【教程085】p電子的原子軌道和電子云分布圖的3ds Max畫法

2021-02-13 3D科研繪圖

近幾期的教程可能有些偏物理,並不是說材料化學類的模型教程就出完了,只是為了讓大家感受到max軟體可精確性建模的一面。

通常而言,max中的建模方法可分為網格建模和曲面建模兩類,多邊形建模就是最常見的網格建模法,也是使用最為普及的,大家必須要掌握。曲面建模可能會在工業模型製作中用到的多一些,如NURBS曲線或曲面建模。

今天要講的其實是簡單的樣條線建模,可能你早就會了。但這裡的樣條線並不是隨意畫的,它的形狀有著特定的含義,比如說:p電子的電子云空間分布圖。

這是微信後臺有人提的問題,其實用MATLAB很容易就畫出來了。但既然你想知道max能不能畫,這裡我就告訴你當然可以畫。首先,根據波函數求解,我們可以知道pz軌道的角度分布為(不考慮前面的係數):

Y(pz) = cos θ

從坐標原點引出一條直線,角度為(θ,φ),長度為|Y|。上圖是pz軌道在xoz平面上的截面圖,在3ds Max中,我們只需得到該截面的輪廓,然後繞著z軸車削就可以了。又因為軌道空間形狀是對稱的,我們只要得到輪廓的四分之一,通過鏡像就可以得到其餘部分。

問題是,這段輪廓線怎麼畫?

其實思路是和上一期【教程084】中的電磁波是一樣的,通過微積分思想一段段累積畫出輪廓線就可以了。MAXScript代碼如下:

for i = 1 to 18 do

(

theta = 5*i

theta1 = 5*(i-1)

b = splineshape()

        addnewspline b

        addknot b 1 #corner #line [cos(theta)*sin(theta),0,cos(theta)^2]

        addknot b 1 #corner #line [cos(theta1)*sin(theta1),0,cos(theta1)^2]

        updateshape b

        b.wirecolor = yellow

)

從z軸向x軸,每隔5度畫一段線,一共18段。當角度為θ時,輪廓上點的坐標為(cosθ*sinθ,cosθ^2)。運行上述代碼得到結果如下:

選擇一段,附加其餘線段。然後鏡像得到下面的一半。

添加車削即可得到pz原子軌道的形狀。

接下來是電子云的分布圖,由於電子云圖表示的是電子的空間概率分布,即波函數的平方,所以只需將|Y|改成Y*Y就可以了。對應於MAXScript中就是把循環坐標值改成如下:

[cos(theta)^2*sin(theta),0,cos(theta)^3]

[cos(theta1)^2*sin(theta1),0,cos(theta1)^3]

運行後得到(下圖藍線所示):

可以看出,電子云和原子軌道的角度分布圖形狀是相似的,只是變得「瘦」了一些。同樣附加、鏡像、車削之後如圖:

轉為可編輯多邊形,焊接頂點之後再添加平滑,兩個空間角度分布圖就畫好了。

簡單添加兩個漸變材質,渲染如圖:

本期教程到此結束,感謝收看。

這期教程有點返樸歸真了。當然,如果你只是想畫個大致的形狀,請忽略車削之前的所有段落。這些代碼也許是天書,也許就是廢話。

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