科研绘图软件不完全盘点

无论是在平时整理实验数据、进行研究汇 的工作中还是科研论文的撰写中，“图”都占据了重要的地位。图可以分为演示实验流程、方法的“示意图”以及展示实验结果的“数据图”等。作为对于信息最直观形象的传达，图的好坏直接影响到了信息表达的效果。因此在一篇论文的撰写过程中，经常要将很大的精力投入到图的制作和美化中。

“工欲善其事，必先利其器”。在本期的“科研萌新”系列中，将盘点凝聚态物理领域中经常可以用到的几款制图软件，简要介绍各个软件在不同方向的专长，大家可以挑选自己喜欢的进行学习使用。同时，不同软件有不同的特色，多了解一些相关软件，也可以为以后可能面对的各种制图需求提供解决思路。

（本篇文章中将各种绘图软件粗略地分为“专业类”和“非专业类”，分类的依据为该软件是否专门为科研绘图而设计，不指该软件是否为专业软件。）

1.Origin

官方 站：https://www.originlab.com

说到科研绘图，首先应该想到的便是大名鼎鼎的Origin了。Origin作为一款专业的绘图和数据分析软件，具有100多种内置的图表（如下图所示）可以直接使用。其可视化的图形界面、简易的操作方式（直接双击图中的元素便可以更改相应的属性）、强大的绘图功能和数据分析功能使其成为了十分适合新人上手的软件，也几乎是专业刊物的标配软件。使用该软件可以解决大部分数据图的绘制问题，推荐学习。

Origin软件提供了学生免费的中文版本（限制可同时绘制12张图表），只要提供你的校园邮箱，便可以申请到半年的使用期限（过期可重复申请）。软件目前已全部汉化并且提供了中文的用户手册，软件开始界面新增的Origin Central中给出了许多绘图范例，点击可以直接查看相应的教程。以上种种都给学习提供了莫大的便利。

关于学生版的申请和官方中文手册的下载，可以至Origin官方中文论坛查看：https://my.originlab.com/forum/forum.asp?FORUM_ID=28。

需要注意的是，Origin只支持Windows平台，因此习惯使用Mac和Linux和小伙伴可能需要其它的替代软件了。

2.Igor Pro

官方 站：https://www.wavemetrics.com/

Igor Pro是一款对数据进行可视化分析的集成软件，可以绘制高质量的、可发表水平的图片，被很多实验室所使用。与Orgin不同的是，Igor的大多数操作都需要通过编程来实现（两者的区别可以用Word和LaTex来类比）。这种操作方式导致了Igor Pro有一定的入门门槛，但是也给这款软件带来了很大的优势，比如采用程序指令可以在短时间内对大量数据进行相同操作，省去人工重复，同时，编程语言具有很大的扩展性等等。总之，这是一款相当优秀和数据处理和制图软件，并且可以在Windows、Mac、Linux等多平台进行使用，值得一学。

上图为Igor Pro官方的绘图范例，在官 上可以找到一些参考文档。但是由于软件和官方文档都是英文版， 上中文教程也很少，学习起来有一定的困难。好在今年5月份物理所曾经的毕业生贾小文老师出版了一本《Igor Pro实用教程：图表绘制、数据分析与程序设计》，详细介绍了Igor Pro的使用，感兴趣的同学可以购买或者借阅进行学习。

3.Matplotlib

官方 站：https://matplotlib.org/

Matplotlib对于使用Python进行编程的同学来说应该是再熟悉不过了，作为Python的第三方库，Matplotlib可以说是Python的标配图包，官方介绍其”Tries to make easy things easy and hard things possible.”

尽管需要使用Python语言进行作图，但是它的绘图函数与Matlab很相似，因此如果有Matlab作图的基础，上手起来应该很快。加之Python语言的简洁性和可扩展性、全平台通用性，Matplotlib得到了很多人的青睐。

上图为官方图例，更多的作图范例可以访问https://matplotlib.org/gallery/进行查看。作为一款十分成熟的第三方库，Matplotlib可以完成绝大多数种类图表的制作，绘制的曲线也很精致，且支持LaTex公式的插入，给制图带来了很大的方便。

Matplotlib官 给出了十分详细的用户文档（这也是很多成熟的第三方库的特色）以及参考书籍，想要学习的同学可以很方便地进行参考：https://matplotlib.org/contents.html。即便没有Python编程的基础，半天的时间也足以入门。

4.PGF/TikZ

PGF/TikZ是Till Tantau等人开发的一个项目，发表在Sourceforge开源 站上：https://sourceforge.net/projects/pgf/。PGF是用于生成矢量图的一种语言，而TikZ则是在Tex环境下的一个宏包，实现了对PGF的封装。

众所周知，几乎所有的科研论文都是采用LaTex进行写作和投稿，LaTex保证了排版的标准性。TikZ作为LaTex的宏包，直接在代码中引用即可使用，其原生支持LaTex的语法，可以与文档的整体保持高度的一致性，因此是排版强迫症的福音。

5.Gunplot & GrafEq

Gunplot是一款比较小众的绘图软件，由Colin Kelly和Thomas Williams于1986年开始开发。这是一款基于命令行的绘图软件，可以在全平台通用，其主要用来绘制2D/3D图像以及函数图像。软件小巧，免费开源，画图速度快但质量却很高（如下图所示），有兴趣的同学可以进行尝试，软件的官方 站：http://www.gnuplot.info/。关于该款软件，中文的学习资料较少，马欢老师曾经在科学 的博客上整理了一份完整的学习文档，有很高的价值，可以进行参考：http://blog.sciencenet.cn/blog-373392-535918.html。

GrafEq其实并不能算作一款实用的科研绘图软件了，把它放上去很大程度上是想在本节的最后给大家来点有意思的东西。这是一款古董级别的函数绘图软件（官 ：http://www.peda.com/grafeq/），2M大小的软件内只包含了一个功能：绘制形如”x^2+y^2=1″的二元等式或者不等式。但是绘图能力却远超很多现代的大型绘图软件，可以绘制出很多其它软件无法完美绘制的图形，下图是用该软件绘制的函数图像：x/sinx ± y/siny = ± xy/sin(xy)。关于这款软件，大神Matrix67曾在他的博客中进行了介绍，感兴趣可以前往了解：http://www.matrix67.com/blog/archives/4447。

1.Matlab & Mathematica

官方 站：https://www.mathworks.com/

http://www.wolfram.com/mathematica/

宇宙第一和第二计算器（排名不分先后）可以说是如雷贯耳了，之所以把它们放在非专业类别，是因为两款软件主打数值/符 计算，绘图并不是它们的主要功能。它们的绘图功能往往是为了实时地展示结果（如编写计算程序或者采集数据），应该很少有人把它们绘出的图直接放在论文之中。关于它们的使用方法，Matlab的参考资料多如牛毛，Mathematica有着完善的帮助文档，想必也不用多加介绍了。

2.Microsoft PowerPoint & Visio

微软家的PowerPoint确实是一款神奇的软件，人们总能从中找到很多稀奇古怪的用法。而在科研绘图方面，PowerPoint也是一大利器（官 ：https://products.office.com/zh-cn/powerpoint）。与前面专业软件绘制数据图不同，利用PowerPoint可以很便捷地绘制并且拼接各个元素，完成示意图的制作（如下图为仅用PowerPoint完成的流程图）。也许没有更加专业的软件制作出来的图精致，但是架不住门槛低，几乎人人都有人人都会，随手打开便可以绘图，将其作为一般 告的插图制作软件还是绰绰有余的。

Visio是一款专门的流程图软件（官 ：https://products.office.com/zh-cn/visio），可以用它来绘制项目的进行流程等，如果应用得当的话，也可以用其中的元素进行更加复杂的示意图的拼接。如下图是微软官方的绘图范例。

3.Adobe Photoshop & illuslator

官 ：https://www.adobe.com/products/photoshop.html

https://www.adobe.com/products/illustrator.html

Adobe公司的这两款软件可以称得上十分专业且强大的绘图软件了，对于Photoshop（简称Ps），很多同学即使不会使用，但是一定听说过它的大名。Ps主要对位图进行处理，可以进行数据图的后期处理、美化、排版，电镜图的上色，示意图的制作，模型的制作等等操作，只有你想不到的，没有它做不到的。

而illustrator（简称Ai）的名气可能较小，但是确是一款处理数据图的利器。因为其绘制的图像为矢量图，不会因为放大和缩小而失真。利用Origin等软件生成的矢量图格式的数据图，可以将其放在Ai中便可以进行个性化的处理，达到想要的效果，并保存为高质量的图片。同时，利用Ai绘制示意图也是个很好的选择。

由于这两款软件十分庞大，功能众多，要完全掌握是件极其艰难的事情。因此，掌握经常使用的功能，在需要时为自己所用。

4.3ds Max

官 ：https://www.autodesk.com.cn/products/3ds-max/overview

说实话，一年前小琪在科研绘图培训的宣传里看到3ds Max的学习时是十分惊讶的，因为只在建筑与艺术学院同学的电脑里见过这款软件。这款Autodesk（对，就是大家熟悉的CAD和Inventor的那家公司）旗下的软件是是一款专业的三维建模和渲染软件，一般的CG动画等很多便是由它制作完成。官方介绍其“可以创造宏伟的游戏世界，布置精彩绝伦的场景以实现设计可视化，并打造身临其境的虚拟现实体验”。用它来制作的图一般是下面那样的。

当然，如果用它来进行科研绘图，肯定能得到一副具有完美三维效果和光效的模型图。不得不感叹，如今科研绘图的门槛已经越来越高，大家为了制作出一张好看的图提升论文接受的概率已经丧心病狂，不惜一切代价了……

以上便是第二期《科研萌新 | 科研绘图软件不完全盘点》的全部内容。

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