學術干貨丨Adobe illustrator 科研繪圖實例

?編者按：

小編是一枚科研界的小白，入行剛剛一年，折騰了一年實驗終于有了點數據，便開始寫論文。老板給的第一任務就是把數據整理好，把器件結構圖畫好。當初心里便想著數據用origin可以解決，結構圖用PPT來畫，應該花不了多少時間。在利用origin將數據整理成圖，然后放在PPT里進行簡單的排版時，粗一看自我感覺還可以，便全然不顧了細節。當用PPT畫結構圖時，遇到了制作的長方體不能自由改變厚度的問題，這個時候才發現PPT并不是無所不能，并開始在網上了解一些關于科研作圖的軟件并進行粗略學習，但一直不得要領，始終畫不出自己滿意的器件結構圖。直到接到編輯Adobe illustrator（AI）科研作圖實例的任務，才下定決心將其學好，有了目標離成功自然也就不遠。經過幾天的鉆研，心中稍稍有所體會，將之寫下與君共享。

一、介紹illustrator

Adobe illustrator 是Adobe公司旗下開發的一款軟件，主打商標設計，其功能與Adobe Photoshop（PS） 有重合之處，操作界面也是極其相似，但是其核心內容不同，illustrator處理的是矢量圖，PS處理的則是位圖（矢量圖和位圖的區別見圖1）。因此你若熟練掌握Photoshop，你能夠迅速入手illustrator。小編因為沒有用PS處理圖形的經驗，所以摸索起來比較慢，足足用了好幾天時間。雖說illustrator主打商標設計，但是其對科研作圖的幫助一點都不亞于PPT。前面我們提到了兩個關鍵的問題。其一數據圖排版問題；其二是三維結構示意圖的繪制。接下來，我們便從這兩個實際問題入手來逐漸掌握這款軟件，同時解決小編自身遇到的科研作圖問題。

圖1：矢量圖與位圖

(a).未放大的原圖；

(b).a圖的矢量圖（illustrator）放大后細節；

(c).a圖的位圖（Photoshop）放大后的細節。

注：可以看到矢量圖放大后的細節還是很細膩很光滑，但是位圖放大后就是一個一個的像素點，很粗糙很模糊。這便是位圖和矢量圖的最大區別。詳細了解兩者區別。

二、illustrator應用于數據排版

步驟1.用origin畫出需要的圖

圖2：origin畫圖?

圖2中的數據圖細節處理不夠到位，比如橫坐標名稱與坐標值重合，還有一些其他的問題，當用illustrator打開時問題會體現出來。

步驟2.將圖導出存為矢量圖模式（后綴為.ai或者.eps文件）

圖3：存矢量圖

具體儲存路徑為：File → Export Graphs → Open dialog → image type （選為上述格式（.ai/.eps）這里我們選的是.ai）→ 點OK 。

步驟3.用illustrator打開矢量圖

圖4：illustrator界面

圖4是illustrator的操作界面。左側的是工具欄，中間的白色區域是白色面板畫布，中間的是我們打開的J-V曲線圖。其中最常用的就是選擇工具（工具欄中的黑色箭頭）。現在我們面臨著的問題是：1.如何將J-V曲線縮小放置在畫布區域內；2.如何將畫布放大。（若看不到圖片全貌，可以改變界面左下角的百分比進行調整）

步驟4．縮小J-V曲線放置在畫布區域內

將圖片縮小至合適大小并且放置于白色畫布中心區域的具體操作為：點擊選擇工具，然后用光標選中圖片所有區域，再將光標移至圖形邊框的邊角出。所得狀態如圖5。再按住shift鍵，拖動光標使得圖片按原比例自由放大縮小，縮小至小于白色畫布尺寸時，將圖片移至畫布區域內。然后放大畫布比例（界面處左下角有25%,將其調到合適值，便可放大畫布，或者利用快捷鍵ctrl+“+”, ctrl+“-”來進行放大縮小畫布）最后得到圖6。

圖5：illustrator操作方法

圖6：未進行“拼合透明度”的圖

這時我們會發現，曲線的邊框變得非常粗大，圖片變得很丑，沒有按原來的比例進行有效的縮小。

這時我們需要回到步驟4最開始的狀態（如何返回呢?無限按ctrl Z就可以回到你想要的“初戀狀態”了）。回到初始狀態以后，先全選圖片，然后再在操作界面頂層的“對象”欄中的下拉菜單里找到“拼合透明度”默認設置，點擊確認即可。操作完畢，即可重復之前步驟，得到正常比例的圖7。

圖7：進行“拼合透明度”的圖

步驟5:編輯圖片

步驟1-4都是在為編輯圖片做準備工作，將圖片放置于合適的畫布區域以便于我們操作。從圖4我們就發現原來規規矩矩待著origin方框里的曲線竟然“紅杏出墻”（這個問題源自于origin畫圖時，x軸原始數據超出了x軸限定范圍的區域，如：數據中x列有1-100的數據，而x軸限定只能到1-50）。這我們當然不能容忍，刪去“出墻”的部分，這放在PPT里是難以做到的，但是在illustrator里卻變得極其簡單（前提是圖片保存的為矢量圖模式）。在illustrator的矢量圖編輯中，每一個數據點都變得可編輯。我們只需要選中不需要的區域進行刪除就可以了，當然我們也能對文本以及進行編輯或者移動。（注：處理圖片的某個小區域時先選中全圖，然后右鍵選擇取消編組，這里的編組概念相當于PPT里的合并）

經過一系列的細致工作我們得到美麗的圖8。

圖8：細節處理后的圖

當然曲線的顏色輪廓都是可以進行細改的，小編就不一一操作了。

步驟6：多圖排版

? 對每一張圖都進行過細致的處理以后就可以在illustrator中進行排版了。在左側文本欄中對圖片進行編號，然后選中需要對齊的對象在界面頂部會出現對齊欄菜單（與PPT里一樣）進行對齊。對齊完后，全選右鍵選擇編組。具體操作在圖9中有所表現。最后導出所需要的圖片格式即可。圖10是小編導出的JPEG格式圖片。

圖9：排版示意圖

圖10：排版后最終效果圖

到這里就已經把第一部分‘利用illustrator排版數據’講完了。這里許多細節操作需要讀者們多加練習才能掌握。

我們總結一下操作過程：1.origin畫圖；2.導出矢量圖；3.用illustrator打開矢量圖；4.將需要編輯的矢量圖移置畫布中間便于操作；5.對圖片進行細節編輯；6.排版圖片并且導出圖片。

這其中涉及到的主要操作有：選擇工具（黑色箭頭），放大縮小圖片，放大縮小畫布，編組等。這部分對于有基礎的同學來說是可以輕松勝任，但是若是沒有相關操作基礎的同學（就像小編幾天前剛開始接觸illustrator的狀況一樣），就需要勤加練習才能得心應手。

三、illustrator畫三維結構示意圖

? 由于小編所研究的方向是太陽能電池，所需要繪制的也就是太陽能電池三明治結構的三維圖。那就拿該結構作為例子進行剖析講解。圖11是器件結構的最終效果圖。

圖11：最終效果圖（目的）

硅片經過制絨處理，所以硅表面是金字塔型，為的是增加吸光。該結構總共可以分解成6層（Al, Si, PEDOT：PSS, Ag魚骨電極, Pyramids，PEDOT：PSS頂層）如圖12。現在我們就從這六層逐一入手，來完成這個圖。

圖12：拆分

步驟1：繪制長方體

通過繪制長方體我們可以解決四層（Al, Si, PEDOT:PSS, PEDOT:PSS頂層），這里說明一下，PEDOT:PSS頂層實際中并不存在，只是為了幫助透明的PEDOT:PSS支撐起魚骨型銀電極，達到較好的視覺效果而設置的。

首先是新建任務（文件→新建），在界面處出現白色畫布。選擇矩形工具在畫布上畫出一個長方形（可以通過鼠標托動得到，也可以雙擊輸入參數得到），想獲得正方形請按住shift拖動，如圖13。（注：這里的選擇工具右下角有一個小三角，說明里面還有其他形狀工具（需要長按鼠標左鍵才能展開））。選擇一種填充色，描邊色選為無。然后點擊選擇工具（黑色箭頭），記得畫完矩形后及時換回選擇工具。選中整個長方形后，點擊頂層中的“效果”欄下的3D，選擇“凸出和斜角”。之后得到圖14的狀態欄。

圖13：畫矩形

圖14：畫長方體

按照紅色標注的進行設置，“位置”選擇為“離軸-前方”，“凸出厚度為100pt”，點擊確認即可。需要注意的是，選擇 “離軸-前方”后，長方體的Y軸方向的長度便固定了，所固定的長度與“凸出厚度”的設置值直接相關，Z軸和X軸方向的長度則仍可以自由變換。

如圖15，畫出一個長方體后，復制出四個，改變其厚度與顏色，分別作為四層（Ag, Si, PEDOT:PSS, PEDOT:PSS頂層）。同時將PEDOT:PSS層的不透明度設置為50%，其他層的透明度為100%。

圖15：改變矩形厚度與顏色

步驟2：畫金字塔

畫金字塔時，和畫長方體用的是完全不同的方法，本也想利用三角形進行3D變換就可以變成四面體，實際上是行不通的。后來干脆采用了拼湊的方法繪畫出金字塔。

圖16：金字塔畫法流程圖

具體的步驟如圖16所示。1.畫出兩個一樣的三角形；2.將兩個三角形的體積變小，同時右側三角形填充為深色；3.旋轉兩個三角形，使得左側三角形的右邊與右側三角形的左邊平行；4.將兩個三角形靠攏并得到了一個有立體感的金字塔形狀。其中要用到的操作主要有：多邊形選擇工具（左鍵長按矩形工具欄彈出），采用雙擊繪畫方式可選擇多邊形的邊數為3；顏色填充工具；旋轉（選中三角形后移動光標至出現弧形光標即可進行旋轉）。

? 畫完一個金字塔后，就可以復制出許多金字塔了。不要忘記利用快捷鍵ctrl c和ctrl v。然后將復制的金字塔排列放在硅片上。這樣就得到了我們需要的表面長滿金字塔狀的硅的示意圖。注意金字塔和硅的顏色應該一致。具體的示意圖見圖17

圖17：放置金字塔

步驟3：畫電極

利用“3D效果”將長方體繪制出來，再通過調節大小得到單根電極。圖18中的左側縱向電極與右側橫向電極操作不同的地方就在于“3D凸出選項角”中的“位置”選項不同，左側圖形為“離軸-前方”右側圖形為“離軸-左方”。將復制的多根縱向電極規則排列好，然后將單根橫向電極放置于縱向電極上面。

圖18：畫電極

這種分層的電極結構顯然不是我們想要的，這時候需要進行一下一步操作。選中所有編排好的電極，點擊鼠標右鍵彈出對話框，選擇“編組”。編組之后，在界面頂層中“效果”欄下拉菜單里找到“路徑查找器”選擇“相加”選項。這樣便能將電極融合在一起，形成一個整體了。具體的操作與效果圖如圖19。

圖19：“相加”處理

步驟4：組合

? 將所有的組件都畫好以后，將其組合在一起就基本大功告成了。

圖20：組合

組合之后，對圖片進行“顆粒”化效果處理就得到最終的效果圖。其路徑為：“效果”→ “紋理”→“顆粒”。效果處理完之后，就得到最終的效果圖了（圖11）。圖20展示了組合與效果處理的過程。?畫結構示意圖的時候，最重要的就是拆解與組合的思想。如何將難以表達的元素拆解成更加簡單的元素進行簡單有效的組合，這是制作復雜圖像中的重要思想。

四、illustrator學習鏈接推薦

1.首推的是趙大羽老師的視頻教學，講的十分透徹明白。

2.第二就是十分實用的快捷鍵大法。

3.第三就是枯燥無味的illustrator基礎教程文檔，當做字典來查閱還是不錯的。

本文由材料人編輯部學術干貨組劉于金供稿，材料牛編輯整理。

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