使用vmd+cubegen快速绘制大分子静电势(ESP)图

ggdh

绘制静电势图的方法sob已经写过不少文章，
比如：
在GaussView里绘制分子表面静电势填色图的过程 （缺点：gaussview有时无法正确显示，优点：操作简单，效果较好）
使用Multiwfn结合VMD分析和绘制分子表面静电势分布（缺点：步骤复杂，速度较慢，优点：功能强大）
后面一声叹息的：
ESP伴侣——调用Multiwfn绘制分子表面静电势分布的小脚本ESP-mate解决了上面步骤复杂的问题。
这里简单介绍一下用cubegen+vmd的方法。优点：骤相对简单。缺点：很做出好看的图需要自定义各种设置（vmd通病），功能单一。

第一步，使用cubegen 产生cube文件
cubegen命令说明看这里
假设做完计算产生了名为ABC.fchk的文件
在linux下运行
cubegen 20 density=scf ABC.fchk ABC-den.cube  -2 h
cubegen 20 potential=scf ABC.fchk ABC-pot.cube  -2 h
这里的20是使用的核数，取决于电脑的配置，说这种方法速度快就是因为在linux下用多核并行的cubegen，比在window下用单核的cubegen快的多。
-2 是格点粗糙程度，-2，-3，-4 分别对应粗糙，中等和精细。另外这里也可以设为0，对于大分子而言0是最粗糙的格点了。注意这里我们可以把ABC-den.cube 的精度提高一些，因为这个格点的精度决定了最后图形的平滑程度。而 ABC-pot.cube这个cube我们可以把精度设低一些，因为静电势算的慢。对图形质量影响比较小。
运行完上面两个命令后，得到ABC-den.cube 和ABC-pot.cube两个文件

第二步，使用vmd做静电图
在window（需要把做好的cube考过来）或者linux 下打开vmd
1.按下面步骤加载两个cube文件
File ->New Molecule... -> Browse... -> 选择ABC-den.cube 文件 -> Load  -> Browse... -> 选择ABC-pot.cube 文件 -> 确定 Load files for: 后面是ABC-den.cube  -> Load

2.做等值面图
Graphics -> Representations... 然后在打开的窗口点击Creat Rep 用来制作ESP表面，然后按下面的参数设置

注意Coloring Method下面的Volume右边选ABC-pot.cube,得到下面的惨不忍睹的效果，这个就是电子密度0.001的等值面


3，调整静电势的范围
点击上面Representations窗口中的Trajectory tab，其中有个Color Scale Data Range:
一般来说，负值会比较小，正值会比较大，这里我们把负值的绝对值稍微调小一点，正值调到和负值绝对值大小相当，这里没有绝对的标准，具体数值根据实际效果决定，如下图所示

然后我们得到了这样的效果：


4.自定义其它效果
到这里，就基本完工了。后面介绍一些可以自定义的地方：
Graphics -> Colors... 设置背景色，以及修改原子颜色，颜色渐变等
如果Representations窗口中的Materials不能满足你，去Graphics -> Materials... 自定义材质，以及修改静电表面的透明度（重要）。
用Extensions -> Visualization -> color scale bar 添加标尺
最后的得到的效果图：

sobereva

手册里表示，cubegen对于计算静电势以外的性质并不支持并行计算，实测发现如果用了多核，反倒比串行计算速度还慢，见下图（体系是108原子的碳纳米管片段）。对于g16和g09都测试过，耗时基本一样，所以这里只放g16的


而Multiwfn计算格点数据时并行效率极高，对任何函数都一样。在Multiwfn中，用完全同样的格点设定（即设定格点的界面里选择8 Use grid setting of another cube file，然后读取取上图中ABC-den.cube文件的格点设定），36核并行时，只花了不到三秒就算完了。对当前体系，比cubegen快一个数量级以上，所以电子密度cube文件这一步我强烈推荐改用Multiwfn来算。


关于静电势的cube计算，起码我这里测试发现cubegen并行效率很烂，这是g16的


而g09的cubegen反倒并行效率比g16的好，耗时还低不少：



实际上，gview里面按照我博文的做法绘制分子表面静电势时，计算的仅仅是分子表面上的一批点的静电势，原理上来说，这比起通过先计算静电势cube文件再映射到电子密度等值面上耗时要低很多，毕竟静电势cube文件里包含的点数甚巨，而且随体系大小增大而飙升。gview里直接绘制大体系表面静电势其实最坑爹的是调用cubegen计算电子密度格点数据计算太慢，虽然它在调用cubegen时没有利用并行，但由于cubegen本身并行度较烂，倒也没什么。

ssp2493187

对于静电势这个事儿，我是深有体会的，并且多次请教Sobereva老师后我自己又几个感受：首先，cubegen的确是不方便（楼主和Sobereva老师已经解释过了）；其次，如果是大体系的时候如果想得到关于静电势的cube其实很麻烦，目前我们服务器中的Multiwfn总是罢工，Win版本的又因为体系太大带不动（我自己这一台硬件比较差），弄一台强大的电脑很重要；最后，我不得不选择极其讨厌的cubegen。PS：最近还发现了个问题就是Multiwfn里面做某些需要两个文件的例子的时候，第一个拖进去可以运行，第二个文件拉进去就不认识，最苦恼的是Linux版本的依旧歇菜了——吐核。

sobereva

ssp2493187 发表于 2017-8-26 09:51
对于静电势这个事儿，我是深有体会的，并且多次请教Sobereva老师后我自己又几个感受：首先，cubegen的确是 ...

大体系静电势借助cubegen就好
第二个文件拖进去不认识肯定是路径问题，或者输入的格式不合理。具体问题请帖截图。

ssp2493187

Sobereva老师 在计算fukui的时候出现如下问题

说明书中第233页的例子，phenol.wfn文件放进去
5
0 // Set custom operation
1 // Only 1 file will be operated with the file has been loaded (namely phenol.wfn)
-, examples\phenol+1.wfn // “-“ is minus operator, that means the property of phenol.wfn
will minus corresponding property of phenol+1.wfn, which is the wavefunction of the phenol with
+1 net charge (corresponds to N-1 electron state)
1 // Electron density
2 // Medium quality grid
当输入红色部分的时候把phenol+1.wfn拖进去不能识别，不太明白是什么原因造成的

ggdh

ssp2493187 发表于 2017-8-29 11:11
Sobereva老师 在计算fukui的时候出现如下问题

说明书中第233页的例子，phenol.wfn文件放进去

会不会是 路径中的括号和+号导致的？

wangxiaofeng

您好！请问颜色条的的默认单位是什么？它的单位可以修改吗？颜色条的数据距离颜色条的距离怎么调整？

乐平

wangxiaofeng 发表于 2022-4-12 05:29
您好！请问颜色条的的默认单位是什么？它的单位可以修改吗？颜色条的数据距离颜色条的距离怎么调整？

关于色彩刻度轴的设置，请看 Sob 老师的博文  http://sobereva.com/443   第 6 关于显示色彩刻度轴

wangxiaofeng

乐平 发表于 2022-4-12 11:42
关于色彩刻度轴的设置，请看 Sob 老师的博文  http://sobereva.com/443   第 6 关于显示色彩刻度轴

好的，谢谢！