MOL4D分子图形系列软件 Ribbons

起因

这是 MOL4D 分子图形系列的存档记录：原作者的博客已被封锁，这款 90 年代 DOS 平台的蛋白质分子图形软件资料面临失传，特此转载保存。原文链接：https://blog.csdn.net/zzwu/article/details/8285144

这篇在讲什么

MOL4D 系列在蛋白质显示上分两层：基础型 MOL4D 只能显示原子级结构；增强型 MOL4DP 负责从原子坐标里“提取”主链和二级结构，再交给专用造型软件 RIBBONS 画成各种带状/卡通模型。整条流水线是：PDB/ENT 数据文件 → MOL4DP 提取主链与高级结构 → 中间文件 → RIBBONS 造型输出。

技术背景

为什么需要“带状图”：蛋白质可视化的抽象层级

一个蛋白质动辄几千个原子，全原子显示出来就是一团线球，主链走向和折叠方式反而看不清。分子生物学的惯例是改用带状图（ribbon diagram）：只画主链的走向路径，α 螺旋画成螺旋带/圆柱，β 折叠画成扁平箭头，杂乱的全原子模型就变成了可读的“卡通图（cartoon）”。这一表示法由 Jane Richardson 在 1980 年代确立，先有手绘规范、后有软件实现，如今 PyMOL/Chimera 的 cartoon 视图都是它的延续。MOL4D 系列做的正是当年 DOS 平台上的这件事。

从坐标到带状体：数据逐步瘦身

PDB 文件里只有原子坐标（ATOM 记录）这类几何数据，带状图的“结构感”要软件自己长出来：先识别主链（肽链）与氨基酸序列，再按主链几何识别 α 螺旋/β 折叠等二级结构，最后沿主链 CA 原子连线生成样条曲面（扁平带、圆带、丝带、卡通圆柱）。每一层都是对下一层的抽象压缩——这正是 MOL4DP 五条功能（提取主链、提取序列、识别螺旋、生成初步模型、输出给 RIBBONS）的来由。

1995 年的硬件约束

文中的参数今天看寒酸，当年是硬指标：IBM 386 + 4MB 内存显示 6000 原子、TVGA8900 显卡、640×480 标准 VGA 或 VESA 1024×768×256 色模式。DOS 图形程序直接写显存、调 VESA 中断，分辨率和颜色数由显卡 BIOS 决定——这直接引出文末 DOSBox 的兼容性问题。

MOL4DP介绍

 这是一个为研究蛋白质而设计的分子图形软件MOL4D，基本型MOL4D也能用它提供的模型来显示蛋白质的原子级的结构，但不能提取它们的主链及高级结构，因而也无法显示它们。MOL4DP是专门为研究蛋白质而设计的分子图形软件，它在MOL4D的基础之上，再加以下功能：

为适应蛋白质分子的需要，最大可显示包含6000个原子的分子（1995年，在IBM-386机器上，仅4M内存，使用TVGA8900显卡）；
能够从仅含几何参数(原子坐标)的分子数据文件中，提取出蛋白质的高级结构，包括蛋白质的主链（肽链），提取氨基酸序列，提取主链中的Alpha螺旋（如果有），等。
为这些高级结构产生初步的显示模型。
将这些高级结构用适当的数据结构表示，将它们输出为各种文件，让MOL4D系列中的蛋白质专用造型软件(Ribbons.exe，见下)为它们进行高级的造型。
支持ENT和PDB格式的数据文件，从其中读取ATOM数据、主链、ALPHA螺旋、Beta折叠等，并调用RIBBONS软件显示主链的各种带状结构，和蛋白质的各种高级结构，或直接显示蛋白质的详细到原子级的各种分子模型。

蛋白质高级造型

图1 先要利用MOL4D（P增强型）提取各种蛋白质分子主链（黄色），以供RIBBONS 造型使用， RIBBONS 本身不接触复杂的蛋白质分子文件。

图2 进入RIBBONS软件先利用 Load命令选择一个主链文件并作大小、角度的调整，再用Model产生下面所有图形。

图3 利用RIBBONs，根据主链可画出扁平折叠式带状模型

图4 用RIBBON画出双面填充颜色的折叠式带状模型

图5 用RIBBON画出双面填充颜色的折叠式带状模型

图6 用RIBBON画出光滑的扁带状模型

图7 用RIBBON画出光滑的圆带模型

图8 用RIBBON画出光滑的丝带状模型

图9 用RIBBON画出光滑的带状模型，此带应加厚度会更好。

图10 用RIBBON画出卡通模型，将alpha螺旋用一圆柱体表示，即所谓的carton图

图11 用RIBBONs 画出carton图，再把相互间的折线形连线光滑成曲线

图12 用RIBBON画出彩色卡通模型

图13 体视对（适宜于打印输出）

图14 原有封面

DOSBox 兼容性实测

注：上述图形都是在下的程序匆促完成并记录成图片，现在看来还可做的更精细些，例如抗锯齿，为各种扁平带子加点厚度，卡通图端点连接…，这些问题在移植到windows后需要加以考虑。下面这个图是在Win7下利用DOSBOX直接运行DOS软件RIBBONS得到，但接下来的上述其他图形要使用1024*768,256色的图形模式，在DOSBOX下无法产生：

说明：在win7下利用DOSBOX可直接运行DOS的RIBBONS软件。RIBBONS先利用Load命令在640_480标准VGA图形模式打开一幅分子图形，调整图像大小和角度，这些工作完全正常。然后在选择一种Model 进入VESA标准的1024_768高分辨率造型时产生错误。这就是说，DOSBOX仅支持标准VGA，不支持VESA标准的1024*768模式，否则就可以利用它在win7下来产生前面所有图形。

踩坑记录与注意事项

DOSBox 的 VESA 支持与版本、设置相关：上文实测是标准 VGA 正常、VESA 1024×768 报错；较新的 DOSBox 默认按 SVGA 模拟（dosbox.conf 里 machine=svga_s3 等），支持 VESA 2.0 的高分辨率模式，遇到同样报错先改 machine 设置和 memsize 再试；
DOS 程序切显示模式靠 INT 10h/VESA 中断：换模拟器或真实硬件，行为差异都出在各家 VESA 实现的完整度上；
256 色截图的像素感是时代限制：不是软件缺陷，当年这已是高分辨率模式；
本篇以存档为主：原作者博客已无法访问，原始文字与图注尽量保持原貌，未做改写。

分子图形软件MOL4D Ribbons

Contents

起因