第四章计算机图形化技术在化学中的应用PPT课件

.,1,第四章：计算机图形化技术在化学中的应用,化学化工领域内涉及图形化技术的领域,分子结构（包括平面结构和三维结构）的绘制反应机理示意图（包括反应式）绘制实验流程装置图绘制生产和工艺流程图绘制原子和分子微观状态图绘制及显示化学过程（包括各种分离分析过程）图形化显示实验数据的图形化制作和显示,.,3,Q:计算机如何绘制图形？屏幕的构成？图形的描述方法？图形化语言？Q：计算机图形的基本要素有哪些？位置描述（坐标系）？灰度描述？色度描述？Q:分子结构也是一种图形，有什么特点？利用计算机技术完成分子结构绘制都可以使用哪些方法？Q:根据资源占用、使用方便、功能全面等角度考虑，分析不同方法的优劣。如何用占用资源最少，记录信息量最大，失真最小的方式描述一个分子结构？,.,4,计算机图形格式：计算机平面静态图形文件分为两大类：一类是位图，在编辑位图时针对的是像素点而不是形状，位图放大会产生失真，存储时占较大空间；一类是由函数集描述图像，占有少量空间及内存，因为是用数学函数描绘的，放大不会失真，但比较复杂的图像运算量非常大。,.,5,常见计算机图形格式及其特点,.BMP(bitmap)点位图格式,支持24bit色彩，保存的图像质量不变，要保存每个像素，文件比较大。.JPEG(Jointphotographicexptrsgroup)是一种有损压缩方案(压缩比达20倍），属于位图格式，常用于质量要求不高场合.GIF(GraphicsInterchangeFormat)-是一种图像交换格式，可提供压缩功能，但只支持256色，适合网上传输。.PNG是网景公司开发的新型格式，综合JPG和GIF格式的优点，支持24bit色彩，压缩不失真适合网络使用。(5).rle(RunLengthCompressed)：是一种压缩位图文件格式。特点是无损失压缩，既节省了磁盘空间，又不损失任何图像数据。但是打开这种压缩文件时，要花费更多的时间。,.,6,TIF（TagImageFileFormat）是一种跨平台的位图格式,采用的LZW压缩算法是一种无损失的压缩方案，常用来存储大幅图片。.PCX是一种跨平台格式,是Windows与DOS之间进行图形文件交换的桥梁。.TGA是Windows与3DS进行图形交换的格式。在实用中可以将动画通过视频软件转入电视。.WMF(Metafile)是一种清晰简洁的矢量图形格式,无论放大还是缩小，图形的清晰度不变，用于Word中。.EPSAdobe公司绘图软件Illustrator的矢量图格式，EPS格式常用于位图与矢量图之间交换文件。,几种常见化学结构文件格式,Moleculefiles:Eachmolfiledescribesasinglemolecularstructurewhichcancontaindisjointfragments.Rgroupfiles:AnRGfiledescribesasinglemolecularquerywithRgroups.EachRGfileisacombinationofCtabsdefiningtherootmoleculeandeachmemberofeachRgroupinthequery.Reactionfiles:Eachrxnfilecontainsthestructuralinformationforthereactantsandproductsofasinglereaction.MDLcurrentlyhastwotypesofrxnfiles:theREACCStypeandtheCPSS-rxnfilewrittenbyCPSSprogramsStructure-datafiles:AnSDfilecontainsstructuresanddataforanynumberofmolecules.TogetherwithRDfiles,SDfilesaretheprimaryformatforlarge-scaledatatransferbetweenMDLdatabases.Reaction-datafiles:SimilartoSDfilesinconcept,theRDfileisamoregeneralformatthatcanincludereactionsaswellasmolecules,togetherwiththeirassociateddata.RDfilesareusedprimarilybyISISandREACCS,MACCS-IIcanalsoreadandwriteRDfilesexceptforthereactionstructureinformation.CPSSreadsandwritesRDfileswithembeddedmolfilesandCPSS-rxnfiles.,Aconnectiontable(Ctab)containsinformationdescribingthestructuralrelationshipsandpropertiesofacollectionofatoms.Theatomsmaybewhollyorpartiallyconnectedbybonds.Suchcollectionsmay,forexample,describemolecules,molecularfragments,substructures,substituentgroups,polymers,alloys,formulations,mixtures,andunconnectedatoms.TheconnectiontableisfundamentaltoallofMDLsfileformats.,分子结构描述语言（连接表）,.,11,常用化学图形化软件种类,分子结构绘制软件分子模型绘制软件化工装置和流程绘制软件(CAD)化学实验装置绘制软件实验数据处理与显示软件除了第三条之外，一般把上述软件与化学数据库和电子报表等软件集成为化学办公软件,第一节化学办公软件,化学办公软件的种类：图形绘制和化学文件制作软件，化学数据库应用软件，分子模型制作与显示软件，图谱分析软件等。化学办公软件的功能和应用：辅助完成实验报告、课题总结、学术论文、学术著作，学术交流演示材料的制作过程；科学管理和分析处理实验结果和数据。常见化学办公软件的种类：ISISDraw,ChemOffice,Chemsketch,Chemwindows,DSViewerpro,Alchemy等,分子结构式绘制软件ISISDraw的功能与应用,生产厂家：美国MDL信息系统公司。流行版本：ISISDraw1.0,1.5*,2.0,2.2,2.3，2.4主要功能：绘制二维和三维分子式、绘制化学反应式、绘制反应机理示意图、简单化学反应装置、简单的曲线图和其他示意图。软件的大小：1.5版2.1Mb,2.0版4.8Mb,2.4版7.4Mb(压缩）.操作环境：Windows或Mac环境，采用windows资源。,ISISDraw软件的使用,软件的安装：软件的菜单：软件绘制工具：分子模板：软件参数的设定：分子结构和图形的绘制：ISISDraw软件与其他化学软件的配合。ISISDraw软件与常见通用办公软件的配合。需要说明的一些问题。,ChemSketch软件的功能与应用,ChemSketch的生产厂家:AdvancedChemistryDevelopmentInc.(ACD).最新版本为5.0软件的功能:绘制分子结构式和化学反应式绘制几何、化学示意图、电子云图化学实验装置显示分子的三维结构图计算分子的结构参数和其他简单性质分子结构自动命名和其他功能软件的大小：8.5Mb(压缩),需要12.5Mb硬盘空间.软件的使用环境：windows9x,2000,me,NT,ChemSketch软件的使用性能,软件的菜单,窗口结构和操作指令调整窗口结构和设定参数绘制分子结构和反应式绘制电子云图和其他化学示意图绘制实验装置图三维分子模型的自动生成和演示根据分子结构自动进行命名根据绘制的结构测定分子性质测定分子的空间参数(角度长度两面角),Chemsketch软件的实际应用,绘制分子式和反应式绘制电子云图和分子轨道示意图绘制曲线图和其他简单图形绘制化学实验装置图将绘制的分子结构进行标准化命名将绘制的分子结构转换成三维分子模型进行简单的各种三维分子演示测定绘制的分子相关性质,.,18,Chemsketch软件演示与联系,采用多媒体英语演示软件做动画演示分子结构、分子模型、实验装置、分子结构命名等操作。学生自主软件练习。,Chemoffice软件简介,生产厂商：CambridgeSoftCorporation（美国）公司网址：软件的主要组成（完整版Ultra）：Chemdraw(分子结构绘制软件）Chem3d(分子模型软件）Chemfinder（分子结构数据库软件）Cheminfo（分子字典软件）软件的主要版本：流行的有4.0，4.5，5.0，以及2005，2006，2008版等,软件的主要功能,能够绘制各种分子结构与示意图能够转换并显示分子模型图能够建立并使用分子结构数据库（带检索功能）能够根据绘制的分子结构估计其NMR的化学位移数据进行简单的量子化学计算并给出分子的基本数据绘制化学装置图,软件的主要界面,Chemdraw界面窗口Chem3d界面窗口Chemfinder界面窗口,.,22,.,23,Chemoffice软件功能与操作演示,软件基本结构与功能演示Chemdraw功能与操作演示Chem3D功能与操作演示Chemfinder功能与操作演示软件公司产品介绍,第二节计算机辅助分子模型建立与结构分析软件,采用计算机辅助建立预定结构的分子模型，并进行多种方式演示，为进行构效关系研究提供基础对建立的分子模型进行结构调整和优化，使之反应分子实际状况对得到的具有理想结构的分子模型进行结构参数分析和测量提供手段。提供相应分子结构的详细结构参数，以及由这些结构衍生出的物理化学性质。为进一步构效关系研究提供结构信息,.,25,建立分子模型的理论和实际意义,解决分子微观结构的可视化问题为测定分子结构参数提供方便条件为研究分子反应机理，研究分子相关物理化学性质提供结构参数为研究材料的多层次结构，以及构效关系提供依据,.,26,分子模型的表示（显示）方法,线状显示：线段标识化学键，交点标识原子位置，特点：结构简洁清晰，不易搭建实际模型。棒状显示：用一定直径圆棒代替线段，特点是可以搭建实际模型球棒状显示：用一定直径和颜色的小球代表原子，小球之间用圆棒连接构成分子模型，特点是更加容易搭建实际模型电子云填充显示：根据量子力学计算的电子云密度构建分子模型，更切合分子实际状态，但是难于搭建分子模型分子外表面显示：反应电子显微镜下的分子轮廓其他显示方法。,.,27,需要解决的技术问题,提供建立和修改分子结构模型的工具和方法提供化学和物理规则检验手段，保证建立的分子模型符合规定使建立的分子模型具有三维演示功能可以采用多种显示方式显示以供不同场合应用提供必要的结构信息分析与测定手段提供分子结构的优化能力，保证得到正确的分子结构对于分子结构提供多层次、多角度进行参数分析的能力和工具,常见的分子模型演示软件,Chemsketch附带的3DViewerISISDraw附加3D插件ChemOffice附带的Chem3DWeblabViewer*（DSViewerpro)AlchemyII软件（兼有结构化学计算功能）,DSViewerPro分子分析演示软件,软件的基本特点：MolecularSimulationsInc(MSI)产品，目前版本为5.0版，压缩后体积为7.4Mb，需要硬盘空间13.5Mb，另外有一个4Mb左右的分子模型库，包括200余种各种常见分子模型。网址：。ftp:/,.,30,显示分子模型：棒状、球棒状、空间填充状，生物大分子显示方法，矿物晶体显示方法，模拟电子显微镜下状态。分子结构分析：分子（晶胞、蛋白质等），链段（肽链，核酸链等），链组成（氨基酸、核酸等），原子组成，化学键组成。结构参数测定：键长、键角、两面角、分子组成等。常见各类分子模型库：DNA片断，与环境相关的物质，无机化合物，材料类物质，天然产物类，石油产品类，药物类，蛋白质类，小分子类，一般化合物类。分子模型的输出如输入方法：输出格式：.msv,PDB格式，MDL格式，XYZ坐标格式，VRML格式，GIF格式，JPEG格式，BMP格式等13种。输入格式共18种。,DSViewerPro软件的安装与使用,软件的安装：zip软件解压，setup安装软件窗口：3DWindow,hierarchyWindow,datatable.3DWindow:菜单（view,tools,modify,window),操作工具（分子模型建立工具，分子模型操作工具，分子模型测量工具等）hierarchyWindow：分子树，datatable：数据表，卡片标识软件的基本使用方法。,DSViewerPro软件的使用方法介绍,分子模型的建立和修改方法分子模型的演示方法分子结构参数的测定方法分子结构组成的分析方法分子模型数据的输出与输入方法,第四章思考题,1化学工作者需要分子结构绘制软件做哪些工作？与手工绘制和绘图工具绘制相比，分