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1. Introduction

VESTAは結晶構造、電子・核密度等の三次元データ、及び結晶外形の可視化プログラムです。 次のような特筆すべき機能を備えています。

  • 複数の結晶構造モデル、電子・核密度や波動関数等の三次元データ、結晶外形を同時に扱うことが可能。
  • タブを使用してリソースを消費することなく複数のファイルを同時にオープン可能。
  • 同一プロセスでタブを含んだWindowを複数開くことが可能。
  • 高速でスマートな結合探索アルゴリズム。
  • 原子、結合、配位多面体、isosurface上のポリゴン数などの総数が事実上無制限 (32bit system での理論的限界は各1,073,741,823)。
  • RIETAN-FP, ORFFEとの連携により、Rietveld法に於いて制約条件を課す結合距離や結合角を可視化・確認する機能。
  • 非標準的な軸設定の空間群における等価位置の変換、超格子の作成やprimitive- complex-lattice間の変換をサポート。
  • 半透明のisosurfaceと構造モデルを重ね合わせた表示。
  • Isosurfaceの表面を静電ポテンシャルなど、異なる物理量で彩色する機能。
  • 複数のvolumetric dataの差分表示や加算表示。
  • ビデオカードの制限を超える高解像度画像の出力。

VESTAは、電子・核密度の解析・可視化のためのソフトウェアパッケージであるVENUS software packageの一部です。 VESTAはVENUS package中で、結晶構造と電子・核密度の可視化をそれぞれ担っていたVICS、VENDの2つのプログラムを起源とし、wxWidgetsを採用した全く新しいユーザーインターフェースの下にそれらを統合すると共に、大幅に機能拡張したものです。

VESTAはWindows, Mac OS X, Linuxの3大プラットフォームで動作し、非商用の用途には無料で配布されています。

2. VESTA 3の新機能
  • 結晶外形の描画
  • 複数の結晶構造、電子・各密度データ、結晶外形データなどを同一画面上で統一的に可視化
  • 複数レベルの等値曲面の重ね合わせ
  • 錯体やゼオライトなどの複雑な構造をよりスマートに表示できるよう結合探索アルゴリズムを拡張
  • 結晶構造モデルから原子散乱因子を計算し,電子・ 核密度を計算・表示
  • パターソン関数の計算・表示
  • 原子位置の周りの電子数や核密度の和をボロノイ分割により計算
  • 等値曲面の描画と二次元スライスの計算を大幅に高速化
  • 異方性原子変位パラメーターの主軸方向のベクトルと平均二乗変位を出力
  • 選択した原子に対する最適平面の決定
  • 原子のラベル表示
  • サイトや結合の種類ごとにスタイルを個別指定可能
  • 手作業での対称要素の編集
  • 対応ファイル形式の追加(GSASのEXP形式など)と互換性の強化
  • GUI操作におけるundoとredoのサポート
3. 対応ファイル形式
Input

Structure data

  1. VESTA format (*.vesta)
  2. VICS format (*.vcs)
  3. American Mineralogist Crystal Structure Database (*.amc)
  4. asse (*.asse)
  5. Chem3D
  6. CIF (Crystallographic Information File)
  7. CrystalMaker text file (*.cmt)
  8. CSSR (Crystal Structure Search and Retrieval)
  9. CSD/FDAT
  10. DL_POLY CONFIG
  11. FEFF input file (feff.inp)
  12. FHI-AIMS input file (*.in)
  13. GEOMETRY.OUT output by the Elk FP-LAPW Code
  14. GSAS format (*.EXP)
  15. ICSD (Inorganic Crystal Structure Database)
  16. ICSD-CRYSTIN
  17. MDL Molfile
  18. MINCRYST (Crystallographic Database for Minerals)
  19. MOLDA
  20. PDB (Protein Data Bank)
  21. Input file of RIETAN-FP (*.ins)
  22. Output file of RIETAN-FP (*.lst)
  23. Input file of SHELXL (*.ins, *.res)
  24. Output files of STRUCTURE TIDY (*.sto)
  25. Structure data files output by USPEX.
  26. WIEN2k (*.struct)
  27. XMol XYZ (*.xyz)
  28. F01 for SCAT and C04D for contrd
  29. MXDORTO/MXDTRICL FILE06.DAT, FILE07.DAT
  30. XTL file (*.xtl)

Volumetric data

  1. PRIMA binary format (*.pri; *.prim)
  2. MEED/PRIMA text data (*.den)
  3. Energy Band (*.eb)
  4. General volumetric-data (text format) (*.?ed)
  5. Periodic volumetric-data (text format) (*.grd)
  6. General volumetric-data (binary format) (*.ggrid)
  7. Periodic volumetric-data (binary format) (*.pgrid)
  8. Compressed volumetric-data format (*.m3d)
  9. SCAT volumetric-data files (*.sca, *.scat)
  10. WIEN2k (*.rho) obtained with wien2venus.py
  11. WinGX 3D Fourier (*.fou)
  12. X-PLOR/CNX (*.xplor)

Structure & volumetric data

  1. CASTEP (*.cell, *.charg_frm)
  2. GAMESS input and 3D surface data files output by MacMolPlt
  3. Gaussian Cube format
  4. VASP
  5. XCrySDen XSF format
Output

Structure data

  1. Original format of VESTA (*.vesta)
  2. Chem3D
  3. CIF (Crystallographic Information File)
  4. DL_POLY CONFIG
  5. PDB (Protein Data Bank)
  6. Standard input file of RIETAN-FP (*.ins)
  7. XMol XYZ
  8. VASP POSCAR format
  9. VRML (*.wrl)
  10. Input files of MADEL (*.pme)
  11. Input files of STRUCTURE TIDY (*.sto)
  12. P1 structure (*.p1)
  13. Fractional coordinates (*.xtl)

Volumetric data

  1. PRIMA binary format (*.pri)
  2. General volumetric-data (text format) (*.?ed)
  3. Periodic volumetric-data (text format) (*.grd)
  4. General volumetric-data (binary format) (*.ggrid)
  5. Periodic volumetric-data (binary format) (*.pgrid)
  6. Compressed volumetric-data format (*.m3d)

Graphic formats (raster image)

  1. BMP
  2. EPS
  3. JPEG
  4. JPEG 2000
  5. PNG
  6. PPM
  7. RAW
  8. RGB (SGI)
  9. TGA
  10. TIFF

Graphic formats (vector image)

  1. EPS
  2. PDF
  3. PS
  4. SVG
4. VESTA開発の背景
VESTAは結晶構造の可視化ソフトウェア・VICS、および、電子・核密度の可視化ソフトウェア・VENDを起源としています。VICSとVENDはR. A. Dilanian博士泉富士夫博士により、VENUS systemの一部として2001年に開発が開始されました。VENUS systemは2002年暮れに一般公開され、以来、多くの研究に用いられています。しかしながら、VICSとVENDにはパフォーマンス上の大きな問題があり、また、基盤としていたGUIツールキット、GLUTとGLUIの制約から操作性も不十分でした。また、等値曲面と構造モデルを重ねるには、VICSで構造を作成してからテキストファイルに保存し、それをVENDでインポートする必要があるなど、VICSとVENDの使い分けも面倒でした。C言語で書かれたソースコードは拡張性にも乏しく、限られた機能、限られた数のオブジェクトしか扱えませんでした。

2004年6月末には開発者の一人であるDilanian博士がプロジェクトを去ることが決定し、VICSとVENDの開発ストップの気配が濃厚になりました。そこで、既存コードをベースに、VICSやVENDに取って代わる、新しいプログラムの作成を開始しました。GUIはwxWidgetsというツールキットを使用して新たに構築し、C言語で書かれたソースコードを必要に応じてC++で書き直して移植、大幅な拡張を行いました。まずはVICSの書き換えから初め、約一年後の2005年7月にVICSの後継としてVICS-IIを公開しました。その後、VICS-IIのフレームワークをそのまま利用し、更にVEND相当の機能を追加して統合可視化システム、VESTAへと発展させました。VICS-IIの全機能はVESTAにそのまま引き継がれています。

VENUSに関する情報の詳細は泉富士夫先生のホームページを参照して下さい。

5. Change Log
  • 2016年6月24日 ver. 3.3.8
    • Ver. 3.3.7では"Search atoms bonded to A1"のモードで自動結合サーチされてしまう問題を修正。
  • 2016年6月18日 ver. 3.3.7
    • Ver. 3.3.6で配位多面体を選択するとクラッシュするバグを修正。
    • GEOMETRY.OUTの単位格子が原子単位系(a.u.)のままであったのをオングストローム単位に変換するよう修正。
  • 2016年6月7日 ver. 3.3.6
    • 結晶外形データの表示/非表示を一相ごとに切り替えられる機能を実装。
    • 自動で結合サーチされる原子ペアにSi-SiとGe-Geを追加。
  • 2016年6月6日 ver. 3.3.5
    • 自動結合サーチのデフォルト値を改善。
    • 可視化中データの概要を出力する"Summary"タブをメイン画面に追加。
    • 巨大なデータの読み込みや、多数の結晶データ間の表示切替に極端に時間がかかる問題を修正。
  • 2016年6月4日 ver. 3.3.4
    • Preferencesダイアログで"Start-up search for bonds"を切ることで、自動結合サーチをオフにできるようにした。
    • 複数の結晶データを含む場合に、データ番号を指定して表示する結晶データを切り替えられる機能を追加。
    • 行頭にスペースを含むVASPファイルの読み込みに関するバグを修正。
  • 2016年5月29日 ver. 3.3.3
    • ボリュームデータと結晶外形データもVRMLファイルに書き出せるように修正。
    • 複数の結晶データを含む場合、表示するデータをボタンで一相ずつ切り替えられる機能を追加。
    • 組込みの"Powder Diffraction"ウィンドウから、反射リストをテキストファイルに出力する機能を実装。
    • Ver. 3.3.2でStructure Factorsダイアログの内容をテキストにエクスポートすると、間違った強度が書き出されるバグを修正。
    • 各サイトの電荷が0以外の非周期的データ(分子)に対して、配位多面体を選択するとクラッシュする問題を修正。
    • "Standardization of Crsytal Data"を実行時にクラッシュするバグを修正。
  • 2015年11月12日 ver. 3.3.2
    • 簡易的な粉末X線回折パターンのシミュレーション機能を実装。RIETAN-FPがインストールされていないか、PreferencesダイアログからRIETAN-FPのインストールパスを削除した場合に、組込みの機能を利用してシミュレーションするようにした。シミュレーション条件の編集機能は、波長以外は未実装。
    • 特殊位置の異方性原子変位パラメーターUijと磁気モーメントに対して、対称性の制約を満たさない場合にテキストエリアに警告メッセージを出力するようにした。
    • 空間群の第一設定以外の場合、Edit Dataダイアログを開いた際に、格子定数が誤った制約によって変更されるバグを修正。このバグはv3.3.0以降で入ったものです。
    • Unit Cell Transformationダイアログからの座標変換によって格子体積が変化する場合、特殊なケースにおいて追加の格子点の探索に失敗するバグを修正。
  • 2015年7月23日 ver. 3.3.1
    • Structure Factorsダイアログからテキストデータをエクスポートする際の出力データに2thetaとIを追加。
  • 2015年7月10日 ver. 3.3.0
    • 全1651の磁気空間群をサポート。
    • ファイルメニューに最近開いたファイルの履歴を追加。
    • 単位格子の変換行列により単位格子の体積が変わる場合、追加の対象操作を自動生成する機能を追加。
    • Structure Factorsダイアログボックスのリストに2thetaとIを追加。
    • 正負両方の値が記録されたMEMの出力ファイルなど(*.pri, *.pgrid, *.ggrid)から正または負のデータのみを読み込み可能にした。
    • ゼオライトなどの巨大なケージ状構造に対する結合探索アルゴリズムの更なる最適化。
    • 空間群データベースファイル(spgra.dat, spgro.dat, wyckoff.dat)中のタイプミスを修正。
    • Edit Dataダイアログボックスでの各相の相対位置と方位指定に関するバグを修正。
    • Structure Factorsダイアログボックスで、指数h, k, lの最大値が指定した分解能に僅かに満たないことがある問題を修正。
    • RIETAN-FPのテンプレートファイル(*.ins)と実行スクリプトを最新版のv2.63に対応させた。
  • 2014年8月20日 ver. 3.2.1
    • Ver. 3.1.9と3.2.0で個別原子に割り当てたベクトルが削除できなくなっていたバグを修正。
    • Ver. 3.1.1より古いバージョンで作成したVESTAのファイルを再読み込みすると、鏡像位置にあるサイトにデフォルトでカンママークが表示される問題を修正。
  • 2014年8月14日 ver. 3.2.0
    • Ver. 3.1.9で配位多面体が描けなくなったバグを修正。
    • 2D Data Displayウィンドウでlogarithmicモードの等高線表示にした際、ウィンドウを閉じてから再度開くとモードの変更ができないバグを修正。
  • 2014年8月7日 ver. 3.1.9
    • Vectorダイアログを改変し、結晶学的サイトないしは個々の原子のどちらにも、ベクトルを追加できるようにした。結晶学的サイトにベクトルを追加した場合、対称操作に従ってベクトルの向きも回転される。
    • 上記の変更に伴い、*.vestaのファイル形式も若干変更した。
    • その他細かなバグフィックス。
  • 2014年1月27日 ver. 3.1.8
    • 結晶構造因子を計算するStructure Factorsダイアログを追加。
    • RIETAN-FP用のテンプレートファイルと実行スクリプトを更新。PDFファイルの自動出力に対応した。
    • 熱振動楕円体表示の際、等方的な原子を等方性原子変位パラメーターの値でスケールするオプションを追加。
    • Gaussian cube形式では、構造モデルに周期境界を適用せず、クラスターモデルとして読み込むよう変更。
    • OSX版の最低動作要件をOSX 10.6に変更。本バージョンから、10.5以下では動作しない。
    • Mac版では、OpenGLキャンバスがRetinaディスプレイのネイティブ解像度に対応。(アイコン類は未対応)
    • 2D Data Displayウィンドウを開くとクラッシュする問題など、Mac OS X版のバグを複数修正。
  • 2013年10月19日 ver. 3.1.7
    • ファイルサポートの改善(SHELX *.ins形式、xplor形式、Cartesian座標形式のPOSCAR, CIFファイルの最終行が改行されていない場合など)
    • Structure Tidyによる結晶構造の標準化実行時、結果をテキストエリアに出力(最近のバージョンでは出力されなくなっていた)。
    • Mac OS X版の安定性を改善
    • ボンドバレンスパラメーターのデータベースファイルをbvparm2013.cifに更新。
    • Madelの出力を調整。
  • 2013年7月6日 ver. 3.1.6
    • Mac OS X版で、粉末回折パターンのシミュレーション、結晶データの標準化が行えない問題を修正。
    • "Fourier Synthesis"ダイアログにおいて、対称心の無い構造で、かつフリーデル対の一方しか構造因子が入力されていない場合でも、正しい電子密度が計算できるようにした。
    • マーデルングエネルギーの出力が、非対称単位あたりの値であることがより明確になるよう、出力フォーマットを微修正。
  • 2013年2月26日 ver. 3.1.5
    • wxWidgetsの最新の開発版スナップショットを使用してWindows版を再ビルド。Windows版のv3.1.3とv3.1.4では、粉末回折パターンのシミュレーションを行うと、異常終了するバグがあった。これはwxWidgets側の問題で、最新版では修正されている模様。
  • 2013年2月22日 ver. 3.1.4
    • Linux版のv3.1.3で、非ASCII文字を含むテキスト出力が表示されないバグを修正。
    • 複数の結晶構造データが含まれるファイルを開く際に表示されるダイアログを微修正。
    • 将来のUSPEX形式の拡張を先取りサポート。
    • Mac OSX版ではユーザーデータをアプリケーションバンドル内に書き込まないように変更。この変更により、ファイアーウォールが有効なシステム上で、VESTA起動時に毎回、セキュリティに関するダイアログが表示される現象が解決されるはずである。
  • 2013年1月30日 ver. 3.1.3
    • v3.1.2のVASPファイル読み込みに関するバグを修正。
    • Wien2k *.strucファイルからの菱面体格子の読み込みに関するバグを修正。
    • Mac OS X上でのプロセス間通信を修正。
    • "Fourier Synthesis"ダイアログで、 SHELXLの"list 3"形式の*.fcfファイルからの構造因子のインポートをサポート。