伞形采样（umbrella sampling），理学-化学-物理化学-计算与理论化学，计算物理和计算化学中用于提高分子模拟采样效率的算法之一。经常用于确定系统的自由能面。如果一个粒子系统的自由能曲面上有很高的势垒，不但势垒附近的状态点由于出现概率小而很难被充分采样，而且从势垒的一边出发的模拟很难越过势垒进入势垒的另一边进行采样。伞状采样的思想是沿着某一个或者一组序参量组成的坐标，把自由能曲面所在的状态空间分隔成一定数量的具有少量交叠的子空间，每个子空间的边界为刚性约束，使得系统的每次模拟只能在一个子空间中进行。构建合理的子空间可以保证空间内部的每个状态点都得到充分的采样，所以这样的模拟可以得到每个子空间中的相对自由能曲面。然后将两个相邻子空间交叠部分的自由能曲面调整到完全一致，从而使得整个采样空间中的自由能曲面整体上保持一致。伞状采样在生物分子模拟中得到广泛应用，如计算离子穿过膜蛋白的自由能曲面以及多肽自组装初期的自由能曲面等。