学术干货丨Adobe illustrator 科研绘图实例

 编者按：

小编是一枚科研界的小白，入行刚刚一年，折腾了一年实验终于有了点数据，便开始写论文。老板给的第一任务就是把数据整理好，把器件结构图画好。当初心里便想着数据用origin可以解决，结构图用PPT来画，应该花不了多少时间。在利用origin将数据整理成图，然后放在PPT里进行简单的排版时，粗一看自我感觉还可以，便全然不顾了细节。当用PPT画结构图时，遇到了制作的长方体不能自由改变厚度的问题，这个时候才发现PPT并不是无所不能，并开始在网上了解一些关于科研作图的软件并进行粗略学习，但一直不得要领，始终画不出自己满意的器件结构图。直到接到编辑Adobe illustrator（AI）科研作图实例的任务，才下定决心将其学好，有了目标离成功自然也就不远。经过几天的钻研，心中稍稍有所体会，将之写下与君共享。

一、介绍illustrator

Adobe illustrator 是Adobe公司旗下开发的一款软件，主打商标设计，其功能与Adobe Photoshop（PS） 有重合之处，操作界面也是极其相似，但是其核心内容不同，illustrator处理的是矢量图，PS处理的则是位图（矢量图和位图的区别见图1）。因此你若熟练掌握Photoshop，你能够迅速入手illustrator。小编因为没有用PS处理图形的经验，所以摸索起来比较慢，足足用了好几天时间。虽说illustrator主打商标设计，但是其对科研作图的帮助一点都不亚于PPT。前面我们提到了两个关键的问题。其一数据图排版问题；其二是三维结构示意图的绘制。接下来，我们便从这两个实际问题入手来逐渐掌握这款软件，同时解决小编自身遇到的科研作图问题。

图1：矢量图与位图

(a).未放大的原图；

(b).a图的矢量图（illustrator）放大后细节；

(c).a图的位图（Photoshop）放大后的细节。

注：可以看到矢量图放大后的细节还是很细腻很光滑，但是位图放大后就是一个一个的像素点，很粗糙很模糊。这便是位图和矢量图的最大区别。详细了解两者区别。

二、illustrator应用于数据排版

步骤1.用origin画出需要的图

图2：origin画图 

图2中的数据图细节处理不够到位，比如横坐标名称与坐标值重合，还有一些其他的问题，当用illustrator打开时问题会体现出来。

步骤2.将图导出存为矢量图模式（后缀为.ai或者.eps文件）

图3：存矢量图

具体储存路径为：File → Export Graphs → Open dialog → image type （选为上述格式（.ai/.eps）这里我们选的是.ai）→ 点OK 。

步骤3.用illustrator打开矢量图

图4：illustrator界面

图4是illustrator的操作界面。左侧的是工具栏，中间的白色区域是白色面板画布，中间的是我们打开的J-V曲线图。其中最常用的就是选择工具（工具栏中的黑色箭头）。现在我们面临着的问题是：1.如何将J-V曲线缩小放置在画布区域内；2.如何将画布放大。（若看不到图片全貌，可以改变界面左下角的百分比进行调整）

步骤4．缩小J-V曲线放置在画布区域内

将图片缩小至合适大小并且放置于白色画布中心区域的具体操作为：点击选择工具，然后用光标选中图片所有区域，再将光标移至图形边框的边角出。所得状态如图5。再按住shift键，拖动光标使得图片按原比例自由放大缩小，缩小至小于白色画布尺寸时，将图片移至画布区域内。然后放大画布比例（界面处左下角有25%,将其调到合适值，便可放大画布，或者利用快捷键ctrl+“+”, ctrl+“-”来进行放大缩小画布）最后得到图6。

图5：illustrator操作方法

图6：未进行“拼合透明度”的图

这时我们会发现，曲线的边框变得非常粗大，图片变得很丑，没有按原来的比例进行有效的缩小。

这时我们需要回到步骤4最开始的状态（如何返回呢?无限按ctrl Z就可以回到你想要的“初恋状态”了）。回到初始状态以后，先全选图片，然后再在操作界面顶层的“对象”栏中的下拉菜单里找到“拼合透明度”默认设置，点击确认即可。操作完毕，即可重复之前步骤，得到正常比例的图7。

图7：进行“拼合透明度”的图

步骤5:编辑图片

步骤1-4都是在为编辑图片做准备工作，将图片放置于合适的画布区域以便于我们操作。从图4我们就发现原来规规矩矩待着origin方框里的曲线竟然“红杏出墙”（这个问题源自于origin画图时，x轴原始数据超出了x轴限定范围的区域，如：数据中x列有1-100的数据，而x轴限定只能到1-50）。这我们当然不能容忍，删去“出墙”的部分，这放在PPT里是难以做到的，但是在illustrator里却变得极其简单（前提是图片保存的为矢量图模式）。在illustrator的矢量图编辑中，每一个数据点都变得可编辑。我们只需要选中不需要的区域进行删除就可以了，当然我们也能对文本以及进行编辑或者移动。（注：处理图片的某个小区域时先选中全图，然后右键选择取消编组，这里的编组概念相当于PPT里的合并）

经过一系列的细致工作我们得到美丽的图8。

图8：细节处理后的图

当然曲线的颜色轮廓都是可以进行细改的，小编就不一一操作了。

步骤6：多图排版

  对每一张图都进行过细致的处理以后就可以在illustrator中进行排版了。在左侧文本栏中对图片进行编号，然后选中需要对齐的对象在界面顶部会出现对齐栏菜单（与PPT里一样）进行对齐。对齐完后，全选右键选择编组。具体操作在图9中有所表现。最后导出所需要的图片格式即可。图10是小编导出的JPEG格式图片。

图9：排版示意图

图10：排版后最终效果图

到这里就已经把第一部分‘利用illustrator排版数据’讲完了。这里许多细节操作需要读者们多加练习才能掌握。

我们总结一下操作过程：1.origin画图；2.导出矢量图；3.用illustrator打开矢量图；4.将需要编辑的矢量图移置画布中间便于操作；5.对图片进行细节编辑；6.排版图片并且导出图片。

这其中涉及到的主要操作有：选择工具（黑色箭头），放大缩小图片，放大缩小画布，编组等。这部分对于有基础的同学来说是可以轻松胜任，但是若是没有相关操作基础的同学（就像小编几天前刚开始接触illustrator的状况一样），就需要勤加练习才能得心应手。

三、illustrator画三维结构示意图

  由于小编所研究的方向是太阳能电池，所需要绘制的也就是太阳能电池三明治结构的三维图。那就拿该结构作为例子进行剖析讲解。图11是器件结构的最终效果图。

图11：最终效果图（目的）

硅片经过制绒处理，所以硅表面是金字塔型，为的是增加吸光。该结构总共可以分解成6层（Al, Si, PEDOT：PSS, Ag鱼骨电极, Pyramids，PEDOT：PSS顶层）如图12。现在我们就从这六层逐一入手，来完成这个图。

图12：拆分

步骤1：绘制长方体

通过绘制长方体我们可以解决四层（Al, Si, PEDOT:PSS, PEDOT:PSS顶层），这里说明一下，PEDOT:PSS顶层实际中并不存在，只是为了帮助透明的PEDOT:PSS支撑起鱼骨型银电极，达到较好的视觉效果而设置的。

首先是新建任务（文件→新建），在界面处出现白色画布。选择矩形工具在画布上画出一个长方形（可以通过鼠标托动得到，也可以双击输入参数得到），想获得正方形请按住shift拖动，如图13。（注：这里的选择工具右下角有一个小三角，说明里面还有其他形状工具（需要长按鼠标左键才能展开））。选择一种填充色，描边色选为无。然后点击选择工具（黑色箭头），记得画完矩形后及时换回选择工具。选中整个长方形后，点击顶层中的“效果”栏下的3D，选择“凸出和斜角”。之后得到图14的状态栏。

图13：画矩形

图14：画长方体

按照红色标注的进行设置，“位置”选择为“离轴-前方”，“凸出厚度为100pt”，点击确认即可。需要注意的是，选择 “离轴-前方”后，长方体的Y轴方向的长度便固定了，所固定的长度与“凸出厚度”的设置值直接相关，Z轴和X轴方向的长度则仍可以自由变换。

如图15，画出一个长方体后，复制出四个，改变其厚度与颜色，分别作为四层（Ag, Si, PEDOT:PSS, PEDOT:PSS顶层）。同时将PEDOT:PSS层的不透明度设置为50%，其他层的透明度为100%。

图15：改变矩形厚度与颜色

步骤2：画金字塔

画金字塔时，和画长方体用的是完全不同的方法，本也想利用三角形进行3D变换就可以变成四面体，实际上是行不通的。后来干脆采用了拼凑的方法绘画出金字塔。

图16：金字塔画法流程图

具体的步骤如图16所示。1.画出两个一样的三角形；2.将两个三角形的体积变小，同时右侧三角形填充为深色；3.旋转两个三角形，使得左侧三角形的右边与右侧三角形的左边平行；4.将两个三角形靠拢并得到了一个有立体感的金字塔形状。其中要用到的操作主要有：多边形选择工具（左键长按矩形工具栏弹出），采用双击绘画方式可选择多边形的边数为3；颜色填充工具；旋转（选中三角形后移动光标至出现弧形光标即可进行旋转）。

  画完一个金字塔后，就可以复制出许多金字塔了。不要忘记利用快捷键ctrl c和ctrl v。然后将复制的金字塔排列放在硅片上。这样就得到了我们需要的表面长满金字塔状的硅的示意图。注意金字塔和硅的颜色应该一致。具体的示意图见图17

图17：放置金字塔

步骤3：画电极

利用“3D效果”将长方体绘制出来，再通过调节大小得到单根电极。图18中的左侧纵向电极与右侧横向电极操作不同的地方就在于“3D凸出选项角”中的“位置”选项不同，左侧图形为“离轴-前方”右侧图形为“离轴-左方”。将复制的多根纵向电极规则排列好，然后将单根横向电极放置于纵向电极上面。

图18：画电极

这种分层的电极结构显然不是我们想要的，这时候需要进行一下一步操作。选中所有编排好的电极，点击鼠标右键弹出对话框，选择“编组”。编组之后，在界面顶层中“效果”栏下拉菜单里找到“路径查找器”选择“相加”选项。这样便能将电极融合在一起，形成一个整体了。具体的操作与效果图如图19。

图19：“相加”处理

步骤4：组合

  将所有的组件都画好以后，将其组合在一起就基本大功告成了。

图20：组合

组合之后，对图片进行“颗粒”化效果处理就得到最终的效果图。其路径为：“效果”→ “纹理”→“颗粒”。效果处理完之后，就得到最终的效果图了（图11）。图20展示了组合与效果处理的过程。 画结构示意图的时候，最重要的就是拆解与组合的思想。如何将难以表达的元素拆解成更加简单的元素进行简单有效的组合，这是制作复杂图像中的重要思想。

四、illustrator学习链接推荐

1.首推的是赵大羽老师的视频教学，讲的十分透彻明白。

2.第二就是十分实用的快捷键大法。

3.第三就是枯燥无味的illustrator基础教程文档，当做字典来查阅还是不错的。

本文由材料人编辑部学术干货组刘于金供稿，材料牛编辑整理。

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