分子动力学模拟软件VMD的安装与使用

2024-04-05 16:24:36

技术背景

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在分子动力学模拟过程中会遇到一些拓扑结构非常复杂的分子模型，所谓的复杂不仅仅是包含众多的原子，还有各种原子之间的成键关系与成键类型等。这时候就非常能够体现一个好的可视化软件的重要性了，这里我们介绍的VMD是一个业界非常常用、功能也非常强大的一款软件。

VMD的安装

首先访问VMD官方网站，找到适合自己本地OS和硬件系统的版本进行下载。这里我们本地是Ubuntu20.04的系统，所以下载了一个Linux通用的版本：

下载到本地之后，找到一个合适的文件夹进行解压：

dechin@ubuntu2004:~/projects/vmd$ tar -xvf vmd-1.9.4a51.bin.LINUXAMD64-CUDA102-OptiX650-OSPRay185.opengl.tar.gz

解压之后进入主目录，运行configure：

dechin@ubuntu2004:~/projects/vmd/vmd-1.9.4a51$ ./configure 
using configure.options: LINUXAMD64 OPENGL OPENGLPBUFFER FLTK TK ACTC CUDA IMD LIBSBALL XINERAMA XINPUT LIBOPTIX LIBOSPRAY LIBTACHYON LIBPNG ZLIB VRPN NETCDF COLVARS TCL PYTHON PTHREADS NUMPY SILENT ICC

最后进入src目录，执行make install完成安装：

dechin@ubuntu2004:~/projects/vmd/vmd-1.9.4a51$ cd src/
dechin@ubuntu2004:~/projects/vmd/vmd-1.9.4a51/src$ sudo make install
[sudo] dechin 的密码： 
Info: /bin/csh shell not found, installing Bourne shell startup script instead
Make sure /usr/local/bin/vmd is in your path.
VMD installation complete.  Enjoy!

安装成功后，在终端窗口中执行vmd会弹出两个窗口，一个用于显示加载的文件和配置：

另一个窗口用于显示输入分子模型的3D结构，如果没有输入任何分子模型数据的情况下，这个界面会展示一个一直旋转的VMD字样的模型：

VMD的使用

VMD的使用方法有很多中，tcl的语言也使得可以执行更高阶更灵活的操作，比如参考链接1中的操作就非常的华丽。但是这里我们仅仅为了可视化静态的3D分子模型，所以只介绍一些基本用法。首先我们需要在本地构建一个分子模型的文件，一般以.xyz结尾。文件的格式为：开头的分子数，第二行的标记，这里使用的是mol这种标记，后面的所有行数是标定每一个分子的具体三维坐标，也就是空间位置。这里直接使用了参考链接1中所给出的xyz文件：

dechin@ubuntu2004:~/projects/gitlab/dechin/src/vmd$ vim file.xyz

具体的file.xyz文件内容如下所示：

24
mol
 C    -1.615  -0.739  -3.043
 C    -0.076  -0.706  -3.045
 H    -1.963  -1.227  -3.929
 H    -1.959  -1.275  -2.183
 C     0.469  -2.145  -3.087
 H     0.268  -0.169  -3.905
 H     0.272  -0.218  -2.159
 H     1.539  -2.122  -3.089
 H     0.126  -2.682  -2.227
 H     0.122  -2.633  -3.974
 C    -2.160   0.701  -3.001
 C    -3.700   0.667  -2.999
 H    -1.817   1.237  -3.861
 H    -1.812   1.188  -2.114
 C    -4.245   2.107  -2.957
 H    -4.047   0.179  -3.885
 H    -4.043   0.131  -2.139
 H    -3.897   2.594  -2.070
 H    -3.901   2.643  -3.817
 C    -5.784   2.073  -2.955
 O    -6.394   1.131  -3.525
 N    -6.541   3.141  -2.286
 H    -7.407   2.773  -1.946
 H    -6.007   3.500  -1.521

保存后，直接运行vmd file.xyz即可弹出相关分子模型的可视化界面：

默认打开的3D分子模型是Line格式的，也就是都被抽象为线条：

此时可以点击界面上的Graphic->Representations，可以弹出一个表示格式的框：

在Drawing Method下找到CPK模式，点击Apply即可应用到图层当中：

在这种模式下可以看到每个原子以及原子跟原子之间的成键关系，是非常常用的一个模式。