球太小數量太多容易造成卡頓，除此之外也可以在不影響渲染效果的前提下盡量減少小球的細分數，以此提高計算速度。

目前來說，想要做出好看的三維模型圖一般都需要用到3D Max，C4D，Maya等三維建模相關軟件，這三款軟件各有側重，如3D Max更多用于建筑和室內設計，Maya更多用于工業化電影制作(如很多好萊塢大片都要到Maya)，而C4D目前多用于廣告和欄目包裝。對于科研繪圖來說，這里更推薦C4D這款軟件，因為C4D操作簡單，學習成本低對新手更友好，且軟件對電腦的配置要求不高，有內容豐富的預設庫(C4D R20軟件大小約為10 Gb，本體大小不到1 Gb，其余部分為預設文件)，因此更適合個人使用及科研繪圖這種小的工程項目的制作。

本文由縹緲狂客供稿。

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總結

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