本帖最后由 student0618 于 2026-7-17 14:13 编辑
几个常用免费蛋白可视化程序的3D风格特点及作图心得 2026年7月17日
0、背景
3D可视化是molecular modelling不可或缺的一部分。了解不同程序风格更容易找到合适的工具，若可以迎合合作者/期刊的偏好对研究利多于弊。
不同类型的研究者都有偏好的程序和风格，以自己经验为例：我的博导喜欢UCSF Chimera/ChimeraX、X-ray晶体结构的合作者热爱PyMOL，现在的两位老板则是一位偏好VMD、一位不拘程序只要图片好看的。有时遇到很难解释的问题可用他们喜欢的 3D 程序 create session 并发给他们，令沟通更有效。又、最近見见论坛上偶尔会有一些“看图问程序”的帖，故在此分享一些入门级“扫期刊目录的graphical abstract一眼看出所用程序”的分辨方法，结合一些个人意见心得，希望可以对需要作图的读者有帮助。
本文主要从3D作图方向讨论论文常用程序 (VMD, PyMOL, UCSF Chimera/ChimeraX)，并简短讨论部分网页版常见的程序。由于篇幅所限，本文不会谈程序当中分析或绘製图表的工具，也不会详细列出具体如何制作特定风格图片的方法。
一、论文常用程序
下图为这一节讨论的程序显示 PDB ID 1XDN 蛋白的 Viewer 默认显示风格：
1. VMD
1.1. 风格特点
- 默认青色+有反光的Opache材质
- 常用的NewCartoon形态较随性，sheet/helix平滑过渡至loop。
- 虚线风格看渲染方法。以氢键为例：snapshot是虚线， tachyon是弹簧。
- 很有液体感的水盒子 (更美的图参考 “分享VMD脚本 勾勒溶剂盒子外框” http://bbs.keinsci.com/thread-58237-1-1.html )
- 可用2D線條顯示背景solvent而不会分散对重点solute的注意力
- vmd 用 Multiwfn脚本作图：优雅的天蓝/浅绿轨道、绿色相互作用等值面 (示例参考相关帖文)，以前扫到ACS某期刊某issue 一整排Multiwfn配色的graphical abstract，很是赏心悦目。
1.2. 简评
1.2.1. 优点
- 非常强大、普适，多种内建作图风格。
- 自带Tachyon渲染。
- 分子模拟轨迹支持很好，带完整水盒子的轨迹处理比Chimera更快用的内存更少。
- Quicksurf 又快又稳定地显示粗略的分子表面。
- 图形界面简单Movie maker。
1.2.2. 注意事项
- Surface更严谨的msms/surf较常error，一些情况要大量渲染surface的话用PyMOL/ ChimeraX 更稳定。
- 内建的渐变色不好看、部分变化较难分辨 (解决方案可参考 “用matplotlib或gnuplot给VMD定义渐变色标尺”http://bbs.keinsci.com/thread-51093-1-1.html)
- 存的Session是文本文件脚本，可手动修改，占用空间小。但注意存session后搬轨迹的话，路径改了会找不到文件。
- 只有单键显示。
- 不能直接渲染透明背景。
- 渲染方法会影响颜色，Snapshot/internal in memory tachyon/tachyon gpu色调会有一点偏差，如下图同一机器 transparent 材质cyan 3 用GPU比 internal 色调更蓝。
1.3. 在哪些类型的研究更常见- 计算化学方向期刊、分子模拟相关文章
- 计算化学方向的研究者一般偏好用VMD
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2. PyMOL
2.1. 风格特点
- 默认第一个Object的碳原子为绿色。
- 常用的Stick/ licorice 重原子比氢粗好几倍。
- 虚线风格为圆柱体、圆柱两端为半球形。
- Cartoon 风格、loop风格有多个选项，形状较工整。sheet/helix过渡至loop的边界明显。
- 单键双键可trigger valance (single/double bond, aromatic)显示模式。
- PLIP (https://plip-tool.biotec.tu-dresden.de) 的相互作用可视化PyMOL Session: 深蓝色蛋白、橙色配体
2.2. 简评
2.2.1. 优点
- Surface最稳定、内建选项exterior 是平滑的分子表面、cavity可一键显示口袋形状。
- 内建效果很理想、速度快的Ray tracer。
- Ray内建透明背景选项。
- 很酷(但较少在正文使用)的风格：Plugin - Lighting - X-ray，作图draw就2D画风，Ray就是电影感的萤光风格了。
2.2.2. 注意事项
- Load 轨迹优化不太理想 (open source版本)
- 存的Session是所有加载的文件，可以占不少空间
- 动画分镜(开源版) 没Chimera的直观
2.3. 在哪些类型的研究更常见- 蛋白结构的文章、ACS 药物方向期刊的文章
- 实验组的(尤其是生物分子方向)很多的偏好用PyMOL。
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3. UCSF Chimera、ChimeraX
3.1.风格特点
- 二者碳原子默认颜色为浅棕色
- Chimera 氢键和距离是2D虚线；而ChimeraX则是3D 圆柱体，圆柱两端稜角分明。
- Cartoon (ribbon) 形状较接近PyMOL，sheet/helix过渡至loop的边界明显。
- 和VMD一样可用2D線條顯示背景solvent而不会分散对重点solute的注意力。
- 便捷的环Filled ring显示模式：VMD開兩個representation才可以達到相同效果。
- 图形介面按几下(Graphics 按Flat)就可以得到2D平面画风。
3.2. 简评
3.2.1. 优点
- 自动显示非生物分子及与其有作用的残基。
- 自动隐藏显式水盒子。
- 自带的POV-Ray内建透明背景选项。
- Chimera Metal Geometry 显示ideal metal geometry，作分析及比较很方便
- Chimera vs ChimeraX
- ChimeraX 内建颜色比Chimera丰富。
- ChimeraX默认Lighting和立体感都比原版Chimera美观，snapshot又快又美观，不必调用其他渲染器。
- 原版Chimera 有很好用的动画分镜 animation Storyboard (试过用来生成动画当ppt，效果挺好的)，ChimeraX好像还没有图形界面的Storyboard。
- ChimeraX 一键显示绿－白－黄渐变色的hydrophobic surface，Chimera 选单preset 蓝－白－橙渐变色的hydrophobic surface
2.2.2. 注意事项
- 加载轨迹速度比VMD慢、内存用更多。
- 存Session 有轨迹的整个包进去，导致文件变很大，甚至可能大得开不了。Chimera存的是python session，load它还会生成占不少空间的pyc文件。
- Chimera 显示surface的 bug较多，ChimeraX 部分情況下有改进。
- Chimera 更理想的立体感要用自带的povray 且限制clipping。ChimeraX 默认的阴影和灯光效果已经很好了。
3.3. 在哪些类型的研究更常见- 分子模拟，尤其是Amber 。分子模拟方向比VMD少见一点，但比PyMOL常见。
- ChimeraX近年 EM/X-ray 蛋白结构方向的用户增加，大型蛋白结构 Cryo-EM文章很常见ChimeraX的图。
- 药物方向 (没PyMOL常见)
二、网页版常见的程序
由于网页版很多搜一搜就可以找到，这一节为节省论坛空间就不放图片了。
- JSmol 很有特色的 cartoon、强调二级结构的配色(桃红色hexlix/黄色sheet/白色loop)。模型通常较粗糙，带有纸质/胶带/塑料模型/粉笔的质感。
- NGL viewer 很常是深蓝/红色或柔和的渐变粉彩色调cartoon，cartoon风格为有点随性的缎带。
- 3dmol.js 例子见 https://3dmol.csb.pitt.edu/，在手机浏览器操作感觉比NGL viewer 和JSmol顺手。cartoon风格有点随性，质感像有点厚度的不反光橡胶。
- PDB 的 Mol* 默认碳原子为深绿色，不反光塑料感。非鍵作用顯示為實心圓柱虛線，圓柱兩端為直角，配位键分两半原子颜色。 例子见 RCSB PDB (https://rcsb.org) 任一蛋白模型 explore in 3D 任一连结。
- PDB 101 Goodsell画风的图，Scripps有给生成该手绘风的服务illustrate (https://ccsb.scripps.edu/illustrate/) 。PS：教科书的细胞中密集环境的分子图不少是David Goodsell教授手绘的水彩画。
三、结语
以上分享了几个常用蛋白作图程序的3D风格特点及作图心得，如有错漏请不吝赐正。也欢迎各位补充讨论！
四、 参考资料
附：小测验
请指出图ABCD所用的程序
(提示：蛋白 PDB ID 3HTB，使用的是第一节讨论的程序)
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发表于 Post on 9 hour ago
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。DAVID BAKER他们的论文里面的手绘风可视化每个都做的挺好看的，不知道是用什么可视化的
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