本书是一部面向科学研究领域的图像设计与可视化技术参考书。全书共8章，包含452幅插图和138个案例文件，结合现代三维图形软件Blender，系统阐述了色彩与图形数据在科学可视化中的表达方式及应用。作者从点、线、面等基础图形元素出发，详细探讨了各类数据的可视化表达方法。内容涵盖计算机图形学原理和具体软件实现方法，兼顾理论分析与实践操作，具有较强的教学与参考价值。本书不仅注重具体技术方法的讲解，更强调科学可视化中数据化思维的培养，帮助读者理解科学图像表达的内在逻辑，为跨学科背景下的科学图像设计提供系统的方法支持。无论是科研人员，还是从事科学可视化与图像设计相关工作的读者，均可从本书中获得有益参考。

李浩东，本科及博士均毕业于复旦大学高分子科学系，杭州思斐迩科技有限公司联合创始人之一。现任中国科学技术大学艺术与科学研究中心副研究员，主要研究方向为科学可视化、分子结构可视化等。独立开发了ChemBlender专业分子结构可视化工具。曾为全球超200所科研单位提供过科学图像设计服务，可视化作品多次被Nature、Nature Catalysis、J. Am. Chem. Soc.、Advanced Materials等数十种SCI顶刊选作封面。另著有《3D科研绘图与学术图表绘制》。

第1章 科学可视化概述 1.1 什么是科学可视化？ 002 1.2 为什么需要科学可视化？ 003 1.3 科学可视化发展简史 004 1.3.1 科学绘画 005 1.3.2 科学摄影 007 1.3.3 科学模型 008 1.4 可视化与计算机图形技术 010 1.5 常见图形设计软件 012 1.5.1 矢量图绘制类 013 1.5.2 三维建模类 015 1.5.3 图像后期合成类 018 参考文献 019 第2章 科学图像设计基础 2.1 图像类型和基本格式 022 2.1.1 图像的类型 022 2.1.2 图像的格式 025 2.1.3 矢量图和栅格图的比较 029 2.2 色彩理论与数字色彩管理 030 2.2.1 色彩感知原理 030 2.2.2 色彩模式和色彩空间 032 2.3 科学图像中的配色 039 2.3.1 色相环 039 2.3.2 色彩视觉编码 043 2.3.3 无障碍色彩设计 046 2.4 科学图像的构图和排版 053 2.4.1 常见的构图方式 053 2.4.2 构图的影响因素 055 2.4.3 构图的注意事项 056 2.5 科学图像的设计原则 059 2.5.1 科学性原则 059 2.5.2 信息减法原则 060 2.5.3 焦点和上下文原则 061 参考文献 063 第3章 计算机软件中的图形数据 3.1 三维软件基础知识 066 3.1.1 三维空间和视图 066 3.1.2 坐标变换 068 3.2 Blender基础介绍 072 3.2.1 Blender界面简介 072 3.2.2 视图的基本操作 074 3.2.3 对象的基本操作 076 3.3 Blender中的对象和数据 078 3.3.1 图形数据简介 079 3.3.2 对象和数据的关系 080 拓展1：如何从几何数据恢复对象？ 081 3.3.3 几何数据的查看 081 3.3.4 修改器和数据传递 084 3.3.5 几何节点 087 3.4 像素图像的数字合成 091 3.4.1 像素矩阵 091 3.4.2 图层和通道 097 3.4.3 图层像素的叠加计算 101 第4章 点的可视化 4.1 点的图形学概念 108 4.2 点的属性 109 4.2.1 属性和域 109 4.2.2 点属性及其作用 111 拓展2：噪波纹理系数和随机值的区别 114 4.3 点的生成 119 4.3.1 坐标生成 119 4.3.2 从文件生成 120 4.3.3 从几何体生成 122 拓展3：高熵合金颗粒 123 4.4 点的分布 127 4.4.1 沿路径分布 127 4.4.2 在表面分布 128 拓展4：蜂窝状点采样 132 4.4.3 在体积中分布 133 拓展5：等径球体的堆积 134 4.5 点的运动 135 4.5.1 时间驱动的位置变化 136 4.5.2 点的运动模拟 139 参考文献 141 第5章 线的可视化 5.1 线的图形学概念 144 5.1.1 多段线 144 5.1.2 贝塞尔曲线 145 5.1.3 NURBS曲线 146 5.2 曲线的结构和属性 147 5.2.1 曲线的构成 148 拓展6：“分叉”的曲线 149 5.2.2 曲线的编辑 149 5.2.3 曲线的属性 152 拓展7：U向和U向分辨率 153 5.3 曲线的生成 156 5.3.1 连点成线 156 拓展8：点的运动轨迹 158 5.3.2 SVG文件导入 159 5.3.3 从网格生成曲线 160 拓展9：栅格面编织 161 拓展10：最短边路径 162 5.4 曲线的变形 163 5.4.1 曲线点的移动 165 5.4.2 曲线的动态变形 166 拓展11：实现实例和样条变形 168 5.4.3 物体沿曲线变形 169 5.5 曲线转网格 170 5.5.1 曲线填充 170 5.5.2 曲线挤出 172 5.5.3 曲线车削 173 5.5.4 曲线扫描 174 参考文献 176 第6章 面的可视化 6.1 面的图形学概念 178 6.2 面的结构和属性 180 6.2.1 多边形面的构成 180 6.2.2 面的法向 182 6.2.3 网格的拓扑 187 6.3 多边形编辑 191 6.3.1 结构线的变化 191 拓展12：石墨菱形十二面体 196 拓展13：Delaunay三角剖分 197 6.3.2 多边形建模操作 199 拓展14：顶点倒角创建多孔球壳 200 拓展15：超椭圆曲线 201 拓展16：洛伦兹吸引子曲线 203 拓展17：“触手”的挤出 204 6.4 网格中的邻接关系 205 6.4.1 相邻元素 205 6.4.2 元素的编号 205 拓展18：Celtic Links 207 6.4.3 网格域上的属性评估 208 拓展19：图像模糊 209 参考文献 211 第7章 体积的可视化 7.1 体积的图形学概念 214 7.1.1 体素和体积栅格 214 7.1.2 体积分辨率 215 7.2 体积的生成 216 7.2.1 OpenVDB文件导入 216 7.2.2 几何对象转体积 217 7.2.3 体积立方体 218 7.3 体积可视化 220 7.3.1 直接渲染 220 拓展20：d轨道电子云 223 7.3.2 体积转网格 224 参考文献 228 第8章 ChemBlender与分子结构可视化 8.1 ChemBlender简介 230 8.1.1 插件的安装 230 8.1.2 化学信息解析库的安装 231 8.1.3 插件的架构 232 8.2 分子结构可视化 233 8.2.1 分子文件的解析 233 8.2.2 从分子信息到图形属性 235 8.2.3 分子球棍模型的创建 237 8.2.4 分子骨架的自定义编辑 239 8.3 Chem Nodes几何节点 242 8.3.1 几何节点组的基本概念 244 8.3.2 Chem Nodes节点组使用举例 245 参考文献 252 附录 附录A RGB和HSV/HSL模式之间的数值转换 254 A.1 RGB转HSV 254 A.2 RGB转HSL 254 A.3 HSV转RGB 255 A.4 HSL转RGB 255 附录B CPK原子配色方案 257 附录C 颜色映射表 260 附录D Blender常用快捷键 262 附录E Blender常见修改器用法 264 E.1 阵列修改器 264 E.2 倒角修改器 265 E.3 布尔修改器 266 E.4 镜像修改器 266 E.5 螺旋修改器 267 E.6 实体化修改器 267 E.7 表面细分修改器 268 E.8 铸型修改器 269 E.9 曲线修改器 269 E.10 置换修改器 270 附录F 原子轨道径向和角向波函数 271