Atomic Blender (PDB/XYZ)

Le module complémentaire Atomic Blender (PDB/XYZ) importe des structures atomiques (molécules, cristaux, amas, particules, surfaces, etc.), qui sont décrites dans les fichiers PDB (.pdb) et XYZ (.xyz) (Import PDB/XYZ). L’add-on lit les coordonnées de tous les atomes dans le fichier PDB/XYZ et représente les sticks sous forme de boules dans le monde de Blender. De plus, les sticks, qui sont décrits uniquement dans les fichiers PDB, sont affichés si les sticks sont explicitement répertoriés dans le fichier PDB. Le Principled BSDF shader est utilisé pour décrire les propriétés matérielles des atomes.

Pour l’importation, de nombreuses options peuvent être choisies, qui permettent de représenter les atomes et les sticks de différentes manières. Avec l’aide de plusieurs outils dans le panneau Atomic Blender Utilities panel, les structures atomiques peuvent être modifiées après l’importation.

Notez que les coordonnées des structures atomiques sélectionnées dans le monde Blender 3D peuvent également être exportées dans des fichiers PDB/XYZ.

Motivation générale: Atomic Blender (PDB/XYZ) est intéressant pour les scientifiques, qui souhaitent visualiser leurs structures atomiques décrites dans des fichiers PDB ou XYZ avec Blender. Grâce à Blender, des graphiques sophistiqués de molécules, de structures cristallines, de surfaces, de nanoparticules, de clusters et d’arrangements atomiques complexes peuvent être obtenus. Ces graphiques répondent aux normes des revues de top-niveau, qui ont un facteur d’impact élevé. Voir les Examples à la fin de cette page.

Voir aussi

Informations sur PDB et XYZ

• Description du format de fichier PDB: Wikipedia et RCSB.

• Description du format de fichier XYZ: Wikipedia et Open Babel.

• Certaines notes sur les fichiers PDB et XYZ peuvent également être trouvées sur le site du développeur et les remarques.

• De nombreuses molécules peuvent être téléchargées sur le site du site RCSB (aller sur “Télécharger”).

• Une liste des logiciels qui traitent de PDB de différentes manières peut être trouvée sur le site du RCSB. Il y a aussi Vesta, ASE et tous les calculateurs de chimie quantique utilisés dans la recherche, qui peuvent créer ou même calculer des structures atomiques et les stocker dans des fichiers PDB / XYZ.

Voir aussi

Forum

• Veuillez utiliser le Blender Artists forum pour les commentaires et questions ou directement le Blender chat.

• Il est également possible de poser des questions sur Stack Exchange. Cependant, notez que certains développeurs (comme Blendphys) n’ont pas assez de crédits nécessaires pour donner des réponses sur Stack Exchange.

Indication

Défauts dans une structure atomique

Si vous souhaitez afficher des défauts tels que des lacunes dans une structure atomique, utilisez un “X” pour le nom de l’élément dans le fichier PDB ou XYZ (voir ici). Un défaut est représenté sous la forme d’un cube.

Import PDB/XYZ

Le panneau avec les options d’importation PDB.

Camera & Lamp

Une caméra et/ou une source de lumière sont placées dans le monde 3D. Les deux sont placés de telle sorte que toute la structure atomique puisse être bien vue par la caméra avec suffisamment de lumière provenant de la source lumineuse.

Object to Origin (PDB)

La structure atomique est placée à l’origine (0.0, 0.0, 0.0) du monde 3D.

Object to Origin (XYZ)

Soit dans seulement la première image, soit dans toutes les images, la structure atomique est mise à l’origine (0.0, 0.0, 0.0) du monde 3D.

Boules/Atomes

Type Of

Choisir NURBS, Mesh ou Metaballs pour les atomes. Pour l’option Mesh, les valeurs Azimut et Zenith peuvent être choisies. Les Metaballs peuvent conduire à des effets fantaisistes: par exemple, si elles sont suffisamment grandes, leurs formes se fondent ensemble, montrant une sorte d’effet de surface.

Le panneau avec les options d’importation XYZ.

Scaling Factors

Les rayons des atomes ainsi que les distances entre les atomes peuvent être redimensionnés par un simple facteur.

Type

Le type de rayon de l’atome (atomic, van der Waals or as predefined) peut être choisi.

Sticks/Bonds (seulement PDB)

Use Sticks

Utilisation ou non des sticks. Notez que les sticks doivent être répertoriés dans le fichier PDB. L’add-on ne “calcule” pas les liens possibles entre les atomes, qui sont alors affichés sous forme de sticks!

Type

En général, les options Sector et Radius déterminent respectivement la précision et la dimension des sticks. L’option Smooth signifie toujours qu’un opérateur Smooth est appliqué sur les sticks. L’option Color signifie que le stick est divisé en deux parties, montrant les couleurs des deux atomes respectifs qu’il relie.

Instancing Vertices

The sticks of one element are put into one instancing vertice structure and the sticks appear as cylinders. The instancing vertice structure makes the displaying and loading of many sticks relatively fast (see Section The instancing vertice structure for more info). Options Unit is the length of a unit (a small cylinder): several of such units are put together forming actually the stick (cylinder). The longer the unit length is the less is the number of such units and thus the faster is the displaying. However, if the unit length is too long the stick becomes eventually longer than the bond length (distance between atoms). This can then lead to a “overlapping effect” where a stick intersects the atoms. Option Bonds displays apart from single also double, triple, etc. bonds whereas option Distance is the distance between the bonds measured in stick diameter.

Skin

Les modificateurs skin et subdivision sont utilisés pour construire les sticks. Cela donne un joli réseau de sticks, qui peuvent être utilisés pour montrer, par exemple seulement les liaisons de la structure (supprimez les atomes avant!). Les options SubDivV et SubDivR sont des paramètres de l’opérateur de subdivision. Si l’option Smooth est activée, le profil carré initial des sticks passe à un profil plus circulaire. Notez que si cette option est choisie, il n’y a qu’un seul objet représentant tous les sticks.

Normal

Des cylindres normaux sont utilisés. Pour chaque liaison, un cylindre individuel est utilisé. Si l’option One Object est activée, environ No sticks n’est joint en un seul objet maillé. Cela rend l’affichage des sticks très rapide. Cependant, les sticks individuels n’existent plus.

Frames (uniquement XYZ)

Load All Frames

Charger uniquement la première ou toutes les images.

Skip Frames

Sauter et ne charger que chaque n-ième image. Très utile pour les données volumineuses où il peut être suffisant de n’afficher que chaque 4ème image.

Frames/Key

Afficher un nombre spécifique d’images par clé. De nombreuses images dans une clé mènent à une présentation plus fluide.

Important

N’oubliez pas que le nombre d’atomes dans une frame doit être le même de partout!

The instancing vertice structure

La structure NaCl dans l’outliner.

Il est essentiel de comprendre comment les atomes (et les sticks) d’une structure atomique sont organisés à l’intérieur de Blender. C’est pourquoi nous nous concentrons un peu sur cela dans ce qui suit :

When atomic structures are imported via the PDB or XYZ importer, the atoms are put into a so-called instancing vertice structures, somewhat into “groups” of elements. For instance, all sodium atoms of a NaCl structure form one instancing vertice structure, and the same applies for the chlorine atoms (see figure). In the case of the sodium atoms, there is a collection Sodium that includes the collection Sodium_atom. Within the latter, the Sodium_mesh is composed of the mesh itself (Mesh_Sodium) and a ball called Sodium_ball. The mesh only contains vertices (no objects!), and the vertices are located at the x,y,z positions specified in the PDB/XYZ file. What Blender is doing is simply “duplicating” the “representative” ball Sodium_ball at all the vertices! Because only one ball is used, it makes things incredibly fast by representing, e.g., a thousand of atoms inside Blender. Note that the representative ball is in the center of the structure, without having any meaning. This is the reason why the visibility switch of the representative ball is switched off (see red arrow)!

Il y a quelques conséquences: a) La balle représentative apparaît à tous les sommets avec la même orientation. b) La modification des propriétés matérielles de la balle représentative modifie les propriétés de toutes les balles dupliquées. c) Une boule n’est PAS un objet individuel, c’est plutôt un membre lié de la structure. En fait, l’objet en tant que tel n’existe pas.

La structure NaCl dans l’outliner.

Modifications

Déplacer un atome “individuel”

For this, the respective vertice has to be displaced: go into the Edit Mode and select the atom. You can now displace the atom (vertice).

Modification des propriétés des matériaux (de tous les atomes)

Pour cela, les propriétés matérielles de la balle représentative doivent être modifiées: dans l’outliner, activez la visibilité de la balle représentative (ici, Sodium_ball, voir la flèche rouge sur la figure). Vous pouvez ensuite sélectionner la balle et modifier les propriétés du matériau. Après, rendez invisible la boule représentative, sinon elle apparaît dans la structure.

Séparer un atome

Pour cela, voir Section Separate Atoms.

Pour rendre la manipulation des structures atomiques un peu plus facile, le panneau utilitaire peut être utilisé, voir la section suivante.

Indication

Converting All Atoms of an Instancing Vertice Structure to Real Independent Objects

Do the following: Select the atomic structures with the mouse and use Make Instances Real. With this, you produce real independent objects! In the Outliner, delete the remaining instancing vertice structures, named like « Carbon », « Hydrogen », etc.

Note that if the structures represent many hundreds and thousands of atoms, Blender can be become quite slow: at once, all these new atoms are represented as individual ball objects and Blender has to deal with all of them in several ways. As mentioned above, for each instancing vertice structure, there is only one representative ball object!

Panneau Atomic Blender Utilities

Le panneau Atomic Blender Utilities vous facilite la vie lors de la manipulation des atomes de structures importées.

L’entrée pour l’hydrogène dans le fichier de données personnalisé.

Custom Data File

Un fichier de données personnalisé séparé peut être chargé, qui contiendra pour chaque élément les informations suivantes:

• Tous types de rayons (atomique, VdW, ionique) en Å

• Couleur de balle

• Autres propriétés matérielles pour le shader BSDF Principled.

Une telle option est utile lorsque l’on souhaite utiliser des valeurs prédéfinies pour les rayons des atomes et les propriétés du shader. Un exemple peut être téléchargé à partir d’ici: Fichier de données personnalisé.

Le fichier de données personnalisé est un fichier ASCII, qui peut être dupliqué et modifié par l’utilisateur. Le rayon et les propriétés matérielles des atomes peuvent être modifiés comme suit: ouvrez le fichier ASCII avec un éditeur de texte standard, recherchez le nom de l’atome et modifiez le rayon (Rayon utilisé). Faites de même avec, par exemple, les valeurs RVB pour la couleur (Couleur). La valeur RGBA(1.0, 1.0, 1.0, 1.0) correspond au blanc et RGBA(0.0, 0.0, 0.0, 1.0) au noir. Notez que la dernière valeur d’un tuple de couleur est la valeur alpha de la couleur. De plus, plusieurs autres propriétés telles que Metallic, Roughness et Transmission peuvent être modifiées. Ce sont les propriétés du Principled BSDF shader. Il existe également des propriétés pour Eevee, qui peuvent être utilisées pour déterminer la transparence de l’objet, etc.

Notez que dans l’en-tête du fichier de données personnalisé, toutes les valeurs possibles des options de chaîne P BSDF Subsurface method,``P BSDF Distribution``, Eevee Blend Method et Eevee Shadow Method sont répertoriées.

Le panneau Atomic Blender Utilities.

Dans Blender, le fichier de données doit d’abord être chargé. Les couleurs et les rayons sont modifiés après l’exécution de Apply. Notez que seuls les atomes sélectionnés sont modifiés.

Measure Distances

Avec cet outil, la distance de deux objets en mode objet mais aussi en mode édition peut être mesurée. L’unité est Ångström.

Change Atom Size

Notez que les structures atomiques doivent être sélectionnées!

Type of Radii

Type

Avec ce sélecteur, le type de rayon peut être choisi. Soit on utilise des rayons Predefined, Atomic ou Van der Waals. Les valeurs par défaut des rayons prédéfinis sont les rayons Atomic.

Charge

Pour l’option Ionic radii, l’état de charge peut être choisi et les rayons des objets sélectionnés sont instantanément modifiés. Sélectionnez un type d’atome (par exemple, uniquement tous les atomes d’hydrogène), puis appliquez l’état de charge. Les modifications ne s’appliquent que si un état de charge d’un atome est disponible. Voir, par exemple, dans le Custom data file.

Radii in pm

Tous les rayons d’un type d’atome appartenant à un élément peuvent être manipulés. Tapez le nom de l’atome (par exemple “Hydrogen”) et choisissez le rayon en picomètres.

Radii by Scale

Cela modifie les rayons de tous les atomes et structures d’atomes sélectionnés avec un facteur d’échelle. Tapez le facteur d’échelle et augmentez ou diminuez la taille des rayons en utilisant respectivement le bouton Bigger ou Smaller.

Change Stick Size

The diameter of selected sticks are changed. The buttons Bigger and Smaller allow increasing or decreasing the diameter, respectively. The scale factor determines, how strong the change of diameter will be. By using the Outliner, one can apply these operators on only a selection of sticks (e.g. only the sticks of the hydrogen atoms). Note that changes only apply if the sticks are individual objects, e.g. single cylinders or if the sticks are described in instancing vertice structures.

Change Atom Shape

Il est possible de changer la forme de l’atome en sphère, cube, icosphère, etc. De plus, le matériau de l’atome peut être changé. Tout d’abord, sélectionnez vos atomes dans la fenêtre 3D ou l”Outliner.

Shape

Choisir la forme dans le premier sélecteur.

Material

Choisir l’un des matériaux dans le deuxième sélecteur. Les matériaux ne sont que des exemples, d’autres améliorations peuvent être apportées dans l’onglet Matériaux des Propriétés.

Special

Ici, vous pouvez choisir un objet avec une forme spéciale, un matériau, etc. Ces objets sont assez agréables pour représenter des défauts dans des structures atomiques. Lorsque vous choisissez un objet aussi spécial, vous ne pouvez plus choisir séparément la forme et le matériau comme ci-dessus. Dans les onglets Objets et Matériaux des Propriétés, d’autres modifications peuvent être effectuées.

Button Replace

After all, push the Replace button. The shape and/or material of all selected atoms are then changed. This option works for objects and instancing vertice object structures.

Button Default

Si vous souhaitez avoir les valeurs par défaut (sphères NURBS et couleurs et tailles d’élément spécifiques) des atomes sélectionnés, appuyez sur le bouton Default.

Separate Atoms

Pour séparer des atomes uniques, sélectionnez d’abord les atomes (sommets) dans le mode d’édition. Lorsque vous choisissez le mode d’édition, le bouton Separate apparaît en bas du panneau Atomic Blender Utilities. Si les sélecteurs dans Change atom shape de l’atome restent sur Unchanged, le type d’objet (NURBS, maillage, méta) et ses propriétés ne seront pas modifiés lors de la séparation.

Après avoir choisi les atomes, utilisez le bouton Separate Atoms pour séparer les atomes sélectionnés: les atomes sont maintenant de nouveaux objets uniques, qui peuvent être manipulés de manière standard. Ils apparaissent dans l’Outliner et portent le suffixe _sep.

Exemples

Différentes présentations d’une seule et même molécule.	Partie d’une molécule d’ADN.
Molécules d’hélicène [5] fonctionnalisées sur la surface NaCl (001) (Clemens Barth et al. – Lien vers la publication).	Structure des cellules solaires pour souligner les propriétés des nanocristaux de silicium déposés par un système de pulvérisation pulsée (Mickael Lozac’h et al. - Lien vers la publication).

Cette video a été réalisée par Sébastien Coget (responsible researcher: Frank Palmino) à Femto-ST institute Besançon (France). Le film démontre qu’avec Blender, des films professionnels peuvent être réalisés pour la recherche. Il a été rendu avec Cycles.