LammpsとVMDのインストール

Lammps (Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator)は、サンディア国立研究所の古典分子動力学プログラムだ。性能が良く、比較的容易に使えて、並列化もなされているため、広く使われている。

Lammpsの使い方

インストール

Windows

WSLのターミナルで以下を実行する。

sudo apt update
sudo apt install -y lammps

これにより、lmpという実行バイナリがインストールされる。バージョンを確認しよう。

$ echo info | lmp
LAMMPS (20 Nov 2019)

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Printed on Mon Apr 22 18:08:04 2024


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Total wall time: 0:00:00

以下、lmp_serialをlmpと読み替えて実行すること。

Mac

「ターミナル」で以下を実行しよう。

brew install lammps

インストールが完了したら以下を実行せよ。

$ echo info | lmp_serial  
LAMMPS (29 Oct 2020)

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Printed on Tue Mar 30 16:29:46 2021


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Total wall time: 0:00:00

上記のようなバージョン情報が表示されれば問題なくインストールされている。

サンプルコードの実行

インストールが完了したら、サンプルコードを実行してみよう。サンプルファイルをgitでcloneする。

cd github
git clone --depth 1 https://github.com/lammps/lammps.git
cd lammps/examples/melt

で目的の場所にいけるはず。異なるディレクトリにクローンした場合は適宜読み替えること。

この状態で、以下を実行しよう(Windowsの場合はlmp_stable)。

lmp_serial < in.melt

いろいろ表示されて、最後に

Total # of neighbors = 151513
Ave neighs/atom = 37.8783
Neighbor list builds = 12
Dangerous builds not checked
Total wall time: 0:00:00

といった表示が出れば実行は成功だ。

in.meltの修正

次に、in.meltを修正しよう。

code in.melt

と入力すれば、VSCodeで直接in.meltが開かれるはず。

VSCodeでin.meltを開いたら、以下の行を探す。

#dump       id all atom 50 dump.melt

この行頭の#を削除して保存しよう。

dump        id all atom 50 dump.melt

この状態で、またlammpsを実行しよう。

lmp_serial < in.melt

すると、今度は同じフォルダにdump.meltが作成されたはずだ。lsで確認せよ。これは原子の起動を保存したファイルで、これを後からVMDで読み込んで可視化する。

研究室サーバで実行する場合

以下を実行せよ。

export PATH=$PATH:/home/apps/lammps

これにより、lmp_serialが使えるようになる。

VMD

インストール

Windows

次にVMDをダウンロード、インストールしよう。

ここに行って、「Download (all versions)」をクリックする。

次に「Version 1.9.4 LATEST ALPHA (2022-04-27) Platforms:」の、「Windows 64-bit, CUDA, OptiX, OSPRay (64-bit Intel x86_64) (Windows 10)」を選ぶ。

すると、「Registration/Login」画面が現れるので、メールアドレスと、適当なパスワードを入力する。初回登録時には「New User Registration」画面となるので、必要事項を入力の上で「Register」を押す。

ライセンスに同意することを示すと、ダウンロードが始まる。ダウンロードが完了したら、インストールする。特に設定項目はない。インストール後に実行したら、以下のように「VMD」の文字が回転する画面が表示されれば成功である。

もしインストール後に実行してもエラーが起きて開けなかった場合、アンインストールして32-bit版をインストールする。具体的にはVMDダウンロードページに行って、「Windows OpenGL (32-bit Intel x86) (Microsoft Windows XP/Vista/7/8/10 (32-bit) using OpenGL)」をダウンロードする。32-bitで、かつCUDAを使っていないものを選ぶこと。

Mac

ここに行って、「Download (all versions)」をクリックする。

M1 Macの場合は「MacOS 11.x, ARM64 (64-bit “M1” Macs) (Apple MacOS-X 11 or later)」を選ぶ。

ライセンスに同意することを示すと、ダウンロードが始まる。ダウンロードが完了したら、ディスクイメージファイル(dmgファイル)をクリックせよ。このような画面が出るはずだ。

この画面を開いた状態で、Finderでアプリケーションを表示し、VMDをアプリケーションフォルダにドラッグしてコピーする。

その後、「システム設定」の「プライバシーとセキュリティ」を開いた状態で、アプリケーションフォルダにあるVMDをダブルクリックして起動する。

すると、「開発元を検証できないため開けません」という画面がでる。

ここで「システム環境設定」の「プライバシーとセキュリティ」を開きながら「キャンセル」を押すと、「プライバシーとセキュリティ」に「“VMD …”は開発元を確認できないため、使用がブロックされました。」と表示されるので、そこに現れる「このまま開く」ボタンを押す。

するとパスワードが要求されるので入力し、もう一度確認画面がでるのでOKを押すと、VMDが起動する。VMDをアプリケーションフォルダにコピーしておけば、二度目からは確認されない。

最終的に、以下のように「VMD」の文字が回転する画面が表示されれば成功である。

VMDによる可視化

Windowsの場合

WSLにおいて、まずdump.meltが存在するディレクトリで

open .

と入力し、そのフォルダを開く。まだopenをエイリアス設定していない場合は

alias open=explorer.exe

としておくこと。.bashrcに記載しておくことが望ましい。フォルダが開いたら、パスが表示されている場所(以下の赤で囲った部分)に「vmd」と入力すると、このディレクトリをカレントディレクトリとしてVMDが起動する。

VMDが起動したら、「VMD Main」の「File」から「New Molecule」を選び、「Browse」を押して先ほどのdump.meltを選ぶ。

file typeとして「LAMMPS Trajectory」を選んでから「Load」を押す。

すると、直線が多数重なったような画面が出たはずだ。この状態で、「VMD Main」の画面で「dump.melt」の行を選び、「Graphics」の「Representation」を選ぶ。

ここで、「Drawing Method」を「VDW」にすると、画面が玉に変わるはず。その状態で「Sphere Scale」を小さくしよう。0.3くらいがちょうどよいと思う。

この状態で、VMD Mainの右下にある再生ボタン「Play Forward」を押せば、原子が凍った状態から解けていくアニメーション(6フレームしかないが)が表示されるはずである。マウスでドラッグすると角度を変えられるので試してみよ。

Macの場合

VMDが起動したら、「VMD Main」の「File」から「New Molecule」を選び、「Browse」を押して先ほどのdump.meltを選ぶ。/lammpsの中にあるはず。

file typeとして「LAMMPS Trajectory」を選んでから「Load」を押す。

すると、直線が多数重なったような画面が出たはずだ。この状態で、「VMD Main」の画面で「dump.melt」の行を選び、「Graphics」の「Representation」を選ぶ。

ここで、「Drawing Method」を「VDW」にすると、画面が玉に変わるはず。その状態で「Sphere Scale」を小さくしよう。0.3くらいがちょうどよいと思う。

Drawing MethodとしてVDWをデフォルトにする

ほとんどの場合、可視化方法としてVDW(ファンデルファールス)を選ぶと思われるので、毎回指定するのは面倒だ。以下、デフォルトで粒子のDrawing MethodをLinesからVDWにする方法を説明する。

Mac

Macは簡単であり、ホームディレクトリに

mol default style VDW
menu main on

という内容の.vmdrcファイルを作ればよい。このファイルはVMDが起動時に自動的に読み込まれるため、デフォルトスタイルがVDWになる。

Windows

Windowsでは、VDWの作業ディレクトリがデフォルトでC:\Program Files (x86)\VMD\になってしまうので面倒だ。そこで、VDWのショートカットを作成し、その「リンク先」として.vmdrcを指定する。

まず、以下の内容の.vmdrcを作成する。

mol default style VDW
menu main on

このファイルを(Ubuntuではなく)Windowsのホームディレクトリへコピーする。Windowsのホームディレクトリは、C:\Users\nameという名前になっている。ここではc:\Users\watanabeであるとする。

WSLのUbuntuから作成したのなら、以下のようにしてUbuntu側からWindows側にコピーできる。

 cp .vmdrc /mnt/c/Users/watanabe

アカウント部分は適宜修正すること。

次に、VMDのショートカットを作成する。

C:\Program Files (x86)\VMDにあるvmd.exeを右クリックし「その他のオプション」から「ショートカットの作成」を選ぶと、「ここにショートカットを作成することはできません。デスクトップ上に作成しますか？」と聞かれるので「はい」を選ぶ。

デスクトップに作成された「vmd.exe - ショートカット」を右クリックし、プロパティを開いて「リンク先」を以下のように修正する。

"C:\Program Files (x86)\VMD\vmd.exe" -e "C:\Users\watanabe\.vmdrc"

アカウント名は適宜修正すること。

これにより、このショートカットをダブルクリックすることで、VMDが.vmdrcを読み込んだ状態で起動する。