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layout: post title: VMD加载GROMACS轨迹的速度信息与时间信息 categories:

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2016-10-21 16:56:11

Sobereva曾给过一个tcl脚本, 用于解决VMD不能读入GROMACS轨迹速度信息的问题, 具体参考使VMD读入Gromacs产生的trr轨迹中速度信息的方法. 最近我需要用到VMD的这个功能, 就稍微看了下tcl的语法, 在原代码的基础上改进了一点, 使其使用更简单. 同时结合Sobereva的另一段代码使VMD播放轨迹时同步显示帧号, 在播放轨迹的同时显示出模拟时间.

下面模拟的是C20和C60分子的相撞过程, 播放轨迹时对每个原子根据速度大小进行着色.

使用方法

运行MD前将grompp.mdp文件中trr与xtc的输出频率设为相同
使用gmx traj -f traj.trr -ov抽取traj.trr轨迹文件中的速度, 默认存为veloc.xvg
使用VMD加载初始的conf.gro文件和traj.xtc轨迹文件(直接使用trr文件可能更简单, 但速度稍慢). 也可直接使用命令vmd conf.gro traj.xtc
将vt.tcl脚本复制到轨迹文件所在目录下
VMD命令行窗口中执行source vt.tcl使脚本生效
VMD命令行窗口中执行loadveloc即可加载veloc.xvg文件中的速度. 如果速度文件的名称不是veloc.xvg, 则使用loadveloc 速度文件名即可
如果播放轨迹时需要显示时间, 可在VMD命令行窗口中执行showtime. 执行showtime off则关闭时间显示. 默认的时间间隔为0.5 fs, 起始时间为0, 如需更改, 可使用showtime on 时间间隔起始时间
播放轨迹时对每个原子根据速度大小进行着色, 可通过Graphics | Representations... | Coloring Method | trajectory | Velocity. 如需根据某一方向速度大小着色, 可使用User(x方向), User2(y方向), User3(z方向)
更改颜色方案, 可使用Graphics | Colors... | Color Scale | Method.

几点说明

这种基于tcl的方法可行, 但需要编写tcl脚本. 如果你不喜欢tcl脚本的话, 至少还有两个变通的替代方案: 1. 可以将gromacs的轨迹文件转换为lammps的轨迹文件, 因为vmd支持读取lammps轨迹文件中的速度. 2. 将速度写到pdb文件中的温度因子或电荷列中, 再根据相应的项进行着色. gmx traj的-cv选项一定程度上可以完成这点, 但效率太低.
对原子根据其速度进行着色并不总是最好的方法, 更好的方法是根据动能或温度进行着色. 一则原子类型不同时, 质量小的原子速度会相对较大, 二则人们对原子速度大小没有多少直观感觉, 添加颜色标尺时不易把握. 如果使用相对动能或温度, 就更加直观, 也更容易把握了. 只要对脚本稍加修改就可以达到这个目的.
对于温度或速度这种物理量而言, 使用分散颜色方案是最好的, VMD中接近这种颜色方案的是BWR, 但仍有不少差距. 如果想使用自定义的颜色方案, 除了自己写tcl代码以外, 目前我不知道有没有简单的办法. 有关发散颜色方案的信息可参考我的另外两篇博文: 数据展示：请选择好的颜色映射方案, 几种颜色映射方案的解析式.
tcl中的trace可以使用回调函数(callback)进行变量跟踪, 使用trace时回调函数必须带有参数, 否则执行有问题. 此外, 新版本tcl中trace的语法有所改变, 上面脚本中的使用方式以后会废弃, 建议大家使用时尽量使用新版本的语法. 具体可参看下面的资料: VMD手册: Tcl callbacks, tcl手册: trace.

`vt.tcl`脚本

<table class="highlighttable"><th colspan="2" style="text-align:left">vt.tcl</th><tr><td><div class="linenodiv" style="background-color: #f0f0f0; padding-right: 10px"><pre style="line-height: 125%"> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54</pre></div></td><td class="code"><div class="highlight" style="background: #f8f8f8"><pre style="line-height: 125%">proc showtime { {opt on} {dtin 0.5} {t0in 0} } { global vmd_frame; global dt; global t0 set dt $dtin set t0 $t0in if {$opt==on} { trace variable vmd_frame([molinfo top]) w traceframe } elseif {$opt==off} { draw delete all trace vdelete vmd_frame([molinfo top]) w traceframe } }

proc traceframe {name elem ops} { global vmd_frame; global dt; global t0 draw delete all draw color white set time [format "%6.1f fs" [expr ($vmd_frame([molinfo top]) * $dt) + $t0]] draw text {0 -5 -5} "$time" size 4 thickness 4 }

proc loadveloc { {Fxvg veloc.xvg} } { set Mol [atomselect top all] set Natm [$Mol num] set Nfrm [molinfo top get numframes]

<span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">set</span> Fxvg <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">[</span><span style="color: #AA22FF">open</span> <span style="color: #B8860B">$Fxvg</span> r<span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">]</span>
<span style="color: #AA22FF">gets</span> <span style="color: #B8860B">$Fxvg</span> txt
<span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">while</span> <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">{[</span><span style="color: #AA22FF">string</span> match <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">{[</span><span style="border: 1px solid #FF0000">\</span><span style="color: #008800; font-style: italic">#@]*} $txt]} {</span>
    <span style="color: #AA22FF">gets</span> <span style="color: #B8860B">$Fxvg</span> txt
<span style="border: 1px solid #FF0000">}</span>
<span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">set</span> txt <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">[</span><span style="color: #AA22FF">split</span> <span style="color: #B8860B">$txt</span> <span style="border: 1px solid #FF0000">\</span>t<span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">]</span>

<span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">for</span> <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">{set</span> i <span style="color: #666666">1</span><span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">}</span> <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">{</span><span style="color: #B8860B">$i</span><span style="color: #666666">&lt;</span><span style="color: #B8860B">$Nfrm</span><span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">}</span> <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">{</span><span style="color: #AA22FF">incr</span> i<span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">}</span> <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">{</span>
    <span style="color: #B8860B">$Mol</span> <span style="color: #B8860B">frame</span> <span style="color: #B8860B">$i</span>
    <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">set</span> Vx <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">{};</span> <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">set</span> Vy <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">{};</span> <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">set</span> Vz <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">{}</span>
    <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">for</span> <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">{set</span> j <span style="color: #666666">0</span><span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">}</span> <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">{</span><span style="color: #B8860B">$j</span><span style="color: #666666">&lt;</span><span style="color: #B8860B">$Natm</span><span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">}</span> <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">{</span><span style="color: #AA22FF">incr</span> j<span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">}</span> <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">{</span>
        <span style="color: #AA22FF">lappend</span> Vx <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">[</span> <span style="color: #AA22FF">lindex</span> <span style="color: #B8860B">$txt</span> <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">[expr</span> <span style="color: #666666">3*</span><span style="color: #B8860B">$j</span><span style="color: #666666">+1</span><span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">]</span> <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">]</span>
        <span style="color: #AA22FF">lappend</span> Vy <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">[</span> <span style="color: #AA22FF">lindex</span> <span style="color: #B8860B">$txt</span> <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">[expr</span> <span style="color: #666666">3*</span><span style="color: #B8860B">$j</span><span style="color: #666666">+2</span><span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">]</span> <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">]</span>
        <span style="color: #AA22FF">lappend</span> Vz <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">[</span> <span style="color: #AA22FF">lindex</span> <span style="color: #B8860B">$txt</span> <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">[expr</span> <span style="color: #666666">3*</span><span style="color: #B8860B">$j</span><span style="color: #666666">+3</span><span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">]</span> <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">]</span>
    <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">}</span>

    <span style="color: #B8860B">$Mol</span> <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">set</span> vx <span style="color: #B8860B">$Vx</span>
    <span style="color: #B8860B">$Mol</span> <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">set</span> vy <span style="color: #B8860B">$Vy</span>
    <span style="color: #B8860B">$Mol</span> <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">set</span> vz <span style="color: #B8860B">$Vz</span>
    <span style="color: #B8860B">$Mol</span> <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">set</span> user  <span style="color: #B8860B">$Vx</span>
    <span style="color: #B8860B">$Mol</span> <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">set</span> user2 <span style="color: #B8860B">$Vy</span>
    <span style="color: #B8860B">$Mol</span> <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">set</span> user3 <span style="color: #B8860B">$Vz</span>

    <span style="color: #AA22FF">gets</span> <span style="color: #B8860B">$Fxvg</span> txt
    <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">set</span> txt <span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">[</span><span style="color: #AA22FF">split</span> <span style="color: #B8860B">$txt</span> <span style="border: 1px solid #FF0000">\</span>t<span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">]</span>
<span style="color: #AA22FF; font-weight: bold">}</span>

<span style="color: #AA22FF">close</span> <span style="color: #B8860B">$Fxvg</span>

} </pre></div> </td></tr></table>

2016-10-22 10:21:14 李正 这两个分子相撞是怎么实现的啊？
2016-10-22 13:59:03 Jerkwin 把两个分子的速度设为方向相反, 运行NVE模拟即可.
2016-11-07 11:43:09 粥四文 gmx 不是内部命令？
2016-11-08 08:21:30 Jerkwin 按你安装好的gmx来写, 或许是gmx_mpi之类的
2016-11-08 11:06:11 粥四文 ”将vt.tcl脚本复制到轨迹文件所在目录下“，怎么弄？tcl文件，是下载一个tcl.pro软件编写吗？我是个初学者，不太理解。麻烦您了。
2016-11-08 21:46:11 Jerkwin 新建一个文本文档, 将下面的脚本复制粘贴进去, 保存为vt.tcl, 就可以了.

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使用方法

几点说明

vt.tcl脚本

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`vt.tcl`脚本