3ds Max科研绘图入门必读

>>本文适合入门者学习<<

无论是Science、Nature，还是某某大学学报，在一篇科研论文中，清晰简洁的图表是必不可少的。不仅仅是数据图，示意图也同样重要。随着软件技术的发展，二维的示意图已渐渐难以满足大家的需求。然而，三维制图软件目前只在建筑设计、影视动画、游戏角色建模等领域使用较多。如何能够使其为我所用？在这里，我将带你走进3D科研绘图的世界。

作为一名在材料领域（高分子专业）摸爬滚打多年的研究人员，看过的示意图不可胜数，画过的示意图也不计其数。我为什么会选择3ds Max这款软件？可能有先入为主的因素。2010年的时候初次接触3ds Max，深感其功能之强大，学习的过程中各种模型创建都不在话下。后来也学习过maya等软件，但贪多嚼不烂，于是回过头来专攻3ds Max。时至今日，还在学习的道路上努力前行。

在介绍软件之前，先说说科技论文示意图为什么重要。

2011年发表在Advanced Materials上的一篇文章曾专门对此作出了论述：Figures are often the first part of a scientific paper that is reviewed by the editor, and if the paper is accepted, often the first part examined by your peers. 也就是说无论是对于文章编辑还是其他读者而言，图往往都是他们最先关注的部分，其重要性也就可想而知。

一幅成功的科研示意图必须具备以下三个特征：

①让看的人一目了然；

②突出重要信息；

③色调和谐，排版美观。 

所以，软件只是工具，重要的是审美和思想。会作图的人哪怕用ppt也能画出惊艳的作品，可如若不会审美，即使练到3dsMAX高阶也是徒劳。记住这一点之后，我们开始正式学习。内容主要分为三个部分——

一  软件介绍

3ds MAX是Autodesk公司发行的一款三维动画制作和渲染软件，主要功能包括建模、材质和动画。虽然科研绘图只是这款软件其中的一个用途，但建模的原理都是一样的。万事开头难，基础一定要打好。切记建模是1，其余都是后面的0。

下图是3ds Max软件的主界面，分为菜单栏、主工具栏、活动视图区、命令面板、时间帧滑块、动画控制区和视图控制区。2014以后的版本会在视图左边显示Vray渲染器插件和视图分布方式，对于初学者而言，只需要重点关注工具栏、视图区和命令面板三个部分。

命令面板下六块子面板，分别是创建、修改、层次、运动、显示和实用程序。使用频率最高的是前两块面板，其中，创建面板包含了各种可创建的对象，如基本几何体、样条线、灯光摄影机、粒子系统等，修改面板中可以对模型的参数进行修改。

创建好的对象会在视图区显示，3ds Max软件视图区采用的是三视图加透视图的布局，三视图分别为顶视图、前视图和左视图。在对视图中的对象进行选择时，先要点击激活相应的视图，激活后的视图边框会有颜色显示。按相应视图的首字母（T、F、L、P）可以在不同视图间自由切换。

p.s.1 如果遇到视图区无法移动的情况，请查看视图区左上角的标识。是否不小心创建了摄影机（Camera），此时视图区左上角显示C，为摄影机视图。在摄影机视图中，无法对视图进行旋转和缩放等操作。按P即可回到透视图。

三视图加透视图可以让我们对物体的空间位置有一个明确的判断，如下图中的红色物体和绿色物体，如果只看透视图很容易得出红色物体贴放在绿色物体上的错误判断。借助于三视图我们可以很快得出正确的结论。

视图控制区顾名思义是对视图进行操控（包括缩放、拖动、旋转等），在软件的右下角，鼠标悬停在相应按钮上就会显示其功能。

p.s.2 视图控制并不会改变对象在视图中的空间位置，只是为了作图者观察和操作的方便才使用。

二  三维建模

了解了基本界面之后，接下来就可以进入作图三部曲了。

第一步：创建物体。

创建面板中提供了各种形状的物体，以最简单的长方体为例。点击“长方体”，在透视图按下鼠标左键→拖动→松开左键→拖动→点击左键，一个长方体就画好了。具体的鼠标拖动和点击次数根据创建对象的参数而定，比如创建球体时只需要确定球心和半径即可，鼠标点击拖动一次就画好了。

第二步：设置参数。

参数面板在创建面板的右边，不同的对象对应于不同的参数，比如圆柱体是半径和高度。

p.s.3 这里我们需要注意一个参数是分段数，可以看作是对模型进行细分。分段数越高，模型的点线面就越多，所需内存也越大。分段数的存在是为了后面对模型进行更复杂的编辑，按F4可以显示模型的分段。

第三步：导出图片。

建模完成后，单击主工具栏中的渲染（茶壶状图标），即可将模型渲染成图片。渲染结束后，在窗口中点击保存图标，选择保存的路径和格式（如jpg、tif、avi等）即大功告成。

最基本的步骤大致就这样，但实际中我们不可能只画个长方体那么简单，至少也得像下面这样乃至更复杂。这就需要我们学习如何对创建的对象加以编辑了。

作为三维空间的生物，最基本的操作只有三个：平移、缩放和转动。在主工具栏中选中相应的图标，就可以对对象进行相应的操作。

p.s.4 新学者容易犯的错误是，在编辑对象之前忘了选中对象，如果没有选中要编辑的对象（点、线、面、体），后面的移动等操作都是徒劳的。

除了基本操作外，为了编辑的方便，3ds Max还人性化地设定了镜像、对齐、阵列等更高级的操作。这在以后的文章中会详细讲解。

在创建面板中，我们还可以创建线、圆、椭圆、螺旋线、多边形、截面等多种二维样条线图形，对二维图形上的点和线加以控制，就可得到我们想要的形状。

p.s.5 样条线在渲染时无法显示，若要显示，可转为三维图形或者在参数面板中将其设为渲染可见。

其实，建模的过程也是对模型构造深入了解的过程，比如说三位的模型是由二维的面组成的，这些面的朝向又有内外之分（法线方向）。例如：选中下图所示的长方体，点击鼠标右键，将其转为可编辑多边形。选中修改面板的多边形子层级，删除顶部的面，这时长方体变成了一个没有厚度的盒子。

p.s.6 面是有法线方向的，某些情况下要格外注意。

3ds Max的绝大部分功能都是经过筛选之后保留下来的，自然有其存在的必要。很多时候，二维转三维也是一种有效的建模手段，比如“挤出”和“车削”。这两个名称来源于机械加工，功能也很好理解。

另一点需要注意的是，模型的分段数会起到重要作用。尤其是将对象转为可编辑多边形后，分段数直接体现在可编辑的点、线、面的数量上。可编辑的数量越多，最终得到的模型也显得越为精细。比如将一个长方体分为3×4×2段，转为可编辑多边形后，可以对其中一小块单独的面进行挤出、轮廓、倒角等操作。

3ds Max创建物体的途径并不是单一的，比如一个椭圆的柱子可以直接将圆柱体沿某一方向压缩，也可以先创建一个椭圆，再挤出一定高度得到。这些方法无所谓好坏，哪个方便顺手用哪个。

大多数3ds Max教程再讲完基本体创建之后都会开始讲布尔运算，所谓布尔运算，就是对两个物体求差集、交集、并集等。比如画多孔物体墙，布尔运算就是一个不错的办法。

在这里我要告诉大家，布尔运算对于简单规则的模型还好用。一旦涉及到模型的面比较复杂，布尔运算反而吃力不讨好。运算量大耗内存不说，得到的模型表面布线也是牵扯不清，难以编辑。所以在用的时候一定要谋定而后动。

三  具体例子

接下来讲一些具体的例子，如果在3ds Max中只是对点线面的操作已经无法满足你的需要，这时你差不多已经是个初级玩家了。下一步，玩玩修改器会是个不错的选择。

3ds Max提供的修改器有很多种，比如FFD变形器和噪波，可以用来画不规则粒子。

比如弯曲、扭曲和锥化，可以用来画碳纳米管、DNA、环糊精分子等。

这里顺带提一下弯曲，比如上图中弯曲的物体原型是一个圆柱体。如果一开始创建圆柱体时高度的分段数为1，那么再怎么添加弯曲修改器命令也是无效的。因为只有一段的圆柱——弯不了。这时候分段的作用就体现出来了，分段数越多，弯曲就越平滑。对于其他修改器也是同样的道理。

再比如晶格和壳修改器，可以用来画C60、核壳粒子等。

灵活运用这些修改器，会在建模中起到事半功倍的效果。最后，添加材质对模型进行润色，则不要求入门者掌握。

p.s.7 先构思，再建模，这一点很重要。

p.s.8 如果想学习更多科研模型，可以扫下方二维码关注“3dsMAX科研绘图”微信公众号，教程也会在材料人论坛同步推出。