VESTA官方中文版手册 | 第一章：绪论和背景

VESTA是一款免费的晶体结构可视化建模软件，功能十分强大，所有做材料的同学都应该学习一下，它真的超简单，学习性价比极高。
除了用于计算建模外，大家可以亲手画论文中的晶体结构，也可以获取键长、键角等结构信息，调整晶体结构参数和显示外观，绘制不同晶面，进而更深入认识自己所研究的材料。

本文为华算科技朱老师技术团队的Ravi老师制作的VESTA官方中文版手册 | 第一章：绪论和背景。

第一章 绪论和背景

1.1从三个维度理解晶体和电子结构

现代结构精修技术中的最大熵法( MEM )和基于MEM的模式匹配( MPF )方法的最新进展，使得从X射线衍射数据确定电子密度的三维分布和从中子衍射数据确定相干散射长度密度(核密度) bc，变得愈发，且应用更加广泛。另一方面，计算机硬件和软件的迅速发展加速和方便了电子结构计算，可计算包括电子密度、波函数和静电势等物理量。

近年来，这些技术的发展对集成三维可视化体系提出了新的要求，既要处理结构模型，又要处理电子和核密度等体数据。对实验和计算机模拟得到的各种物理量的晶体结构和空间分布，应进行三维处理。尽管有很多结构图绘制程序可供使用，但能够在三维可视化晶体和电子结构的跨平台开源软件却很少；而且仅有的软件也不太适合显示无机和金属化合物。

为了改善这种情况，开发了一个新的集成体系VESTA (电子和结构分析可视化，Visualization for Electronic and STructural Analysis)，用于在个人计算机上对晶体结构和体积数据进行三维可视化显示。

1.2 VESTA的开发环境

VESTA承接VENUS ( 电子/核与结构的可视化 )软件包中两个可视化程序VICS和VEND，VENUS软件是由Dilanian、Izumi和Kawamura在Ohki和Momma的帮助下于2001-2006年开发的。VENUS包括以下六个程序：

1. 用于显示和操作晶体结构的VICS ( 晶体结构可视化 ) 
2. 用于显示和操作体数据的VEND ( 电子/核密度可视化 )，
3. PRIMA ( 迭代MEM分析实操 )用于X射线和中子衍射数据的MEM分析，
4. 继承PRIMA功能的Dysnomia，
5. ALBA ( 后勒贝尔分析 )为最大熵Patterson方法，
6. Alchemy：可以分析观察到的结构因子及其估计的标准不确定度的文件转换器，结构因子和不确定度来源于通过带有Dysnomia的MEM方法，使用GSAS和FullProf进行Rietveld分析的结果。

VICS和VEND分别是晶体和电子结构的三维可视化程序。它们是在充分利用OpenGL技术的前提下，用ANSI C语言编写的。利用GLUT和GLUI库构建了VICS和VEND的图形用户界面。

VICS和VEND在2002年底正式发布，此后，其用户数量继续增长，被广泛应用于各种研究中。然而，其易用性和性能仍然有待提升。首先，将VICS和VEND连用，通过文本文件实现晶体和电子结构的可视化相当麻烦，同时亟需这两类图像的实时可视化功能。第二，它们的GUI并不十分友好，因为它们是基于已经不再升级的老式工具包GLUT和GLUI。最重要的是，由于编程原因，它们缺乏可扩展性，需要大量的系统资源。

为了克服上述缺点，首先利用现代C++的GUI框架wxWidgets3，将VICS升级为VICS-II。之后，进一步将VICS-Ⅱ和VEND集成到VESTA中。

1.3 VESTA3的新功能

VESTA3是VESTA v2.1.X的后续版本，实现的主要新功能如下：

• 晶体形貌的可视化
• 多个结构模型、体数据和晶面叠加在同一图形区
• 多级等值面的可视化
• 扩展化学键搜索算法，使复杂分子、笼状结构等的搜索更加精细
• 由结构参数计算电子和原子核密度
• 由结构参数或体数据计算Patterson函数密度
• 用Voronoi分割整合电子和原子核密度
• 在等值面绘制和切片计算方面的性能的显著改进
• 各向异性原子位移的主轴和均方位移输出信息
• 确定选定原子的最佳拟合平面
• 显示原子的标签
• 自定义每个位点或键类型的样式
• 自定义对称操作
• 改进各种格式的文件输入
• 支持GUI操作中的撤消和恢复