Blender+Geant4一文入门3D模型文件导入

与专业3D建模软件相比，geant4的3D绘制低效且不直观。如果你既想要3D的灵活设计，又想Geant4把它用起来，做到从图1到图2的效果：

图1. 一个通用编码成像模型

图2. 将3D模型导入Geant4

目录

1. Blender绘制3D模型并导出为*.obj格式文件

2. Geant4导入*.obj文件并抽取3D模体

3. 总结与展望

1. Blender绘制3D模型并导出为*.obj格式文件

a. Blender简单介绍

官网www.blender.org，开源3D设计软件，功能强大，入门学习资料见

https://docs.blender.org/manual/en/latest/。

b. 建模操作入门

Blender默认长度单位为m，可在“Properties”栏目->Scene->Units->Length中，更改长度显示单位。

图3. 更改Blender显示长度单位

c. 巧用阵列修改器，构建自己想要的规律排布阵列

我们来看如何创建一个10*10的长条阵列，单元尺寸2*2*15mm3，单元间隔2.5mm：

1. 创建一个单元尺寸长条：

快捷键N/n调出场景属性栏，Item->Dimensions中设置长条几何，然后View->ClipStart设置的小一点如0.01mm，表示场景视野的可显示最小尺度（再小就不予显示）。

图4 长条几何与显示设置

2. 添加阵列修改器，并添加材质属性：

选中长条以后，在“Properties”栏目->Add Modifier->Array中，总共添加X/Y方向两个Array偏移，形成阵列。

图5-1 给长条添加X和Y方向的阵列偏移

将阵列Item->Location调整到中心位置处，并在属性栏中材质选项添加材质显示效果。此外快捷键shift+A添加一个或多个光源Light，来优化视觉效果，菜单栏->Render可以渲染当前场景。

图5-2 添加材质

3. 给目标模体命名：

在”Scene Collection”->Collection图层中，对模体重命名，包括实体和顶点编辑组。

图6 模体名字修改

4. 导出*.obj文件:

一同默认导出的还有*.mtl材质文件，G4中用不到。菜单栏中File->Export->Wavefront(.obj)导出*.obj文件。

图7 *.obj文件导出

2. Geant4导入*.obj文件并抽取3D模体

a. CADMesh基本操作

https://github.com/christopherpoole/CADMesh，

1） 将CADMesh.hh拷贝到/B1/include/下

2） 将*.obj模型文件存入/B1/下

3） 在/B1/B1DetectorConstruction.cc中#include ”CADMesh.hh”

4） 导入模型

b. Geant4导入操作

1. 参见Blender中对不同模体的命名：

图8 不同模体的命名

2. 导出文件名为20200708-mura19camera.obj，存入/B1/，vi *.obj打开看一看：

图9 vi打开*.obj

可以在vi命令模式下搜索:/mask19、:/baso4，确保三个模体命名没问题。

3. Geant4中/B1/B1DetectorConstruction.cc的具体代码实现：

auto mesh =CADMesh::TessellatedMesh::FromOBJ("20200708-mura19camera.obj");
mesh->SetScale(1000.0);
//to change the Blender default basic unit(m) to mm
G4VSolid*solid[3];
G4Stringmeshname[3]={"mask19","baso4","scintillator"};
G4LogicalVolume*logic[3];
for (inti=0;i<3;i++)
{ 
    solid[i] =mesh->GetSolid(meshname[i]);          
    logic[i]=newG4LogicalVolume(solid[i],env_mat,meshname[i]);             
    new G4PVPlacement(0,G4ThreeVector(),logic[i],meshname[i],logicWorld,false,0,checkOverlaps);
//此段代码仅作演示，实际上solid[2]需要放置到solid[1]当中。
}

注意：当采用默认G4ThreeVector()时，三者的相对及绝对位置与Blender一致，事实上很多情况下反而会带来麻烦，我们本希望每个抽取的solid的中心默认位置为（0，0，0）。

4. 总结与展望

从Blender建模到导入Geant4可以概括为以下几点：

1. 在Blender中建立模型，注意模体命名包括实体及顶点编辑组；
2. 在Geant4中按名字导入solid，注意单位换算，solid初始默认位置与Blender一致。

展望：

通过官网学习资料，对于Blender达到基本的几何建模要求少则几天，且配合其动画演示可以丰富自己设计的展示。*.obj格式将3D几何存储为纯文本ASCII文件，可以打开查看，每个模体名字后跟随其相关的顶点和面坐标。待熟练整个流程后，便是简单的Blender建模加Geant4使用。