分子动力学模拟结果可视化神器OVITO简介及完整版中文手册领取

做过分子动力学模拟的人大概都有过这样的经历：LAMMPS跑了好几天终于出结果了，面对dump文件和log文件，却不知道该怎么把这些数据变成能看的东西。跑出来的原子坐标是一堆数字盯着屏幕看了半小时，除了知道原子大概在哪个位置，别的什么也看不出来。这时候你就需要一个可视化软件，把抽象的数据变成直观的图像。OVITO就是专门为这个目的设计的。

OVITO全称Open Visualization Tool，中文可以叫“开放可视化工具”。名字听起来挺低调，但这个软件在分子动力学领域可以说是无人不知、无人不晓。全球有几万研究者在用，每天打开电脑第一件事就是打开OVITO，看看昨天跑的模拟跑成什么样了。不管做金属、聚合物还是生物分子，大家都用它。为什么？因为它解决了分子动力学领域最大的痛点：怎么把一堆数字变成能看的图。更关键的是，这个软件完全免费开源，不需要任何license。创始人Alexander Stukowski从2009年开始开发，坚持做了十五年，这种人值得尊敬。

安装OVITO特别简单。去官网ovito.org，Windows、Mac、Linux随便选，下载安装包下一步下一步就完事了，整个过程不超过五分钟。需要注意的是，OVITO需要显卡支持，过于老旧的电脑可能显示效果不太好。

打开软件，第一感觉是：这界面也太简洁了吧。左边是场景树，中间是三维显示区域，右边是属性面板，最上面一排按钮都是常用功能。上手极其简单，摸索几分钟就能搞明白。但别被简洁的界面骗了，OVITO的功能远比你想象的强大。

OVITO的功能可以分为几类，下面详细介绍一下。

第一类是可视化与交互功能。这是最基础的功能。导入LAMMPS的dump文件只需要两步：点File → Open，或者直接把文件拖进窗口。拖进去的瞬间，三维模型就显示出来了。鼠标左键旋转，滚轮缩放，右键平移，三分钟就能上手。用下方滑块可以拖动时间轴，播放整个模拟过程。看，原子在动；看，应力在集中；看，裂纹在扩展……这就是分子动力学的魅力，但前提是你得能看见。OVITO让你能看见。

第二类是原子着色与渲染。这是最常用的功能。默认情况下所有原子都是同一种颜色，看久了审美疲劳而且也看不出名堂。这时候点Pipeline里的Add按钮，选择Color coding，你会发现新世界：可以根据能量着色，高能量红色低能量蓝色，能量分布一目了然；可以根据应力着色，哪个地方应力集中一眼就能看到；可以根据位移着色，原子跑了多远清清楚楚；如果是多层结构，还可以按layer ID着色，不同层显示不同颜色，层次分明。着色方案极其灵活，完全看你的需要。此外Select by expression功能可以选中特定条件的原子，然后只显示这些或者改成特定颜色。

第三类是结构分析与识别。这是OVITO的核心功能之一。点Add → Coordination analysis，选择结构识别算法。Ackland-Jones分析可以自动识别FCC、BCC、HCP等晶体结构，还能识别非晶和缺陷。识别结果用不同颜色标注：FCC是一种颜色，BCC是另一种颜色，HCP又是另一种。一个含有位错的模型，结构识别之前看着就是一堆原子，跑一遍识别之后，完美晶格是绿色的，缺陷区域是红色的。哪儿有位错、哪儿有晶界，一目了然。这就是所谓“眼见为实”。这个功能在研究相变、位错、晶界等问题时特别有用，发论文放一张这种图，审稿人挑不出任何毛病。还有Centrosymmetry analysis专门用来识别FCC和BCC金属中的缺陷原子。这些分析结果可以导出成数据，方便后续定量分析。

第四类是缺陷与微观结构分析。这是进阶功能，适合专门做金属塑性变形的研究者。点Add → Dislocation analysis (DXA)，第一次用会提示安装Python插件，点确定就行。安装好之后，DXA会分析轨迹中的位错类型和数量，自动画出位错线，一条位错线在哪儿、是什么类型的伯格斯矢量、产生了多少位错环，这些信息都能统计出来。做过位错研究的人都知道，传统方法分析位错需要做很多切片、画很多图，耗时耗力。用DXA，五分钟就能得到完整结果。这就是工具的价值。还有Grain analysis可以识别多晶材料中的晶粒并统计晶粒尺寸分布，Voronoi analysis可以计算原子的Voronoi体积用来分析密度分布。

第五类是数据测量与导出。这个功能容易被忽略但很强大。点File → Export可以把当前视图导出成图片，PNG、SVG等格式随便选，分辨率可以自己调，论文插图完全够用。也可以导出原始数据：想知道某一帧里能量最高的那十个原子是谁？先用Select by expression选中，然后导出这些原子的ID和能量。配合Python脚本，想怎么分析就怎么分析。还有Surface mesh可以根据原子位置生成表面网格，方便计算表面积。

第六类是高级分析与可视化技巧。除了上面这些，OVITO还有一些比较高级的功能。Slice切片功能可以切掉模型的一部分，只显示特定区域的原子，比如想看材料内部什么样，切一刀就知道。这个功能在分析薄膜、纳米颗粒等结构时特别有用。Velocity vectors可以在原子上画速度箭头，直观显示原子运动方向。Strain tensor analysis可以计算原子级别的应变张量，分析塑性变形。还有Python脚本接口，有编程基础的用户可以自己编写分析插件实现特殊功能。

2024年，我们团队把OVITO的官方手册翻译成了中文。这本手册有近200页，涵盖了OVITO从入门到进阶的所有功能。翻译历时半年，每个功能都配有详细的操作步骤和示例图。为什么要做这件事？因为OVITO的中文资料太少了，很多功能国内用户根本不知道，知道了也不会用。有些人用了很多年OVITO，其实只用了它几十分之一的功能。这本手册，就是想让更多国内研究者能够尽可能多的了解OVITO的全部功能。

中文手册获取方式很简单：一是关注公众号，点赞和点推荐本期推文,并推荐给需要的朋友，然后在评论区留言，我们会在尽快把PDF发给你；二是加入交流群，群里有OVITO的活跃用户平时讨论问题。两种方式都能拿到完整的中文PDF手册。

OVITO这个软件，可能不是科研路上的主角，但一定是最可靠的配角。分析数据的时候用它，看结果的时候靠它。一篇论文能不能发、能不能发好，往往就取决于能不能把结果清晰直观地展示出来。OVITO帮忙做到这一点。