mol-3d-viewer

将 SMILES 或化学名称转换为分子 3D 结构。支持生成 SDF 文件、3D 分子图片和可交互 HTML 网页（可旋转观察）。

Repository: InternScience/ChemClaw
Letzte Quellaktivität: 25. März 2026 um 04:55
Erkannte Sprache von SKILL.md: Chinesisch
Sterne: 52
Forks: 11

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name	mol-3d-viewer
description	将 SMILES 或化学名称转换为分子 3D 结构。支持生成 SDF 文件、3D 分子图片和可交互 HTML 网页（可旋转观察）。
trigger	["3D 分子","分子 3D","3D 结构","3D visualization","rotate molecule","交互分子","3D model","分子模型"]

Molecular 3D Viewer

将 SMILES 字符串或化学名称转换为分子 3D 结构，支持生成 SDF 文件、3D 分子图片和 可交互 HTML 网页（可用鼠标旋转观察）。

触发条件

用户提供 SMILES 并要求 3D 可视化
提到"3D 分子"、"分子 3D"、"3D 结构"
说"3D visualization"、"rotate molecule"、"交互分子"
要求生成可旋转的分子模型
提供分子文件（SDF、MOL、PDB 等）

功能

✅ SMILES → 3D 分子结构
✅ IUPAC 名称 → 3D 结构（自动通过 OPSIN 转 SMILES）
✅ 分子文件支持 - SDF、MOL、PDB 格式
✅ 3D 优化 - 使用 RDKit MMFF94 力场优化几何结构
✅ SDF 文件输出 - 标准分子结构文件格式
✅ 真正的 3D 渲染图片 - 基于 3D 坐标渲染，不是 2D 结构图
✅ 可交互 HTML - 生成 WebGL 网页，支持鼠标旋转、缩放
✅ 多种渲染样式 - 球棍模型、棍状模型、空间填充模型
✅ 聚合物支持 - 正确渲染聚合物 3D 结构
✅ 批量生成 - 支持多个分子同时处理
✅ 分子信息展示 - HTML 中显示分子式、分子量

三种输出格式

1. SDF 文件 (.sdf)

格式: Structure Data File
用途: 标准分子结构交换格式
内容: 3D 坐标、原子、键信息
兼容: 支持所有化学软件（ChemDraw、PyMOL 等）

2. 3D 图片 (.png)

格式: PNG 位图
渲染: 基于真实 3D 坐标渲染
样式: 默认球棍模型（ball_stick）
尺寸: 800x600（可自定义）
用途: 快速预览、文档插入

3. 可交互 HTML (.html)

渲染: 3Dmol.js WebGL
功能:
- 🖱️ 鼠标旋转、平移、缩放
- 🎨 多种显示模式切换
- 📊 分子式、分子量展示
- 💾 截图保存功能
- 🔄 自动旋转开关
特点: 分子自动居中，打开即可见

使用方法

对话框中使用

生成 ethanol 的 3D 分子结构
SMILES: CCO，创建 3D 可交互网页
可视化 aspirin 的 3D 结构，保存为 HTML
poly[oxy(1-methylethylene)] 生成 3D 模型
从文件 molecule.sdf 生成 3D 展示
批量生成 3D：CCO,C1=CC=CC=C1

命令行使用

# 生成全部三种输出（SDF + 3D 图片 + HTML）
python3 scripts/mol_3d_viewer.py --smiles "CCO" --output ethanol

# 只生成 SDF 文件
python3 scripts/mol_3d_viewer.py --smiles "CCO" --output ethanol --sdf-only

# 只生成 3D 图片
python3 scripts/mol_3d_viewer.py --smiles "CCO" --output ethanol --image-only

# 只生成 HTML
python3 scripts/mol_3d_viewer.py --smiles "CCO" --output ethanol --html-only

# 从名称生成
python3 scripts/mol_3d_viewer.py --name "aspirin" --output aspirin

# 自定义渲染样式
python3 scripts/mol_3d_viewer.py --smiles "CCO" --output ethanol --style ball_stick

# 批量生成
python3 scripts/mol_3d_viewer.py --smiles "CCO,C1=CC=CC=C1" --output-dir ./3d_molecules

参数说明

参数	简写	说明	默认值
`--smiles`	`-s`	SMILES 字符串（可多个）	-
`--name`	`-n`	IUPAC 名称	-
`--input`	`-i`	输入分子文件	-
`--output`	`-o`	输出文件基础路径	自动生成
`--output-dir`	`-d`	输出目录（批量模式）	`~/.openclaw/media/mol-3d-viewer`
`--sdf-only`		只生成 SDF 文件	`false`
`--image-only`		只生成 3D 图片	`false`
`--html-only`		只生成 HTML	`false`
`--style`	`-S`	渲染样式	`ball_stick`
`--width`	`-W`	宽度（像素）	`800`
`--height`	`-H`	高度（像素）	`600`
`--bg-color`	`-b`	背景颜色	`white`
`--show-labels`	`-l`	显示原子标签	`true`
`--hide-labels`		隐藏原子标签	`false`
`--auto-rotate`	`-r`	HTML 自动旋转	`false`
`--force-field`		力场类型

渲染样式

样式	说明	适用场景
`stick`	棍状模型	清晰展示化学键
`sphere`	空间填充模型	展示分子体积和形状
`ball_stick`	球棍模型（默认）	平衡结构和原子
`surface`	分子表面	展示静电势、疏水性
`line`	线状模型	快速预览大分子

输出示例

生成全部三种输出

$ python3 mol_3d_viewer.py -s "CCO" -o ethanol
✓ 已生成 3D 优化结构
  📄 SDF: ethanol.sdf
  🖼️  3D 图片：ethanol_3d.png
  🌐 HTML: ethanol.html (可交互，支持旋转)

从名称生成

$ python3 mol_3d_viewer.py -n "caffeine" -o caffeine
✓ 已生成 3D 优化结构
  📄 SDF: caffeine.sdf
  🖼️  3D 图片：caffeine_3d.png
  🌐 HTML: caffeine.html (可交互，支持旋转)

聚合物 3D 结构

$ python3 mol_3d_viewer.py -s "*OCC*" -o peo
✓ 已生成 3D 优化结构 [聚合物]
  📄 SDF: peo.sdf
  🖼️  3D 图片：peo_3d.png
  🌐 HTML: peo.html (可交互，支持旋转)

批量生成

$ python3 mol_3d_viewer.py -s "CCO,C1=CC=CC=C1,CC(=O)O" -d ./3d_molecules
✓ 已生成：./3d_molecules/mol_1/ (3 files)
✓ 已生成：./3d_molecules/mol_2/ (3 files)
✓ 已生成：./3d_molecules/mol_3/ (3 files)
完成：3/3 成功

可交互 HTML 功能

生成的 HTML 网页支持：

鼠标控制

左键拖动 - 旋转分子
右键拖动 - 平移分子
滚轮 - 缩放
双击 - 重置视角

显示模式切换

棍状模型（Stick）
球棍模型（Ball & Stick）
空间填充（Space Fill）
分子表面（Surface）

信息展示

分子式 - 醒目显示在顶部
分子量 - 精确到小数点后两位
SMILES - 可滚动查看完整结构
输入名称 - 如果从名称生成

其他功能

原子标签显示/隐藏
自动旋转开关
截图保存（一键下载 PNG）
响应式设计（适配桌面和移动设备）

依赖

pip install rdkit requests numpy

可选依赖（用于更高级的 3D 优化）：

pip install openbabel  # 支持更多文件格式

OPSIN API 说明

来源: 剑桥大学（重定向至欧洲生物信息学研究所 EBI）
网址: https://opsin.ch.cam.ac.uk/
优势:
- 支持复杂 IUPAC 名称解析
- 无需 API 密钥
- 自动跟随重定向
限制:
- 需要网络连接
- 某些商品名可能无法识别

3D 优化流程

从 SMILES 生成 2D 结构 - RDKit
添加氢原子 - 补全分子
生成 3D 坐标 - ETKDG 算法
力场优化 - MMFF94 或 UFF
能量最小化 - 最多 200 步迭代
渲染输出 - 3Dmol.js（HTML）或 RDKit（图片）

完整工作流程示例

示例 1: 从 IUPAC 名称到三种输出

# 一键生成（自动转换名称 + 3D 优化 + 三种输出）
python3 scripts/mol_3d_viewer.py --name "aspirin" --output aspirin

示例 2: 从分子文件到 3D 展示

# 从 SDF 文件生成
python3 scripts/mol_3d_viewer.py --input molecule.sdf --output molecule_3d

# 从 PDB 文件生成（蛋白质等生物大分子）
python3 scripts/mol_3d_viewer.py --input protein.pdb --output protein_3d --style surface

示例 3: 批量处理聚合物

# 创建聚合物列表
cat > polymers.txt << EOF
poly[oxyethylene]
poly[methyl methacrylate]
poly[styrene]
EOF

# 批量转换并生成 3D
python3 scripts/iupac_to_smiles.py --input polymers.txt --output polymers.json

# 提取 SMILES 并批量生成 3D
python3 scripts/mol_3d_viewer.py --smiles "*OCC*,*CC(C)(C(=O)OC)*,*CC(C1=CC=CC=C1)*" \
  --output-dir ./polymer_3d

与其他化学技能配合

与 iupac_to_smiles 配合

# 1. 转换名称为 SMILES
python3 scripts/iupac_to_smiles.py --name "poly[oxy(1-methylethylene)]" -o result.json

# 2. 生成 3D 三种输出
SMILES=$(cat result.json | jq -r '.results[0].polymer_smiles')
python3 scripts/mol_3d_viewer.py --smiles "$SMILES" --output ppo_3d

与 mol_visualizer 配合

# 2D 结构图 + 3D 可交互模型一起生成
python3 scripts/mol_visualizer.py --smiles "CCO" --output ethanol_2d.png
python3 scripts/mol_3d_viewer.py --smiles "CCO" --output ethanol_3d

支持的分子文件格式

格式	扩展名	说明
SDF	`.sdf`, `.sd`	Structure Data File，支持多个分子
MOL	`.mol`	MDL Molfile，单个分子
PDB	`.pdb`	Protein Data Bank，生物大分子
XYZ	`.xyz`	简单坐标格式

注意事项

✅ 三种输出 - 默认生成 SDF + 3D 图片 + HTML
✅ 3D 优化 - 所有结构都经过力场优化，接近真实几何
✅ 聚合物支持 - 正确处理聚合物连接点
✅ 自动加氢 - 自动补充氢原子确保价态正确
✅ 交互友好 - HTML 分子自动居中，打开即可见
✅ 信息完整 - HTML 显示分子式、分子量
⚠️ 大分子优化时间 - 超过 100 个原子的分子可能需要数秒优化
⚠️ 构象异构体 - 生成的是单一构象，可能存在多种稳定构象
⚠️ 需要网络连接 - IUPAC 名称转换需要 OPSIN API
⚠️ HTML 需要浏览器 - 可交互网页需要现代浏览器（支持 WebGL）

错误处理

错误	说明	解决方案
`Invalid SMILES`	SMILES 格式错误	检查语法，确保括号匹配
`3D generation failed`	3D 坐标生成失败	简化分子或检查价态
`Force field error`	力场优化失败	尝试 UFF 力场（`--force-field uff`）
`Name not found`	名称无法识别	OPSIN 无法识别，使用 SMILES 直接输入
`File format error`	文件格式不支持	检查文件格式，转换为 SDF/MOL

技术实现

3D 坐标生成

算法: ETKDG (Experimental-Torsion Knowledge Distance Geometry)
库: RDKit
精度: 接近实验晶体结构

力场优化

默认: MMFF94 (Merck Molecular Force Field)
备选: UFF (Universal Force Field)
迭代: 最多 200 步能量最小化

3D 图片渲染

库: RDKit MolDraw2D (Cairo/SVG)
类型: 真正的 3D 坐标渲染（不是 2D 结构图）
默认样式: 球棍模型（ball_stick）

HTML 渲染

库: 3Dmol.js (v2.x)
渲染器: WebGL
兼容性: 所有现代浏览器

性能参考

分子大小	3D 生成时间	HTML 生成时间
小分子 (<20 原子)	<0.5s	<0.1s
中等分子 (20-50 原子)	0.5-2s	<0.1s
大分子 (50-100 原子)	2-5s	<0.2s
聚合物/蛋白 (>100 原子)	5-20s	0.2-1s

输出文件位置

默认输出目录：~/.openclaw/media/mol-3d-viewer/

mkdir -p ~/.openclaw/media/mol-3d-viewer

高级选项

自定义力场

# 使用 UFF 力场（适合含金属的分子）
python3 mol_3d_viewer.py -s "CCO" -o ethanol --force-field uff

自定义优化步数

# 增加优化步数（更精确但更慢）
python3 mol_3d_viewer.py -s "CCO" -o ethanol --max-steps 500

自定义样式

# 球棍模型
python3 mol_3d_viewer.py -s "CCO" -o ethanol --style ball_stick

# 空间填充模型
python3 mol_3d_viewer.py -s "CCO" -o ethanol --style sphere

mol-3d-viewer

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Molecular 3D Viewer

触发条件

功能

三种输出格式

1. SDF 文件 (.sdf)

2. 3D 图片 (.png)

3. 可交互 HTML (.html)

使用方法

对话框中使用

命令行使用

参数说明

渲染样式

输出示例

生成全部三种输出

从名称生成

聚合物 3D 结构

批量生成

可交互 HTML 功能

鼠标控制

显示模式切换

信息展示

其他功能

依赖

OPSIN API 说明

3D 优化流程

完整工作流程示例

示例 1: 从 IUPAC 名称到三种输出

示例 2: 从分子文件到 3D 展示

示例 3: 批量处理聚合物

与其他化学技能配合

与 iupac_to_smiles 配合

与 mol_visualizer 配合

支持的分子文件格式

注意事项

错误处理

技术实现

3D 坐标生成

力场优化

3D 图片渲染

HTML 渲染

性能参考

输出文件位置

高级选项

自定义力场

自定义优化步数

自定义样式

Molecular 3D Viewer

触发条件

功能

三种输出格式

1. SDF 文件 (.sdf)

2. 3D 图片 (.png)

3. 可交互 HTML (.html)

使用方法

对话框中使用

命令行使用

参数说明

渲染样式

输出示例

生成全部三种输出

从名称生成

聚合物 3D 结构

批量生成

可交互 HTML 功能

鼠标控制

显示模式切换

信息展示

其他功能

依赖

OPSIN API 说明

3D 优化流程

完整工作流程示例

示例 1: 从 IUPAC 名称到三种输出

示例 2: 从分子文件到 3D 展示