OfakeG：使GaussView能够可视化ORCA输出文件的工具

sobereva

OfakeG：使GaussView能够可视化ORCA输出文件的工具

OfakeG: A tool that enables GaussView to visualize ORCA output files

文/Sobereva@北京科音

First release: 2019-Jul-17  Last update: 2024-Oct-30

1 前言

量子化学程序ORCA用的人越来越多，功能很强大而且免费，用户数在所有量化程序中已经是第二高（虽然跟Gaussian比还遥不可及）。但至少在笔者撰写此文时，相对于用户数占绝对主导地位的Gaussian程序而言，仍有一个不足之处是没有像GaussView那样的很理想的图形界面。虽然也有Avogadro、Chemcraft、Gabedit等程序能支持ORCA，但都没GaussView用着舒服。

在产生输入文件方面，Multiwfn已经提供了产生ORCA常见任务的输入文件的功能，见《详谈Multiwfn产生ORCA量子化学程序的输入文件的功能》（http://sobereva.com/490），用户只需要用GaussView画好结构，保存为gjf/mol/mol2/pdb格式，就可以用Multiwfn很方便地得到ORCA输入文件，所以在建模、产生输入文件方面，对ORCA用户没什么困难的。在观看ORCA产生的轨道、做波函数分析方面，Multiwfn也都提供了极其丰富的功能，相关信息见《使用Multiwfn观看分子轨道》（http://sobereva.com/269）、《Multiwfn FAQ》（http://sobereva.com/452）等文章，因此ORCA用户在后处理分析方面也没任何压力。另外，Multiwfn可以基于ORCA的输出文件绘制各类光谱图，所以ORCA用户在光谱研究方面也已经很方便了，相关信息见《Simulating UV-Vis and ECD spectra using ORCA and Multiwfn》（http://sobereva.com/485）、《Simulating UV-Vis and ECD spectra using ORCA and Multiwfn》（http://sobereva.com/485）。笔者在北京科音高级量子化学培训班（http://www.keinsci.com/workshop/KAQC_content.html）里还对ORCA的各方面使用做了相当全面系统的讲解，可以很快上手并用得游刃有余。

虽然Multiwfn已经解决了ORCA用户在使用方面的大量障碍，但几何优化轨迹/收敛情况的考察以及振动模式的观看不属于Multiwfn的范畴，而目前却没有理想的解决办法。虽然Chemcraft也能观看ORCA的优化轨迹，但终究没有常用的GaussView用着舒服，而且还是收费程序；Avogadro虽然也观看ORCA的振动分析对应的振动动画，但显示效果不理想，在Windows下容易崩溃、出现异常（至少在笔者的Win7-64bit机子上是如此）。尽管也可以让Gaussian与ORCA挂接，这样可以使ORCA做计算但是输出的是Gaussian格式的信息，从而等效实现让GaussView观看ORCA计算的结果的目的，见《将Gaussian与ORCA联用搜索过渡态、产生IRC、做振动分析》（http://sobereva.com/422），但这样做稍显麻烦、在Windows下也没法用。

显然，如果能开发个程序把ORCA的优化、振动分析、优化+振动分析的输出文件“伪造”成Gaussian的，这样就可以令GaussView直接支持读取ORCA的输出文件了，使得ORCA对于常见问题的研究用起来方便得多，也明显便于Gaussian用户同时掌握ORCA程序。笔者开发的OfakeG程序就是实现这个目的，下面介绍一下。如果你想一睹为快这个程序的实际效果，可以看这个视频：《基于ORCA量子化学程序对分子做优化、振动分析、观看红外光谱、观看轨道的简单演示》（https://www.bilibili.com/video/av59599938），其中用到了此程序。

OfakeG的学术合理性声明：本程序的开发灵感来自于Grimme的xtb程序。xtb程序做振动分析的时候会自动输出一个伪造Gaussian的振动分析输出文件，目的是为了让用户看振动模式方便；xtb程序为了兼容GSM也官方支持伪造ORCA的输出文件。大牛Grimme直接用的就是fake这个词。显然令A程序输出B程序的格式在学术界是非常正常的事情。Gaussian的输出格式是公开的而非加密的，GaussView能读入的格式也相当于是公开的，本文的OfakeG程序亦没有对GaussView本身做任何篡改，明显从各个角度上本程序的开发是完全学术正当的。本程序所做的事仅仅是将ORCA的输出信息转化成Gaussian的格式而已，文中所谓“伪造”只不过是常规的文件格式转换而已，和数据层面的“造假”有天壤之别，转换出的文件里也根本没有任何文字体现这文件是靠Gaussian程序算出来的。此程序的开发目的是给广大科研工作者提供个便利，开发/使用此程序不涉及任何侵权和学术不端（除非你利用OfakeG之后，把ORCA算的结果说成是Gaussian算的）。此程序愿意用就用，不爱用的、缺乏对计算化学领域程序状况基本认识的、怀有恶意的、有特殊利益驱动的人以及杠精，不要强词夺理在学术合理性上乱喷此程序。


2 OfakeG程序

2.1 介绍+使用方法

OfakeG程序可以在官方页面下载：http://sobereva.com/soft/OfakeG
其中带.exe后缀的是Windows版，不带后缀的是Linux版。

此程序目前支持处理ORCA的opt、freq和opt freq任务的输出文件（不支持单点任务文件，因为根本没有任何转换的意义！）。此程序对ORCA 4.x、5.x、6.x版经测试可用，对于其它版本可能兼容也可能不兼容，请读者自行尝试。等ORCA以后出新版本，并且笔者发现和OfakeG不兼容时，预计笔者会更新此程序并更新本文。

OfakeG使用非常简单。启动此程序后，把上述任务的ORCA输出文件路径输入进去（对于Windows也可以直接把文件拖进去，路径会直接显示出来），一按回车，就会在当前目录下产生伪造的Gaussian输出文件。如果输入文件名字是yuri.out，则输出文件将是yuri_fake.out。这个输出文件可以直接载入GaussView，对opt或opt freq任务可以播放优化过程的动画、用results - Optimization观看优化过程的收敛情况，对freq或opt freq任务可以用results - Vibrations观看振动模式。

在Windows下还有更省事的运行方式，即可以直接将ORCA输出文件拖到OfakeG.exe图标上，此时在ORCA输出文件的目录下会出现文件名带_fake的伪造的Gaussian输出文件。

OfakeG也可以通过命令行方式使用，比如在Linux下可以在OfakeG所在目录下运行./OfakeG Aika.out，将在当前目录下得到Aika_fake.out。显然，你也可以自写shell脚本用这个程序大批量转换ORCA输出文件。

OfakeG文件包里的.out文件是一些ORCA的示例输出文件。如果你的输出文件转换不成功，请尝试通过对照这些示例文件搞清楚是怎么回事。目前OfakeG名义上只支持HF/DFT的输出文件，其它理论方法不一定能支持。对于加了乱七八糟复杂关键词的情况，OfakeG也不一定能处理。

如果OfakeG处理你的文件时崩溃，且得到的_fake后缀的文件里只有几行信息，很有可能是因为你的ORCA输出文件的编码是UTF16造成的，OfakeG是处理不了前者的情况的，是什么编码和你用的终端有关系。比如Windows的cmd终端重定向输出的文件是ASCII编码的，而PowerShell是UTF16编码的。对于UTF16编码的输出文件，你可以用比如Ultraedit打开，选另存为，把编码改成Unicode或UTF8，之后再用OFakeG处理。如果你平时习惯用PowerShell且希望重定向出的文件直接就ASCII编码，可以用诸如这样的命令运行test.inp得到test.out：D:\study\orca\orca test.inp | out-file test.out -encoding ascii
如果是Win10，还可以直接指定默认的重定向的编码，详见https://stackoverflow.com/questions/40098771/changing-powershells-default-output-encoding-to-utf-8。

如果你怎么也搞不清楚为什么你的ORCA输出文件无法转化成功，或者可判定OfakeG程序有bug，请在http://bbs.keinsci.com/thread-13952-1-1.html贴子里发回帖，把文件压缩后上传。

2.2 OfakeG的几个细节

以下内容建议留意一下，以更好地理解OfakeG的细节，但初学者不看也可以。

OfakeG给出的是简化到不能再简化的能令GaussView正常读取的伪造的Gaussian输出文件，因此如果你写类似工具把其它程序的输出文件也伪造成类似格式，就也可以令GaussView读取。

GaussView要求输出文件里必须有basis functions、alpha electrons、beta electrons信息，但ORCA输出文件里不直接体现，而且这仨对于观看优化和振动分析没有意义，因此在伪造的输出文件开头有这仨信息，但数值都为0。

OfakeG从ORCA输出文件里读能量的时候读的是FINAL SINGLE POINT ENERGY，即当前计算级别下的最终能量。而产生伪造的Gaussian输出文件时，为了省事和统一，是以SCF Done标签来输出的。

Gaussian做优化任务的时候，对每一步，输出次序是[结构i]-[结构i的能量]-[结构i的受力]-[结构i的收敛情况]，所以结构、能量、收敛信息都是一一对应的。而对于ORCA，输出也是这样的顺序，但最后在第i步时发现已经满足收敛限了，之后还会根据第i步的信息再预测出第i+1步的结构，并且计算这个结构下的能量（也顺带得到波函数），而这个i+1结构就不再计算受力了，也因此对这个结构也不再输出收敛判断信息。所以OfakeG产生的伪造的Gaussian输出文件中，第1步到第i+1步的结构、能量、收敛情况都会给出，但最后一次输出的收敛情况信息里当前值全都被设成0来占位。

优化过程中除了像Gaussian一样用受力/位移的最大/RMS值作为判断标准外，ORCA还用能量变化作为判断标准。为了体现这点，在伪造的Gaussian输出文件中也在收敛判断部分添加了这项，但这项不会被GaussView所读取，大家可以自行考察。

对于振动分析，由于ORCA不会给出约化质量和振动模式的力常数，所以伪造的Gaussian输出文件里也没这项，这不影响一般的分析。由于ORCA不给出振动模式的不可约表示，所以OfakeG把不可约表示都一律输出为A。

OfakeG把ORCA振动分析输出的热力学数据也都转化为了Gaussian的输出形式，对于用惯了Gaussian的人来说读起来方便不少，并且还顺带多显示了一项Electronic energy=，后面是振动分析对应的结构的电子能量。

OfakeG以后版本也有可能支持处理ORCA的IRC任务的输出文件，但目前没有打算支持。因为笔者撰文时最新的ORCA 4.1.2版的IRC功能非常弱、速度慢，甚至就连反应坐标都不给出来，原理上没法转换成Gaussian的格式。另外OfakeG也不会去支持转换ORCA的TDDFT等电子激发任务的输出文件，因为做这个转换没有任何实际意义。Multiwfn直接就能基于ORCA的TDDFT输出信息绘制各种电子光谱和做电子激发分析（后者我都有现成的例子，见http://sobereva.com/485。Multiwfn绘制光谱的更详细介绍见http://sobereva.com/224），而且ORCA目前版本给出的是TDDFT组态函数的贡献而不是系数，原理上也不可能转换为Gaussian形式的输出。

OfakeG是100%纯Fortran写的，没有利用任何库和其它任何编程语言（或许有的人能猜到我为什么刻意彰显这点）。

sobereva

pikachuupup 发表于 2025-5-26 17:00
社长，最新版有的任务转换后会无法显示freq的数据，但是输出文件里的红外数据是正常的，希望社长看一下是什 ...

我已在官网上更新了OfakeG 1.3.3，解决了此问题

pikachuupup

社长，最新版有的任务转换后会无法显示freq的数据，但是输出文件里的红外数据是正常的，希望社长看一下是什么情况

Xx_DerEnTh

sobereva 发表于 2025-5-13 23:43
gview打开时候没选择read intermediate geometries，选了的话会载入所有帧，如下所示

感谢sob老师！

sobereva

Xx_DerEnTh 发表于 2025-5-13 21:43
sob老师您好，我转化后输出文件底部显示的是Normal，但是用gview打开后opt和freq是灰色的，里面只有一个结 ...

gview打开时候没选择read intermediate geometries，选了的话会载入所有帧，如下所示

Xx_DerEnTh

sob老师您好，我转化后输出文件底部显示的是Normal，但是用gview打开后opt和freq是灰色的，里面只有一个结构，终端的输出我也放在文件里了，麻烦sob老师看看是哪里有问题,谢谢sob老师

sobereva

今日更新了OfakeG 1.3.2版，修正了有极小频率（如0.68 cm-1）的情况下无法转换振动分析信息的问题

sobereva

发现了一个1.3版读取能量的bug，今日更新了1.3.1版修正了此问题

sobereva

hzfish 发表于 2025-2-10 10:54
社长，计算设置一样，同一批其他都正常，其中一个转换后结果出现*号。
Temperature   298.150 Kelvin.  P ...

当前计算本身就有问题，频率大得离谱
freq.  1002514.45  E(vib)   ...       0.00
freq.  1034600.32  E(vib)   ...       0.00
freq.  1176429.76  E(vib)   ...       0.00
freq.  1609804.10  E(vib)   ...       0.00
freq.  1636252.32  E(vib)   ...       0.00
freq.  2982296.49  E(vib)   ...       0.00
freq.  3273759.49  E(vib)   ...       0.00
freq.  4493479.44  E(vib)   ...       0.00
freq.  6236449.14  E(vib)   ...       0.00

hzfish

社长，计算设置一样，同一批其他都正常，其中一个转换后结果出现*号。
Temperature   298.150 Kelvin.  Pressure   1.00000 Atm.
Zero-point correction=                           ******** Hartree
Thermal correction to Energy=                    ********
Thermal correction to Enthalpy=                  ********
Thermal correction to Gibbs Free Energy=        86.570707

zhaoquanyou

sobereva 发表于 2024-10-30 00:39
这都不是OfakeG支持的任务
转单点的输出文件毫无意义

好的好的社长，我才发现我计算任务提交错了，真不好意思

sobereva

zhaoquanyou 发表于 2024-10-29 22:19
社长，虽然我知道用powell挺不合适的，我用Ultraedit转换了一下试试，发现还是不行，也参照D:\study\orca\o ...

这都不是OfakeG支持的任务
转单点的输出文件毫无意义

zhaoquanyou

社长，虽然我知道用powell挺不合适的，我用Ultraedit转换了一下试试，发现还是不行，也参照D:\study\orca\orca test.inp | out-file test.out -encoding ascii运行了，运行成功了之后还是无法转成fakeout，实在搞不明白了，请大家帮我看一下是什么问题啊

sobereva

今日更新了OfakeG 1.2，兼容了ORCA 6用usesym关键词时振动分析的输出文件了

sobereva

修正了一个bug，更新了1.1版。之前版本读取ORCA 5.0.x的振动分析的红外强度数据有误