电子密度、自旋密度与 ESP
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跳转到“目录”路径均相对教程材料根目录（同时含 human/ 和 shared/）。先完成安装，按准备新工程开始；每次换对象后重新打开其对象属性。
密度表面按 ESP 着色
跳转到“密度表面按 ESP 着色”1. 导入水二聚体并查看计算记录
跳转到“1. 导入水二聚体并查看计算记录”详细说明见附录 A1：了解电子密度、ESP、计算段与能量单位。
- 点击 N 侧栏 → 导入与导出 → 导入 → 导入 Gaussian / ORCA / Cube / XYZ。
- 选择文件
shared/data/public/gaussian-v2/P03/water-dimer.fchk并完成导入。 - 选中新原子对象，按
F2命名为 P03-atoms（包含 6 个原子）。 - 点击 打开对象属性，在 科学记录与振动模式 中确认电子总能量约为
-152.027859 Eh。
2. 生成电子密度场
跳转到“2. 生成电子密度场”详细说明见附录 A2：了解电子密度、ESP 与自旋通道。
- 选中 P03-atoms，在对象属性中点击 创建视图与工具 → 计算 → 生成量子化学场。
- 配置参数：
- 物理量（Quantity）：电子密度（Electron density）
- 网格间距（Grid spacing）：
0.2 Å - 网格边距（Grid margin）：
3.0 Å - 内存预算（Memory budget）：
512 MiB
- 点击 确定（OK），生成场对象并重命名为 P03-density。
3. 生成静电势场
跳转到“3. 生成静电势场”- 在 N 侧栏 → QC 对象导航 中切回 P03-atoms 并打开对象属性。
- 再次点击 生成量子化学场，配置参数：
- 物理量：静电势（Electrostatic potential）
- 网格间距：
0.2 Å - 网格边距：
3.0 Å - 内存预算：
512 MiB
- 点击确定，生成场对象并重命名为 P03-esp（单位为
hartree/e）。
4. 用 ESP 为密度表面着色
跳转到“4. 用 ESP 为密度表面着色”详细说明见附录 A3：了解密度几何与 ESP 着色。
- 选中 P03-density，打开对象属性。
- 在 几何表示 中设置参数：
- 正值阈值（Positive Isovalue）：
0.004
- 正值阈值（Positive Isovalue）：
- 进入 颜色映射 → 选择／替换着色场，配置参数：
- 场（Field）：选择
P03-esp - 颜色最小值（Color minimum）：
-0.05 - 颜色最大值（Color maximum）：
0.05
- 场（Field）：选择
- 点击确定，截图保存至
human/screenshots/P03-density-esp-binding.png。
- 在大纲视图中隐藏独立的 P03-esp 表面，视口切至 材质预览，观察密度表面呈现位置相关的平滑渐变色。
5. 设置颜色范围与图例布局
跳转到“5. 设置颜色范围与图例布局”详细说明见附录 A4：了解颜色范围与图例布局。
- 保持 P03-density 活动，在 颜色映射 中核对数值映射范围：
- 颜色最小值：
-0.05 - 颜色中心值：
0 - 颜色最大值：
0.05
- 颜色最小值：
- 展开 图例排版（Legend Layout），配置图例参数：
- 显示图例（Show Legend）：开启
- 长度（Length）：
2.6 - 宽度（Width）：
0.25 - 字号（Text Size）：
0.2 - 小数位数（Decimal Places）：
3 - 位置（Position）：
(3.5, 0, 0) - 旋转（Rotation）：
(1.5707963, 0, 0)弧度
- 按小键盘
1切至前视图，核对表面与图例刻度。截图保存至human/screenshots/P03-legend-layout.png。
- 在 材质属性 → QCBlender · 节点材质 中测试将 反转（0 或 1） 设为
1，表面和图例颜色将同步翻转；测试完毕后改回0。
应用色带预设
跳转到“应用色带预设”6. 应用 Viridis 色带预设
跳转到“6. 应用 Viridis 色带预设”详细说明见附录 A5：比较 QC Default、Viridis 与 Cividis。
- 保持当前着色密度表面为活动对象。
- 进入右侧 材质属性 → QCBlender · 节点材质。
- 在 颜色映射 下点击 应用色带预设…（Apply Color Ramp Preset…）。
- 在弹窗中选择参数：
- 色带预设（Color Ramp Preset）：
Viridis
- 色带预设（Color Ramp Preset）：
- 点击 确定（OK），表面与图例色彩同步更新。截图保存至
human/screenshots/P03-color-presets.png。
7. 比较 Cividis 并练习撤销与重做
跳转到“7. 比较 Cividis 并练习撤销与重做”- 重新打开色带预设对话框，选择
Cividis并点击确定。 - 按
Ctrl + Z（撤销）恢复 Viridis，按Ctrl + Shift + Z（重做）重新应用 Cividis。
8. 核对颜色反转与预设保留的参数
跳转到“8. 核对颜色反转与预设保留的参数”详细说明见附录 A6：了解共享材质与图例同步。
- 测试将 反转（Reverse） 设为
1，确认在 Cividis 预设下也能正确反转。 - 测试完毕后恢复 反转 = 0。
- 确认颜色范围（-0.05 至 +0.05）和图例位置在切换预设后保持完好。
原子电荷与偶极
跳转到“原子电荷与偶极”9. 按 Mulliken 电荷为原子着色
跳转到“9. 按 Mulliken 电荷为原子着色”详细说明见附录 A7：了解 Mulliken 电荷与颜色范围。
- 在大纲视图中隐藏密度表面，选中 P03-atoms 并打开对象属性。
- 在 科学记录与振动模式 → 设置原子电荷着色 中选择：
- 电荷类型：
Mulliken
- 电荷类型：
- 点击确定，在 图例排版 中开启 显示图例。
- 调整 颜色映射 → 电荷最大值 为
0.5 e，观察氧显负电（红）、氢显正电（蓝）。
10. 创建偶极箭头并调整显示长度
跳转到“10. 创建偶极箭头并调整显示长度”详细说明见附录 A8：了解偶极矩与显示长度。
- 保持 P03-atoms 活动，点击 创建视图与工具 → 空间工具 → 创建偶极矢量。
- 选中新生成的对象 QC dipole，进入右侧 修改器属性。
- 调整参数：
- 每 Debye 对应的 Å（Angstrom per Debye）：从
0.5改为1.5
- 每 Debye 对应的 Å（Angstrom per Debye）：从
- 确认箭头方向保持不变、长度放大至三倍。截图保存至
human/screenshots/P03-charge-dipole.png。
- 隐藏偶极对象并关闭原子电荷图例，重新恢复密度表面可见。
选择其他密度
跳转到“选择其他密度”11. 生成氧分子的非零自旋密度
跳转到“11. 生成氧分子的非零自旋密度”自旋密度采用 Alpha−Beta 约定；本页闭壳层水二聚体的自旋密度为零，因此改用开壳层氧分子。完成本步后隐藏氧分子及其场，恢复 P03 原子和密度表面、保持独立 ESP 表面隐藏，再继续其他 P03 专题。
详细说明见附录 A9：了解 Alpha、Beta、自旋密度与闭壳层。
- 在当前工程中导入开壳层样例
shared/data/public/gaussian-v2/P01/o2-uhf.fchk，原子对象命名为 P01-spin-atoms。 - 选中 P01-spin-atoms，点击 生成量子化学场，配置参数：
- 物理量：自旋密度（Spin density）
- 网格间距：
0.2 Å - 网格边距：
3.0 Å - 内存预算：
512 MiB
- 确定后生成对象并重命名为 P01-spin-density。
- 在 几何表示 中设置参数：
- 正值阈值：
0.002 electron/bohr^3
- 正值阈值：
- 隐藏 P03 对象，观察氧分子周围的非零自旋密度曲面。截图保存至
human/screenshots/P01-spin-density.png。
零点、外观与外部场
跳转到“零点、外观与外部场”12. 保留色域上下限并将中心锚定为零
跳转到“12. 保留色域上下限并将中心锚定为零”详细说明见附录 A10：零点锚定与单侧色带。
- 选中 P03-density 的 ESP 着色表面，确认当前上下限为
-0.05/+0.05 hartree/e。 - 在 N 侧栏 → 外观与标签（Appearance and Labels） 点击 将颜色中心锚定于零点（Anchor Color Center at Zero），核对上下限保留、中心值为 0。
- 保持零锚定，将颜色最小值改为
0，最大值保留0.05。正值单侧范围只使用色带正半边；图例标注实际的0…0.05 hartree/e，不显示不存在的负值范围。截图保存至human/screenshots/P03-zero-color-anchor.png。
下图对应本步 ESP 的单侧显示范围；ALIE 的独立配对与正值范围另见步骤 14。
- 将下限恢复为
-0.05。需要自由中心时点击 使用自由颜色中心（Use Free Color Center），在上下限之间设置中心。普通 Viridis/Cividis 等顺序色带不需要强制零锚定。旧工程若提示升级，可先用 升级零点锚定颜色映射（Upgrade Zero-Anchored Color Mapping） 创建独立图副本；自定义连接不被强制改写。
13. 应用外观预设和独立 vdW 壳
跳转到“13. 应用外观预设和独立 vdW 壳”详细说明见附录 A11：外观预设与独立 vdW 外壳。
vdW 壳按各原子的范德华半径形成独立显示层，不是电子密度等值面。
- 选中 P03-atoms，在 外观与标签（Appearance and Labels） → 应用外观预设（Apply Appearance Preset） 选择 柔光（Soft）；对 P03-density 也可应用 柔光 / 高光 / 插画（Soft / Gloss / Illustration） 并比较高光。等值面阈值、ESP 数组、色域和色带继续沿用原设置。共享同一材质的其它视图也会改变外观。
- 切回 P03-atoms，点击 创建或更新 vdW 外壳（Create or Update vdW Shell），设 不透明度（Opacity） = 0.18、可见（Visible） = 开启、球体细分质量（Sphere quality） = 2。
- 用同一入口切换 可见（Visible） 或调整 不透明度（Opacity），核对壳层与原子、密度表面分别显示。截图保存至
human/screenshots/P03-appearance-vdw-shell.png。
14. 导入 ALIE 完整场与表面
跳转到“14. 导入 ALIE 完整场与表面”详细说明见附录 A12：ALIE 有效域与表面顶点。
ALIE 是平均局域电离能。本功能导入外部计算好的场及有效域，不在 Blender 内重新求解。低密度区的原生 0 不能当成 ALIE 为零的物理结论。
- 选中原始静态 P03-atoms，在 N 侧栏 → 科学结果（Scientific Results） → 导入分析（Import analysis） 选择 ALIE 配对场（ALIE field pair）。
- 设置 原生输出 / 几何 Cube（Native output / geometry Cube） 为
shared/data/public/analysis-v1/alie/surf.cub，IGMH atmdg / 映射 Cube（IGMH atmdg / color Cube） 为shared/data/public/analysis-v1/alie/mapfunc.cub；ALIE 最低有效密度（科学计数法）（ALIE minimum density (scientific notation)） = 1e-8（electron/bohr^3）。 - 导入后选择新密度几何表面，命名为 P03-ALIE。以
rho=0.001 electron/bohr^3表面观察 ALIE 着色，核对颜色单位为hartree。独立着色场保持隐藏。 - 在 外观与标签（Appearance and Labels） 点击 将颜色中心锚定于零点（Anchor Color Center at Zero），将显示颜色下限设为
0.48、上限设为0.82 hartree，中心保持0。截图保存至human/screenshots/P03-alie-fields.png。
本例完整有效网格的自动颜色范围约为 0.47697–19.7781 hartree。截图手动使用 0.48–0.82 hartree 展示表面差异及正半色带；这是显示范围，不重算 ALIE，也不改变表面密度阈值、低密度有效域或原始数组。
- 需要完整原生表面顶点时，选回 P03-atoms，用 ESP / ALIE 表面顶点（ESP / ALIE surface vertices） 导入
shared/data/public/analysis-v1/alie/vtx.txt，设置 物理量（Quantity） = ALIE、表面定义 / 阈值（Surface definition / threshold） = rho=0.001 electron/bohr^3。原始 a.u./eV/kcal/mol 列分别保留。 - 需要表面积分布时，用 ESP / ALIE 面积分布（ESP / ALIE area distribution） 导入
shared/data/public/analysis-v1/alie/stdout.log，设 物理量（Quantity） = ALIE、数值单位（Value unit） = eV 和同一表面定义；按统一结果与 CSV/SVG以源分箱中心为 X、面积为 Y 导出柱图。
完整场数组保留，低于声明密度下限的样本通过有效标志排除。顶点不是均匀或面积加权采样，不能把顶点计数直方图称作表面积分布；本例面积分布来自原生三角形面积。
15. 导入 RDG/NCI 成对场
跳转到“15. 导入 RDG/NCI 成对场”详细说明见附录 A13：RDG/NCI 配对与哨兵排除。
RDG 是约化密度梯度；NCI 图常用 RDG 确定几何、用 sign(λ₂)ρ 着色，两者的单位不同。
- 选回原始静态 P03-atoms，在 导入分析（Import analysis） 中选择 RDG / NCI 配对场（RDG / NCI field pair）。
- 设置 原生输出 / 几何 Cube（Native output / geometry Cube） 为
shared/data/public/analysis-v1/rdg/func2.cub，IGMH atmdg / 映射 Cube（IGMH atmdg / color Cube） 为shared/data/public/analysis-v1/rdg/func1.cub，RDG 密度截断值（RDG density cutoff） = 0.05。 - 选择新 RDG 几何表面，以默认等值面
0.5观察；核对 RDG 无量纲，sign(λ₂)ρ 的颜色单位为electron/bohr^3。截图保存至human/screenshots/P03-rdg-fields.png。
本例高密度区的原生 RDG=100 是程序的排除标志，导入时记录为有效域外，不解释为真实极大值。两份场必须同构型、同原子顺序、同网格；不自动重采样或猜测另一份 Cube。
附录：参数、原理与输入规范
跳转到“附录：参数、原理与输入规范”A1. 了解电子密度、ESP、计算段与能量单位
跳转到“A1. 了解电子密度、ESP、计算段与能量单位”电子密度表示空间中电子数的分布。ESP 是静电势，描述单位正试探电荷在该位置的势能。
Eh（Hartree）是能量单位；RHF 是本例所用计算方法的名称，6-31G(d) 是基组名称，两者说明这份能量的计算条件。
A2. 了解电子密度、ESP 与自旋通道
跳转到“A2. 了解电子密度、ESP 与自旋通道”electron/bohr^3 表示每立方 bohr 的电子数；hartree/e 表示每单位元电荷的势能，用于描述 ESP。网格和内存参数的用途见主线参数表。
生成量子化学场（Generate Quantum Field） → 物理量（Quantity） 决定要从这份计算结果生成哪一种空间场。本节先生成两种场，分别用来确定表面外形和颜色：
Alpha、Beta 是两个自旋通道。电子总密度是两通道密度之和，自旋密度在这里采用 Alpha 密度减去 Beta 密度的约定。
- 电子密度（Electron density）：电子总密度，即 Alpha 与 Beta 两个自旋通道密度之和。用于画出分子周围的密度表面。
- 静电势（Electrostatic potential）：包含核与电子贡献的静电势。本例用它为密度表面着色，观察同一表面上不同位置的 ESP。
其他密度选项的区别与自旋密度案例见本页选择其他密度；轨道选项 分子轨道（Molecular orbital） 见主线轨道案例。
A3. 了解密度几何与 ESP 着色
跳转到“A3. 了解密度几何与 ESP 着色”这里用密度确定表面位置，用 ESP 确定颜色。隐藏独立 ESP 表面后，着色仍使用它的场数据。
选择／替换着色场（Select / Replace Color Field） → 场（Field） 选择提供颜色数值的场。首次建立映射时，颜色最小值（Color minimum） / 颜色最大值（Color maximum） 设置色带范围；以后替换着色场会保留现有范围，需要按新场的单位核对。本例选择 ESP，图例和颜色范围因此采用 hartree/e。
A4. 了解颜色范围与图例布局
跳转到“A4. 了解颜色范围与图例布局”色带把数值范围映射为颜色。颜色范围决定哪些数值对应色带的低端、中点和高端，适合让不同视图使用同一尺度比较；范围外的有效值使用端点颜色。
- 颜色最小值（Color Minimum）：色带低端对应的值，本例设为 −0.05 hartree/e。
- 颜色中心值（Color Center）：色带中点对应的值，本例设为 0 hartree/e，将正负 ESP 分开放在中点两侧。
- 颜色最大值（Color Maximum）：色带高端对应的值，本例设为 0.05 hartree/e。
- 反转（0 或 1）（Reverse (0 or 1)）：
0使用当前颜色顺序，1反转颜色顺序；适合调整配色方向，不改变 ESP 场值。
图例标出颜色对应的数值和单位。长度、宽度调整色条尺寸，字号调整文字大小；位置以当前视图对象为参考，尺寸和位置均使用视图局部布局单位。小数位数控制图例标签的显示精度。
A5. 比较 QC Default、Viridis 与 Cividis
跳转到“A5. 比较 QC Default、Viridis 与 Cividis”色带预设（Color Ramp Preset） 提供一组颜色与插值设置，适合快速统一图的配色。物理量、单位和数值范围继续由当前视图决定。按当前图的阅读目的选择：
- QC 默认（QC Default）：低端红、中点白、高端蓝，适合在本例中区分零点两侧的正负 ESP。
- Viridis：从紫色经蓝绿色到黄色连续变化，适合观察数值由低到高的分布；零点的位置仍按图例读取。
- Cividis：从深蓝到黄色连续变化，也适合观察数值高低；可与 Viridis 比较，选择更容易辨认细节的一种。
上述颜色顺序以 反转（Reverse）=0 为准。本节先应用 Viridis，再比较 Cividis，并练习取消、撤销和重做。
A6. 了解共享材质与图例同步
跳转到“A6. 了解共享材质与图例同步”材质可以被多个视图共享。对话框中所列材质的所有使用者，以及使用它的图例，都会一起更新。
A7. 了解 Mulliken 电荷与颜色范围
跳转到“A7. 了解 Mulliken 电荷与颜色范围”Mulliken 电荷是按一种电子分配方法得到的原子部分电荷，单位 e 为元电荷。电荷最大值（Charge Maximum）设置色带高端对应的电荷值，不改变原子电荷数据。
设置原子电荷着色（Set Atomic Charge Colors） → 电荷方法（Charge method） 选择源文件中已有的原子电荷方法；列表随文件内容变化，操作不会重新计算另一种电荷。本例源文件提供 Mulliken，选它后可用原子颜色查看各原子的部分电荷。最小值（e）（Minimum (e)） 和 最大值（e）（Maximum (e)） 设置初始颜色范围，后续在 颜色映射（Color Mapping） 调整。
A8. 了解偶极矩与显示长度
跳转到“A8. 了解偶极矩与显示长度”偶极矢量用大小和方向描述电荷分布；Debye 是偶极矩单位。修改器（Modifiers）是调节几何处理参数的修改器面板；每 Debye 对应的 Å（Angstrom per Debye）设置每 Debye 对应的箭头显示长度，单位为 Å，不改变源偶极矩。
A9. 了解 Alpha、Beta、自旋密度与闭壳层
跳转到“A9. 了解 Alpha、Beta、自旋密度与闭壳层”当需要区分两个自旋通道，或观察它们的差异时，在 生成量子化学场（Generate Quantum Field） → 物理量（Quantity） 选择下面的密度，网格操作与步骤 2 相同。
闭壳层指电子成对占据空间轨道，本例水二聚体的两个通道相同。
- Alpha 密度（Alpha density）：只看 Alpha 自旋通道的电子密度，适合单独观察该通道的空间分布。
- Beta 密度（Beta density）：只看 Beta 自旋通道的电子密度，可与 Alpha 密度比较。
- 自旋密度（Spin density）：Alpha 密度减去 Beta 密度，适合查看两个通道的差异；正值表示 Alpha 密度较大，负值表示 Beta 密度较大。
本页水二聚体是闭壳层，两个通道相同，自旋密度为零。正文步骤 11 改用开壳层氧分子生成非零自旋密度；完成后恢复水二聚体的显示，继续其他 P03 专题。
A10. 零点锚定与单侧色带
跳转到“A10. 零点锚定与单侧色带”零点锚定固定物理零点对应的颜色中心，保留声明上下限。仅有正值时使用色带正半边，仅有负值时使用负半边；图例只显示实际范围。顺序色带可继续用自由中心。旧图升级生成独立副本，保留原图；它只调整显示映射，不改科学值、单位或有效域。
A11. 外观预设与独立 vdW 外壳
跳转到“A11. 外观预设与独立 vdW 外壳”外观预设仅调整粗糙度、高光和涂层，保留透明度、色带与科学范围；共用材质的视图同步改变。vdW 壳按元素半径建立独立几何层，与球棍和电子密度曲面解耦；它不是计算所得密度边界，透明度和细分只影响显示。
A12. ALIE 有效域与表面顶点
跳转到“A12. ALIE 有效域与表面顶点”几何 Cube 保存密度，映射 Cube 保存 ALIE，必须同网格、同构型。默认最低有效密度为 1e-8 electron/bohr^3，对话框支持科学计数法并显示解析后的阈值。低密度占位值通过掩码排除，不解释为真实零；调整显示色域也不改变该掩码。原始表面顶点不是等面积采样，顶点计数直方图不能替代按三角形面积汇总的分布。
A13. RDG/NCI 配对与哨兵排除
跳转到“A13. RDG/NCI 配对与哨兵排除”几何 func2.cub 是无量纲 RDG；颜色 func1.cub 是 sign(λ₂)ρ，单位 electron/bohr^3。默认有效域要求 |sign(λ₂)ρ|<0.05 electron/bohr^3，排除原生 RDG 哨兵 100；不自动重采样或缩放原数组。该约定不同于历史脚本的 100×sign(λ₂)ρ 或其它哨兵，不能只按文件名混用。