在VMD里将cube文件瞬间绘制成效果极佳的等值面图

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

在VMD里将cube文件瞬间绘制成效果极佳的等值面图的方法

文/Sobereva@北京科音 2019-May-21

1 前言

Multiwfn（）是产生量子化学研究和波函数分析中用到的各种格点数据最方便也最强大的工具，可以在自带的界面里直接显示出等值面，也可以把数据导出成cube文件从而在免费的VMD程序（）里绘制出效果更好的图像。不了解cube文件者请参看《Gaussian型cube文件简介及读、写方法和简单应用》（）。笔者感到每次给初学者解释怎么在VMD里操作显示出等值面特别费劲、费事。笔者之前写过一篇文章《用VMD绘制艺术级轨道等值面图的方法》（），里面介绍了一种利用自编的VMD脚本超级方便地绘制出效果绝赞的轨道等值面图的做法。于是笔者想到，不如干脆写一个脚本，从而对于任意类型的cube文件都可以敲几下键盘就能瞬间在VMD里画出极好的等值面图。本文就介绍一下这个脚本，我深信这个脚本会有极高的实用价值（相比之下，大部分其它可视化程序的显示效果都丑爆了，操作步骤还更繁琐）。

2 脚本

本文介绍的VMD脚本是showcub.vmd，在Multiwfn程序包里的examples\scripts目录下（从2019-May-21发布的Multiwfn 3.6正式版开始才有这个文件）。将这个文件拷到VMD目录下，并且用文本编辑器编辑此目录下的vmd.rc文件（对于Windows版VMD而言），在末尾插入source showcub.vmd。这样每次VMD启动时就会自动执行此脚本使其中定义的命令生效。此脚本定义了四条命令，可以直接在VMD的控制台里输入，这里直接给出一些例子：

cub MIO：将VMD目录下的MIO.cub绘制成等值面图，正值和负值部分分别用绿色和蓝色显示，等值面数值分别为默认值0.05和-0.05
cub MIO 0.02：同上，但正值和负值部分等值面数值直接分别设为0.02和-0.02
cubiso 0.015：在使用cub命令后使用，把当前载入的格点数据的正值和负值部分分别设为0.015和-0.015

有的时候我们需要同时将两个cube文件显示在一起，此脚本里也定义了相应命令用于此目的，示例：
cub2 eri nozomi：将VMD目录下的eri.cub和nozomi.cub同时绘制成等值面，分别用绿色和蓝色表示，等值面数值都为默认的0.05（注：如果eri和nozomi格点数据里也有负值部分，负值部分不会被显示出来）
cub2 eri nozomi 0.02：同上，但是二者的等值面数值都直接设为0.02
cub2iso 0.015：在使用cub2命令后使用，代表把已载入的两套cube文件对应的等值面数值都设为0.015

每次使用cub或cub2命令之前都会自动将之前载入的格点数据从VMD中清掉，因此这俩命令可以反复用无数次。

和前述的《用VMD绘制艺术级轨道等值面图的方法》里的做法一样，用VMD绘制出来之后，可以借助Multiwfn程序包里的examples\scripts\VMDrender_full.bat将等值面通过Tachyon渲染器渲染成非常漂亮的图像。

下面给一些例子，VMD用的是1.9.3 Windows版。大家先按上述说明把vmd.rc设置好。

3 例子：用VMD显示自旋密度等值面

在《谈谈自旋密度、自旋布居以及在Multiwfn中的绘制和计算》（）一文中笔者举了丁烷双自由基的例子。我们用Multiwfn的主功能5计算完这个体系的自旋密度格点数据后，在后处理菜单选择导出cube文件，当前目录下就得到了spindensity.cub。将此文件挪到VMD目录下，启动VMD，直接输入cub spindensity 0.01，马上看到下图，绿色和蓝色分别对应自旋密度为正和为负的部分。

在VMD里将cube文件瞬间绘制成效果极佳的等值面图

为了得到更好的效果，我们把Multiwfn的examples\scripts目录下的VMDrender_full.bat拷到VMD目录下。在VMD里选择File - Render，渲染器选Tachyon（别选后面带internal的那个），点击Start Rendering。然后双击VMDrender_full.bat执行这个批处理文件，过一会儿VMD目录下就出现了full.bmp，效果如下，可见非常理想，富有立体感而且有阴影效果。

在VMD里将cube文件瞬间绘制成效果极佳的等值面图

之前笔者录过一段视频《使用Multiwfn结合VMD绘制自旋密度等值面图》（https://www.bilibili.com/video/av26312131），由视频可见，如果不用脚本而手动在VMD里进行操作来显示出等值面，操作步骤多，而效果还明显不如本文的做法好。

4 例子：用VMD同时显示电子激发过程中空穴和电子的等值面

笔者之前在《使用Multiwfn做空穴-电子分析全面考察电子激发特征》（）中介绍了一种极为重要的考察电子激发特征的方法，此方法可以把空穴和电子分布都给出来。按照文中的做法将空穴和电子格点数据都算出来后，在后处理菜单里可以看到将二者导出为cube文件的选项，选了之后会得到electron.cub和hole.cub。我们现在用VMD将二者同时绘制成等值面。