有機物三維虛擬模型的制作和瀏覽

摘要：介紹了Ds ViewerPro 5.0和Cortona VRML Client 5.0兩軟件中常用菜單欄、工具條的使用，并通過具體的實例詳盡分析了使用Ds ViewerPro 5.0制作有機物分子的三維虛擬模型和使用Cortona VRML Client 5.0瀏覽虛擬模型的過程。

關鍵詞：分子模型；虛擬網頁文件；瀏覽器

文章編號：1005－6629(2007)10－0041－03中圖分類號：G633.67 文獻標識碼：B

有機化學教學中對有機物分子結構的理解和掌握一直是一大難點。將有機物分子做成三維虛擬模型， 讓學生們在課堂上自主的瀏覽觀察，可以大大提高他們對有機化學的學習興趣并進一步掌握其結構[1]。本文將推薦兩款操作簡單并可輕松上手的軟件。

1三維虛擬模型的制作

1.1 常用軟件簡介

Chem3D是美國CambridgeSoft公司的重要產品ChemOffice的組成部分，它可以模擬分析分子和原子的立體構型，文件稍大，功能比較齊全，美中不足的是不能生成虛擬網頁文件[2]。

3ds max或Maya均是世界上著名的三維建模和動畫制作軟件之一，功能強大而極其復雜，不容易掌握，也不太適合一般化學教師使用[3，4]。

DS ViewerPro 是Accelrys公司生產的一款高質量的顯示分子模型的工具軟件，常見的有5.0和6.0兩個版本，功能差不多。該軟件可謂是短小精悍，安裝文件只有7M多，安裝后也不到14M。它可以輕松的制作高中所有的有機物分子模型，用戶可以到下面這個鏈接下載它的共享版。該軟件可免費試用一個月，到期后上網注冊方可繼續使用。

http://202.98.56.80/chems/11huaxveruanjian/01

jiegouhueizhi/ViewerPro/dsviewerpro50_trial.zip

1.2 DS ViewerPro主界面

安裝完成后，它的主界面如圖1-1。

1.3常用工具條介紹

主工具條

除了我們熟悉的工具外，最右邊加了適合屏幕、顯示類型、測量（鍵長、原子間距、鍵角等）三個工具。

組份工具條

從左向右分別是加氫、去氫、單鍵、雙鍵、離域鍵、叁鍵、元素選擇、分子優化八個工具。

工具面板

從左向右分別是選擇、旋轉、移動、縮放、扭曲、描繪、環形、折線形、單行注釋、多行注釋、多行標注十一個工具。

另外，用戶也可以建立自己的工具條。選擇菜單欄中View\\Toolbars\\Customize...出現彈出窗口（圖1-2），點擊New將新建的工具條命名為“Mytool”，然后點擊Comands，將自己常用的工具拖入Mytool中（圖1-3）。

1.3 模型的制作

主要使用組份工具、工具面板、右鍵彈出菜單制作所需要的分子模型。

例1 苯酚分子模型的制作

點擊工具面板中環形工具，在模型窗口中拖動鼠標，先制作一個六元環(可以拖大為七、八、九元環也可以拖小為五、四、三元環，默認為碳原子環，圖1-4），然后選擇描繪工具，左鍵點擊六元環中任意一個原子變黃后向外拖動一段距離再點擊左鍵，產生一個支鏈，點擊元素選擇工具，將支鏈上的黃球改為氧原子(圖1-5)，點擊六元碳環中的所有共價鍵，使用離域鍵工具將六個單鍵改為大π鍵。使用加氫工具給制作的模型添加氫原子（圖1-6） 最后選擇菜單欄中View/Spin轉動觀察模型（圖1-7）看是否符合要求。

例2丙氨酸模型的制作

拉動折線形工具制作長度為四的碳鏈，并用適合窗口工具將模型移動到窗口的中間，改用描繪工具為2、3位的碳原子各增加一個原子（圖1-8）。然后改用選擇工具并擊右鍵將部分原子改為為氧原子和氮原子(圖1-9)。

選擇其中一個碳氧鍵擊右鍵或者使用雙鍵工具

改為雙鍵（圖1-10），使用加氫工具給制作的模型添加氫原子，左擊分子優化工具將分子結構優化調整，使它更附合分子實際存在形式(注意要多擊幾次，圖1-11），擊右鍵或者使用顯示類型工具 調出顯示類型窗口（圖1-12），將球棍模型改為比例模型（圖1-13）最后使用菜單欄中View/Spin轉動觀察我們制作的模型。

1.5 旋轉、平移與縮放

點擊旋轉工具并在模型窗口中拖動鼠標，可控制分子模型的翻滾；點擊平移工具并在模型窗口中拖動鼠標，可實現整個場景的平移；點擊縮放工具并鼠標將向上拖動，可實現整個場景的擴大；將鼠標向下拖動，可實現整個場景的縮小。

1.6 測量

鍵長測量 單擊需要測量的共價鍵，變黃后擊右鍵，在出現的彈出菜單中選擇Properties ofC2-C3…(C2-C3表示在碳原子2到碳原子3之間)在出現的窗口中可看到鍵長的大小。

原子間距測量 按住Shift鍵，單擊需測量的兩個原子，變黃后點擊測量工具在模型窗口兩個原子間將出現一條綠色直線同時顯示出它們間的距離。

鍵角測量按住Shift鍵，單擊需測量的兩個化學鍵，變黃后點擊測量工具在模型窗口兩個原子間將出現一條綠色弧線同時顯示出它們間的夾角。

1.7模型的導入導出

導入模型 該軟件支持的文件類型非常多，常見的有MSV、MOL、CIF、XYZ、SMI等十幾種。使用也很方便 ，我們只需將要用的文件拖到該軟件窗口中它就可自動打開。

導出模型 選擇菜單欄中File/Save As...可保存為多種我們需要的文件類型如MSV、MOL、XYZ、SMI、GIF、JPG、BMP、WRL等等。注意WRL類型是虛擬網頁文件，也是課件制作的主要素材。另外，DS ViewerPro自帶的動畫功能很弱，懂3ds max的老師可以將生成的虛擬網頁文件導入MAX中，加入材質、燈光和攝像機制作需要的動畫。

2三維虛擬模型的瀏覽

模型另存為虛擬網頁文件后，不能像聲音、圖片那樣直接打開，應先安裝合適的虛擬網頁瀏覽器。

2.1 常用瀏覽器簡介

CosmoPlayer2.1.1 是Cosmo公司開發的vrml瀏覽器，曾被廣泛使用，但已經長時間沒有更新，因此不支持最新的操作系統和最新高級特性。

Cortona VRML Client 5.0 是ParallelGraphics公司開發的vrml瀏覽器，安裝文件只有1.7M，功能卻毫不含糊，它支持VRML97的所有特性，支持全屏幕，而且還是免費的。可以到下面這個鏈接下載它。http://www.parallelgraphics.com/products/cortona

2.2 直接瀏覽

2.3插入課件中瀏覽

如果將制作的虛擬模型整合到課件中，在課堂教學中將更加方便。Cortona VRML Client瀏覽器是可作為一種控件對象插入到課件中的現在以插入PowerPoint并瀏覽為例作簡單介紹。

打開PowerPoint，在幻燈片中點擊插入\\對象，出現彈出窗口，選擇ParallelGraphics Cortona Control并點擊確定（圖2-2）。在PowerPoint普通視圖下對象窗口中右擊鼠標，選擇屬性，彈出屬性菜單（圖2-3）。通過屬性菜單，可以修改背景色、高度（以像素為單位）、寬度（以像素為單位）、模型文件路徑等重要的屬性。將控件拖到需要的位置并縮放到需要的大小，注意控件盡可能處于幻燈片的中心但不要占滿整張幻燈片 (圖2-4)。這樣在幻燈片放映時，左擊幻燈片虛擬網頁對象以外的地方可以順利實現幻燈片的切換。

最后注意一點，含虛擬模型的課件制作完成后，如果在另一臺電腦上放映時，使用前一定要再次安裝Cortona VRML Client瀏覽器。

參考文獻：

[1]黃劍芳.三維虛擬技術在物質結構教學中的應用初探[J].化學教學，2006，(10)：30-32

[2]李夢龍，王智猛，姜林，劉麗霞.化學軟件及其應用[M].北京：化學工業出版社，2004：14-15

[3]熊歆斌.3D Studio MAX 3.0 入門與提高[M].北京：清華大學出版社，2000：4-5

[4]翟志強.Maya 4動畫特效制作[M]. 北京：清華大學出版社，2002：2-3

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”