MOview.py：（相对）优雅地利用python可视化分子轨道等值面

TretopL

前言
众所周知，由于相关库的缺失，Multiwfn的重要功能之一——可视化轨道等值面（和其他GUI功能）在MacOS操作系统上不可用。目前，这个问题本人的解决方法是：先用Multiwfn导出cub，再用vmd（搭配vcube查看）。这个方法的好处是：可以直接看到高分辨率、较为美观的等值面。弊端是：每次观看等值面都需要等待Multiwfn导出cub，且观看等值面的同时不能便利地查看轨道能量/占据数。同时，导出的cub有时不能覆盖到感兴趣的轨道，一次导出太多耗时又太长，时常出现要返工导出的情况，消磨人类的耐心。

针对这一问题，我写了MOview.py，利用Python程序良好的多平台可移植性，实现在任何常用操作系统下（注，开发平台是MacOS，并未在其他平台测试过，如果其他平台有奇怪的bug，请您留言反馈）流畅、美观地预览轨道等值面的功能。目前支持直接读取fchk和molden中的波函数（单纯因为本人用这两个格式最多），后续或会更新更多支持格式。可视化界面的原子配色采用GaussView的配色（配色RGB取自 http://bbs.keinsci.com/thread-32074-1-1.html ）。


值得额外声明的是，本人完成程序初步构建后，发现程序运行效率过低，非常卡顿（本人代码水平属实一般Orz）。故使用 codex 调用 GPT-5.5 xhigh 模型对程序进行了效率优化和debug。优化后的程序可以做到在测试体系切换到新轨道等待时间小于1s，切换到已加载过的轨道基本无等待时间。最终版本的程序可视化结果与Multiwfn结果对比无肉眼可见差别，效果非常理想。

使用方法
运行依赖：Python(推荐3.12.x，其他版本本人未测试）；pyqtgraph; PyQt6; PyOpenGL; scikit-image; numpy


conda create -n moview python=3.12
conda activate moview
pip install numpy scikit-image pyqtgraph PyQt6 PyOpenGL
程序开头有DEFAULT_PREFETCH_WORKERS变量，用于设置渲染并行数，1个核给2-3个并行数是比较合理的，默认的12对于大部分机器应该都可以接受。

使用方法：写好shebang，放入环境变量后直接 MOview.py xxx.fchk/xxx.molden；或者加载对应环境后，python MOview.py xxx.fchk/xxx.molden

常用选项：

• --grid <56-81> : 设置渲染格点，默认最低56，越高越光滑，细节越多。本人测试后，认为grid=81基本上可以满足通常体系的美观度/细节需求且不卡顿。
• --molden/--fchk : 手动指定文件类型，通常不需要，只有程序无法自动识别你的文件类型时需要手动指定。
• --iso <number> : 默认为0，意思是自动设置isovalue，看分子轨道设置为0.05通常比较合理，视体系而定。通常不需要额外加这个选项，因为GUI界面有滑块可以看着图像调整isovalue。
  

常用快捷键：

• A/D：切换前一个/后一个轨道（此操作同vcube）
• 方向键：旋转
• C、然后点击某原子：切换旋转中心（此操作同vmd）
  

窗口介绍和效果展示（grid=81）
左侧：功能区，从上往下分别是

• 程序名/文件名/fchk的title
• 载入新分子（Open file）/渲染当前轨道（Render，一般自动进行，只在切换alpha/beta的时候需要点一下）
• Spin：选择自旋（对于包含alpha/beta两套轨道的情况）；Grid：格点数，建议最低56。81视觉效果已经很平滑，不建议用这个框调，建议直接启动时--grid指定
• Margin：指定网格余量，防止等值面因为离分子太远而被截断，一般来说4.0是足够的，太大影响性能，不建议调
• Isovalue：调节等值面数值，可以用滑块，也可以直接输入数字
• Compare：输入轨道序号，可以在右侧同时显示这些轨道（实验功能），Synchronized复选框用于规定选中的这些轨道是否同步旋转（如果先勾选，再取消勾选，再勾选，会把所有轨道的视角调整为与第一个相同，效果如图2）
• Corner axes复选框：是否显示右下角坐标系
• 轨道列表：双击可以切换到指定轨道，注意，与Multiwfn相同，如果读的是自然轨道，则Energy一列显示的是自然占据数NOON
  

右侧：轨道视图（可以鼠标拖拽旋转）

与VMD渲染效果对比：

To do list（后续可能在本帖更新）：
1. 显示原子序号和元素名
2. 支持储存视角
3. 支持导出预览图
4. 支持读cub画图（大概率不会做，因为都有cub了不如去用vmd）
5. 跨分子对比轨道（比如对比两个分子的HOMO）
6. 支持更多自定义效果（比如进入程序默认加载某个视角，或者修改原子颜色。当然，这些其实在代码里可以直接修改达成效果，比如ELEMENT_SYMBOLS这个列表定义了元素符号，ELEMENT_COLORS这个列表给元素符号定义了RGB，格式同vmd，是百分比形式的RGB，可以在这修改颜色。）
7. 支持更多格式

文件已附上，欢迎各位老师同学试用。
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