工科SCI论文中各个绘图软件的使用方法及操作技巧

　　图表设计是信息可视化的一个分支领域，是对信息进行二次加工。SCI论文中的信息主要分为两种数据和实验过程或实验机理。数据是事实或观察的结果，是对客观事物的具体体现，通常一个具体的数字比一个模糊的说法更加具有可信度和说服力。但单纯的数字本身往往不够直观，数据的价值需要通过比较才能体现出来，而比较的方式有很多种。常见的比较方式是通过图表对数据进行展示，如长度、宽度、面积、体积等。

　　实验过程或实验机理往往是复杂的，如何在有限的篇幅中将其讲解清楚，考验了作图人的功底。成功的图表设计可使信息生动起来。目前常用的绘图软件包括Origin、Matlab、PowerPoint、Photoshop、 3DMax等等，灵活使用这些软件会为图表绘制带来方便。本章着重讲解各个绘图软件的使用方法及操作技巧，希望能为读者带来帮助。

　　1.常用软件

　　在SCI论文写作中，所有的实验结果都需要通过图表的方式直观地表达出来，包括论文中的实验过程、反应机理。然而，大多数研究生在入学初期，能够熟练使用的软件很少，基本上就是Word、Excel、PowerPoint等最为常用的办公软件了。要想通过这三个软件画出一篇能被编辑或审稿人接收的科研论文图表或者插图，是很有难度的。一边懊恼自己以前没有好好学习，一边对着大牛或顶级期刊论文的图表、插图惊叹不已，脑海里浮现出一个大大的问号，怎么办呢?本章将细致地介绍化学、材料领域制图的常用软件，通过本章的学习你将详细地了解到目前科研领域中最为常用的软件。通过对这些软件的学习, 你将有机会掌握如何制作一张精美、大方、直观的SCI数据图表或者示意图，这是科研工作者的必备技能之一。

　　“工欲善其事，必先利其器”，如何选择与使用学术绘图软件十分关键。不同学科背景的研究人员会使用不同的软件,但是基础的绘图思想与理念是相通的(这部分会在后面的章节讲解)。理科背景的人员常使用Origin,工科背景的人员常使用Matlab，计算机背景的人员常使用Python，统计学科的人员常使用R语言，医学背景的人员常使用Graphpad等。对于广大化学、材料背景的科研工作者，常用的论文图表绘制软件包括Origin. Matlab、 PowerPoint.Photoshop.3D Max等，在这里，我们对这五款绘图软件着重讲解。表6.1列出了常用的五款学术论文绘图软件的具体信息。除Matlab之外， 其他的操作软件都只需要界面操作就可完成绘图过程，尽管这些工具都很容易使用，但也存在一些不足。只需鼠标操作，尽管非常便捷，但随之而来的却是灵活性的丧失。你可以改变字体、颜色和标题，但受限于软件所能提供的元素。只能由你去适应这些软件的操作规则、使用现有的图表。而Matlab则需要通过编程才能完成绘图操作。虽然操作相对其他4个软件来说更为复杂，但是却提供了更多的灵活性。软件中有很多供研究人员绘图使用的数据可视化函数(Function)或者程序包(Package)。尤其针对不同的数据集需要重复操作的情况，如果使用绘图软件可能需要从头到尾将绘图流程重新实现一遍。相比之下，通过代码来处理数据就会更加方便，因为只需稍微改动代码就可以解决不同的数据集。如果你充分掌握代码和算法，你也可以自已编写函数设计图表。

　　表1常用的绘图软件

　　1.1 Origin

　　作为工科生的必修课，Origin是每位科研工作者开始接触科研工作时，都需要学习的软件之一。高端图表和数据分析软件是科学家和工程师们必备的工具。Origin软件是绘制图表和数据分析的理想工具，在科技领域享有很高的声誉。学会Origin，对于科研之路至关重要。

　　Origin是国际出版界公认的标准数据处理与科学绘图软件。相比Matlab、Mathmatica和Maple等极其专业的数据分析与作图软件，它界面简单，操作容易，同时相比于机械式的Excel作图，Origin提供了非常多样的数据图表制作样式和自定义编辑。比如，可以作坐标轴截断图(断点)，双横坐标图，多图层图，并且能够合并系列图表等。Origin 的优点是功能丰富全面，多图层在二维数据处理.上非常实用，简单画图容易上手，深入学习之后曲线开始变得平缓。但是操作系统不太友好、易崩溃，只支持Windows系统，学习成本中等!推荐Origin 9.1以上版本(见图1 )，功能较为齐全。不同学科的数据处理方法可能不同，但一些基本的数据表示方法是共通的，如散点图、柱状图、直方图和饼状图等。

　　图1

　　图1 Origin 9.1界面

　　1.2 Matlab

　　Matlab作为重量级的数据处理软件之一，面向人群主要为学术和科研单位，其强大的数据处理能力，为科研作图带来极大便利。Matlab是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括Matlab和Simulink两大部分。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中。Matlab和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中的数值计算方面首屈一指。Matlab 可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。Matlab编程效率高、用户使用方便、扩充能力强、语句简单、内涵丰富、具有高效方便的矩阵和数组计算绘图功能。但是使用时要有Matlab编程基础，学习难度较大。

　　Matlab的一个特点是具有强大的绘图功能，它提供了- -系列的高层绘图函数，使用者不需要过多考虑绘图细节，只需要设定一些基本参数就能得到目标图形。此外，Matlab 还具有低层绘图功能，能够直接对图形句柄进行操作。此功能将图形的每个元素(如坐标轴、曲线、文字等)作为一个独立的对象，系统给每个对象分配一一个句柄，通过句柄可以对指定的图形元素进行操作，且不影响其他部分。Matlab 图例见图2。

　　图2.Matlab图例

　　1.3 PowerPoint

　　另外，有一个软件使用频率非常高，也非常重要，那就是办公必备神器-PowerPoint， 简称PPT。我们一般认为PPT是拿来做演讲或展示的工具，将工作分为一张一张地向别人介绍。其实，PowerPoint的功能是非常强大的，如图3、图4 (彩图见书末插页)是用PPT绘制的。

　　图3PPT制图范例

　　图4 PPT 绘图范例

　　PPT的功能非常多，比较熟悉的有扁平化的作图，比如反应示意图、机理图等(见图4)。在进行SCI论文数据处理时，用好PPT可以省时省力。

　　通过添加图形和文字，作出直观易懂的图片以解释文章中用文字表达不清的或不易懂的地方。在这个过程中，比较难的是素材、图形、文字、颜色的选择与搭配，其中切忌选择过于鲜艳的颜色，淡雅为主;素材的选择需根据具体的机理或流程，注重直观、形象;重要的地方应以文字进行标记，字体的选择以Arial和Times New Roman为主，选择这两种字体的原因是与论文正文保持一致，但根据需要，也可选用其他字体;制图时，需合理调整图、文字、素材之间的密集程度，从而获得高质量的图片。具体的操作，还需要在实际应用时根据自己的经验、理解以及想要表达的内容，独立的摸索，以形成完整的操作体系。

　　和Origin、Matlab一样，PPT不仅可以绘制二维的平面图，也可以绘制三维的立体图(见图5 )。PPT 中实现三维图形绘制的功能是“深度”，“深度”是PPT三维工具中的第一个参数。

　　图5 PPT 深度操作示意图

　　“深度”就是图形的厚度。画一条曲线，添加一个深度，就实现了线到曲面的转变。画一个平面，添加一个深度，就可从二维平面图形转变为三维立体图形。具体的操作方式如图6所示。首先，选中线或图形，鼠标右键单击，在弹出的对话框中选择设置形状格式。然后于效果栏中选择三维格式，对图形添加深度，根据需要添加恰当的深度(单位磅)。添加深度之后，没有立刻呈现出三维效果,这是因为此时的图形是垂直于电脑屏幕的一个投影图，要看到三维效果，只需要随意添加一个“三维旋转”一控制 图形在立体空间中的旋转，即选中效果栏中的三维旋转，输入旋转参数，并根据图形的三维效果微调参数。在不熟悉3D制图软件的时候，PPT也是绘制三维图形的有效方法。

　　图6PPT深度添加方式

　　1.4 Photoshop

　　高质量的SCI论文必须要有高水平的配图。作为科研论文的核心之一，图片的质量不仅体现出作者的作图水平和科研水准，还会影响到论文的整体质量以及最终能否被目标期刊接收。Photoshop ( PS )作为一款极为强大的图片处理软件，已经普遍应用到科研领域中。科研工作者们利用Photoshop来实现图片的裁剪、组合、排版、上色、注释等操作，不仅能使做出的科研配图更加美观规范，还能通过制作精良的图片提升论文的整体档次。Photoshop 是一个集图像扫描、编辑修改、图像制作、广告创意、图像合成、图像输入/输出、网页制作于一体的专业图形处理软件。AdobePhotoshop为科研人员提供了无限的创意空间，可以从一个空白的画面或以一-幅现有的图像为基础，通过各种绘图工具的配合使用对图像进行处理，可以提升图像的内涵及吸引力。PS作为一个强大的图形制作工具，很多图形或表格都是通过其进行制作的，不过很多时候需要和其他工具进行结合，比如PPT、3D Max、Origin等，先绘制好素材,再在PS中进行组装修饰，共同绘制图表。PS的界面见图7。

　　图7PS的界面

　　1.53D Max

　　3D Studio Max，常简称为3D Max,是Autodesk公司开发的基于PC系统的三维模型制作和动画渲染软件。3DMax强大的功能完全能满足大部分3D制图的需要，不过学习成果较高，上手困难。3D Max在化工、材料领域应用广泛，常被用于机理图、示意图的绘制。用3D Max画出素材，然后在PPT中将素材进行一定的排列，标注上文字，便可绘制出一张美观的示意图。3D Max的优点是可以用图形清楚地表示出具有三维属性的元素的空间构型和形貌，帮助作者阐述工作，帮助读者理解工作。

　　图8(彩图见书末插页)就是用3DMax绘制出的核壳结构，在材料科学中，核壳结构是由一种纳米材料通过化学键或其他作用力将另--种纳米材料包覆起来形成的纳米尺度的有序组装结构。例如MnO2纳米片包裹的碳球等。

　　图8 纳米材料核壳示意图