VMD可视化hdf5格式的分子坐标文件

DechinPhy

发布于 2021-10-28 15:40:24

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发布于 2021-10-28 15:40:24

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技术背景

VMD是分子动力学模拟领域常用的一款可视化软件，可以非常直观方便的展示分子的运动过程。而VMD本身对展现的格式有一定的要求，如果不是常见的rst等类型的坐标文件的话，就需要自己手动去实现一个可视化的插件。这里我们介绍的是通过VMD来可视化hdf5格式的坐标文件——hdf5是量子化学领域非常常用的一个数据格式，对于规模较大的数据集有很好的性能支持。

安装hdf5插件

这里本地使用的是Ubuntu20.04的系统，如果是其他系统，有可能需要针对性的修改下。首先我们将这个hdf5插件的源码下载到本地：

$ git clone https://github.com/h5md/VMD-h5mdplugin.git
正克隆到 'VMD-h5mdplugin'...
remote: Enumerating objects: 486, done.
remote: Total 486 (delta 0), reused 0 (delta 0), pack-reused 486
接收对象中: 100% (486/486), 1.18 MiB | 2.32 MiB/s, 完成.
处理 delta 中: 100% (302/302), 完成.
$ cd VMD-h5mdplugin/
$ ll
总用量 128
drwxrwxr-x 6 dechin dechin  4096 10月 26 15:58  ./
drwxrwxr-x 8 dechin dechin  4096 10月 26 15:58  ../
drwxrwxr-x 2 dechin dechin  4096 10月 26 15:58  cmake/
-rw-rw-r-- 1 dechin dechin  2133 10月 26 15:58  CMakeLists.txt
-rw-rw-r-- 1 dechin dechin  3190 10月 26 15:58 'Documentation VMD parameters'
drwxrwxr-x 8 dechin dechin  4096 10月 26 15:58  .git/
-rw-rw-r-- 1 dechin dechin    18 10月 26 15:58  .gitignore
-rw-rw-r-- 1 dechin dechin 16210 10月 26 15:58  h5mdplugin.c
-rw-rw-r-- 1 dechin dechin  5000 10月 26 15:58  h5mdtest.c
-rw-rw-r-- 1 dechin dechin 45631 10月 26 15:58  libh5md.c
-rw-rw-r-- 1 dechin dechin  4178 10月 26 15:58  libh5md.h
-rw-rw-r-- 1 dechin dechin   732 10月 26 15:58  LICENSE
-rw-rw-r-- 1 dechin dechin  1300 10月 26 15:58  Makefile
-rw-rw-r-- 1 dechin dechin  2624 10月 26 15:58  README.md
drwxrwxr-x 2 dechin dechin  4096 10月 26 15:58  samples/
drwxrwxr-x 2 dechin dechin  4096 10月 26 15:58  tests/

这里直接clone或者是下载zip压缩包都是可以的，然后按照官方指示，直接执行make，我们发现输出了一个报错：

$ make
HDF5_CC= h5cc -shlib -Wall -Wuninitialized -std=c99 -pedantic -fPIC -I/usr/local/lib/vmd/plugins/include   -c -o h5mdplugin.o h5mdplugin.c
/home/dechin/anaconda3/bin/h5cc: 1: eval: x86_64-conda_cos6-linux-gnu-cc: not found
make: *** [<内置>：h5mdplugin.o] 错误 127

经过了解，这个报错是由于没有安装gxx_linux-64这个库引起的，因此我们直接使用conda安装一下这个库即可：

$ conda install gxx_linux-64
Collecting package metadata (current_repodata.json): done
Solving environment: done
...
Preparing transaction: done
Verifying transaction: done
Executing transaction: done

安装完成后再次执行编译：

$ make
HDF5_CC= h5cc -shlib -Wall -Wuninitialized -std=c99 -pedantic -fPIC -I/usr/local/lib/vmd/plugins/include   -c -o h5mdplugin.o h5mdplugin.c
HDF5_CC= h5cc -shlib -Wall -Wuninitialized -std=c99 -pedantic -fPIC -I/usr/local/lib/vmd/plugins/include   -c -o libh5md.o libh5md.c
libh5md.c: In function 'check_for_pos_dataset':
libh5md.c:94:4: warning: this 'if' clause does not guard... [-Wmisleading-indentation]
   94 |    if(pos_dataset_id>=0)
      |    ^~
libh5md.c:96:5: note: ...this statement, but the latter is misleadingly indented as if it were guarded by the 'if'
   96 |     printf("Position dataset found in group /%s.\n", obj_name);
      |     ^~~~~~
libh5md.c: In function 'h5md_free_timeindependent_dataset_automatically':
libh5md.c:922:2: warning: enumeration value 'H5T_NO_CLASS' not handled in switch [-Wswitch]
  922 |  switch (type_class) {
      |  ^~~~~~
libh5md.c:922:2: warning: enumeration value 'H5T_TIME' not handled in switch [-Wswitch]
libh5md.c:922:2: warning: enumeration value 'H5T_BITFIELD' not handled in switch [-Wswitch]
libh5md.c:922:2: warning: enumeration value 'H5T_OPAQUE' not handled in switch [-Wswitch]
libh5md.c:922:2: warning: enumeration value 'H5T_COMPOUND' not handled in switch [-Wswitch]
libh5md.c:922:2: warning: enumeration value 'H5T_REFERENCE' not handled in switch [-Wswitch]
libh5md.c:922:2: warning: enumeration value 'H5T_ENUM' not handled in switch [-Wswitch]
libh5md.c:922:2: warning: enumeration value 'H5T_VLEN' not handled in switch [-Wswitch]
libh5md.c:922:2: warning: enumeration value 'H5T_ARRAY' not handled in switch [-Wswitch]
libh5md.c:922:2: warning: enumeration value 'H5T_NCLASSES' not handled in switch [-Wswitch]
libh5md.c: In function 'h5md_get_all_infromation_about_property':
libh5md.c:907:22: warning: 'dataset_id' may be used uninitialized in this function [-Wmaybe-uninitialized]
  907 |   int current_status=H5Dread(dataset_id, wanted_memory_datatype, memspace_id, dataspace_id, H5P_DEFAULT, data_out);
      |                      ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
HDF5_CC= h5cc -shlib -Wall -Wuninitialized -std=c99 -pedantic -fPIC -shared -Wl,--no-undefined -L. libh5md.o -o libh5md.so  -lm
HDF5_CC= h5cc -shlib -Wall -Wuninitialized -std=c99 -pedantic -fPIC -shared -Wl,--no-undefined -L. h5mdplugin.o -o h5mdplugin.so  -Wl,-rpath,'\$ORIGIN' -lh5md
HDF5_CC= h5cc -shlib h5mdtest.c -o h5mdtest h5mdplugin.c -I/usr/local/lib/vmd/plugins/include  -Wall -Wuninitialized -std=c99 -pedantic -fPIC -L. -Wl,-rpath,'\$ORIGIN'  -lh5md
$ ll
总用量 288
drwxrwxr-x 6 dechin dechin  4096 10月 26 16:24  ./
drwxrwxr-x 8 dechin dechin  4096 10月 26 15:58  ../
drwxrwxr-x 2 dechin dechin  4096 10月 26 15:58  cmake/
-rw-rw-r-- 1 dechin dechin  2133 10月 26 15:58  CMakeLists.txt
-rw-rw-r-- 1 dechin dechin  3190 10月 26 15:58 'Documentation VMD parameters'
drwxrwxr-x 8 dechin dechin  4096 10月 26 15:58  .git/
-rw-rw-r-- 1 dechin dechin    18 10月 26 15:58  .gitignore
-rw-rw-r-- 1 dechin dechin 16210 10月 26 15:58  h5mdplugin.c
-rw-rw-r-- 1 dechin dechin 17536 10月 26 16:24  h5mdplugin.o
-rwxrwxr-x 1 dechin dechin 26456 10月 26 16:24  h5mdplugin.so*
-rwxrwxr-x 1 dechin dechin 31872 10月 26 16:24  h5mdtest*
-rw-rw-r-- 1 dechin dechin  5000 10月 26 15:58  h5mdtest.c
-rw-rw-r-- 1 dechin dechin  6664 10月 26 16:24  h5mdtest.o
-rw-rw-r-- 1 dechin dechin 45631 10月 26 15:58  libh5md.c
-rw-rw-r-- 1 dechin dechin  4178 10月 26 15:58  libh5md.h
-rw-rw-r-- 1 dechin dechin 31152 10月 26 16:24  libh5md.o
-rwxrwxr-x 1 dechin dechin 40808 10月 26 16:24  libh5md.so*
-rw-rw-r-- 1 dechin dechin   732 10月 26 15:58  LICENSE
-rw-rw-r-- 1 dechin dechin  1300 10月 26 15:58  Makefile
-rw-rw-r-- 1 dechin dechin  2624 10月 26 15:58  README.md
drwxrwxr-x 2 dechin dechin  4096 10月 26 15:58  samples/
drwxrwxr-x 2 dechin dechin  4096 10月 26 15:58  tests/

此时我们发现编译构建成功，并且在当前的目录下生成了很多的so文件，这些动态链接库就是我们需要使用到的文件。接下来我们需要把这些动态链接文件拷贝到vmd的相应目录下，这个跟安装的位置有关系，比如博主的vmd是在local账号下安装的，vmd相关的库文件都在/usr/local/lib/vmd/这个路径下。总之就是需要在本地电脑上找到vmd下的molfile这个文件夹，然后将刚才生成的so文件都拷贝到这个文件夹下即可：

$ sudo cp *.so /usr/local/lib/vmd/plugins/LINUXAMD64/molfile

拷贝完成后，再次启动vmd时hdf5的插件就已经被包含在其中，我们可以直接加载hdf5格式的坐标文件。

VMD-hdf5案例测试

在刚才下载下来的VMD-h5mdplugin库中的samples目录下，有一些可以用于vmd插件测试和演示的样例文件，这里我们展示一下基本的读取过程：

在VMD上新建一个分子，并且将一个样例文件加载到分子信息中：

配置展示的模型和模型参数，比如这里使用了球棍模型：

查看最终展示效果：

总结概要

VMD是一个分子动力学模拟领域常用的可视化软件，hdf5是量子化学领域常用的一个二进制文件存储格式，本文通过介绍VMD-h5mdplugin这个插件的安装和使用方法，进一步演示了如何在VMD上直接展示hdf5格式文件的分子构象。

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