8.3. Towhee

Towheeに関するメニューです。

8.3.1. 力場を割り当て

Gibbs Ensemble Monte Carlo (GEMC)またはGrand Canonical Monte Carlo計算を実行する場合は、この時点でメインウィンドウはアニメーション表示状態となっており、アニメーションのフレーム数は2である必要があります。また、GEMCの場合は1フレーム目に1相目、2フレーム目に2相目が作成されている必要があります。GCMCの場合は1フレーム目に計算対象の系、2フレーム目に1フレーム目には含まれない分子を作成しておく必要があります。

力場を設定します。ソルバの種類に応じて、選択肢が変化します。

LAMMPSの場合、この機能を利用する時点でメインウィンドウに速度を含んだgroファイルを開いていると、速度を含んだdataファイルを生成します。同様にGromacsの場合、速度を含んだdataファイルを開いていると、速度を含んだgroファイルを生成します。GromacsおよびLAMMPSの計算データを速度付きで引き継ぎたいときに有用です。

一度力場を割り当ててMD計算を実行すると、結合次数が力場パラメータの平衡長から自動判定されます。力場の種類によっては、その際に決定された結合次数が力場割り当て前の結合次数とは異なる場合があります。一部の力場は、結合次数の影響を受けます。力場割り当て前の結合次数に戻したい場合は 結合をファイルから読み込む を使用してください。

自動でパラメータを割り当て

新たに力場パラメータを割り当てます。分子表示エリア中の結合で互いに連結した構造が1つの分子として認識されます。

(一般)

タンパク質、水分子以外の分子の力場を指定します。 内部では、GAFF, GAFF2, OPLS/AA-L+GAFFの場合は acpype 、Dreidingの場合は内製プログラム、UFFの場合はOpenBabelを独自に拡張したプログラム、OPLS-AAの場合はmktopが使用されます。 Dreidingの設定は polymer/dreiding.lib.txt に書かれています。 UFFの詳細は Universal Force Field を確認してください。

Exception

特定の分子に対し、(General)にて選択した力場を使わず、ユーザが指定するLJパラメータを割り当てます。 サブウィンドウの左の欄にてLJパラメータを指定したい分子にチェックを入れ、右の欄でLJパラメータを入力します。

注釈

例えば固液界面系において固相の原子にLJパラメータを割り振りたい時などに使用します。

(タンパク質)

タンパク質の力場を指定します。ここで、PDBやgroフォーマットにおいてアミノ酸残基の名前が割り当てられている原子がタンパク質として認識されます。内部的には gmx pdb2gmx が使用されます。

警告

残基名を含まないファイルから分子構造を読み込んだ場合は本機能を使用できません。

(水分子)

水分子の力場を指定します。 溶媒を配置/セルを構築 で選択した水モデルを指定する必要があります。内部的にはCygwinにインストールされたGromacsのトポロジのライブラリからパラメータを取得します。

タンパク質向けに[position_restraints]を追加

タンパク質が存在する場合は Advanced タブにおける -POSRES で位置を拘束するための情報（ [position_restraints] セクション）をトポロジファイルに書き込みます。タンパク質が存在しない場合は無視されます。

選択原子向けに[position_restraints]を追加

ユーザが指定する分子に対し、 Advanced タブにおける -POSRES で位置を拘束するための情報（ [position_restraints] セクション）をトポロジファイルに書き込みます。 例えば固液界面系に於いて固相を固定する場合などに使用します。

選択原子向けに[distance/angle/dihedral_restraints]を追加

ユーザが指定する分子に対し、 Advanced タブにおける -POSRES で距離・角度・二面角を拘束するための情報をトポロジファイルに書き込みます。

Dump Now

現在の設定に基づき、力場が割り当てられたファイルを生成します。

注釈

• 力場の情報をテキストエディタ等で編集してカスタマイズしたい場合は、まず Dump Now を使用して力場情報を含むファイルを保存し、Gromacsの場合はtop、LAMMPSの場合はdataファイルをテキストエディタ等で編集してください。

• 次に、Gromacsの場合は、 ファイル ‣ ファイルをインポート でgroファイルをインポートし（ 破棄して読み込み を選択）、 力場を割り当て で トポロジファイルに書かれたパラメータを使用 を選択して OK ボタンをクリックしてください。そして、topファイルの場所を聞かれるので、先ほど保存・編集したtopファイルを開いてください。

• LAMMPSの場合は、 ファイル ‣ ファイルをインポート でdataファイルをインポートし（ 破棄して読み込み を選択）、 力場を割り当て で メインウィンドウのファイルに書かれたパラメータを使用 を選択し Next > ボタンをクリックしてください。dataファイルに力場の情報が書かれていない場合は、 力場の種類を選択してください と出るので、使用する汎用力場の種類を選択して OK ボタンをクリックしてください。

• 電荷はメインウィンドウに表示されている構造から取得されます。メインウィンドウに複数種類の電荷が設定されている場合は（例えばGAMESSのログファイルを開きMulliken電荷とLowdin電荷が設定されている場合など）、（高優先）User電荷＞NBO電荷＞Lowdin電荷＞ESP電荷＞Mulliken電荷（低優先）の順番に優先され使用されます。

パラメータファイルを使用（無機物、ReaxFF、DPD向け）

（LAMMPS向け）無機物用ポテンシャル、ReaxFFまたはDPDを使用したい場合に選択します。 Next > ボタンを押した後に、実際に使用する力場の種類を指定します。pair_styleとPotential fileをユーザが自由に入力できるようにするためには、[ツール]-[環境設定]-[計算]において設定する必要があります。

トポロジファイルに書かれたパラメータを使用

（Gromacs向け）既に存在しているtopファイルを用いてMD計算を実行する場合に選択します。メインウィンドウには対応するgroファイルを開くかインポートしておく必要があります。開くかインポートした後に構造を編集するとtopファイルとの対応が破綻し計算できなくなります。開くかインポートした後に力場情報に影響しない範囲で（例えば結合変更せずに座標だけを編集するなど）構造を編集してから本機能を使いたい場合は、構造の編集後にgro形式でエクスポートし、そのファイルを開くかインポートしてから本機能を利用してください。

メインウィンドウのファイルに書かれたパラメータを使用

（LAMMPS向け）既に存在しているdataファイルを用いてMD計算を実行する場合に選択します。メインウィンドウには使用するdataファイルを開くかインポートしておく必要があります。開くかインポートした後に構造を編集するとtopファイルとの対応が破綻し計算できなくなります。 Next > ボタンを押した後に、使用する力場の種類を指定します。

8.3.2. ワークフロー設定

プロジェクトモードにおけるTowheeの計算フローを設定、実行します。

Preset

設定のプリセットを呼び出し、保存します。

# of Jobs

ジョブの数を指定します。

Enable parameter/structure scan

この機能を使うためにはアドオンの購入が必要です。特定のパラメータだけが異なる複数の計算を流したり（パラメータスキャン）、複数の構造に対し同一のパラメータで計算を流す（構造スキャン）ことが可能となります。

Config をクリックするとスキャン計算の設定画面が出現します。パラメータスキャンの際は Target Variable に%WM_SCAN1%を選択し、 Values の各行に%WM_SCAN1%に設定したいパラメータを入力します。そして、ワークフロー設定ウィンドウまたはキーワード設定ウィンドウにおいて設定したいパラメータに%WM_SCAN1%と入力します。構造スキャンの際は、分子表示エリアでアニメーションが出現した状態（SDFファイルを開くなど）で、 Target Variable に%WM_STRUCT%を選択します。

スキャン計算の終了後は ファイル ‣ プロジェクト ‣ スキャン結果表示 を利用して計算結果を集計します。

Import

Exportで出力した設定を読み込みます。ボタン右の矢印をクリックすると、過去同じプロジェクトまたはWinmostar上で使用した設定を呼び出すことができます。

Export

設定をファイルに出力します。

OK

設定した内容で計算を実行またはファイルを生成します。詳しくは プロジェクトモードの場合 を参照してください。

Details

計算条件を詳細に設定します。 キーワード設定 が立ち上がります。

Ensemble

アンサンブルの種類を指定します。

	設定内容
NVT	ensemble=nvt Ratio(Vol)=0 Ratio(Insert)=0
NPT	ensemble=npt Ratio(Vol)=0.001 Ratio(Insert)=0
uVT	ensemble=uvt Ratio(Vol)=0 Ratio(Insert)=0.001
GEMC-NVT	ensemble=nvt Ratio(Vol)=0.001 Ratio(Insert)=0.001
GEMC-NPT	ensemble=npt Ratio(Vol)=0.001 Ratio(Insert)=0.001

Temperature

温度を指定します。

Pressure

圧力を指定します。

# of steps

実行するステップ数を指定します。

# of snapshots

スナップショットの出力数を指定します。

Chemical Potential

化学ポテンシャルを指定します。

For equilibration

本計算ではなく平衡化計算の際に使用します。統計力学的な妥当性はないが系が早く緩和するアルゴリズムを使用します。

	設定内容
True	rmin=0.01 Specify nstep/maxdispfreq=False
False	rmin=1.0 Specify nstep/maxdispfreq=True

Calc as Rigid

CBMCの確率を強制的に0にし、分子を剛体として計算します。内部自由度の計算が省略されるため計算速度が向上します。

Precision

計算精度を設定します。

	設定内容
Low	rcut=8 ewald_prec=1d-4
Medium	rcut=10 ewald_prec=1d-5
High	rcut=12 ewald_prec=1d-6

8.3.3. キーワード設定

Towheeの計算条件を設定します。設定後、すぐに計算を実行する場合は Run ボタン、一旦メインウィンドウに戻る場合は OK ボタンを押してください。

Run をクリックしたときの挙動は Towhee実行 を参照してください。

電荷が割り当てられていない分子がある場合は、 自動で電荷を割り当て が自動で立ち上がります。 力場が割り当てられていない場合は、 力場を割り当て が自動で立ち上がります。

Reset ボタンでデフォルトの状態に戻ります。 Save ボタンでForce Fieldを除く設定を保存します。 Load ボタンで Save にて保存した設定を読み込みます。

Continue Simulation

継続ジョブを実行します。

詳細は Towhee実行 を参照してください。

Preset

計算条件のプリセットを指定します。各プリセットは以下のキーワードを変更します。

	NVT Equil	NVT Prod	NPT Equil	NPT Prod
ensemble	nvt	nvt	npt	npt
Ratio(Vol)	0	0	0.001	0.001
Ratio(Insert)	0	0	0	0
rmin	0.01	1.0	0.01	1.0
Specify nstep/maxdispfreq	False	True	False	True

	uVT Equil	uVT Prod
ensemble	uvt	uvt
Ratio(Vol)	0	0
Ratio(Insert)	0.001	0.001
rmin	0.01	1.0
Specify nstep/maxdispfreq	False	True

	GEMC-NVT Equil	GEMC-NVT Prod	GEMC-NPT Equil	GEMC-NPT Prod
ensemble	nvt	nvt	npt	npt
Ratio(Vol)	0.001	0.001	0.001	0.001
Ratio(Insert)	0.001	0.001	0.001	0.001
rmin	0.01	1.0	0.01	1.0
Specify nstep/maxdispfreq	False	True	False	True

Basic

nstep

ステップ数を指定します。

ensemble

アンサンブルを指定します。

temperature

温度を指定します。

pressure

圧力を指定します。

chempot

化学ポテンシャルを指定します。

random_seed

乱数のシードを指定します。

random_allow_restart

継続ジョブにおいて前のジョブにおける乱数生成の状態を引き継ぎます。

Specify ratio instead of cumulative probabilities

チェックが入っている場合は各操作（並進、回転、CBMC、体積、挿入）の確率を指定します。チェックが入っていない場合は積算確率を指定します。CBMCは分子内自由度の更新操作です。

Disable CBMC

CBMCの確率を強制的に0にします。すべての分子が剛体として扱われます。

Fix 1st component

系内に最初に登場する分子種（GEMCの場合は1つ目、2つ目の系を通じて最初に登場する分子種）の座標を凍結します。

Specify nstep/maxdispfreq

trmaxdispfreqとvolmaxdispfreqを、nstepとの比で与えます。

trmaxdispfreq

並進・回転操作の最大変位を自動更新する頻度を指定します。

volmaxdispfreq

体積操作の最大変位を自動更新する頻度を指定します。

Advanced (1)

pmtracm

並進操作の積算確率を指定します。Specify ratio instead of cumulative probabilitiesにチェックが入っている場合は直接入力できず、自動的に算出された値が表示されます。

pmtcmt

並進操作の各分子種に対する積算確率を指定します。2種類以上の分子がある場合はスペース区切りで入力します。

rmtrac

並進操作の最大変位を指定します。

tatrac

trmaxdispfreqで更新する際に目標とする採択率を指定します。

pmrotate

回転操作の積算確率を指定します。Specify ratio instead of cumulative probabilitiesにチェックが入っている場合は直接入力できず、自動的に算出された値が表示されます。

pmromt

回転操作の各分子種に対する積算確率を指定します。2種類以上の分子がある場合はスペース区切りで入力します。

rmrot

回転操作の最大変位を指定します。

tarot

trmaxdispfreqで更新する際に目標とする採択率を指定します。

pmcb

CBMC操作の積算確率を指定します。CBMCは分子内自由度の更新操作です。Specify ratio instead of cumulative probabilitiesにチェックが入っている場合は直接入力できず、自動的に算出された値が表示されます。

pmcbmt

CBMC操作の各分子種に対する積算確率を指定します。2種類以上の分子がある場合はスペース区切りで入力します。

pmall

分子の再生成操作において分子全体を再生成する確率を各分子種に対して指定します。2種類以上の分子がある場合はスペース区切りで入力します。

pmvol

体積操作の積算確率を指定します。Specify ratio instead of cumulative probabilitiesにチェックが入っている場合は直接入力できず、自動的に算出された値が表示されます。

pmvlpr

各相に対する体積操作の積算確率を入力します。2つ以上の相があるときはスペース区切りで入力します。

rmvol

体積操作の最大変位を指定します。

tavol

volmaxdispfreqで更新する際に目標とする採択率を指定します。

Advanced (2)

pmuvtcbswap

GCMCにおける挿入・削除操作の積算確率を指定します。Specify ratio instead of cumulative probabilitiesにチェックが入っている場合は直接入力できず、自動的に算出された値が表示されます。

pmuvtcbmt

GCMCにおける挿入・削除操作の各分子種に対する積算確率を指定します。2種類以上の分子がある場合はスペース区切りで入力します。

pm2boxrbswap

GEMCにおける剛体的な挿入操作の積算確率を指定します。Specify ratio instead of cumulative probabilitiesにチェックが入っている場合は直接入力できず、自動的に算出された値が表示されます。

pm2rbswmt

GEMCにおける剛体的な挿入操作の各分子種に対する積算確率を指定します。2種類以上の分子がある場合はスペース区切りで入力します。

pm2rbswpr

GEMCにおける剛体的な挿入操作の各相間に対する積算確率を指定します。3相以上の分子がある場合はスペース区切りで入力します。

pm2boxcbswap

GEMCにおけるフレキシブルな挿入操作の積算確率を指定します。Specify ratio instead of cumulative probabilitiesにチェックが入っている場合は直接入力できず、自動的に算出された値が表示されます。

pm2cbswmt

GEMCにおけるフレキシブルな挿入操作の各分子種に対する積算確率を指定します。2種類以上の分子がある場合はスペース区切りで入力します。

pm2cbswpr

GEMCにおけるフレキシブルな挿入操作の各相間に対する積算確率を指定します。3相以上の分子がある場合はスペース区切りで入力します。

Output

printfreq

標準出力に統計量を出力する頻度を指定します。

moviefreq

トラジェクトリファイルを出力する頻度を指定します。

blocksize

ブロック平均する際のブロックのサイズを指定します。

backupfreq

リスタートファイルを出力する頻度を指定します。

restartfreq

名前にステップ数がついたリスタートファイルを出力する頻度を指定します。

pdb_output_freq

PDBファイルを出力する頻度を指定します。

pressure_virial_freq

ビリアル圧力を計算する頻度を指定します。

chempotperstep

化学ポテンシャル計算のために追加の挿入操作の1 MCステップあたりの回数を指定します。

loutchempotdata

化学ポテンシャルを専用のファイルに出力するか指定します。

Interaction

rcut

vdw(LJ)ポテンシャルのカットオフ半径を指定します。

rmin

これ以上原子が近づかないhard inner cutoffを指定します。妥当な値にすることで計算を高速化できます。

rcutin

CBMCで使われるinner cutoffを指定します。

ltailc

vdwポテンシャルのカットオフ補正項の有無を指定します。

electrostatic_form

静電ポテンシャル計算の有無を指定します。

coulombstyle

静電ポテンシャルの計算方法を指定します。

kmax

Ewald法における最大波数を指定します。

kalp

Ewald法のalphaパラメータとセルの短辺の積を指定します。

rcelect

Ewald法の実空間カットオフ半径を指定します。

ewald_prec

Ewald法の相対精度を指定します。

Options

Restore Working Folder

継続ジョブが異常終了時など、作業フォルダを実行前の状態に戻す際にクリックします。

Reset

設定をリセットします。

Import

設定ファイルを読み込みます。

Export

設定ファイルを出力します。

8.3.4. Towhee実行

Towheeを実行します。 状況に応じて実行方法が異なります。

• （デフォルト） Continue Simulation にチェックがない場合

  wmmファイルを新規に生成してからジョブを開始します。

• Continue Simulation にチェックがある場合

  メインウィンドウで開かれているwmmファイルに紐づけられた作業フォルダの中にある towhee_final 用いてジョブを開始します。

実行に伴い以下のファイルが生成されます。 例として入力ファイルが water.wmm の時のファイル/フォルダ名を併記しています。 なお、 wmm ファイルはWinmostarの独自形式の分子構造ファイルであり、Towheeが直接読み込むものではありません。

種類	説明
batファイル water.bat	Towheeとそのプリ・ポスト処理を実行するためのバッチファイルです。
作業フォルダ water_twh_tmp\	作業フォルダです。

作業フォルダには以下のファイルが生成されます。 ここでは主要なファイルのみ示しています。

種類	説明
towhee_input	計算条件、力場情報の一部が書かれた主要な入力ファイルです。
towhee_ff	力場パラメータなどが書かれたファイルです。
towhee_coords	初期座標が書かれたファイルです。
towhee_initial	継続ジョブ時における、前のジョブの towhee_final です。
lammps_data	towhee_coords , towhee_ff , towhee_input の生成に使われたLAMMPS用座標・力場ファイルです。
gromacs.top	lammps_data と同等条件のGromacs用トポロジファイルです。結果解析に使うことが可能です。
towhee.log	Towheeの標準出力（ログファイル）です。
towhee_movie	Towheeの計算で生成されたトラジェクトリファイルです。
towhee_final	計算終了時の最終状態（座標、モンテカルロ法の各種パラメータなど）が書かれたファイルです。

ヒント

作業フォルダ

• 作業フォルダとは、メインウィンドウで開かれているファイルの名前に接尾辞を加えた名前のフォルダです。

  • 接尾辞はソルバの種類により変わります。

  • 例えばGromacsの場合は、メインウィンドウで開かれているファイルが aaa.gro で、接尾辞が _gmx_tmp の場合、作業フォルダの名前は aaa_gmx_tmp となります。

• メインウィンドウで開かれているファイルと同じ階層に置かれている必要があります。

• 継続ジョブの時も同名の作業フォルダで処理が流れますが、デフォルトでは継続ジョブの実施直前に、直前のジョブの作業フォルダのバックアップが作成されます。

  • バックアップの名前は、重複する名前が存在しない範囲で一番小さい番号が付いたものになります。例えば、作業フォルダが aaa_gmx_tmp のときは aaa_gmx_tmp1 となります。

  • 番号が付いていないディレクトリが常に最新のものとなります。

ジョブは Winmostar Job Manager を通じて実行されます。

8.3.5. ログを表示

Towheeのログファイル（ towhee.log ）をテキストエディタで開きます。

8.3.6. ログの抜粋を表示

ログファイルの主要な情報を抜粋して表示します。

8.3.7. アニメーション

towhee_input と towhee_movie を選択し、MC計算のトラジェクトリをアニメーション表示します。

アニメーション表示の操作方法は アニメーション操作エリア を参照してください。

8.3.8. エネルギー変化

towhee.log を選択し、エネルギー、温度、圧力などの各種熱力学量のグラフを表示します。

サブウィンドウの操作方法は Energy Plotウィンドウ を参照してください。