Naphtです。研究者のためのCG作成術①に続き、研究者向けのCGの作り方について紹介しようと思います。全て無料でできます。慣れるまではスムーズに作業ができませんが、質問等は随時受け付けますので、コメント欄に記入するか、ご連絡下さい。
今回は、CGを作るのに必要な環境の作成と、結晶構造の可視化プログラムであるVESTAの使い方について説明しようと思います。推奨OSはWindowsです。
-ソフトのインストール-
使用するソフトは結晶構造の可視化プログラムであるVESTA、無料のCG作成ソフトであるBlenderの二つです。以下のリンクからダウンロードできます。VESTAはHPのdownloadから、BlenderはDownload Blender X.XXからご自身のOSに対応するものを選択し、インストールをして下さい。
-VESTAの簡単な使い方-
VESTAは結晶構造を可視化できるプログラムです。Windows環境では、VESTA.exeをクリックすると、ソフトが立ち上がります。無料だとは思えないほど機能が豊富なソフトであり、非常に便利なソフトですが、今回はCG作成のために必要な事項にのみ絞って紹介します。
-VESTAで行うことの流れ-
i)Cifファイル(Crystallographic Information File)を手に入れ、VESTAに読み込む。
ii)VESTAで結合を作成する。(例えば、SiO2ならSi-O結合)その後、面を作る。
iii)欲しい範囲で切り出す。
iv)VRMLファイル(.wrl)を作成する。
-操作方法-
①Cif ファイルの手に入れ方
Cifファイルは色々なサイトで手に入れることができます。例えば、American Mineralogist Crystal Structure Database や、Crystallography Open Databaseが使いやすいです。
今回は、Montmorillonite を使用して解説します。以下のリンクからCifファイルを手に入れてください。(Download CIF data をクリックするとダウンロードできます)
②VESTAでCIFファイルを読み込みます。VESTA上で、File→Openとクリックし、先ほどダウンロードしたCifファイルを読み込んでください。
③CG作成で使う部分のみですが、VESTAの操作方法を説明します。それぞれのボタンは以下のような役割を持っています。
A 結晶構造の見る位置の変更
B 原子の選択
C 結晶構造の移動
D ズーム
E 原子間の距離の測定
F 3つの原子でできる角の角度の測定
G ○方向から見た結晶構造の表示(001方向等)
H 原子同士の結合が出来ている時に面を張る
I(Objects→Boundary)格子の設定
J(Edit→Bonds)結合の作成
I J
これらの機能を使用して、結晶構造をアレンジします。今回はMontmorillonite なので、(Na,Ca)0.33(Al,Mg)2Si4O10(OH)2という式で表されます。この物質は、Al-O結合とSi-O結合によってできる八面体・四面体が面を形成し、電荷補償のためのカチオン(NaやCa)が存在するような構造をしています。
まず、Gにあるaをクリックして、見やすい位置に結晶構造を配置します。その後、格子を拡張するために、Objects→Boundaryから、Ranges of fractional coordinatesをy(max)=2,z(max)=2とします。(J参照)
この時、以下のようになっているはずです。
次に、Si-O結合やAl-O結合を形成させるために、Edit→Bondsから、Bondの設定をします。(I参照)Newを押すと、結合の設定画面がでます。A1と書かれているものが、一つ目の原子、A2と書かれているものが二つ目の原子を表します。
Min.length(Max.length)は結晶構造内でXオングストローム以上(以下)の距離のものに結合を形成させる設定ができるものです。今回は、A1にAlとSi、A2にO、Min.lengthを0、Max.lengthを2として、結合を形成しましょう。
ここまで、操作すると、以下のような画面になっているはずです。
この画面において、H(polyhedral)をクリックすると、面が形成されます。この状態でも、十分プレゼンでも使えると思います。(筆者は、これで満足できなくなったため、Blenderで光や面の色調設定をしています)
この3DデータをBlenderに読み込ませるために、VRMLファイルを作成します。File→Export Dataから、ファイルの種類をVRML file(*.wrl)を選択し、保存すればOKです。
これで、BlenderでCGファイルを扱う下準備が出来ました。次の回では、Blenderの基本操作方法を説明しようと思います。その後、光の当たり方等の設定や、結合や面をリアルにする方法を説明しようと思います。
参考までに、VESTAで作った画像と、Blenderで作った画像を比較したものが下の図です。リアリティは明らかにBlenderに軍配が上がると思います。
今回の記事はここまでとします。質問等は随時受け付けますので、コメント欄に記入するか、ご連絡下さい。
関連書籍
[amazonjs asin=”4844366378″ locale=”JP” title=”Blender標準テクニック ローポリキャラクター制作で学ぶ3DCG”][amazonjs asin=”4899774613″ locale=”JP” title=”はじめよう!作りながら楽しく覚えるBlender”]関連リンク
Momma, K.; Izumi, F. J. Appl. Crystallogr. 2011, 44 (6), 1272–1276.DOI:10.1107/S0021889811038970
- Blender(https://www.blender.org/)
- Mineralogist Crystal Structure Database:http://rruff.geo.arizona.edu/AMS/amcsd.php
Downs, R. T.; Hall-Wallace, M. Am. Mineral. 2003, 88 (1), 247–250.
- Crystallography Open Database :http://www.crystallography.net/cod/
Merkys, A., Vaitkus, A., Butkus, J., Okulič-Kazarinas, M., Kairys, V. & Gražulis, S. Journal of Applied Crystallography. 2016, 49. 292-301. DOI:10.1107/S1600576715022396
Gražulis, S., Merkys, A., Vaitkus, A. & Okulič-Kazarinas, M. Journal of Applied Crystallography. 2015 48, 85-91. DOI:10.1107/S1600576714025904
Gražulis, S., Daškevič, A., Merkys, A., Chateigner, D., Lutterotti, L., Quirós, M., Serebryanaya, N. R., Moeck, P., Downs, R. T. & LeBail, A. Nucleic Acids Research 2012, 40, D420-D427. DOI: 10.1093/nar/gkr900
Grazulis, S., Chateigner, D., Downs, R. T., Yokochi, A. T., Quiros, M., Lutterotti, L., Manakova, E., Butkus, J., Moeck, P. & Le Bail, A. J. Appl. Cryst. 2009, 42, 726-729. DOI:10.1107/S0021889809016690