使用python+blender绘制原子结构示意图--以黑磷为例

发表于 2022-05-09 更新于 2022-12-10 分类于科研项目，黑磷的拉曼光谱本文字数： 3k 阅读时长 ≈ 3 分钟

摘要

使用python+blender绘制原子结构示意图 --以黑磷为例

也可以代入其他原子结构

1.结果样式

2.blender和bpy

Blender是一款免费开源三维图形图像软件，支持python脚本创作。其中bpy库就是用来对其进行操作的。

3.绘图步骤

3.1 准备工作

3.1.1 安装blender

官网： https://www.blender.org/

3.1.2 计算参数

将需要绘制的atoms和bonds写成json文件

atom有4个元素：原子种类，颜色，半径，位置 bond有一个列表元素，列表中包含了bond的起始坐标和结束坐标。

其中前面的名字可以随意写。

注：这里的数据不是黑磷的真实数据。

3.2 绘制图像

3.2.1 执行脚本

打开blender选择常规,可以看见下图画面。

按a，再按del，删除所有元素。

在编辑-偏好设置里可以改成中文。

选择上面菜单栏中的Scripting进入脚本编辑工作区

在右边的区域新建文档将下面的代码复制粘贴进去

import bpy
import math
import json


def cylinder_between(x1, y1, z1, x2, y2, z2, r = 0.1):

    dx = x2 - x1
    dy = y2 - y1
    dz = z2 - z1    
    dist = math.sqrt(dx**2 + dy**2 + dz**2)
 
    bpy.ops.mesh.primitive_cylinder_add(
        radius = r, 
        depth = dist,
        location = (dx/2 + x1, dy/2 + y1, dz/2 + z1)   
    )

    phi = math.atan2(dy, dx) 
    theta = math.acos(dz/dist) 

    bpy.context.object.rotation_euler[1] = theta 
    bpy.context.object.rotation_euler[2] = phi
    
    try:
        bpy.context.object.active_material = bpy.data.materials['bond']
    except:
        bpy.data.materials.new(name='bond')
        bpy.data.materials['bond'].diffuse_color = [0.5,0.5,0.5,1]
        bpy.data.materials['bond'].specular_intensity = 0.2
        bpy.context.object.active_material = bpy.data.materials['bond']


def draw_molecule(molecule, center=(0, 0, 0), show_bonds=True, join=False,
                  name='molecule'):

    collection = bpy.data.collections.new('atom')
    bpy.context.scene.collection.children.link(collection)
    # add atom primitive
    bpy.ops.object.select_all(action='DESELECT')
    bpy.ops.mesh.primitive_uv_sphere_add()
    sphere = bpy.context.object
    for key,atom in molecule['atoms'].items():
        if atom['element'] not in bpy.data.materials:
            key = atom['element']
            bpy.data.materials.new(name=key)
            bpy.data.materials[key].diffuse_color = atom['color'] + [1]
            bpy.data.materials[key].specular_intensity = 0.2
            
        loc = atom['location']
        atom_sphere = sphere.copy()
        atom_sphere.data = sphere.data.copy()
        atom_sphere.location = [loc[0],loc[1],loc[2]]
        atom_sphere.dimensions = [atom['radius']*2]*3
        atom_sphere.active_material = bpy.data.materials[atom['element']]
        collection.objects.link(atom_sphere)
        
    bpy.ops.object.select_all(action='DESELECT')
    sphere.select_set(True)
    bpy.ops.object.delete()
    
    for key,bond in molecule['bonds'].items():
        s = bond[0]
        e = bond[1]

        cylinder_between(s[0],s[1],s[2],e[0],e[1],e[2])

               
    if join:
        bpy.ops.object.select_all(action='SELECT')
        bpy.ops.object.join()

if __name__ == '__main__':
    r = 0.3 # radius
    with open(r'E:\blenderproject\bl3\BP.json') as in_file:
        molecule = json.load(in_file)

    draw_molecule(molecule)