vmd笔记

什么是VMD？^[1]

VMD is a molecular visualization program for displaying, animating, and analyzing large biomolecular systems using 3-D graphics and built-in scripting.
VMD官网的图片示例展览
本文定位：本文不适合作为入门教程，适合于在进阶阶段作为参考。本文偏重于VMD脚本；图形界面(GUI)上的操作因为比较简单，讨论的较少。

显示

console中，输入命令且不加参数，就会显示帮助信息
tcl语言作为脚本语言，tcl语法可以参考TCL脚本入门教程【当然没必要学完】
如何进入console：Extension -> Tk Console
例子：
- console% measure结果见图
- console% mol
- pbc…
pbc
- pbc是周期性边界条件的缩写（periodic boundary condition）
- pbc wrap -all 【将粒子折回盒子内】
- pbc wrap -shiftcenterrel {-0.5 -0.5 -0.5}
  我们希望wrap后坐标的中心在{0 0 0}处，然而，默认情况下，wrap的中心在{L/2 L/2 L/2}处，所以我们要将其平移回来！
- pbc set {1308.998 1278.998 1281.998} -all：手动定义盒子
- 画盒子
  pbc box -on 【画出盒子】
  pbc box -center origin 【设定盒子中心的位置为{0 0 0}，而默认的盒子{0 0 0}点在盒子角上】
  pbc box -center origin -style tubes -width 1 -color gray
- pbc join res -border 5 【接上由于pbc导致的盒子边界处的断键】
display
- display projection orthographic
  【相当于在display选项卡中选择orthographic】
- display distance x
  设置东西与屏幕的距离，越大则分子离屏幕越近，相当于放大。不可太小比如几十，否则有凸镜的效果
背景设置为白色
（Graphics->Colors->Categories栏->选Display->再在name栏选Background）时，图像会显得比较浅。修正这个问题的方法是：去掉Display->Depth Cueing
graphics
graphics top list【to show a list of number, standing for the ID of each object】
graphics top text {40 0 20} “my drawing objects” # 文字
graphics top info ID # The detailed information about each object
graphics top delete ID
box is also considered as graphics in VMD
- draw shapes【画图形】^[2]
  graphics top color COLORID【先设定颜色后画图形才能设定成功】【colorid for each color can be found in Graphics -> Colors -> menu 】
  graphics top sphere {10 10 10} radius 10 resolution 80
  graphics top line {10 0 0} {0 0 0} width 5 style dashed
  graphics top material transparent
  graphics top delete all/ID【delete shapes】
  NOTE: vmd看gromacs文件（*.gro）时，会把单位自动换位埃，比如在.gro文件中，坐标为1，则vmd中坐标为10，画图形时，可能会用到
colorinfo colors
显示有多少种预置颜色，比如red
旋转
rotate x by/to 90

Script

基本命令

~/.vmdrc ：配置文件
logfile my.log
在console中输入此命令,可以将你在图形界面中的操作保存成脚本，存储在my.log中 有用又简单的命令 !!!
console中导入脚本
source yourscript.tcl
不显示图形界面的执行脚本
sh$ vmd -dispdev none -e script.tcl
需要注意到的是，使用-dispdev none选项后，用pbc命令的脚本回报错：
invalid command name "pbc"
在脚本中添加下列命令即可解决该错误：
package require pbctools

mol

mol的用法帮助：如前面第0节所述，在console中输入mol并且不加参数，就会显示mol的用法。
这里要介绍VMD中两个重要的概念：molid（molecular ID）和repid（representation ID）。
molid：对单个frame，molid恒等于0
repid：打开一个frame，默认的repid为0
如果你想添加第二种呈现方式（representation），可以用：mol addrep 0向molid为0的图中，新增一种representation，这一representation的repid等于之前最大的repid+1。
GUI中，Graphics -> Representations -> Create Rep 就相当于下列命令：

1 2	mol addrep 0 mol modselect 1 0 "type 1"

注意：写脚本时，尤其要注意的一点是如果打开一个frame成功，会隐式的执行一次mol addrep 0！
例如，我们将类型为A的原子显示成蓝色（ColorID 0）、将B类型的原子显示成红色（ColorID 1），脚本这样写：

# mol addrep 0     # NOTE: VMD has execute this statement invisibly. If  
#                    you add this "mol addrep 0" manually, there will 
#                    be an error. 
mol modselect 0 0 "type A"
mol modcolor 0 0 ColorID 0
mol addrep 0
# now there are two "rep". The index of second "rep" is 1.
mol modselect 1 0 "type B"
mol modcolor 0 0 ColorID 0

mol default style {CPK}
【相当于Graphical选项卡中选择Representations,再在Draw style中Drawing Method下选择CPK】
mol default material {Diffuse}
【相当于Graphical选项卡中选择Representations,再在Draw style中Material下选择Diffuse】
mol list
列出目前所有representation
mol delrep 3 0
与mol addrep 0相对，删除molid=0，repid=3的mol
molinfo list/num
显示全部分子的molid

atomselect

例子：

set particle [atomselect 0 "index<13000"]
$particle set resname CD  #默认是空
$particle set chain X
$particle set resid 1     #默认是0
$particle set radius 0.6
$particle num # 输出particle中原子个数
$particle delete

atomselect有单独的编号
比如atomselect345，我们可以用编号atomselect345来调用它;它的各种信息都可以输出出来。
atomselect macro
macro指的就是那些charged、acidic、amino之类的，比如atomselect charged会选择体系中带电荷的原子。蛋白质体系容易用到，聚合物体系不容易用到。
atomselect macro 显示所有macro
atomselect keywords
atomselect 3 "resid 25" frame last 选择molid为3、最后一帧的resid 25。molid可以是数字或者top，所选内容就是普通的selection，用双引号或者{}括住，帧号可以是数字、first、last、now。
atomselect list会列出所有的atomselect
index
除了上文中set particle [atomselect 0 "index<13000"]的筛选方法，index选择原子时还支持多种筛选方式：
- “(index>100 && index<200) || index = 66”
- “index 1 3 5”
- "index = [ expr 250 * $i ]" # index 支持expr表达式求值，i为自定义变量

Script Syntax^[3]

0. 注释

TCL中的注释符是’＃’，’＃’和直到所在行结尾的所有字符都被TCL看作注释，TCL解释器对注释将不作任何处理。不过，要注意的是，’＃’必须出现在TCL解释器期望命令的第一个字符出现的地方，才被当作注释。

例如：
%＃This is a comment
%set a 100 # Not a comment
%set b 101 ; # this is a comment

1. for语句

1 2	for {set i 0} {$i < [llength $list]} {incr i}

2. list

set list { Opaque Transparent ... }
[llength $list] # get index
[lindex $list $i] # reference the list

3. measure

measure的功能非常多，从相对简单的求质心、几何中心、均方回转半径、RDF（vmd中叫gofr）、rmsd和rmsf(RMS fluctuation)，到比较专业的氢键分析、sasa（solvent-accessible surface area）等。
全部功能见图：https://res.cloudinary.com/do7yb5qw4/image/upload/v1506587376/杂/vmd_measure.jpg

measure center $sel
measure minmax $sel
measure bond { index_1 index_2}
- GUI下
  Mouse > Label > Bonds，或是在激活3D 窗口的条件下按2
  鼠标形状会变成+，然后依次点击2个原子即可，
  Graphics > Label 可以进行更多的操作

4. xyz(coordinate) is storaged as list!

When you get multiple atom attributes (in this case, x, y, and z), the result is always returned as a nested list, even if that list contains only one element.
As somebody may think the code below is very intuitive:

1 2	set sel [atomselect 0 "index = 250"] graphics top text [ $sel get {x y z} ] "words i want to say"

However, $sel get {x y z} ] is actually a list, but there need a vector.
It’s like you give：

1	graphics top text { {1 2 3} } "words i want to say"

But actually we need:

1	graphics top text {1 2 3} "words i want to say"

The solution is ugly:

1
2
3

foreach coor [ $sel get {x y z} ] {
  graphics top text $coor "words i want to say"
}

Beside that, coordiante should be used like below:
graphics top text [list $x $y $z] "words i want to say"
source: vmd mailing list

5. get one coor of three(only one element in pxyz)

1 2	set pxyz [atomselect top "index = [ expr 250 * $i ]" ] set px [$pxyz get x]

vmd传参数

vmd本身是一个csh脚本!

[lindex $argv 0]
vmd -e yourscript.tcl -args your_first_arg
env YOUR_ARG="ba la ba la" vmd -e yourscript.tcl
http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/mailing_list/vmd-l/7839.html

存高质量图片^[4]

render TachyonInternal name.tga
convert name.tga name.png
这样得到的图片效果有限
尝试了各种方法，似乎tga转换png的质量不能控制
要想得到高质量的图片，方法如下
File->render(这里有三行)
- (第一行选择)Tachyon
- (第三行加上，设置分辨率) -res 1024 1024
  res代表resolution，设为1024*1024时，tga大小为3.1M，png大小为680K
- 最后convert vmdscene.tga vmdscene.png（转成jpg格式也可以）
- ambient occlusion（AO,环境光遮蔽）效果会很好
script:
render Tachyon vmdscene.dat “/usr/local/lib/vmd/tachyon_LINUXAMD64” -aasamples 12 %s -format TARGA -res 1024 1024 -o %s.tga
culling

culling actually reduces performance on some hardware renderers^[5]
Depth Cueing

Depth cueing causes distant objects to blend into the background color, in order to aid in 3-D depth perception

存动画

（1）进入 Extensions -> Visualization -> Movie Maker
（2）Render -> Tachyon
（3）Movie Settings -> Trajectory
（4）Format -> Animated GIF

color scale【颜色梯度】

trajectory with color gradient

load a trajectory
设置颜色随frame变化
Graphical -> Representations -> Draw style -> Coloring method -> Timestep
Graphical -> Representations -> Trajectory -> 选择"update color every frame"; 修改"Color Scale Data Range"
设置Color Scale Bar
Extensions -> Visuilizition -> Color Scale Bar
选择颜色
Graphical -> Colors -> Color Scale -> 这个设置还可以以"RWB(Read Whie Blue) Offset -0.09, Midpoint 0.5 "

frame with color gradient

load a frame
设置颜色随index变化
Graphical -> Representations -> Draw style -> Coloring method -> index
Graphical -> Representations -> Trajectory -> “Color Scale Data Range 0 ~ total_monomer_number”
设置Color Scale Bar和选择颜色与上面"trajectory with color gradient"相同

其他

~~compound（似乎没什么用）~~
只用于pbc中
supported compound types: segment, residue, chain, fragment, connected
问题
1. pbc join
  pbc join res -border 5 -sel “resname 0"好使，但不明白为什么？
  但是注意，resname一个不存在的名字，比如"resname 1000000”，也不会报错。
  pbc join res -sel尝试了各种办法也没有成功
  最后解决：还是在xml文件中删除多余的bond和angle，就是join的时候很慢，要等很久。
vmd有很多功能，如：
1. VMD extensions: membrane builder
2. Molecular Surface Representations
对vmd脚本的感觉
优点：vmd本身功能非常多，使用者多。
缺点：以tcl为基础的vmd脚本，坑很多，体现了很多动态弱类型语言的缺点。

reference

VMD官网 ↩
VMD Tutorial ↩
VMD Tutorial: Scripting in VMD ↩
非常好的效果的vmd作图
NOTE：该CBMSG网站还有很多有用的教程和资源（Computational Biophysics and Materials Science Group） ↩
manual culling ↩

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