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原子構造とトラジェクトリの可視化を扱うスキルです。 view_ngl, show_gui, AddEditor, pfcc_extras, nglview, show_ase, show_asetraj, ase.visualize.view, POV-Ray, 可視化, visualization, 構造確認, 目視チェック, trajectory 表示 に関するコード生成時に使用してください。
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Basierend auf der SOC-Berufsklassifikation
| name | mt-visualization |
| description | 原子構造とトラジェクトリの可視化を扱うスキルです。 view_ngl, show_gui, AddEditor, pfcc_extras, nglview, show_ase, show_asetraj, ase.visualize.view, POV-Ray, 可視化, visualization, 構造確認, 目視チェック, trajectory 表示 に関するコード生成時に使用してください。 |
Matlantis の JupyterLab 環境における原子構造とトラジェクトリの可視化ガイドです。シミュレーション結果の検証や構造確認は、計算ワークフロー全体の品質を左右する重要なステップです。
pfcc_extras パッケージが提供する以下の3ツールが主要な選択肢です。
上記3ツールでカバーできない場合（nglview の直接制御が必要な場合、高品質な静止画が必要な場合など）は、nglview や POV-Ray を補助的に使用します。
可視化は計算の補助的な役割ですが、構造の妥当性確認を怠ると「原子が重なっている」「PBC が正しく設定されていない」といった初歩的なミスに気づかず、長時間の計算を無駄にすることがあります。計算投入前の可視化チェックは必須の手順です。
| view_ngl | show_gui | AddEditor | |
|---|---|---|---|
| 主な目的 | 構造・軌跡の確認 | 構造確認 + エネルギー表示 | 構造の編集・構築 |
| トラジェクトリ表示 | ✓ | ✓ | × |
| エネルギー・力の表示 | × | ✓ | ✓ |
| 距離や角度の測定 | ✓ | ✓ | ✓ |
| 構造を図(pngなど)として保存 | × | ✓ | ✓ |
| 原子の追加・削除・置換 | × | × | ✓ |
Matlantis 環境で最も手軽に使える可視化手法です。単一の Atoms オブジェクトとトラジェクトリ（List[Atoms]）の両方に対応しています。
Matlantis が提供する pfcc_extras パッケージに含まれています。
from pfcc_extras import view_ngl
# 標準的な可視化
view_ngl(atoms, representations=["ball+stick"], replace_structure=True) # Atoms オブジェクトもしくは ASE Trajectory オブジェクトを渡す
# 結合の描画をしない場合
view_ngl(atoms, replace_structure=True)
ase.Atoms: 単一構造List[ase.Atoms]: トラジェクトリ（最適化過程、MD 過程など）representations オプションで表示スタイルを指定可能（例: ["ball+stick"]）。省略した場合は結合は表示されません。replace_structure=True を指定すると、frame ごとに構造を丸ごと置き換えます。デフォルト（False）では frame 0 の構造情報を保持したまま更新するため、MD や NEB のように結合が変化するトラジェクトリでは意図しない結合が表示され続ける場合があります。view_ngl と同じく pfcc_extras が提供する可視化ツールです。
入力形式・注意事項はview_ngl と同様です。
Calculator を設定した状態で使うと、エネルギー・最大力の表示や簡易最適化まで GUI 上で実行できます。
from pfcc_extras import show_gui
show_gui(atoms, representations=["ball+stick"], replace_structure=True)
Viewer 右側の control box にある "download image" / "save image" ボタンから、 現在の表示を PNG 画像として保存できます。
nglview ベースのインタラクティブ構造エディタです。 可視化だけでなく、GUI 上で原子の追加・削除・置換・移動・回転と 構造最適化まで実行できます。モデリング作業に使用してください。
from pfcc_extras.visualize.addeditor import AddEditor
# Atoms オブジェクトから起動
editor = AddEditor(atoms)
editor.display()
# SMILES 文字列から起動（引数なしの場合は CH4 が可視化されます）
editor = AddEditor("c1ccccc1")
editor.display()
atoms に Calculator が設定されていない場合は、自動設定されます。
| タブ | 主な機能 |
|---|---|
| Viewer | 視点変更、エネルギー・最大力の表示 |
| Range | XYZ 範囲・元素によるインデックス一括選択 |
| Editing | 選択原子の移動・回転（軸指定含む） |
| Addition | 原子・分子の追加、元素置換、削除 |
| Opt | 構造最適化（FIRELBFGS / LBFGS / FIRE） |
| Other | インデックス交換、拘束条件設定、Calculator 切替、画像保存 |
view_ngl や show_gui の内部で使用されているライブラリです。
表示スタイルをより細かく制御したい場合や、view_ngl でカバーできない操作が必要な場合に直接利用します。
import nglview as nv
# 単一構造の表示
view = nv.show_ase(atoms)
view
# トラジェクトリの表示
view = nv.show_asetraj(trajectory)
view
view = nv.show_ase(atoms)
# 表示レプリゼンテーションの変更
view.clear_representations()
view.add_ball_and_stick()
# セルの表示（結晶系で有用）
view.add_unitcell()
# ズームの調整
view.center()
nglview では以下のレプリゼンテーションを利用できます。
| メソッド | 説明 | 推奨用途 |
|---|---|---|
add_ball_and_stick() | ボール・アンド・スティック表示 | 分子系、小規模結晶 |
add_spacefill() | 空間充填モデル | 大規模系（軽量） |
add_licorice() | ボンド強調表示 | 有機分子の結合確認 |
add_surface() | 表面表示 | タンパク質等の大規模分子 |
大規模なトラジェクトリではフレームを間引いて表示することで、メモリ使用量と表示速度を改善できます。
# 10フレームごとに間引いて表示
view = nv.show_asetraj(trajectory[::10])
view
注意:
ase.visualize.viewよりもpfcc_extras.view_nglまたはnglviewの直接使用を推奨します。view_nglはより簡潔で、Matlantis 環境に最適化されています。
ASE 組み込みの view 関数に nglview バックエンドを指定する方法です。
from ase.visualize import view
# nglview バックエンドで表示
view(atoms, viewer="ngl")
この方法は ASE のインターフェースに慣れている場合に便利ですが、nglview を直接使う場合と比べて細かな制御は制限されます。レプリゼンテーションの変更や GUI パネルの表示などが必要な場合は、nv.show_ase() を直接使用してください。
論文や発表用の高品質な静止画を生成する場合に使用します。ラスタライズベースのレンダリングにより、光源、影、反射を含む写実的な画像を出力できます。
from ase.io import write
# POV-Ray 入力ファイルの生成
write(
'structure.pov',
atoms,
rotation='10x,20y,30z', # 視点の回転角度
show_unit_cell=2, # ユニットセルの表示方法
colors=None, # デフォルトのJmol色を使用
)
# POV-Ray でレンダリング（要 povray インストール）
# !povray structure.pov
POV-Ray は Matlantis 環境にデフォルトでインストールされていない場合があります。必要に応じてインストールしてください。
write(
'structure.pov',
atoms,
rotation='0x,0y,0z',
show_unit_cell=2,
radii=0.85, # 原子の半径スケール
bond_type='default', # 結合の表示タイプ
celllinewidth=0.05, # セル境界線の太さ
)
構造最適化の前後で構造を比較する場合の手法です。
from pfcc_extras import view_ngl
from ipywidgets import HBox
# 最適化前
view_before = view_ngl(atoms_before, representations=["ball+stick"], replace_structure=True)
# 最適化後
view_after = view_ngl(atoms_after, representations=["ball+stick"], replace_structure=True)
# 2つのビューを横並びで表示
HBox([view_before.v, view_after.v])
または、トラジェクトリとして最適化過程全体を表示します。
# 最適化トラジェクトリの表示
from ase.io import read
opt_traj = read("optimization.traj", index=":")
view = view_ngl(opt_traj, representations=["ball+stick"], replace_structure=True)
view
1000 原子以上の大規模系では、以下の点に注意してください。
import nglview as nv
# 大規模系ではレプリゼンテーションを軽量なものに変更
view = nv.show_ase(large_atoms)
view.clear_representations()
view.add_spacefill(radius_type='vdw', scale=0.3) # 軽量な表示
view
大規模系の可視化で考慮すべき点:
# インデックス範囲で選択
view = nv.show_ase(atoms)
view.clear_representations()
sel = "@" + ",".join(str(i) for i in range(100)) # 最初の100原子のみ表示
view.add_ball_and_stick(selection=sel)
view
view_ngl, show_gui, AddEditor, nglview では、原子を右クリックで選択し、選択した最後の原子を再度クリックすることで距離、角度、二面角を測定できます。
import nglview as nv
view = nv.show_ase(atoms, gui=True)
# 原子を右クリックして選択し、最後に選択した原子を再クリックすると測定結果が表示されます。
# - 2原子をクリック: 距離を測定
# - 3原子をクリック: 角度を測定
# - 4原子をクリック: 二面角を測定
view
プログラム的に測定する場合は ASE の関数を使用します。
from ase.geometry import get_distances
# 原子0と原子1の距離（PBC考慮）
d = atoms.get_distance(0, 1, mic=True) # mic=True で最小イメージ規約を使用
print(f"Distance: {d:.3f} A")
# 3原子間の角度
angle = atoms.get_angle(0, 1, 2)
print(f"Angle: {angle:.1f} degrees")
# 4原子間の二面角
dihedral = atoms.get_dihedral(0, 1, 2, 3)
print(f"Dihedral: {dihedral:.1f} degrees")
.traj ファイルからトラジェクトリを読み込んで表示する一連の手順です。
from ase.io import read
import nglview as nv
# .traj ファイルからの全フレーム読み込み
trajectory = read("md_trajectory.traj", index=":")
print(f"Total frames: {len(trajectory)}")
# 適切に間引いて表示
step = max(1, len(trajectory) // 200)
view = nv.show_asetraj(trajectory[::step], gui=True)
print(f"Displaying {len(trajectory[::step])} frames (skip: {step})")
view
ASE と pfcc-extras の両方で可視化できる場合は、pfcc-extras を優先してください。pfcc_extras.view_ngl は単一構造とトラジェクトリの両方に 1 行で対応でき、Matlantis 環境に最適化されています。
計算投入前に必ず構造を可視化して確認してください。以下の問題は可視化で即座に発見できます。
Too many neighbors エラーの原因）可視化のコードは簡潔に書き、メインの計算ワークフローの流れを妨げないようにしてください。1-2 行の可視化コードで十分な場合がほとんどです。
view_ngl(atoms)、show_gui(atoms) または nv.show_ase(atoms).traj ファイルを読み込んでトラジェクトリ表示.ipynb ファイルに画像データが埋め込まれるためですview オブジェクトを変数に保持しておくと、後から表示オプションを変更できます| エラー・症状 | 原因 | 対処法 |
|---|---|---|
| nglview が表示されない | Jupyter 拡張が未有効化 | jupyter-nbextension enable nglview --py --sys-prefix を実行する |
| 構造が空白で表示される | Atoms オブジェクトが空 | len(atoms) で原子数を確認する |
| トラジェクトリ表示が重い | フレーム数が多すぎる | traj[::N] でフレームを間引く |
| 原子が分断されて見える | PBC による wrap が原因 | atoms.wrap() を試す、または PBC を考慮した表示設定にする |
| Jupyter カーネルがクラッシュ | 大規模系でメモリ不足 | 表示する原子数を減らす、レプリゼンテーションを軽量にする |
| POV-Ray でレンダリングできない | povray がインストールされていない | pip install povray または環境に応じたインストールを行う |
| GUI パネルが表示されない | gui=True が指定されていない | nv.show_ase(atoms, gui=True) を使用する |
| 距離測定が PBC を考慮していない | mic=False がデフォルト | atoms.get_distance(i, j, mic=True) で PBC を考慮する |
| nglview の出力が Notebook に保存されない | Widget 状態が保存されていない | Notebook を保存する前に全セルを再実行し、Widget 状態を有効にする |
| 表示が更新されない | キャッシュの問題 | view._remote_call('setSize', target='Widget', args=['100%', '400px']) で再描画を試みる |
バックグラウンドジョブの実行・管理を扱うスキルです。 mtl-bg-job, background job, バックグラウンドジョブ, 長時間計算, チェックポイント, checkpoint, キュー管理, queue, Notebook分離実行, ブラウザ閉じても計算継続 に関するコード生成時に使用してください。
分子動力学(MD)シミュレーションを扱うスキルです。 Langevin, VelocityVerlet, NVTBerendsen, NPTBerendsen, NVE, NVT, NPT, MaxwellBoltzmannDistribution, thermalize_momenta, exact_temperature, MDLogger, timestep, friction, temperature_K, MDFeature, MDFeatureResult, ASEMDSystem, LangevinIntegrator, NPTIntegrator, チェックポイント, checkpoint, PostMDDiffusionFeature, PostMDSpecificHeatFeature, PostEMDViscosityFeature, PostNEMDViscosityFeature, PostNEMDThermalConductivityFeature, PLUMED, メタダイナミクス, metadynamics, FES, collective variable, 熱分解, pyrolysis, get_mol_list, フラグメント解析, fragment analysis, DepositionScheduler, ApplyUniformEfield, ElasticVirtualWall, Matlantis-LAMMPS, LAMMPS, OpenMM, pair_style pfp_api, 分子動力学, MD, 拡散係数, 粘度, 熱伝導率 に関するコード生成時に使用してください。
外部データベースからの構造取得とファイル形式変換を扱うスキルです。 PubChem, Materials Project, mp-api, AFLOW, COD, Gaussian, VASP, 外部データ, external data, データベース, database, CID, SMILES, SDF, CIF, POSCAR, API key, pubchem_atoms_search, 構造取得, 構造インポート, DFT入力生成 に関するコード生成時に使用してください。
統合ワークフロー（パイプライン）テンプレートを扱うスキルです。 構造スクリーニング, structure screening, 吸着構造探索, adsorption structure search, 欠陥解析, defect analysis pipeline, バッチ処理, batch processing, パイプライン, pipeline, ワークフロー, workflow, エネルギーランキング, energy ranking, 早期棄却フィルタ, early rejection filter, 2段階緩和, two-stage relaxation に関するコード生成時に使用してください。
Guide for writing Python code using Matlantis, Matlantis Corp.'s cloud-based atomistic simulation platform powered by neural network potentials (PFP). Use this skill whenever the user asks about Matlantis, PFP (Preferred Potential), matlantis-features, pfp-api-client, MTCSP, or any atomistic/molecular simulation on the Matlantis platform. Also trigger when code involves imports like pfp_api_client, matlantis_features, or mtcsp_api_client.
構造モデリングを扱うスキルです。表面(slab)切り出し、分子生成、原子置換、複雑系構造の構築を包括します。 generate_all_slabs, pymatgen, get_orthogonal_c_slab, miller_index, fcc111, slab, SMILES, RDKit, Chem.MolFromSmiles, EmbedMolecule, 分子生成, 原子置換, ドーピング, substitute, LiquidGenerator, EMC, ポリマー, 液体, アモルファス, HEA, 高エントロピー合金, PartialOccupancy, wrap_molecule, get_mol_list, CollisionDetector, 衝突検出, FixAtoms, 拘束条件, 表面モデル, 真空層 に関するコード生成時に使用してください。