科研繪圖與3D可視化設計：從原理到Blender應用

第1章 科學可視化概述
1.1 什麼是科學可視化？ 002
1.2 為什麼需要科學可視化？ 003
1.3 科學可視化發展簡史 004
1.3.1 科學繪畫 005
1.3.2 科學攝影 007
1.3.3 科學模型 008
1.4 可視化與計算機圖形技術 010
1.5 常見圖形設計軟件 012
1.5.1 矢量圖繪制類 013
1.5.2 三維建模類 015
1.5.3 圖像後期合成類 018
參考文獻 019
第2章 科學圖像設計基礎
2.1 圖像類型和基本格式 022
2.1.1 圖像的類型 022
2.1.2 圖像的格式 025
2.1.3 矢量圖和柵格圖的比較 029
2.2 色彩理論與數字色彩管理 030
2.2.1 色彩感知原理 030
2.2.2 色彩模式和色彩空間 032
2.3 科學圖像中的配色 039
2.3.1 色相環 039
2.3.2 色彩視覺編碼 043
2.3.3 無障礙色彩設計 046
2.4 科學圖像的構圖和排版 053
2.4.1 常見的構圖方式 053
2.4.2 構圖的影響因素 055
2.4.3 構圖的註意事項 056
2.5 科學圖像的設計原則 059
2.5.1 科學性原則 059
2.5.2 信息減法原則 060
2.5.3 焦點和上下文原則 061
參考文獻 063
第3章 計算機軟件中的圖形數據
3.1 三維軟件基礎知識 066
3.1.1 三維空間和視圖 066
3.1.2 坐標變換 068
3.2 Blender基礎介紹 072
3.2.1 Blender界面簡介 072
3.2.2 視圖的基本操作 074
3.2.3 對象的基本操作 076
3.3 Blender中的對象和數據 078
3.3.1 圖形數據簡介 079
3.3.2 對象和數據的關系 080
拓展1：如何從幾何數據恢覆對象？ 081
3.3.3 幾何數據的查看 081
3.3.4 修改器和數據傳遞 084
3.3.5 幾何節點 087
3.4 像素圖像的數字合成 091
3.4.1 像素矩陣 091
3.4.2 圖層和通道 097
3.4.3 圖層像素的疊加計算 101
第4章 點的可視化
4.1 點的圖形學概念 108
4.2 點的屬性 109
4.2.1 屬性和域 109
4.2.2 點屬性及其作用 111
拓展2：噪波紋理系數和隨機值的區別 114
4.3 點的生成 119
4.3.1 坐標生成 119
4.3.2 從文件生成 120
4.3.3 從幾何體生成 122
拓展3：高熵合金顆粒 123
4.4 點的分布 127
4.4.1 沿路徑分布 127
4.4.2 在表面分布 128
拓展4：蜂窩狀點采樣 132
4.4.3 在體積中分布 133
拓展5：等徑球體的堆積 134
4.5 點的運動 135
4.5.1 時間驅動的位置變化 136
4.5.2 點的運動模擬 139
參考文獻 141
第5章 線的可視化
5.1 線的圖形學概念 144
5.1.1 多段線 144
5.1.2 貝塞爾曲線 145
5.1.3 NURBS曲線 146
5.2 曲線的結構和屬性 147
5.2.1 曲線的構成 148
拓展6：“分叉”的曲線 149
5.2.2 曲線的編輯 149
5.2.3 曲線的屬性 152
拓展7：U向和U向分辨率 153
5.3 曲線的生成 156
5.3.1 連點成線 156
拓展8：點的運動軌跡 158
5.3.2 SVG文件導入 159
5.3.3 從網格生成曲線 160
拓展9：柵格面編織 161
拓展10：最短邊路徑 162
5.4 曲線的變形 163
5.4.1 曲線點的移動 165
5.4.2 曲線的動態變形 166
拓展11：實現實例和樣條變形 168
5.4.3 物體沿曲線變形 169
5.5 曲線轉網格 170
5.5.1 曲線填充 170
5.5.2 曲線擠出 172
5.5.3 曲線車削 173
5.5.4 曲線掃描 174
參考文獻 176
第6章 面的可視化
6.1 面的圖形學概念 178
6.2 面的結構和屬性 180
6.2.1 多邊形面的構成 180
6.2.2 面的法向 182
6.2.3 網格的拓撲 187
6.3 多邊形編輯 191
6.3.1 結構線的變化 191
拓展12：石墨菱形十二面體 196
拓展13：Delaunay三角剖分 197
6.3.2 多邊形建模操作 199
拓展14：頂點倒角創建多孔球殼 200
拓展15：超橢圓曲線 201
拓展16：洛倫茲吸引子曲線 203
拓展17：“觸手”的擠出 204
6.4 網格中的鄰接關系 205
6.4.1 相鄰元素 205
6.4.2 元素的編號 205
拓展18：Celtic Links 207
6.4.3 網格域上的屬性評估 208
拓展19：圖像模糊 209
參考文獻 211
第7章 體積的可視化
7.1 體積的圖形學概念 214
7.1.1 體素和體積柵格 214
7.1.2 體積分辨率 215
7.2 體積的生成 216
7.2.1 OpenVDB文件導入 216
7.2.2 幾何對象轉體積 217
7.2.3 體積立方體 218
7.3 體積可視化 220
7.3.1 直接渲染 220
拓展20：d軌道電子雲 223
7.3.2 體積轉網格 224
參考文獻 228
第8章 ChemBlender與分子結構可視化
8.1 ChemBlender簡介 230
8.1.1 插件的安裝 230
8.1.2 化學信息解析庫的安裝 231
8.1.3 插件的架構 232
8.2 分子結構可視化 233
8.2.1 分子文件的解析 233
8.2.2 從分子信息到圖形屬性 235
8.2.3 分子球棍模型的創建 237
8.2.4 分子骨架的自定義編輯 239
8.3 Chem Nodes幾何節點 242
8.3.1 幾何節點組的基本概念 244
8.3.2 Chem Nodes節點組使用舉例 245
參考文獻 252
附錄
附錄A RGB和HSV/HSL模式之間的數值轉換 254
A.1 RGB轉HSV 254
A.2 RGB轉HSL 254
A.3 HSV轉RGB 255
A.4 HSL轉RGB 255
附錄B CPK原子配色方案 257
附錄C 顏色映射表 260
附錄D Blender常用快捷鍵 262
附錄E Blender常見修改器用法 264
E.1 陣列修改器 264
E.2 倒角修改器 265
E.3 布爾修改器 266
E.4 鏡像修改器 266
E.5 螺旋修改器 267
E.6 實體化修改器 267
E.7 表面細分修改器 268
E.8 鑄型修改器 269
E.9 曲線修改器 269
E.10 置換修改器 270
附錄F 原子軌道徑向和角向波函數 271