Jmol(3D化学结构查看器)

 Jmol官方版是一款功能实用的三维分子显示工具，该软件是基于浏览器的开源HTML5查看器基础上开发，主要使用在3D化学结构的独立Java查看器。对分子的功能支持，快速的完成对生物分子特征的支持，Jmol官方版也非常的适合使用在化学，物理等相关的领域。

【功能介绍】

      Smol JmolApplet是web浏览器的JavaScript应用程序,该应用程序可以轻松地集成到web页面。

      虽然基于java的开发和管理,JSmol完全是JavaScript。

      Jmol官方版应用程序是一个独立的Java应用程序(Jmol.jar)运行在桌面。

      它拥有所有的功能JSmol applet但运行大约3 - 6倍。

      它可以运行在“无头”模式(JmolData.jar)为了执行任务,需要复制。

      Jmol官方版可以集成到任何其他Java程序,提供文件加载,结构处理、查看、和输出功能。

      Jmol完全脚本。最新的脚本文档查看Jmol / JSmol互动脚本文档.

【软件特色】

　　活跃的、有益的、世界性的用户群体；每年约有100,000次下载。

　　适用于所有现代浏览器的HTML5/画布图形，包括iOS和移动端。

　　占地面积极小的选项（50K），用于简单的交互式结构显示。

　　额外的服务器端Java、独立Java和签名Java小程序选项。

　　完全的晶体对称性能力

　　加载多种曲面格式，并在飞行中创建和显示曲面。

　　与jQuery兼容的可定制的基于web的界面（并且需要）。

　　脚本语言文档完善，有1000多个代币。

　　读取超过60种文件格式，包括PyMOL (PSE)会话文件。

　　从体积（CUBE）数据中创建高度压缩（300:1）的表面文件。

　　可导出为GIF、JPG、PNG、PDF、WRL、POV-Ray、OBJ格式。

　　为纯HTML5应用程序使用定制的、优化的Java-to-JavaScript编译。

　　用于Swing和PDF导出的客户端JavaScript的通用JavaScript库

　　JSpecView模块功能。

　　读取JCAMP-DX、CML、AnIML格式。

　　交互式真实和预测的1H NMR光谱。

　　交互式红外光谱、拉曼光谱、核磁共振、气相色谱/质谱、紫外/可见光光谱。

　　以PDF格式生成的光谱

【软件特点】

1、无需硬件支持的高性能3D绘图

2、支持的文件格式有：CIF/mmCIF，CML，GAMESS，Gaussian 94/98/03，Ghemical，HIN (HyperChem)，Jaguar，MOL/SDF，MOPAC 93/97/2002，PDB，Q-Chem，SHELX，Spartan，NWChem，XYZ。其中，用gzip压缩的文件可以用程序自动解压缩。

3、动画

4、振动

5、支持基本单位晶胞

6、二级结构示意图

7、测量距离、键角和扭转角

8、RasMol/Chime脚本语言支持

9、Javas cript支持库

10、输出jpg，pdf和PovRay格式的文件

【使用教程】

1、利用Jmol软件显示分子3D模型

用Jmol软件显示分子3D模型主要有两种方式：一是利用本地Jmol软件显示分子模型，只需打开软件后，打开或拖拽入需显示的前述兼容格式的分子模型即可;二是在网页中调用Jmol程序显示分子模型，这需要一定的HTML语言和Java语言知识(可参考网络教程[11])，例如将甲烷3D模型(methane.pdb)嵌入本地HTML网页，可利用Dreamweaver建立HTML网页，则要按图1编写HTML代码，需注意调用Jmol.js和methane.pdb的相对地址，图1中HTML代码是网页和他们都处于同一目录，完成后打开网页即可得到最简单的网页Jmol3D交互模型。

2、Jmol3D模型交互操作

Jmol3D模型的交互操作可粗略分为：脚本交互和鼠标交互两种，前者是利用编程技术将交互内容事先编好，要求使用者具有一定的Java编程基础，适于Jmol3D模型开发者，有兴趣的读者可参阅Robert M. H开发的Jmol交互式脚本文档网站进行查询和学习[14];后者则更适于普通用户，用户只需要操作鼠标(少数需要键盘配合)即可完成对模型转动、缩放、显示键角、显示键长等数十种交互操作。

鼠标交互操作又可细分成鼠标操作和鼠标右键操作，李安邦(2011)[8]对Jmol老版本的交互操作进行了介绍，如图表格是鼠标操作的内容和操作方式，这些都是常用的交互操作方式。

鼠标右键操作内容丰富，操作时在Jmol程序运行界面内点击右键即可看到：“模型1/1、设置、选择、查看、样式、颜色、表面、对称性、缩放、旋转、振动、动画、测量、鼠标拾取、控制台、显示、文件、计算、语言、关于”等20项右键一级菜单，继续点击可看到这些菜单下的数十项供选择的子菜单，本文只对鼠标右键菜单常用操作以及最新版本新出现的操作进行简介。

①查看：菜单可供使用者切换到“前面、左边、右边、顶面、底面”等几个标准的方位进行查看。

②样式：可以框选“深度透视、边界盒、单位晶格、轴”等菜单，其中选择“单位晶格”则在晶体中显示单位晶格边框，选择“轴”则显示三维坐标轴。“立体图形”是最近版本增加的菜单，此菜单包含“红+青玻璃”等6项子菜单，选择“红+青玻璃”菜单，使用者可佩戴购买的红+青三维立体眼镜即可查看逼真的三维分子效果(如图2)。“方案”菜单可选择“CPK空间填充、球—棍”等6种模型显示方式用于显示比例(填充)模型、球棍模型等。样式菜单还可以选择显示化学键、氢键、二硫键等化学键类型，总之鼠标右键操作中的样式菜单是Jmol3D模型交互操作中最常用的菜单之一。

③颜色：通过颜色菜单可对原子、化学键、氢键等的颜色进行选择与更换，对于原子的颜色默认使用CPK颜色方案，对于化学键默认使用继承颜色方案，即将化学键按成键原子颜色各一半进行显示。

④表面：表面菜单可以控制分子表面的显示和隐藏，显示时可以设置为“点状表面、范德华表面和溶剂可及表面”等多种类型。

⑤对称性：可以对研究对象的对称性进行全面观察。

⑥振动：在进行红外光谱分子振动显示时，该菜单可对化学键的振动进行控制。

⑦测量：该菜单可对原子间的距离、化学键间的夹角、三原子间的夹角等量进行测量和显示

⑧鼠标拾取：该菜单包括“居中显示”、“显示标识”、“显示标签”等多个子菜单，其中点击“显示标签”后，再用鼠标点击某个原子，可显示该原子的标签(元素名称)。

3、Jmol软件在化学教学中的应用

3.1 利用网络资源开展化学教学

Jmol软件在国内还鲜见应用报道，而国外则应用较广泛[15]，Wiki的Jmol主页报道了100余个使用Jmol软件的网站，其中比较有代表性网站，如：①德国达姆施塔特技术大学Stefan Immel博士的“3D Structures”教学网站[16]，②美国俄亥俄州州立大学Richard Spinney教授的“Chemistry the Central Science”教学网站[17]，③ Alton J. Banks等人制作的“Periodic Table Live!”网站[18]，④ 奈梅亨大学的有机化学教学网站“Mol4D” [19]，这些网站中有大量的原子、分子、晶体结构、光谱分析等Jmol动画素材。

3.2 利用下载源文件进行再编辑开展化学教学

在进行金刚石晶体教学时，要让学生明白1个C原子被几个六元环所共用时，传统教学只能借助对实物模型的观察，由于模型都较小，且这一问题涉及的C原子有29个之多，学生难以看清，而多媒体教学通常教师能开发或下载到的仅是不能编辑、不能旋转金刚石模型的视频或动画，于是造成了教师教学的难点，而采用Jmol软件便可迎刃而解。教学前教师首先下载金刚石结构的pdb格式源文件(http://www.edinformatics.com/interactive_molecules /diamond.pdb)，打开本地Jmol程序后将diamond.pdb拖入Jmol中打开，利用选取工具，选取不作研究的原子，点击右键，选择“样式→方案→线框”，将它们“隐藏”起来避免干扰观察，选择要研究的对象原子，点击右键，选择“样式→方案→球-棍”，将它们按球棍模型方式显示，然后选择“颜色→原子→×色”，将对象原子改成不同颜色便于授课使用，最后点击右键，选择“文件→保存脚本”，教学时再打开使用。如图6，通过旋转可以观察到：中间的C原子被12个碳环所共用。

再如，在进行VSEPR教学时，让学生明白NH3中心原子价层电子对数为4，VSEPR模型为四面体，其中有1对孤对电子、3对成键电子。备课时首先下载nh3-mo.pdb.gz(http://undergrad-ed. chemistry.ohio-state.edu/VSEPR/PDB/ nh3-mo.pdb.gz)和nh3-lp.jvxl.gz(http://undergrad-ed. chemistry.ohio-state.edu/VSEPR/JVXL/nh3-lp.jvxl.gz)两个文件并解压，将解压后的文件依次拖入打开的Jmol软件中，点击右键，选择“平面→半透明效果”，可将孤对电子云半透明显示，双击其中H原子，光标变为“+”，若再双击N原子可显示N-H键键长，若再单击N原子，然后双击另一H原子可显示∠HNH键角。如图7，通过观察可得到结论，由于孤对电子云较“胖”，成键电子云受其“挤压”，键角小于109.5°。

分子可视化是利用计算机图形学和图像处理技术，将微观分子数据转换为图形或图像在屏幕上显示出来，并综合交互处理的理论、方法和技术。它具有交互性、多维性、可视性等特点。Jmol是一个用Java语言编写的免费的、开源的、跨平台的新一代分子可视化首选软件，以Jmol为代表的分子可视化软件在化学教学的多个领域可以应用，基于Jmol进行的教学不仅直观形象，同时也消除学生对微观知识产生的迷思概念。但文中所列的Jmol分子可视化资源均来自国外，如何开发和建立出支持我国国本土化学教育的Jmol分子可视化资源库，让师生在平时的教学中使用该技术，还需要化学教育工作者共同努力，希望在不远的将来，在我国化学课堂上，学生们也能像美国等发达国家学生一样坐在计算机前利用鼠标操控分子模型学习化学知识。

【软件亮点】

      不需要硬件进行支持，就能快速的完成3D绘画的操作

      并且对主流的相关格式支持，包括GAMESS、NWChem

      使用gzip压缩的文件支持使用该程序自动的解压缩

      也对动画、振动的功能支持，对基本的单位晶胞支持

      也能对二级的结果示意图等显示

      包括对距离的测量，也对键角等支持

【常见问题】

　　关于Jmol项目

　　你怎么写Jmol？还有另一个JMol吗？如何在已发表的论文中引用Jmol？使用Jmol 我如何学习使用Jmol？Jmol可以用我的语言显示吗？硬件要求最低硬件要求是什么？推荐的硬件要求是什么？运行JmolApplet需要OpenGL或3D硬件吗？应用程序系统要求Jmol应用程序运行在哪些平台上？性能表现非常棒！为什么这么快？渲染速度真的很慢。我能做什么？3D显卡会提高性能吗？

　　当我把窗户做得更大时，为什么它变得那么慢？

　　图形和渲染

　　Jmol v10中的图形有何不同？我看到了锯齿。为什么图形抗锯齿？但我需要一些更高质量的图像...... Jmol是否支持isosurfaces？Jmol支持蛋白质二级结构的形状是什么？JmolApplet部署对于applet，必须在Web客户端计算机上安装什么？Jmol.js JavaScript库JmolApplet可以在本地永久安装，就像一个插件吗？必须在服务器上安装哪些MIME类型？我应该使用APPLET，OBJECT或EMBED作为我的html标签吗？我遇到了loadInline的问题

　　loadInline参数似乎不起作用

　　脚本问题

　　旋转Z; 旋转Y; 旋转Z.

　　关于Jmol项目

　　你怎么写Jmol？

　　资本J，小写mol

　　请不要以任何其他方式写它...以避免与其他项目混淆...继续阅读......

　　还有另一个JMol吗？

　　是的，有一个名为JMol的项目...但不是Jmol ... 注意拼写的区别。

　　约克将在美国佐治亚大学复杂碳水化合物研究中心写下JMol观察者。主页是在http://www.ccrc.uga.edu/~will/jmol/jmol.html（它不再存在）。

　　如何在已发表的论文中引用Jmol？

　　无论是在网络上还是在已发表的论文中，您都应该以这种方式引用Jmol：

　　Jmol：用于3D化学结构的开源Java查看器。http://www.jmol.org/

　　使用Jmol

　　我怎样才能学会使用Jmol？

　　有关提示，请参阅主页。

　　Jmol可以用我的语言显示吗？

　　是的，可能！Jmol是一个完全国际化的程序（意味着它可以调整其界面以多种语言之一显示）并且已经本地化（意味着有多个翻译可用并内置到程序中）。

　　检查 Wiki 以获取当前支持的语言列表。

　　如果您的语言在列表中，Jmol应该使用它自动打开。如果没有，您想要的语言不是您的操作系统语言（Jmol将选择的语言），或者某些内容失败（但这种情况并不常见）。您可以通过多种方式强制Jmol使用任何可用语言：

　　开始时：访问此Wiki页面 以获取说明。

　　Jmol启动后动态：使用弹出菜单底部附近的“语言”条目。请不要多次改变语言，因为Jmol可能会锁定。您也可以使用'language'命令从控制台执行此操作; 请参阅上面的链接了解详情

　　如果您的语言不在列表中，您可以自愿与翻译人员合作。请阅读本Wiki页面中的说明 ，如果需要帮助，请联系开发人员团队。

　　硬件要求

　　最低硬件要求是什么？

　　400 MHz CPU + 128 MB RAM

　　没有绝对最小值。这是一个实际的最低要求。性能是分子大小，窗口大小和图像复杂性的函数。

　　推荐的硬件要求是什么？

　　750 MHz CPU + 256 MB RAM - 当然，越多越好。

　　运行JmolApplet需要OpenGL或3D硬件吗？

　　运行JmolApplet无需特殊硬件。

　　图形引擎是一个用Java实现的z缓冲区，专为渲染分子而设计。（事实上，专为Jmol设计。）

　　应用系统要求

　　Jmol应用程序运行在哪些平台上？

　　Jmol 应用程序应该在任何支持Java 1.4的系统上运行。不支持以前版本的Java。

　　性能

　　表现很棒！为什么这么快？

　　它不使用任何Java图形调用。整个图像在屏幕外构建，并通过一个java.awt.Graphics.drawImage操作发送到屏幕。

　　渲染速度真的很慢。我能做什么？

　　获得更快的机器...本世纪建造的东西

　　说服Sun解决图形性能问题

　　查看源代码并找到一些方法来加快速度

　　3D显卡会提高性能吗？

　　高性能的显卡肯定会有所帮助。底层系统花费大量时间将32位RGB位图显示在屏幕上。但是不会使用该卡的3D功能。

　　当我把窗户做得更大时，为什么它变得那么慢？

　　两倍的像素意味着工作量的两倍......如果您的小程序宽度是原来的两倍，高两倍，那么您拥有4倍的像素，因此速度提高了1/4。