在科研绘图中，三维模型图相对于二维平面图片可以展示更多的信息，尤其是在做纳米结构设计和制备时，三维模型图可以直观地表现出材料的设计思路和合成路径。比如在这篇发表于Joule杂志的高水平、高颜值、将纳米美学展现的淋漓尽致的paper中(Ref. Joule 2018; 2: 725-735.)，采用三维模型直观地表达出材料的合成路径。配色和谐，细节丰富：这组三维模型图的一个巧妙之处在于用不规则堆叠的小球来表示SnO₂层，代表SnO₂是由颗粒状纳米晶堆叠而成的。

三维模型图

下面就来为大家介绍一种C4D软件中任意形状小球堆叠模型的建模方法。

具体的建模路径是：目标多边形的外形建模→克隆小球填充目标多边形→动力学碰撞使其规则排列。(如果需要小球之间相互部分融合的效果，则再加上一步体积生成)

具体完成效果如下图所示：

打开C4D，这里以R20版本为例

1.首先进行多边形建模，制作目标形状的几何外形。

这里以切口球壳为例

1.1 首先在几何体菜单栏创建一个球体(默认半径100)。

1.2 选中球体，点击转化为可编辑多边形(或键盘C键)。

1.3 在选择工具选择框选模式，左侧选择面模式，框选设置中钩上仅选择可见元素。

1.4按F3进入右视图，框选球体的四分之一，DELETE键删除。

1.5 F1回到三维视图，创建布料曲面(模拟→布料→布料曲面)。

1.6 将删去部分面的球体拖入布料曲面子集，设置布料曲面厚度为20cm。

1.7 鼠标中键点击布料曲面，可同时选中布料曲面和球体，右键选择“连接对象+删除” ，将后方第二个圆点点为红色，取消对该多边形渲染，在基本属性中勾选透显。

2.然后通过克隆工具和刚体碰撞实现小球在目标形状中的均匀填充。

2.1 新建一个球体，半径3.5 分段12 类型二十面体(可自行调整，分段越多越容易卡顿)；在生成器一栏创建克隆生成器，并将新球体拖拽为克隆的子集。

2.2 将克隆模式设置为对象，将布料曲面拖入克隆的对象框，分布方式改为体积，数量设置5000~10000(视模型大小而定)。

2.3 选中克隆，创建刚体标签(标签→模拟标签→刚体)；标签碰撞设置：应用标签到子级，独立元素选顶层；力属性中，跟随位移设置为6(可自行调整)。

2.4 给对象布料曲面1添加碰撞体标签；碰撞属性中，外形改为静态网格。

2.5  Ctrl+D进入工程设置，在动力学常规设置中，将重力改为0。

2.6 单击播放按钮，播放小球运动动画，播放到10帧之后，小球基本运动到与网格外形相对应的位置。

2.7 新建一个球体来作为阴影效果，球体位置和属性保持默认就好；双击材质区空白位置，可新建材质，这里新建两个材质，将材质分别拖拽给相应的对象(球体和克隆)。

2.8 双击材质球打开材质编辑器，材质设置如图：阴影材质只勾选透明通道，通道颜色可调整阴影深度；小球材质勾选颜色和反射通道，在反射层中添加一个漫射层，漫射层颜色添加一个菲涅尔纹理，在菲涅尔纹理设置中调整色标的颜色和位置，可以改变小球的颜色。

2.9 鼠标左键长按地面选项，在弹出菜单中选择天空给环境添加一个天空背景，右侧内容浏览器查找HDRI，可找到软件预设的HDRI材质球，这里可以选一个合适的，双击添加到材质窗口，并将该HDRI材质球拖拽给刚刚创建的天空。

2.10 选中天空，选择旋转工具，可对天空的角度进行旋转，来找到合适的光照角度；调整好角度后，为天空添加一个合成标签，标签设置中取消勾选摄像机可见，这样渲染时可以只渲染光照不渲染天空。

2.11 下面是渲染设置，如图，单击打开渲染设置窗口，在保存一栏中勾选Alpha通道，格式设置为PNG，这样可以渲染出透明背景的图片；找好角度后，单击渲染到图片查看器，等等渲染完成后点击保存即可。(要保存透明背景图片PNG+Alpha)

3. 下面是通过体积生成实现球体间部分融合。

3.1 将克隆子集的球体类型改为四面体，分段数设置为3(最小值)；在生成器一栏创建体积生成和体积网格，将克隆对象拖拽为体积生成的子集，体积生成为体积网格的子集。

3.2 体积生成设置中，点击克隆勾选使用网格点，网格半径改为3 cm，体素尺寸改为1 cm；将克隆对象的材质拖拽给体积网格；将阴影球体的半径改为90~95 cm，防止阴影球体和堆叠球体重合。

3.3 最后渲染到图片查看器保存即可。

4. 想要在外部增加一层球壳只需要按照第一步中的方法创建切口球壳，调整到合适大小，加上一个细分曲面，并赋予其一个材质就好，材质颜色可自行调节。

这种小球克隆填充和刚体碰撞法来做出小球的堆叠效果，适用于任何封闭的多边形模型，但要注意协调小球数量、大小和目标多边形之间大小的关系，小球太小数量太多容易造成卡顿，除此之外也可以在不影响渲染效果的前提下尽量减少小球的细分数，以此提高计算速度。

目前来说，想要做出好看的三维模型图一般都需要用到3D Max，C4D，Maya等三维建模相关软件，这三款软件各有侧重，如3D Max更多用于建筑和室内设计，Maya更多用于工业化电影制作(如很多好莱坞大片都要到Maya)，而C4D目前多用于广告和栏目包装。对于科研绘图来说，这里更推荐C4D这款软件，因为C4D操作简单，学习成本低对新手更友好，且软件对电脑的配置要求不高，有内容丰富的预设库(C4D R20软件大小约为10 Gb，本体大小不到1 Gb，其余部分为预设文件)，因此更适合个人使用及科研绘图这种小的工程项目的制作。

本文由缥缈狂客供稿。

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