JP5357320B1 - フラグメントモデル作成装置、フラグメントモデル作成システム、フラグメントモデル作成方法、及び、フラグメントモデル作成プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ＢＤＡの設定やＢＡＡの設定の確度を高めることの可能なフラグメントモデル作成装置、フラグメントモデル作成システム、フラグメントモデル作成方法、及び、フラグメントモデル作成プログラムを提供する。
【解決手段】分割の対象となる分割原子対を結晶モデルにて特定する分割位置特定部２２と、結晶モデルの中で相互に結合する原子からなる複数の原子団の各々をフラグメントモデルとして作成するモデル作成部２３と、を備える。複数の原子からなる原子団が１つの基本分割単位として設定され、結晶モデルを構成する複数の原子の各々は、基本分割単位を構成する原子のいずれかに対応づけられる。分割位置特定部２２では、基本分割単位を構成する原子の中で分割原子対の候補が設定される。また、分割位置特定部２２は、結晶モデルに対し複数の基本分割単位の各々に含まれる候補を分割原子対として特定する。
【選択図】図１４

Description

フラグメントモデルの作成を行うフラグメントモデル作成装置、フラグメントモデル作成システム、フラグメントモデル作成方法、及び、フラグメントモデル作成プログラムに関する。

タンパク質と、リガンドとなる化合物との相互作用を解析する一つの手法として、フラグメント分子軌道法（ＦＭＯ法）を用いた相互作用エネルギーの計算が用いられている（例えば、非特許文献１、非特許文献２、及び、非特許文献３参照）。

中野、望月他 Chem. Phys. Lett., 523, pp. 128-133 (2012) 中野他 J. Comput. Chem. Jpn., Vol. 6, No. 3, pp. 173-184 (2007) 福澤他 J. Comput. Chem. Jpn., Vol. 6, No. 3, pp. 185-198 (2007)

ところで、上述のＦＭＯ法では、フラグメントモデルの作成に際して、計算の対象になるモデルに対し、分割位置になる原子（Bond Detached Atom :ＢＤＡ）と、ＢＤＡと対になる原子（ Bond Attached Atom ：ＢＡＡ）とが利用者によって設定される。そして、ＢＤＡとＢＡＡとが適切に設定されることによって、ＦＭＯ法による計算結果の精度が高められる。

この際に、タンパク質のような一次元の高分子モデルが計算の対象である場合には、ＢＤＡの候補とＢＡＡの候補とが一次元的に並ぶため、ＢＤＡの設定やＢＡＡの設定に誤りは生じ難い。しかしながら、低温型石英のような非金属結晶モデルが計算の対象である場合には、ＢＤＡの候補やＢＡＡの候補が三次元に複雑に散在するため、一次元的な高分子モデルに比べて、ＢＤＡの設定やＢＡＡの設定に誤りが生じやすくなる。

本開示の技術は、ＢＤＡの設定やＢＡＡの設定の確度を高めることの可能なフラグメントモデル作成装置、フラグメントモデル作成システム、フラグメントモデル作成方法、及び、フラグメントモデル作成プログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのフラグメントモデル作成装置は、分割の対象となる複数の分割原子対を結晶モデルにて特定する分割位置特定部と、前記結晶モデルの中で相互に結合する原子からなる複数の原子団の各々をフラグメントモデルとして作成するモデル作成部と、を備える。ここで、前記結晶モデルには、少なくとも非金属結晶モデルが含まれ、複数の原子からなる原子団が１つの基本分割単位として設定され、前記結晶モデルを構成する複数の原子の各々は、前記基本分割単位を構成する原子のいずれかに対応づけられる。前記分割位置特定部では、前記基本分割単位を構成する原子の中で前記分割原子対の候補が設定される。そして、前記分割位置特定部は、前記結晶モデルに対し複数の前記基本分割単位の各々に含まれる前記候補を前記分割原子対として特定する。

上記課題を解決するためのフラグメントモデル作成システムは、入力装置と、前記入力装置から入力されたデータを用いてフラグメントモデルを作成するフラグメントモデル作成装置と、を備える。また、前記フラグメントモデル作成装置は、前記入力装置から入力された結晶モデルに対して分割の対象となる複数の分割原子対を特定する分割位置特定部と、前記結晶モデルの中で相互に結合する原子からなる複数の原子団の各々をフラグメントモデルとして作成するモデル作成部と、を備える。ここで、前記結晶モデルには、少なくとも非金属結晶モデルが含まれ、複数の原子からなる原子団が１つの基本分割単位として設定され、前記結晶モデルを構成する複数の原子の各々は、前記基本分割単位を構成する原子のいずれかに対応づけられる。前記分割位置特定部では、前記基本分割単位を構成する原子の中で前記分割原子対の候補が設定される。そして、前記分割位置特定部は、前記結晶モデルに対し複数の前記基本分割単位の各々に含まれる前記候補を前記分割原子対として特定する。

上記課題を解決するためのフラグメントモデル作成方法は、分割の対象となる複数の分割原子対を結晶モデルにて特定すること、前記結晶モデルの中で相互に結合する原子からなる複数の原子団の各々をフラグメントモデルとして作成すること、を含む。ここで、前記結晶モデルには、少なくとも非金属結晶モデルが含まれ、複数の原子からなる原子団が１つの基本分割単位として設定され、前記結晶モデルを構成する複数の原子の各々は、前記基本分割単位を構成する原子のいずれかに対応づけられる。前記複数の分割原子対を特定するときには、前記基本分割単位を構成する原子の中で前記分割原子対の候補が設定される。そして、前記結晶モデルに対し複数の前記基本分割単位の各々に含まれる前記候補が前記分割原子対として特定される。

上記課題を解決するためのフラグメント作成プログラムは、コンピュータを、分割の対象となる複数の分割原子対を結晶モデルにて特定する分割位置特定部と、前記結晶モデルの中で相互に結合する原子からなる複数の原子団の各々をフラグメントモデルとして作成するモデル作成部として機能させる。ここで、前記結晶モデルには、少なくとも非金属結晶モデルが含まれ、複数の原子からなる原子団が１つの基本分割単位として設定され、前記結晶モデルを構成する複数の原子の各々は、前記基本分割単位を構成する原子のいずれかに対応づけられる。前記分割位置特定部では、前記基本分割単位を構成する原子の中で前記分割原子対の候補が設定される。そして、前記分割位置特定部は、前記結晶モデルに対し複数の前記基本分割単位の各々に含まれる前記候補を前記分割原子対として特定する。

上記各構成によれば、基本分割単位に対して分割原子対の候補が設定され、複数の基本分割単位の集合として結晶モデルが取り扱われる。そして、結晶モデルにおける複数の基本分割単位の各々に含まれるＢＤＡの候補とＢＡＡの候補とが分割原子対として特定される。それゆえに、ＢＤＡの設定やＢＡＡの設定の確度を高めることが可能になる。

このフラグメントモデル作成装置は、前記特定された分割原子対を前記フラグメントモデルの構成ごとに出力する出力部をさらに備えることが好ましい。
フラグメントモデルに含まれる分割原子対に関する情報は、例えば、相互に異なる２つのフラグメントモデルを１つのフラグメントモデルとして取り扱う際のマージ処理にて必要とされる。また、フラグメントモデルに含まれる分割原子対に関する情報は、例えば、フラグメントモデルを用いて計算される結晶モデルの電子状態に関し、その計算の精度を高めるうえで有効に活用される。上記フラグメントモデル作成装置によれば、こうした分割原子対をフラグメントモデルの構成ごとに利用者に把握させることが可能にもなる。

このフラグメントモデル作成装置は、前記複数の分割原子対の一部にて分割を解除し、前記解除された分割原子対を含む相互に隣接する２つの前記フラグメントモデルを１つのフラグメントモデルに変換するマージ処理部をさらに備えることが好ましい。

結晶モデルの中で相互に結合する原子からなる複数の原子団では、分割原子対の設定や結晶モデルの構造などによって、フラグメントモデルの大きさやフラグメントモデルの構成原子の種類などが相互に異なる。複数のフラグメントモデルを用いて結晶モデルの電子状態が計算される場合には、フラグメントモデルの大きさやフラグメントモデルの荷電の偏りが結晶モデルのなかで少ない方が、計算の精度を高められることが少なくない。さらに、フラグメントモデルを用いて結晶モデルの電子状態が計算される場合には、フラグメントモデルごとの電子状態の計算が並列に処理され、こうした計算の方式では、複数のフラグメントモデルの各々の大きさが均一になることによって計算の効率化が図られる。

この点、上記フラグメントモデル作成装置によれば、複数の分割原子対の一部にて分割が解除され、解除された分割原子対が含まれる２つのフラグメントモデルが新たな１つのフラグメントモデルに変換される。それゆえに、一度作成されたフラグメントモデルの大きさやフラグメントモデルの構成原子の種類を変更することが可能にもなる。

このフラグメントモデル作成装置にて、前記分割位置特定部では、相互に異なる複数の前記候補が設定される。そして、前記分割位置特定部は、前記分割原子対を前記候補ごとに特定し、前記モデル作成部は、前記候補ごとの分割原子対を用いて前記フラグメントモデルを前記候補ごとに作成することが好ましい。

結晶モデルの中で相互に結合する原子からなる複数の原子団では、分割原子対の設定によって、フラグメントモデルの大きさやフラグメントモデルの構成原子の種類などが相互に異なる。複数のフラグメントモデルを用いて計算された結晶モデルの電子状態では、フラグメントモデルの大きさやフラグメントモデルの構成原子の種類によって相互に異なる場合が少なくない。そして、フラグメントモデルの大きさやフラグメントモデルの構成原子の種類に多様性が与えられることは、結晶モデルにおける電子状態の計算に際し、その計算精度の傾向を把握させるうえで有益でもある。

この点、上記フラグメントモデル作成装置によれば、基本分割単位ごとの分割原子対に複数の候補が設定され、複数の候補の各々に対して分割原子対が特定される。それゆえに、フラグメントモデルの作成に際して、多様性を高めることが可能にもなる。

このフラグメントモデル作成装置にて、前記モデル作成部は、前記フラグメントモデルの評価値を前記候補ごとに算出し、前記候補と前記評価値とを対応付けて出力する出力部をさらに備えることが好ましい。

上記フラグメントモデル作成装置によれば、フラグメントモデルの評価値が分割原子対の候補ごとに出力される。それゆえに、候補ごとに作成されるフラグメントモデルのいずれが結晶モデルにおける電子状態の計算に適しているかを利用者に把握させることが容易にもなる。

このフラグメントモデル作成装置にて、前記評価値は、前記結晶モデルの形式電荷の絶対値の総和、前記結晶モデルにおける形式電荷の偏り、及び、前記複数のフラグメントモデルの各々の大きさにおける最大値の少なくとも１つであることが好ましい。

上記フラグメントモデル作成装置によれば、結晶モデルにおける電子状態の計算に適している候補が、結晶モデルの形式電荷の絶対値の総和、結晶モデルにおける形式電荷の偏り、複数のフラグメントモデルの各々の大きさにおける最大値の少なくとも１つによって示される。

このフラグメントモデル作成装置にて、前記出力部は、前記複数のフラグメントモデルの各々における形式電荷、及び、前記複数のフラグメントモデルの各々における大きさの少なくとも１つを相互に異なる要素を有した色として出力することが好ましい。

上記フラグメントモデル作成装置によれば、色相、明度、彩度等の色の要素が相互に異なる色によってフラグメントモデルの形式電荷や大きさが出力されるため、結晶モデル内での形式電荷や大きさの分布の視認性が高められる。ひいては、フラグメントモデルのいずれが結晶モデルにおける電子状態の計算に適しているかの把握をさらに容易にすることが可能にもなる。

本開示の技術によれば、フラグメントモデルの作成に際してＢＤＡの設定やＢＡＡの設定の確度を高めることが可能になる。

本開示の技術における基本分割単位の一例を説明するための低温型石英のａ軸投影図である。 本開示の技術における基本分割単位の一例におけるａ軸投影図である。 本開示の技術における基本分割単位の一例におけるｂ軸投影図である。 本開示の技術における基本分割単位の一例におけるｃ軸投影図である。 本開示の技術における基本分割単位の一例を模式的に示す模式図である。 本開示の技術における基本分割単位の他の例を模式的に示す模式図である。 本開示の技術における第１の実施形態でのフラグメントモデル作成装置の装置構成を機能的に示すブロック図である。 第１の実施形態の記憶装置に記憶されるデータの種類を示す図である。 第１の実施形態における荷電状態リストの表示画面の一例を示す図である。 第１の実施形態における評価リストの表示画面の一例を示す図である。 第１の実施形態における評価結果の表示画面の一例のうち結晶モデルにおける荷電状態が色で表示される図である。 第１の実施形態における評価結果の表示画面の一例のうち結晶モデルにおける荷電状態が色で表示される図である。 第１の実施形態における評価結果の表示画面の一例のうち結晶モデルにおけるフラグメントモデルの大きさが色で表示される図である。 第１の実施形態の制御装置の装置構成を機能的に示すブロック図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）第１の実施形態の制御装置が実行する処理を模式的に示す図である。 第１の実施形態におけるフラグメントモデルの作成手順を示すフローチャートである。 第２の実施形態におけるマージの対象の一例を模式的に示す模式図である。 第２の実施形態の記憶装置に記憶されるデータの種類を示す図である。 第２の実施形態の制御装置の装置構成を機能的に示すブロック図である。 第２の実施形態におけるマージ条件の表示画面の一例を示す図である。 第２の実施形態におけるマージ処理結果の表示画面の一例を示す図である。 第２の実施形態におけるマージ処理の手順を示すフローチャートである。

（第１の実施形態）
図１から図１６を参照して第１の実施形態を説明する。まず、図１から図６を参照して、フラグメントモデルの作成に用いられる結晶から切り出したクラスターモデル（以下、結晶モデルと称する）と基本分割単位とについて説明する。なお、結晶モデルの対象となる非金属結晶の種類としては、ダイヤモンド、窒化ホウ素、ケイ素、炭化ケイ素、ガリウム、ガリウムヒ素等の共有結合性結晶、あるいは、ゼオライト、石英、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛等の共有結合性とイオン結合性との双方を有する結晶が挙げられる。また、結晶モデルの対象には、点欠陥、線欠陥、面欠陥、階段状の部分であるステップ、ステップの線上で１原子分の食い違いを生じている部分であるキンクを含むもの、さらには、一部の原子がバルクと異なる他の原子に置換されたもの、バルクと異なる他の原子が添加されたものも含まれる。さらには、結晶モデルの対象には、２つ以上の物質が溶け合った固相である混晶も含まれる。混晶には、１つの物質の空間格子の隙間に他の物質の原子が位置した侵入型と、１つの物質を構成する原子の固有位置に他の物質の原子が置換された置換型とが含まれる。

上記非金属結晶のうち、図１から図６では、結晶モデルの一例として低温型石英が示されて、結晶モデルの構成原子であるＳｉとＯとの各々が円として示されている。また、結晶モデルにおける構成原子の各々の元素記号が構成原子ごとに示され、単一の結晶格子内の構成原子の識別番号が元素記号に付されている。

図１に示されるように、低温型石英モデルにおける結晶格子ＵＡには、３つのＳｉ原子であるＳｉ１、Ｓｉ２、Ｓｉ３と、５つのＯ原子であるＯ１、Ｏ２、Ｏ４、Ｏ５、Ｏ６と、４つの１／４個のＯ３とが含まれる。Ｓｉ１には、Ｏ２、Ｏ３、Ｏ４、及び、Ｏ６が共有結合している。Ｓｉ２には、Ｏ１、Ｏ３、Ｏ５、及び、Ｏ６が共有結合している。Ｓｉ３には、Ｏ１、Ｏ２、Ｏ４、及び、Ｏ５が共有結合している。これら共有結合している原子間は、図１にて太実線で結ばれている。

結晶格子ＵＡとは、結晶構造の対称性を特徴づける格子であるため、１つの結晶格子ＵＡを構成する特定の原子が、他の結晶格子ＵＡを構成する場合がある。例えば、低温型石英モデルにおけるＯ３は、相互に隣接する８つの結晶格子ＵＡの構成原子である。そして、１つの結晶格子ＵＡにおける８つの頂点の各々に１／８個のＯ３が配置されることで、１つの結晶格子ＵＡに１つのＯ３が含まれている。

これに対して、フラグメントモデルを作成するための基本分割単位とは、電子状態の計算を可能にする単位であるため、１つの基本分割単位を構成する特定の原子が、他の基本分割単位を構成することはない。例えば、上記低温型石英モデルにおける基本分割単位は、３つのＳｉ原子であるＳｉ１からＳｉ３と、６つのＯ原子であるＯ１からＯ６とから構成され、上記低温型石英モデルにおけるＯ３は、いずれか１つの基本分割単位に含まれる方式で、基本分割単位は設定される。これによって、フラグメントモデルの作成に用いられる結晶モデルは、基本分割単位が繰り返された基本分割単位の集合からなる原子団として取り扱われる。なお、基本分割単位は、単一の結晶格子ＵＡに含まれる複数の原子に基づいて定められる原子団の他、複数の結晶格子ＵＡに含まれる複数の原子に基づいて定められる原子団であってもよい。

図２の破線で示されるように、低温型石英モデルのａ軸投影にて、Ｓｉ１とＯ６とからなる原子対は、結晶格子ＵＡごとにｂ軸を挟み、また、Ｓｉ３とＯ２とからなる原子対は、結晶格子ＵＡごとにｃ軸を挟む。そして、結晶格子ＵＡに含まれる複数の原子からなる原子団が基本分割単位として個別に取り扱われるためには、相互に独立した原子からなる原子対が分割原子対として設定され、上記２つの原子対の各々が分割原子対として設定される必要がある。

図３の破線で示されるように、低温型石英モデルのｂ軸投影にて、Ｓｉ１とＯ６とからなる原子対は、結晶格子ＵＡごとにａ軸を挟み、また、Ｓｉ１とＯ４とからなる原子対は、結晶格子ＵＡごとにｃ軸を挟み、さらに、Ｓｉ２とＯ１からなる原子対も、結晶格子ＵＡごとにｃ軸を挟む。そして、結晶格子ＵＡに含まれる複数の原子からなる原子団が基本分割単位として個別に取り扱われるためには、ａ軸投影とは異なり、上記３つの原子対の各々が分割原子対として設定される必要がある。

図４の破線で示されるように、低温型石英モデルのｃ軸投影にて、Ｓｉ２とＯ１とからなる原子対は、結晶格子ＵＡごとにｂ軸を挟み、また、Ｓｉ３とＯ２とからなる原子対は、結晶格子ＵＡごとにａ軸を挟む。そして、結晶格子ＵＡに含まれる複数の原子からなる原子団が基本分割単位として各別に取り扱われるためには、ａ軸投影やｂ軸投影とは異なり、上記２つの原子対の各々が分割原子対として設定される必要がある。

このように、１つの結晶格子ＵＡに含まれる原子団に基づく基本分割単位を低温型石英モデルにて個別に取り扱うためには、単一の結晶軸に沿った投影図から得られる情報では足りない。そして、数千個の原子から構成される複雑な構造を呈した３次元の結晶モデルに対し、上述のような分割原子対を個別に定めることは極めて困難である。

図５に示されるように、低温型石英モデルにおける原子間の結合の形態は、上述した投影図に基づいて、二次元の模式図として表現することが可能である。図５では、基本分割単位Ｃ１に含まれる原子団である３つのＳｉ原子と６つのＯ原子とが、二点鎖線によって囲まれている。

フラグメントモデルとは、結晶モデルの構成原子のうち、相互に結合している原子からなる原子団である。ここで、基本分割単位Ｃ１の各々がフラグメントモデルとして作成される場合には、基本分割単位Ｃ１の構成原子と他の基本分割単位Ｃ１とが分割されたものとして取り扱われる。すなわち、基本分割単位Ｃ１の各々がフラグメントモデルとして作成される場合には、結晶モデルにおいて分割される原子対である分割原子対として、下記４種類の原子対が基本分割単位Ｃ１ごとに定められる。
・ＢＤＡ（Ｓｉ１）−ＢＡＡ（Ｏ６）：図５にて塗り潰された丸部位。
・ＢＤＡ（Ｓｉ２）−ＢＡＡ（Ｏ１）：図５にて塗り潰された三角部位。
・ＢＤＡ（Ｓｉ３）−ＢＡＡ（Ｏ２）：図５にて塗り潰された四角部位。
・ＢＤＡ（Ｓｉ１）−ＢＡＡ（Ｏ４）：図５にて塗り潰された菱形部位。

そして、図５における右側が結晶モデルにおける末端である場合には、Ｓｉ３−Ｏ４からなる原子団が、末端フラグメントモデルＦＥ１として取り扱われる。結果として、上述したＯ３の例、すなわち、複数の結晶格子ＵＡに跨る１つの原子の例のように、相互に隣り合う基本分割単位Ｃ１の間で共存する原子が存在することがないように基本分割単位Ｃ１が区画される。そのため、基本分割単位Ｃ１に相当するフラグメントモデルと、それとは異なる末端フラグメントモデルＦＥ１が作成される。

図６に示されるように、図５における基本分割単位Ｃ１と同じサイズのフラグメントモデルは、上述の分割原子対とは異なる分割原子対によっても定められる。例えば、基本分割単位Ｃ１から紙面の右方向に酸素原子を１つずらした位置においても、基本分割単位Ｃ１と同様に、結晶格子に含まれる原子団である３つのＳｉ原子と６つのＯ原子とが、１つの基本分割単位Ｃ２として定められる。そして、分割原子対として下記４種類の原子対が基本分割単位Ｃ２ごとに定められることによって、基本分割単位Ｃ１と同じサイズであって、且つ、結晶モデルにおける位置が異なる基本分割単位Ｃ２が、フラグメントモデルとして作成される。
・ＢＤＡ（Ｓｉ１）−ＢＡＡ（Ｏ６）：図６にて塗り潰された丸部位。
・ＢＤＡ（Ｓｉ２）−ＢＡＡ（Ｏ１）：図６にて塗り潰された三角部位。
・ＢＤＡ（Ｓｉ３）−ＢＡＡ（Ｏ２）：図６にて塗り潰された四角部位。
・ＢＤＡ（Ｓｉ３）−ＢＡＡ（Ｏ４）：図６にて塗り潰された菱形部位。

そして、図６における右側が結晶モデルにおける末端である場合には、Ｓｉ３からなる原子団が、末端フラグメントモデルＦＥ２として取り扱われる。
このように、基本分割単位では、３つのＳｉ原子と６つのＯ原子とが含まれ、且つ、これらの原子が相互に結合する原子団として存在すればよいため、酸素原子を１つずらした位置にて、相互に異なる基本分割単位が設定され得る。つまり、こうした基本分割単位の設定に際しては、相互に異なる区画の形態がある。そして、相互に同じサイズの基本分割単位が用いられるとしても、基本分割単位ごとに定められる分割原子対が相互に異なる場合には、末端フラグメントモデルの構造や形式電荷も相互に異なる。結果として、結晶モデルの電子状態、結晶モデルと他の分子モデルとの相互作用エネルギー等のＦＭＯ法の算出結果も相互に異なる。

なお、３つのＳｉ原子と６つのＯ原子とを含む基本分割単位には、４組のＢＤＡ−ＢＡＡが設定され、基本分割単位Ｃ１と基本分割単位Ｃ２とでは、４組のＢＤＡ−ＢＡＡのうち１組だけが相互に異なる。そして、相互に同じサイズの基本分割単位がこうしたずれにより作成されることは、４組のＢＤＡ−ＢＡＡの各々に対して共通するものである。例えば、基本分割単位Ｃ２における４組のＢＤＡ−ＢＡＡのうち、Ｓｉ３−Ｏ２がＳｉ１−Ｏ２に変更される場合にも、図６の破線で囲まれるように、３つのＳｉ原子と６つのＯ原子とからなる基本分割単位Ｃ３が作成される。このように、４組のＢＤＡ−ＢＡＡの設定によって得られる同じサイズの基本分割単位には、相互に異なる２^４個（１６個）の形態がある。

また、上述の末端フラグメントモデルＦＥ１，ＦＥ２のように、複数の基本分割単位の他に、それ以外の余りとなる原子団が、結晶モデルには含まれることになる。基本分割単位以外の余りの原子団が上述のように結晶モデルには含まれるため、本実施形態における基本分割単位とは、分割原子対の繰り返しを定める最小の繰り返し単位であるものの、フラグメントモデルそのものを定める単位ではない。フラグメントモデルとは、結晶モデルの構成原子のうち、相互に結合している原子からなる原子団である。そして、基本分割単位ごとに定められる分割原子対によっては、１つの基本分割単位から複数のフラグメントモデルが作成される場合、あるいは、複数の基本分割単位を跨いで１つのフラグメントモデルが作成される場合がある。ただし、いずれの場合であっても、基本分割単位ごとに定められる分割原子対が相互に異なる場合には、末端フラグメントモデルの構造や形式電荷も相互に異なる。

次に、結晶モデルからフラグメントモデルを作成するフラグメントモデル作成システムについて説明する。
図７に示されるように、フラグメントモデル作成システムは、フラグメント作成装置としての制御装置１１を含み、制御装置１１には、入力装置１２、出力装置１３、及び、記憶装置１４が接続されている。なお、フラグメントモデル作成システムは、入力装置１２、出力装置１３、及び、記憶装置１４の少なくとも１つがネットワークを介して制御装置１１に接続される分散されたコンピューターシステムであってもよいし、制御装置１１、入力装置１２、出力装置１３、及び、記憶装置１４が１つのコンピューターシステムに実装されてもよい。

制御装置１１は、入力装置１２から入力されるデータと記憶装置１４に記憶されるデータとを用い、記憶装置１４に記憶されるフラグメントモデル作成プログラムが示す手順に従って、フラグメントモデルを作成し、フラグメントモデルの作成結果を出力装置１３に出力させる。

入力装置１２は、フラグメントモデルの作成に必要とされるデータを制御装置１１に入力する。入力装置１２は、例えば、結晶モデルデータＤｃｒｙ、基本分割単位データＤｃｅｌ、分割原子対候補Ｐｄｅｖ、及び、基底関数データＤｂａｓｉｓを分割条件として入力する。また、入力装置１２は、出力形態数Ｎｏｕｔを評価条件として入力する。

記憶装置１４は、プログラム記憶部１４ａとデータ記憶部１４ｂとを含む。プログラム記憶部１４ａは、フラグメントモデルを作成するためのフラグメントモデル作成プログラムを記憶する。データ記憶部１４ｂは、入力装置１２から入力されるデータの他、フラグメントモデル作成プログラムの実行に際して用いられる各種のデータ、例えば、原子の種類ごとの基底関数の数、原子の種類ごとの電子数、原子の種類ごとの原子半径等を記憶する。

出力装置１３は、制御装置１１にて作成された複数のフラグメントモデルの各々に関して、フラグメントモデルに含まれる原子の種類、フラグメントモデルに含まれる原子の座標、フラグメントモデルの荷電状態等に関するデータを分割結果として出力する。また、出力装置１３は、結晶モデルの分割形態ごとに分割結果を出力する。また、出力装置１３は、制御装置１１にて作成された複数の分割結果の各々と分割結果の評価値とを対応づけたデータを評価結果として出力する。

図８を参照して記憶装置１４に記憶されるデータの詳細を説明する。
図８に示されるように、データ記憶部１４ｂには、入力装置１２から入力されるデータとして、結晶モデルデータＤｃｒｙ、基本分割単位データＤｃｅｌ、分割原子対候補Ｐｄｅｖ、基底関数データＤｂａｓｉｓ、出力形態数Ｎｏｕｔが記憶されている。

結晶モデルデータＤｃｒｙは、結晶モデルを構成する全ての原子の各々を固有の原子として示し、構成原子の各々について原子の種類と原子の座標とを示す。結晶モデルデータＤｃｒｙにおいて原子の種類や原子の座標などの固有の原子ごとのデータには、１つの基本分割単位に含まれる原子のいずれかが対応づけられている。結晶モデルデータＤｃｒｙのデータ形式は、例えば、原子座標の原点に近い順に構成原子が読み込まれる形式であってもよいし、原子座標の原点から遠い順に構成原子が読み込まれる形式であってもよい。

こうした結晶モデルデータＤｃｒｙにおける原子の種類は、例えば、低温型石英の単位格子である結晶格子ＵＡにおける各構成原子の種類が低温型石英の空間群に従って並進や回転され、こうした対象操作が所望の回数にわたり繰り返されることによって作成される。また、結晶モデルデータＤｃｒｙにおける原子の座標も、例えば、結晶格子ＵＡにおける各構成原子の座標が低温型石英の空間群に従って並進や回転され、こうした対象操作が所望の回数にわたり繰り返されることによって作成される。なお、結晶格子ＵＡの並進のみでは、結晶モデルの末端部分において、結晶モデルを構成する原子の周期的な結合が崩れてしまうため、これを補うために、複数のＳｉ原子やＯ原子が末端に付加される。さらに、こうして形成されたデータのうち一部の構成原子に対応するデータに対し、例えば、置換後の原子の種類や削除に関するデータが対応づけられることによって、一部の構成原子の置換された結晶モデルデータＤｃｒｙや点欠陥を有する結晶モデルデータＤｃｒｙが作成される。また、添加される原子の種類とその原子の座標とが加えられることによって、一部に原子が添加された結晶モデルデータＤｃｒｙ、あるいは、ステップやキンク等が含まれる結晶モデルデータＤｃｒｙが作成される。また、一部の原子団の座標に対して並進等が施されることによって、線欠陥や面欠陥を有する結晶モデルデータＤｃｒｙが作成される。

基本分割単位データＤｃｅｌは、１つの基本分割単位に含まれる複数の原子の各々を固有の原子として示し、構成原子の各々について原子の種類を示す。基本分割単位は、結晶モデルにおいて繰り返される三次元の単位原子団であり、分割原子対候補Ｐｄｅｖが定められる最小の空間単位である。基本分割単位は、結晶モデルの内部に含まれる範囲において結晶モデルデータＤｃｒｙが作成される際にユーザによって予め設定される。基本分割単位は、例えば、単一の結晶格子ＵＡに含まれる原子団や複数の結晶格子ＵＡに含まれる原子団として設定される。

分割原子対候補Ｐｄｅｖは、基本分割単位ごとに定められる分割原子対の候補を示す。すなわち、分割原子対候補Ｐｄｅｖは、基本分割単位の構成原子のうち、ＢＤＡの候補として設定されるｎ個（ｎは１以上の整数）の原子と、ＢＡＡの候補として設定されるｎ個の原子との組み合わせを示す。分割原子対候補Ｐｄｅｖに含まれる原子対の形態は、１種類であってもよいし、２種類以上であってもよい。例えば、基本分割単位に含まれる原子がＳｉ１からＳｉ３とＯ１からＯ６とである場合に、分割原子対候補Ｐｄｅｖでは、ＢＤＡの候補とＢＡＡの候補として、Ｓｉ１−Ｏ６、Ｓｉ２−Ｏ１、Ｓｉ３−Ｏ２、Ｓｉ１−Ｏ４が含まれる形態の他に、Ｓｉ１−Ｏ６、Ｓｉ２−Ｏ１、Ｓｉ３−Ｏ２、Ｓｉ３−Ｏ４が含まれてもよい。制御装置１１は、ＢＤＡの候補とＢＡＡの候補との組み合わせの形態、すなわち、分割形態ごとにフラグメントモデルを作成する。

基底関数データＤｂａｓｉｓは、作成されたフラグメントモデルにおける荷電状態の計算に用いられる基底関数を示す。
出力形態数Ｎｏｕｔは、分割形態ごとに出力される分割結果の数を示す。分割原子対候補Ｐｄｅｖによって定まる分割形態の数が１６であって、出力形態数Ｎｏｕｔが３である場合には、１６種類の分割結果のうち、分割結果の評価値が高い順に、３種類の分割結果が出力される。なお、フラグメントモデルの優先順位は、結晶モデルにおけるフラグメントモデルごとの形式電荷の偏り等によって制御装置１１で判断される。

図９、及び、図１０は、分割結果に含まれる荷電状態リストが表示される表示画面の一例と、評価結果が表示される表示画面の一例とを示す。図１１から図１３の各々は、評価結果の表示画面の一例として結晶モデルにおける荷電状態が色で表示される例や結晶モデルにおけるフラグメントモデルの大きさが色で表示される例を示す。

分割結果は、フラグメントに含まれる構成原子の各々の座標を示す座標リストと、フラグメントモデルにおける荷電状態を示す荷電状態リストとを結晶モデルの分割形態ごとに含む。

座標リストでは、フラグメントモデルを構成する原子の種類と、フラグメントモデルを構成する原子の座標とが対応づけられた状態で示される。座標リストは、フラグメントモデルの荷電状態を示すフラグメントモデルのタイプ番号ごとに、そのフラグメントモデルを構成する原子の種類と、そのフラグメントモデルを構成する原子の座標とが示される。

荷電状態リストでは、結晶モデルの分割形態ごとに作成される全てのフラグメントモデルの各々が、フラグメントモデルの荷電状態ごとに一覧として示される。例えば、３つのＳｉ原子であるＳｉ１からＳｉ３と、６つのＯ原子であるＯ１からＯ６とが構成原子であるフラグメントモデルでは、ＢＤＡがＳｉ１であるフラグメントモデルと、ＢＤＡがＳｉ２であるフラグメントモデルとは、これらが相互に異なる荷電状態であるものとして取り扱われる。

図９に示されるように、荷電状態リストの表示画面Ｖｆｒａｇでは、例えば、フラグメントモデルの荷電状態ごとに割り当てられるタイプ番号Ｎと、以下に示される７つの項目とが対応づけられている。なお、ＢＤＡとなる原子と、ＢＡＡとなる原子とは、例えば、フラグメントモデルの構造式を用いて示される。例えば、構造式の表示に際し、ＢＤＡとなる原子に「：」が付され、ＢＡＡとなる原子に「‐」が付されることによって、これらを利用者に把握させる。
・フラグメントモデルの化学式Ｃｆｍ
・フラグメントモデルを構成する原子の数Ｎａ
・フラグメントモデルを構成する基底関数の数Ｎｂ
・ＢＤＡとなる原子
・ＢＡＡとなる原子
・フラグメントモデルに含まれるＢＤＡの数ｎＢＤＡ
・フラグメントモデルに含まれるＢＡＡの数ｎＢＡＡ
・フラグメントモデルの形式電荷Ｎｃ
・結晶モデルに含まれる数Ｃｎｔ
・フラグメントモデルの構造式Ｆｎａｍｅ
評価結果は、複数の分割結果の各々に対する評価値、すなわち、ＢＤＡの候補とＢＡＡの候補との組み合わせである分割原子対の候補の各々に対する評価値を示す。評価結果が示す分割結果の数は、出力形態数Ｎｏｕｔによって定められる。

図１０に示されるように、評価結果が表示される表示画面Ｖｅｖａでは、例えば、ＢＤＡの候補とＢＡＡの候補との組み合わせである分割原子対の候補Ｄｃａｎｄが各別に示される。また、分割原子対の候補Ｄｃａｎｄごとの分割結果Ｄｒｅｓｌは、分割原子対の候補Ｄｃａｎｄに対応づけられた状態で示される。複数の分割結果Ｄｒｅｓｌの表示に際し、例えば、複数の分割結果Ｄｒｅｓｌの各々の評価値Ｐｓｅｑとして結晶モデルの形式電荷の絶対値の総和が設定され、形式電荷の絶対値の総和が低い順に複数の分割結果Ｄｒｅｓｌの各々が並べられる。

図１１に示されるように、評価結果が表示される表示画面Ｖｅｖａでは、複数の分割結果Ｄｒｅｓｌのうちの１つが、分割原子対の候補Ｄｃａｎｄと、結晶モデルの分子構造Ｖｓｔｒと共に表示される。例えば、図１１では、分割原子対の候補Ｄｃａｎｄとして、Ｓｉ３−Ｏ４、Ｓｉ１−Ｏ６、Ｓｉ２−Ｏ１、Ｓｉ１−Ｏ２が用いられ、それに基づいて作成されたフラグメントモデルの各々の形式電荷が色によって示されている。

各フラグメントモデルの形式電荷が示される場合には、相互に異なる形式電荷の各々に、色相、明度、彩度等の色の要素を相互に異にする色が対応づけられ、これらの対応関係が指標Ｉｃｈａｒｇとして表示される。図１１では、基準となる±０の形式電荷に対して白色が対応づけられ、例えば、＋３．０の形式電荷及び−３．０の形式電荷に対して黒色が対応づけられている。そして、形式電荷が＋３．０から±０に近くなるほど、また、形式電荷が−３．０から±０に近くなるほど、黒色から白色に近づくように相互に異なる形式電荷に対応づけられる色の彩度が変わる。なお、指標Ｉｃｈａｒｇにおける形式電荷の上限値及び下限値は適宜変更することができ、基準となる±０の形式電荷から＋方向、あるいは−方向に進むにつれて、白色から黒色に向けて彩度が変わるように、相互に異なる色が対応づけられることが好ましい。そして、分子構造Ｖｓｔｒを構成する複数のフラグメントモデルの各々には、フラグメントモデルの形式電荷に対応する色が付されている。

図１２に示されるように、図１１にて示された分割原子対の候補Ｄｃａｎｄとは異なる候補Ｄｃａｎｄについても同様に、分割原子対の候補Ｄｃａｎｄと、結晶モデルの分子構造Ｖｓｔｒと共に表示される。例えば、図１２では、分割原子対の候補Ｄｃａｎｄとして、Ｓｉ１−Ｏ４、Ｓｉ１−Ｏ６、Ｓｉ２−Ｏ１、Ｓｉ３−Ｏ２が用いられ、それに基づいて作成された各フラグメントモデルの形式電荷が示されている。

図１３に示されるように、結晶モデルの分子構造Ｖｓｔｒと共に色で示される評価結果の要素は、各フラグメントモデルの大きさであってもよい。この際も、評価結果が表示される表示画面Ｖｅｖａでは、複数の分割結果Ｄｒｅｓｌのうちの１つが、分割原子対の候補Ｄｃａｎｄと、結晶モデルの分子構造Ｖｓｔｒと共に表示される。

例えば、図１３では、分割原子対の候補Ｄｃａｎｄとして、Ｓｉ３−Ｏ４、Ｓｉ１−Ｏ６、Ｓｉ２−Ｏ１、Ｓｉ１−Ｏ２が用いられ、それに基づいて作成された各フラグメントモデルの大きさが色によって示されている。そして、各フラグメントモデルの大きさが示される場合には、相互に異なる大きさの各々に、色相、明度、彩度等の色の要素を相互に異にする色が対応づけられ、これらの対応関係が指標Ｉｓｃａｌｅとして表示される。なお、図１３では、基本分割単位データＤｃｅｌに含まれる原子団が基準の大きさとして設定され、基準の大きさに対して白色が対応づけられ、例えば、基準の大きさの２倍に相当する大きさ、及び、基準の大きさの１／２倍に相当する大きさに対して黒色が対応づけられている。そして、原子団の大きさが２倍から基準の大きさに近くなる程、また、１／２倍から基準の大きさに近くなるほど黒色から白色に近づくように相互に異なる大きさに対応づけられる彩度が変わる。なお、指標Ｉｓｃａｌｅにおける大きさの上限値及び下限値は適宜変更することができ、基準となる大きさから大きくなる方向、あるいは小さくなる方向に進むにつれて、白色から黒色に近い色に向けて次第に彩度が変わるように、相互に異なる色が対応づけられることが好ましい。

なお、図１１から図１３に示される分子構造Ｖｓｔｒは、分子構造Ｖｓｔｒにおける中心座標が回転中心として設定され、マウスやタッチパッドのようなヒューマンインターフェースデバイスの操作によって、表示画面Ｖｅｖａ内にて回転すること好ましい。こうした構成であれば、表示画面Ｖｅｖａには、１つの分子構造Ｖｓｔｒが相互に異なる視点から表示される。上述のように、各フラグメントモデルには、形式電荷や大きさに対応づけられた色が付されるものの、一部のフラグメントモデルが他のフラグメントモデルの背後に表示される場合がある。この点、１つの分子構造Ｖｓｔｒが相互に異なる視点から表示される構成であれば、背後に表示されるフラグメントモデルの色が視認可能になる。それゆえに、分子構造Ｖｓｔｒにおける形式電荷や大きさの分布が把握されやすくなる。

図１４を参照して制御装置１１の詳細な構成を説明する。
図１４に示されるように、制御装置１１には、結合位置特定部２１、分割位置特定部２２、モデル作成部２３、形式電荷算出部２５、及び、基底関数算出部２４が備えられている。

結合位置特定部２１は、結晶モデルデータＤｃｒｙを用い、結晶モデルにおける構成原子の全てに対し、相互に異なる２つの原子の間の距離である原子間距離を算出する。また、結合位置特定部２１は、原子間距離の算出された原子対から、結合している原子対を抽出し、抽出された原子対を結合対として出力する。例えば、結合位置特定部２１は、抽出された原子対を参照し、結晶モデルデータＤｃｒｙに含まれる構成原子の各々に対し、それの結合対象となる他方の原子を対応づけることによって、結合対を示すデータを生成する。この際に、結合位置特定部２１は、例えば、相互に異なる２つの原子の各々の原子半径の和を理想距離として算出し、算出された原子間距離が理想距離に対する設定域内である所定の閾値以内であれば、これら２つの原子を結合対として出力する。なお、理想距離に対する設定域は、例えば、相互に異なる２つの原子の種類や結晶モデルの構造ごとに異なる。

分割位置特定部２２は、結晶モデルデータＤｃｒｙ、基本分割単位データＤｃｅｌ、及び、分割原子対候補Ｐｄｅｖを用い、結晶モデルデータＤｃｒｙの構成原子からＢＤＡとＢＡＡとの組み合わせを抽出する。

この際に、分割位置特定部２２は、まず、結晶モデルデータＤｃｒｙと基本分割単位データＤｃｅｌとを参照し、結晶モデルの構成原子を基本分割単位の構成原子のいずれかに対応づける。そして、複数の基本分割単位の各々にて、分割原子対の候補に対応する原子が、ＢＤＡの候補及びＢＡＡの候補として抽出される。そして、分割位置特定部２２は、結合位置特定部２１の出力結果である結合対を用い、抽出された原子対のうち、結合対に含まれる組み合わせをＢＤＡとＢＡＡとの組み合わせとして特定する。一方で、分割位置特定部２２は、抽出された原子対のうち、結合対に含まれない組み合わせを単に結合していない非結合原子対として特定する。

例えば、分割位置特定部２２は、結合位置特定部２１にて生成された結合対を示すデータを用い、結晶モデルデータＤｃｒｙに含まれる構成原子の各々に対し、ＢＤＡか否か、ＢＡＡか否かを対応づける。また、分割位置特定部２２は、結晶モデルデータＤｃｒｙに含まれる構成原子の各々に対し、その構成原子が非結合原子対に含まれるときに、その構成原子に対応づけられていた結合対象となる原子をデータから削除する。これによって、分割位置特定部２２は、結晶モデルデータＤｃｒｙに含まれる構成原子の各々に対し、その構成原子の結合対象となる原子、その構成原子がＢＤＡか否か、その構成原子がＢＡＡか否か、これらを対応づけたデータを生成する。なお、この際に、結晶モデルデータＤｃｒｙが置換された原子を含むデータである場合には、置換された原子に対しては、ＢＤＡかＢＡＡのいずれかが対応づけられない構成としてもよい。こうした置換された原子に対するＢＤＡやＢＡＡの対応づけは、置換された原子に対する解析の要請に応じて、分割位置特定部２２にて適宜設定されるものである。例えば、置換された原子と基本分割単位の構成原子とを同様に扱う要請であれば、基本分割単位の構成原子と同様に、置換された原子に対してＢＤＡかＢＡＡのいずれかが対応づけられてもよい。一方で、置換された原子と他の原子とを結合原子対として取り扱う要請であれば、置換された原子に対しては、ＢＤＡかＢＡＡのいずれかが対応づけられなくてもよい。また、結晶モデルデータＤｃｒｙが削除された原子を含むデータである場合、及び、結晶モデルデータＤｃｒｙが添加された原子を含む場合であっても、置換された原子と同様、これらの原子に対するＢＤＡやＢＡＡの対応づけは、分割位置特定部２２にて適宜設定されるものである。

モデル作成部２３は、結合位置特定部２１での特定結果、分割位置特定部２２での特定結果、及び、結晶モデルデータＤｃｒｙを用い、結晶モデルから複数のフラグメントモデルを作成する。この際に、モデル作成部２３は、結合位置特定部２１にて特定された結合対から、分割位置特定部２２にて特定されたＢＤＡ、ＢＡＡ、及び、非結合原子対が除外された結合対を修正後の結合対として取り扱う。そして、モデル作成部２３は、結晶モデルの構成原子のうち、修正後の結合対が連なる原子団の各々をフラグメントモデルとして特定する。また、モデル作成部２３は、出力部としての機能を有し、結晶モデルの構成原子の各々がそれを含むフラグメントモデルに対応づけられたモデルデータを生成して出力する。

基底関数算出部２４は、モデル作成部２３の出力結果であるモデルデータと、基底関数データＤｂａｓｉｓとを用い、フラグメントモデルの各々の基底関数の数を算出して、その算出結果を出力装置１３に出力する。また、形式電荷算出部２５は、モデル作成部２３の出力結果であるモデルデータと各原子の電子数とを用い、フラグメントモデルの各々の形式電荷を算出し、その算出結果を出力装置１３に出力する。

図１５を参照して、結合位置特定部２１、及び、分割位置特定部２２の各々における処理の一例を説明する。なお、図１５（ａ）（ｂ）（ｃ）の各々は、結合位置特定部２１、及び、分割位置特定部２２にて生成されるデータを原子座標系にて模式的に可視化した図である。

図１５（ａ）に示されるように、結合位置特定部２１にて取り扱われる結晶モデルデータＤｃｒｙでは、結晶モデルの構成原子の各々の座標が原子座標系で定められている。例えば、結晶モデルの構成原子の１つである原子Ａ１には、それがＳｉであって、その座標である（ｘ１，ｙ１，ｚ１）が対応づけられている。結晶モデルの構成原子の１つである原子Ａ２には、それがＯであって、その座標である（ｘ２，ｙ２，ｚ２）が対応づけられ、結晶モデルの構成原子の１つである原子Ａ３には、それがＯであって、その座標である（ｘ３，ｙ３，ｚ３）が対応づけられている。さらに、結晶モデルの構成原子の１つである原子Ａ４には、それがＳｉであって、その座標である（ｘ４，ｙ４，ｚ４）が対応づけられている。

図１５（ｂ）に示されるように、結合位置特定部２１では、結晶モデルデータＤｃｒｙに対し、さらに結合対データＤｐが加えられる。結合対データＤｐは、方向性を有する結合が相互に異なる２つの原子間に形成されているか否か、すなわち、相互に異なる２つの原子が結合対であるか否かを示す。例えば、結晶モデルデータＤｃｒｙに含まれる原子のうち、構成原子の１つである原子Ａ１には、それの結合先となる原子Ａ２が対応づけられ、構成原子の１つである原子Ａ２には、それの結合先となる原子Ａ１が対応づけられる。また、構成原子の１つである原子Ａ３には、それの結合先となる原子Ａ４が対応づけられ、構成原子の１つである原子Ａ４には、それの結合先となる原子Ａ３が対応づけられる。

図１５（ｃ）に示されるように、分割位置特定部２２では、結晶モデルの構成原子の各々が、基本分割単位の構成原子のいずれであるかが特定される。例えば、構成原子の１つである原子Ａ１には、Ｓｉ３が対応づけられ、構成原子の１つである原子Ａ２にも、Ｏ４が対応づけられる。また、構成原子の１つである原子Ａ３には、Ｏ２が対応づけられ、構成原子の１つである原子Ａ４には、Ｓｉ３が対応づけられる。

さらに、分割位置特定部２２では、結合位置特定部２１にて生成されたデータに、さらに分割原子対データＤｂｄａ，Ｄｂａａが加えられる。分割原子対データＤｂｄａは、結晶モデルの構成原子の各々に対し、それがＢＤＡであるか否かを示し、また、分割原子対データＤｂａａは、結晶モデルの構成原子の各々に対し、それがＢＡＡであるか否かを示す。例えば、構成原子の１つである原子Ａ１には、ＢＤＡであることを示すＤが対応づけられ、また、構成原子の１つである原子Ａ２には、ＢＡＡであることを示すＡが対応づけられる。なお、これらの構成原子Ａ１，Ａ２には、ＢＤＡあるいはＢＡＡの対応づけに伴い、各々の結合先が削除されている。一方で、構成原子の１つである原子Ａ３，Ａ４には、それらがＢＤＡあるいはＢＡＡであることが対応づけられず、これに伴って、各々の結合先の対応づけが保たれている。

図１６を参照してフラグメントモデル作成システムで実施されるフラグメントモデル作成方法について説明する。
図１６に示されるように、まず、フラグメントモデルの作成条件が入力装置１２に入力される（ステップＳ１１）。この際に、結晶モデルデータＤｃｒｙ、基本分割単位データＤｃｅｌ、分割原子対候補Ｐｄｅｖ、基底関数データＤｂａｓｉｓ、及び、出力形態数Ｎｏｕｔが、予め設定されたフォーマットに従う１つのインプットファイルとして入力装置１２に入力される。例えば、図１に示される低温型石英が結晶モデルとして用いられる場合には、結晶モデルに含まれる全てのＳｉに関する座標と、全てのＯに関する座標とが入力される。制御装置１１は、入力装置１２に入力されたインプットファイルを記憶装置１４に記憶する。

制御装置１１は、結晶モデルデータＤｃｒｙを用い、結晶モデルにおける構成原子の全てに対し、相互に異なる２つの原子の間の距離である原子間距離を算出する。次いで、制御装置１１は、原子間距離の算出された原子対から、結合している原子対を抽出し、抽出された原子対を結合対として出力する（ステップＳ１２）。

制御装置１１は、結晶モデルデータＤｃｒｙ、基本分割単位データＤｃｅｌ、及び、分割原子対候補Ｐｄｅｖを用い、結晶モデルデータＤｃｒｙの構成原子から、ＢＤＡ、ＢＡＡ、及び、非結合原子対を特定する（ステップＳ１３）。

例えば、図１に示される結晶モデルに対しては、予めＳｉ３Ｏ６が基本分割単位として設定され、Ｓｉ１−Ｏ６、Ｓｉ２−Ｏ１、Ｓｉ３−Ｏ２、Ｓｉ１−Ｏ４が分割原子対の候補として設定される。そして、複数の基本分割単位の各々にて、Ｓｉ１、Ｓｉ２、Ｓｉ３に対応する原子がＢＤＡの候補として抽出され、さらに、Ｏ１、Ｏ２、Ｏ４、Ｏ６に対応する原子がＢＡＡの候補として抽出される。そして、抽出された原子対のうち、結合対に含まれる組み合わせがＢＤＡとＢＡＡとの組み合わせとして特定される。一方で、抽出された原子対のうち、結合対に含まれない組み合わせは、単に結合していない非結合原子対として特定される。

次いで、制御装置１１は、結合対、ＢＤＡ、ＢＡＡ、非結合原子対、及び、結晶モデルデータＤｃｒｙを用い、結晶モデルを複数のフラグメントモデルに分割する。
この際に、モデル作成部２３は、結合対、ＢＤＡ、ＢＡＡ、及び、非結合原子対を参照し、結晶モデルの構成原子のうち、相互に結合している原子からなる原子団の各々をフラグメントモデルとして取り扱う（ステップＳ１４）。続いて、制御装置１１は、作成された各フラグメントモデルにおける形式電荷の絶対値の総和を算出し、また、作成された各フラグメントモデルにおける基底関数の数を算出する（ステップＳ１５）。そして、制御装置１１は、分割原子対候補Ｐｄｅｖによって定められる分割形態の全てに対してフラグメントモデルが作成されたか否かを判断する（ステップＳ１６）。

分割形態の全てに対してフラグメントモデルが作成されていない場合（ステップＳ１６で「ＮＯ」の場合）には、制御装置１１は、フラグメントモデルが作成されていない他の分割原子対を用い、ステップＳ１３からステップＳ１６を繰り返す。

分割形態の全てに対してフラグメントモデルが作成されている場合（ステップＳ１６で「ＹＥＳ」の場合）には、制御装置１１は、全ての分割形態のうち、フラグメントモデルの形式電荷の絶対値の総和が小さい分割形態から順に優先順位を割り当てる。この際に、形式電荷の絶対値の総和が同じである分割形態に対しては、各分割形態に含まれるフラグメントモデルのサイズの最大値、すなわち、基底関数の数の最大値が小さい順に優先順位を割り当てる。そして、制御装置１１は、割り当てられた優先順位を参照し、分割結果と評価結果とを出力装置１３から出力する（ステップＳ１７）。

上記第１の実施形態によれば以下の効果が得られる。
（１）基本分割単位Ｃ１，Ｃ２に対して分割原子対の候補が設定され、複数の基本分割単位Ｃ１，Ｃ２の集合として結晶モデルが取り扱われる。そして、複数の基本分割単位Ｃ１，Ｃ２の各々に含まれる候補が分割原子対として特定される。それゆえに、ＢＤＡの設定やＢＡＡの設定の確度が高められ、また、ＢＤＡの設定やＢＡＡの設定が簡易にもなる。

（２）分割位置特定部２２によって特定されたＢＤＡと、分割位置特定部２２によって特定されたＢＡＡとは、フラグメントモデルの構成であるフラグメントモデルの構造式ごとに出力される。それゆえに、こうした分割原子対をフラグメントモデルの構成ごとに利用者に把握させることが可能にもなる。

（３）なお、フラグメントモデルに含まれる分割原子対に関する情報は、相互に異なる２つのフラグメントモデルを１つのフラグメントモデルとして取り扱う際のマージ処理にて必要とされる。また、フラグメントモデルに含まれる分割原子対に関する情報は、フラグメントモデルを用いて結晶モデルの電子状態が計算される場合に、その計算の精度を高めるうえで有効に活用される。上記（２）に準じた構成によれば、こうした有益な情報を出力することが可能にもなる。

（４）分割位置特定部２２では、相互に異なる複数の候補が分割形態として設定され、分割原子対が分割形態ごとに特定される。そして、モデル作成部２３は、分割形態ごとの分割原子対を用いてフラグメントモデルを分割形態ごとに作成する。それゆえに、フラグメントモデルの作成に際して、多様性を高めることが可能にもなる。

（５）なお、上記（３）に示されるように、複数のフラグメントモデルを用いて結晶モデルの電子状態が計算される場合には、フラグメントモデルの大きさやフラグメントモデルの構成原子の種類によって、計算結果が相互に異なる場合が少なくない。そして、フラグメントモデルの大きさやフラグメントモデルの構成原子の種類に多様性を与えることは、結晶モデルの電子状態に関し、その計算精度の傾向の把握に際して有益でもある。上記（４）に準じた構成によれば、こうした有益な情報を出力することが可能にもなる。

（６）出力装置１３の出力する評価結果には、複数の分割結果の各々に対する評価値、すなわち、ＢＤＡの候補とＢＡＡの候補との組み合わせである分割原子対の候補の各々に対する評価値が示される。それゆえに、候補ごとに作成されるフラグメントモデルのいずれが結晶モデルにおける電子状態の計算に適しているかを利用者に把握させることが容易にもなる。特に、色相、明度、彩度等の色の要素が相互に異なる色によってフラグメントモデルの形式電荷や大きさが出力されることで、結晶モデルにおける形式電荷や大きさの分布が三次元的に把握され、結果として、各フラグメントモデルにおける形式電荷や大きさの視認性が高められる。

（第２の実施形態）
図１７から図２２を参照して第２の実施形態を説明する。なお、第２の実施形態は、作成された複数のフラグメントモデルの一部と他のフラグメントモデルとが１つの原子団として再度設定され、その原子団が新たな１つのフラグメントモデルとして新たに作成されるマージ処理が行われることが第１の実施形態とは異なる。そこで、第２の実施形態では、こうした第１の実施形態とは異なる点について主に説明し、第１の実施形態と重複する機能を有する構成に第１の実施形態と同じ符号を付してその説明を省略する。

なお、フラグメントモデルを用いた結晶モデルの電子状態の計算では、フラグメントモデルごとの電子状態の計算が並列に処理される。こうした計算の方式では、複数のフラグメントの各々の大きさ、すなわち、並列粒度のばらつきを小さくすることによって、計算の効率化を図ることができる。また、複数のフラグメントのうちで、極端に大きさの小さいフラグメントの数を減らすことによっても、計算の効率化を図ることができる。さらには、上述したマージ処理によって、マージ処理を行わない場合よりも、複数のフラグメントの各々の大きさにおけるばらつきを小さくし、且つ、極端に大きさの小さいフラグメントを減らすことで、計算の精度を高めることも可能である。

図１７を参照して、マージ処理の対象となるフラグメントモデルについて説明する。なお、図１７では、１つのフラグメントモデルが円として示されて、各円の直径がフラグメントモデルのサイズを示す。また、相互に異なるフラグメントモデル間におけるＢＤＡとＢＡＡとの結合が細線で示されている。なお、最も大きい円で示されるフラグメントモデルは、結晶モデルにおけるバルク中のフラグメントモデルであり、最も小さい円で示されるフラグメントモデルは、結晶モデルの周囲に作成される末端のフラグメントモデルである。そして、中間の大きさの円で示されるフラグメントモデルは、結晶モデルにおける紙面の手前側の端面に作成される末端のフラグメントモデルである。

図１７に示されるように、結晶モデルの末端には、末端のフラグメントモデルである末端フラグメントモデルＦＳ１，ＦＳ２，ＦＳ３が作成される。末端フラグメントモデルＦＳ１，ＦＳ２，ＦＳ３の各々では、基本分割単位の構成原子や分割原子対の候補等のフラグメントモデルの作成条件によって、フラグメントモデルの構成原子やサイズが相互に異なる。末端フラグメントモデルＦＳ１，ＦＳ２，ＦＳ３の各々は、フラグメントモデルの作成に際して末端に残る部分であって、他のフラグメントモデルよりもサイズが小さい。こうした末端フラグメントモデルＦＳ１，ＦＳ２，ＦＳ３は、他のフラグメントモデルと同様に分割原子対を含むものの、それに含まれる分割原子対の各々は、他のフラグメントモデルの分割原子対とは異なる。

例えば、末端フラグメントモデルＦＳ１の左側に並ぶフラグメントモデルの各々が、Ｓｉ３Ｏ６であって、その荷電状態はＳｉ１：：Ｓｉ２：Ｓｉ３：Ｏ１−Ｏ２−Ｏ３Ｏ４−Ｏ５Ｏ６−であると仮定する。これに対し、末端フラグメントモデルＦＳ１の各々が、ＳｉＯ３Ｈ２であって、その荷電状態はＳｉ１：Ｏ３Ｏ４−Ｏ６Ｈ３Ｈ６であると仮定する。こうした場合には、いずれのフラグメントモデルも分割原子対を含むものの、末端フラグメントモデルＦＳ１の左側に並ぶフラグメントモデル各々は、ＢＤＡとしてＳｉ１、Ｓｉ２、Ｓｉ３を含み、ＢＡＡとしてＯ１、Ｏ２、Ｏ４、Ｏ６を含む一方で、末端フラグメントモデルＦＳ１は、ＢＤＡとしてＳｉ１を含み、ＢＡＡとしてＯ４を含む。

上述したように、末端フラグメントモデルＦＳ１，ＦＳ２，ＦＳ３の各々に含まれる分割原子対の候補と、他のフラグメントモデルに含まれる分割原子対の候補とは、相互に異なる。そして、末端フラグメントモデルＦＳ１，ＦＳ２，ＦＳ３の各々と、それに隣接する他のフラグメントモデルとの結合の形態は、末端フラグメントモデルＦＳ１，ＦＳ２，ＦＳ３の各々に含まれる分割原子対によって異なる。

例えば、末端フラグメントモデルＦＳ１の各々が、ＳｉＯ３Ｈ２であって、その荷電状態はＳｉ１：Ｏ３Ｏ４−Ｏ６Ｈ３Ｈ６であると仮定する。こうした場合に、末端フラグメントモデルＦＳ１における１つの結合形態では、ＢＤＡであるＳｉ１にて、末端フラグメントモデルＦＳ１と他の１つのフラグメントモデルとが結合し（図１７における実線矢印）、これらによって１つの新たなフラグメントモデルＦＮ１が作成される。これに対し、末端フラグメントモデルＦＳ１における他の結合形態では、ＢＡＡであるＯ４にて、末端フラグメントモデルＦＳ１と他の１つのフラグメントモデルとが結合し（図１７における破線矢印）、これらによって１つの新たなフラグメントモデルＦＮ２が作成される。

図１８に示されるように、データ記憶部１４ｂには、入力装置１２から入力されるデータとして、結晶モデルデータＤｃｒｙ、基本分割単位データＤｃｅｌ、分割原子対候補Ｐｄｅｖ、マージ指定数Ｎｍｅｒｇ、マージタイプＴｍｅｒｇ、マージ条件Ｃｍｅｒｇ、基底関数データＤｂａｓｉｓ、出力形態数Ｎｏｕｔが記憶されている。

マージ指定数Ｎｍｅｒｇは、マージ処理が自動的に行われるフラグメントモデルの原子数を示す。例えば、マージ指定数Ｎｍｅｒｇが３である場合には、原子数が３に満たないＯＨフラグメントモデル等のフラグメントモデルが自動的なマージ処理の対象として選択される。すなわち、原子数が３に満たないフラグメントモデルは、それに含まれるＢＤＡあるいはＢＡＡと、それに隣接する他の１つのフラグメントモデルとが結合しているものとして取り扱われ、その原子団が新たな１つのフラグメントモデルとして新たに作成される。

マージタイプＴｍｅｒｇは、マージ処理の対象であるフラグメントモデルと、そのマージ処理の対象に適用されるマージ処理の形式とを示す。例えば、末端フラグメントモデルＦＳ１のタイプ番号Ｎに第１形式が設定される。同様に、末端フラグメントモデルＦＳ２のタイプ番号Ｎに第２形式が設定され、末端フラグメントモデルＦＳ３のタイプ番号Ｎに第３形式が設定される。

マージ条件Ｃｍｅｒｇは、マージ処理の対象にて結合元になる原子、すなわち、ＢＤＡあるいはＢＡＡを示す。マージ条件Ｃｍｅｒｇは、マージタイプＴｍｅｒｇが示す形式ごとに結合元の原子を示す。例えば、第１形式に対しては、末端フラグメントモデルＦＳ１におけるＢＤＡと、それに近接する他の１つのフラグメントモデルにおけるＢＡＡとが結合していることが対応づけられる。第２形式に対しては、末端フラグメントモデルＦＳ２におけるＢＤＡと、それに近接する他の１つのフラグメントモデルにおけるＢＡＡとが結合していることが対応づけられる。第３形式に対しては、末端フラグメントモデルＦＳ３におけるＢＤＡと、それに近接する他の１つのフラグメントモデルにおけるＢＡＡとが結合していることが対応づけられる。

なお、マージ条件Ｃｍｅｒｇでは、マージタイプＴｍｅｒｇが示す１つの形式に対し、相互に異なる複数の結合元の原子が択一的に示されてもよい。例えば、第１形式では、末端フラグメントモデルＦＳ１のＢＤＡと他の１つのフラグメントモデルとが結合している形式と、末端フラグメントモデルＦＳ１のＢＡＡと他の１つのフラグメントモデルとが結合している形式とが択一的に示されてもよい。

図１９を参照して制御装置１１の詳細な構成を説明する。
図１９に示されるように、制御装置１１には、マージ処理部２６が含まれている。マージ処理部２６は、モデル作成部２３の出力結果であるモデルデータ、及び、マージ指定数Ｎｍｅｒｇを用い、自動的なマージ処理の対象となるフラグメントモデルを抽出する。例えば、マージ処理部２６は、複数のフラグメントモデルの各々に含まれる原子数をフラグメントモデルごとに算出し、マージ指定数Ｎｍｅｒｇに満たない原子数からなるフラグメントモデルを自動的なマージ処理の対象として抽出する。そして、マージ処理部２６は、抽出されたフラグメントモデルのＢＤＡあるいはＢＡＡと、それに近接する他の１つのフラグメントモデルとの間に結合があるものとして取り扱い、これらを１つのフラグメントモデルに修正する。

マージ処理部２６は、モデル作成部２３の出力結果であるモデルデータ、マージタイプＴｍｅｒｇ、及び、マージ条件Ｃｍｅｒｇを用い、マージ条件Ｃｍｅｒｇにて示されるマージ処理の対象の各々に対し、マージタイプＴｍｅｒｇにて示される形式でマージ処理を施す。

例えば、マージ処理部２６は、マージタイプＴｍｅｒｇの第１形式に従って、末端フラグメントモデルＦＳ１におけるＢＤＡと、それに近接する他のフラグメントモデルにおけるＢＡＡとが結合しているものとして取り扱い、マージデータにて、これらを１つのフラグメントモデルに修正する。同様に、マージ処理部２６は、第２形式に従って、末端フラグメントモデルにおけるＢＤＡと、それに近接する他のフラグメントモデルにおけるＢＡＡとが結合しているものとして取り扱い、マージデータにて、これらを１つのフラグメントモデルに修正する。また、マージ処理部２６は、第３形式に従って、末端フラグメントモデルにおけるＢＤＡと、それに近接する他のフラグメントモデルにおけるＢＡＡとが結合しているものとして取り扱い、マージデータにて、これらを１つのフラグメントモデルに修正する。そして、マージ処理部２６は、出力部としての機能を有し、結晶モデルの構成原子の各々がそれを含む修正後のフラグメントモデルに対応づけられたモデルデータを生成して出力する。

基底関数算出部２４は、マージ処理部２６の出力結果であるモデルデータと、基底関数データＤｂａｓｉｓとを用い、フラグメントモデルの各々の基底関数の数を算出して、その算出結果を出力装置１３に出力する。また、形式電荷算出部２５は、マージ処理部２６の出力結果であるモデルデータと各原子の電子数とを用い、フラグメントモデルの各々の形式電荷を算出し、その算出結果を出力装置１３に出力する。

なお、出力装置１３は、第１の実施形態と同様に、制御装置１１にて作成された複数のフラグメントモデルの各々に関して、結晶モデルの分割形態ごとに分割結果を出力する。また、出力装置１３は、制御装置１１にて作成された複数の分割結果の各々と分割結果の評価値とを対応づけたデータを評価結果として出力する。さらに、出力装置１３は、マージ処理によって作成された新たなフラグメントごとに、フラグメントモデルの荷電状態等に関するデータをマージ処理結果として出力する。

図２０は、出力装置１３にて表示されるマージタイプＴｍｅｒｇ、及び、マージ条件Ｃｍｅｒｇの表示画面の一例を示し、図２１は、出力装置１３にて表示されるマージ処理結果の一例を示す。

図２０に示されるように、マージタイプＴｍｅｒｇ、及び、マージ条件Ｃｍｅｒｇの表示画面ＶＭｃｏｎでは、例えば、第１形式に対応づけられるタイプ番号Ｎである「２」と、第２形式に対応づけられるタイプ番号Ｎである「３」と、第３形式に対応づけられるタイプ番号Ｎである「７」とが示されている。また、表示画面ＶＭｃｏｎでは、第１形式のＢＤＡとしてＳｉ１が設定され、それに近接する他の１つのフラグメントモデルにおけるＢＡＡとＳｉ１とが結合していることが「＊」によって対応づけられている。また、第１形式のＢＤＡとしてＯ４が設定され、それに近接する他の１つのフラグメントモデルにおけるＢＡＡとＯ４とが結合していることが「＊」によって対応づけられている。すなわち、表示画面ＶＭｃｏｎでは、マージタイプＴｍｅｒｇが示す１つの形式に対し、相互に異なる複数の結合元の原子が択一的に示されている。

図２１に示されるように、マージ処理結果の表示画面ＶＭｅｖａでは、マージ処理に適用されたモデルデータがＤｉｆとして表示される。例えば、モデル作成部２３の出力結果がマージ処理に適用された場合には、そのモデルデータを含むファイルが「ＳＩＯ＿ＵＳ＿ＳＴＥＰ１」として示される。

マージ処理結果の表示画面ＶＭｅｖａでは、例えば、マージ処理の形式ごとに割り当てられる組み合わせ番号Ｎｍｔｙｐｅと、以下に示される４つの項目とが対応づけられている。
・処理形式の組み合わせＣｏｍｂ
・結晶モデルの形式電荷Ｎｃｓ
・フラグメントモデルを構成する原子の数の最大値Ａｍａｘ
・結晶モデルにおける基底関数の数Ｎｂｓ
なお、組み合わせＣｏｍｂは、マージ処理の形式の組み合わせを示す固有のビット値であって、マージタイプＴｍｅｒｇ、及び、マージ条件Ｃｍｅｒｇに基づいて一義的に定められる。例えば、図２１に示されるように、マージタイプＴｍｅｒｇが、第１形式から第３形式である場合に、組み合わせＣｏｍｂは３ビットで示される。そして、図２１に示されるように、第１形式から第３形式の各々にて、相互に異なる２つの結合元の原子が定められる場合に、組み合わせＣｏｍｂのビット値は「０」あるいは「１」で示される。

具体的には、組み合わせ番号Ｎｍｔｙｐｅが「１」として設定されたマージ処理では、組み合わせＣｏｍｂとして「０００」が対応づけられ、第１形式のＢＤＡとしてＳｉ１が設定され、第２形式のＢＤＡとしてＳｉ２が設定され、第３形式のＢＤＡとしてＯ１が設定されている。また、形式番号Ｎｍｔｙｐｅが「２」として設定されたマージ処理では、組み合わせＣｏｍｂとして「００１」が対応づけられ、第１形式のＢＤＡとしてＯ４が設定され、第２形式のＢＤＡとしてＳｉ２が設定され、第３形式のＢＤＡとしてＯ１が設定されている。また、形式番号Ｎｍｔｙｐｅが「３」として設定されたマージ処理では、組み合わせＣｏｍｂとして「０１０」が対応づけられ、第１形式のＢＤＡとしてＳｉ１が設定され、第２形式のＢＤＡとしてＯ６が設定され、第３形式のＢＤＡとしてＯ１が設定されている。

図２２を参照してフラグメントモデル作成システムで実施されるフラグメントモデル作成方法について説明する。なお、以下では、フラグメントモデル作成方法のうち、マージタイプＴｍｅｒｇ、及び、マージ条件Ｃｍｅｒｇを用いて行われるマージ処理について説明する。

マージ処理部２６は、モデル作成部２３あるいは記憶装置１４からマージ処理の対象となるモデルデータを入力する。また、マージ処理部２６は、記憶装置１４からマージタイプＴｍｅｒｇ、及び、マージ条件Ｃｍｅｒｇを入力する（ステップＳ２１）。

マージ処理部２６は、モデルデータ、マージタイプＴｍｅｒｇ、及び、マージ条件Ｃｍｅｒｇを用い、マージの対象となるフラグメントモデルを抽出する。次いで、制御装置１１は、マージの対象となるフラグメントモデルと、その結合先となるフラグメントモデルとを抽出する（ステップＳ２２）。マージ処理部２６は、抽出されたフラグメントモデルとマージ条件Ｃｍｅｒｇとを用い、抽出されたフラグメントモデルに対してＢＤＡとＢＡＡとを特定する（ステップＳ２３）。そして、マージ処理部２６は、特定されたＢＤＡを含むフラグメントモデルと、特定されたＢＡＡを含むフラグメントモデルとからなる新たなフラグメントモデルを作成し、モデルデータを更新する（ステップＳ２４）。

制御装置１１は、マージ処理部２６にて作成された各フラグメントモデルにおける形式電荷の絶対値の総和を算出し、また、マージ処理部２６にて作成された各フラグメントモデルにおける基底関数の数を算出する（ステップＳ２５）。そして、制御装置１１は、マージ条件Ｃｍｅｒｇに示される結合元の原子の全ての組み合わせに対してマージ処理が行われたか否かを判断する（ステップＳ２６）。

マージ条件Ｃｍｅｒｇに示される結合元の原子の全ての組み合わせに対してマージ処理が行われていない場合（ステップＳ２６で「ＮＯ」の場合）には、制御装置１１は、マージ処理が行われていない他の形式に対して、ステップＳ２２からステップＳ２６を繰り返す。

マージ条件Ｃｍｅｒｇに示される結合元の原子の全ての組み合わせに対してマージ処理が行われている場合（ステップＳ２６で「ＹＥＳ」の場合）には、制御装置１１は、全ての結合元の原子の全ての組み合わせのうち、フラグメントモデルの形式電荷の絶対値の総和が小さい分割形態から順に優先順位を割り当てる。この際に、形式電荷の絶対値の総和が同じである分割形態に対しては、各組み合わせに含まれるフラグメントモデルのサイズの最大値、すなわち、基底関数の数の最大値が小さい順に優先順位を割り当てる。そして、制御装置１１は、割り当てられた優先順位を参照し、分割結果と評価結果とを出力装置１３から出力する（ステップＳ２７）。

上記第２の実施形態によれば以下の効果が得られる。
（７）分割位置特定部２２にて特定された複数のＢＤＡと、分割位置特定部２２にて特定された複数のＢＡＡとの対のうち、一部の分割原子対は、マージ処理部２６でその分割が解除される。そして、解除された分割原子対を含む相互に隣接する２つのフラグメントモデルは、マージ処理部２６で１つのフラグメントモデルに変換される。それゆえに、一度作成されたフラグメントモデルの大きさやフラグメントモデルの構成原子の種類を変更することが可能にもなる。

（８）マージ処理部２６では、相互に異なる複数の形式がマージ処理の形式として設定され、複数の形式の各々にてマージ処理が実施される。そして、出力装置１３は、フラグメントモデルをマージ処理の形式ごとに作成する。それゆえに、マージ処理によるフラグメントモデルの作成に際して、多様性を高めることが可能にもなる。

（９）マージ処理結果の表示画面ＶＭｅｖａでは、マージ処理の形式ごとに、結晶モデルの形式電荷Ｎｃｓ、フラグメントモデルを構成する原子の数の最大値Ａｍａｘ、結晶モデルにおける基底関数の数Ｎｂｓが表示される。それゆえに、フラグメントモデルの評価値をマージ処理の形式ごとに利用者に把握させることが可能にもなる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・第１の実施形態における制御装置１１は、第２の実施形態におけるマージ処理部２６の機能のうち、自動的なマージ処理のみを実行する機能を備えてもよい。

・制御装置１１は、形式電荷算出部２５の算出結果を用いて結晶モデルにおける形式電荷の偏りを算出する算出部を備えてもよい。そして、評価結果に用いられる評価値には、結晶モデルの形式電荷に限らず、結晶モデルにおける形式電荷の偏りが設定されてもよい。

・図１１から図１３では、基準となる形式電荷及び大きさに対して白色がフラグメントモデルに対応付けられ、形式電荷及び大きさが基準から離れる程、黒色に近い色がフラグメントモデルに対応付けられる構成とした。

これに限らず、形式電荷が色で示される場合には、基準となる形式電荷に白色が対応付けられ、基準となる形式電荷よりも正の方向に大きい場合には一つの色、例えば赤色がフラグメントモデルに対応付けられ、基準となる形式電荷よりも負の方向に大きい場合には、他の色、例えば青色がフラグメントモデルに対応付けられる構成でもよい。この場合には、形式電荷が正の方向における最も大きい値に近付く程、また、形式電荷が負の方向における最も大きい値に近付く程、フラグメントモデルには、彩度の高い色が対応付けられる構成が好ましい。

また、大きさが色で示される場合には、基準となる大きさに白色が対応付けられ、基準となる大きさよりも大きい場合には、一つの色、例えば赤色がフラグメントモデルに対応付けられ、基準となる大きさよりも小さい場合には、他の色、例えば青色がフラグメントモデルに対応づけられる構成でもよい。この場合には、上記形式電荷の場合と同様、基準との差によって彩度の異なる色がフラグメントモデルに対応付けられる構成が好ましい。

・制御装置１１は、複数の層からなる結晶モデルに対し、形式電荷や形式電荷の偏りを層ごとに算出してもよく、出力装置１３は、例えば、図１１から図１３に示される形式電荷を層ごとに示してもよい。こうした結晶モデルにおける層ごとの荷電状態は、結晶モデルの表面と他の化合物モデルとの相互作用エネルギーの解析、例えば、ペプチドのモデルと結晶モデルとの相互作用エネルギーの解析にて有益な情報となる。

・制御装置１１は、フラグメントモデルの構成原子とその構成原子の座標とを用いてフラグメントモデルの大きさを算出する算出部を備えてもよい。そして、評価結果に用いられる評価値は、複数のフラグメントモデルの各々の大きさにおける最大値が設定されてもよい。

・評価結果に用いられる評価値は、結晶モデルの形式電荷の絶対値の総和、結晶モデルにおけるフラグメントモデルごとの形式電荷の偏り、複数のフラグメントモデルの各々の大きさにおける最大値の少なくとも１つであってもよい。

・評価結果が表示される表示画面Ｖｅｖａでは、分割原子対の候補Ｄｃａｎｄごとの分割結果Ｄｒｅｓｌが、分割原子対の候補Ｄｃａｎｄに対応づけられた状態で示される。これに限らず、評価結果が表示される表示画面Ｖｅｖａでは、分割原子対の候補Ｄｃａｎｄと評価値Ｐｓｅｑとが単に対応付けられた状態で示されてもよい。

・ＢＤＡ及びＢＡＡの特定に用いられる結合対は、結晶モデルデータＤｃｒｙにて予め指定されてもよい。こうした構成では、制御装置１１から結合位置特定部２１を省略することが可能にもなる。

・末端フラグメントモデルＦＳ１，ＦＳ２，ＦＳ３が作成されるか否かは、結晶モデルの構成原子や基本分割単位の構成原子によって異なる。それゆえに、末端フラグメントモデルＦＳ１，ＦＳ２，ＦＳ３が作成されない構成であってもよく、要は、結晶モデルが複数の基本分割単位に分けられ、複数の前記基本分割単位の各々に含まれる候補が分割原子対として特定される構成であればよい。

・ＢＤＡやＢＡＡは分割結果に含まれなくてもよい。要するに、ユニットモデルごとの候補原子によってフラグメントモデルが作成される構成であればよい。
・記憶装置１４は、結晶格子に含まれる原子団を結晶の種類ごとに記憶し、制御装置１１は、その結晶格子に含まれる原子団を基本分割単位として用いてもよい。すなわち、基本分割単位は、予め結晶モデルごとに定められてもよい。

・上述した非金属結晶と、生体高分子、例えば、各種酵素等のタンパク質や、核酸であるＤＮＡ及びＲＮＡとの相互作用エネルギーをＦＭＯ法によって算出する場合には、実施形態に記載の方法によって作成されたフラグメントモデルを用いることができる。結晶モデルを複数のフラグメントモデルに分けると、結晶モデルを構成する各面によって、その面を構成するフラグメントモデルの形式電荷や大きさの分布が異なることが多い。

ＦＭＯ法によって上記相互作用を算出する上では、生体高分子と相互作用する面、すなわち吸着面を構成する各フラグメントモデルの大きさが、基本分割単位に等しい大きさであることが好ましく、また、吸着面を構成する各フラグメントモデルの形式電荷が±０であることが好ましい。

そのため、図１１から図１３に示されるように、表示画面Ｖｅｖａに示される分子構造Ｖｓｔｒを構成する各フラグメントモデルに形式電荷及び大きさに応じた色が対応付けられる構成では、白色のフラグメントモデルによって構成される面が、吸着面として好ましい。すなわち、上述のように各フラグメントモデルに対して色が対応付けられた状態で分子構造Ｖｓｔｒが表示される構成によれば、結晶モデルにて吸着面として設定されるべき面の選択を容易にすることができる。

・結晶モデルの対象は、非金属結晶のみに限らず、例えば、非金属結晶に加えて、水分子、ＤＮＡ、イオン、ペプチド、及び、タンパク質の少なくとも１つを含む複合体であってもよい。この場合、非金属結晶と他の分子との複合体が１つの結晶モデルとして取り扱われることで、この結晶モデルについてのフラグメントモデルが作成される。そのため、複合体が１つの結晶モデルとして取り扱われる場合には、非金属結晶と他の分子との境界では、非金属結晶を構成する原子と他の分子を形成する原子との両方を含むフラグメントモデルが作成され得る。

・フラグメントモデル作成システムでは、相互に異なる複数の入力装置１２が、ネットワークを介して１つの制御装置１１に接続され、１つの制御装置１１は、相互に異なる複数の入力装置１２からの入力データを用いて各別にフラグメントモデルを作成してもよい。また、制御装置１１は、記憶装置１４の機能、及び、出力装置１３の機能の少なくとも一方を兼ねてもよい。

Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…基本分割単位、ＦＥ１，ＦＥ２，ＦＳ１，ＦＳ２，ＦＳ３…末端フラグメントモデル、Ｄｃｅｌ…基本分割単位データ、Ｄｃｒｙ…結晶モデルデータ、Ｐｄｅｖ…分割原子対候補，Ｐｓｅｑ…評価値、Ｖｅｖａ，Ｖｆｒａｇ，ＶＭｃｏｎ，ＶＭｅｖａ…表示画面、１１…制御装置、１２…入力装置、１３…出力装置、１４…記憶装置、１４ａ…プログラム記憶部、１４ｂ…データ記憶部、２１…結合位置特定部、２２…分割位置特定部、２３…モデル作成部、２４…基底関数算出部、２５…形式電荷算出部、２６…マージ処理部。

Claims (10)

1. 分割の対象となる複数の分割原子対を結晶モデルにて特定する分割位置特定部と、
   前記結晶モデルの中で相互に結合する原子からなる複数の原子団の各々をフラグメントモデルとして作成するモデル作成部と、を備え、
   前記結晶モデルには、少なくとも非金属結晶モデルが含まれ、
   複数の原子からなる原子団が１つの基本分割単位として設定され、
   前記結晶モデルを構成する複数の原子の各々は、前記基本分割単位を構成する原子のいずれかに対応づけられ、
   前記分割位置特定部では、
   前記基本分割単位を構成する原子の中で前記分割原子対の候補が設定され、
   前記分割位置特定部は、
   前記結晶モデルに対し複数の前記基本分割単位の各々に含まれる前記候補を前記分割原子対として特定する、
   フラグメントモデル作成装置。
2. 前記特定された分割原子対を前記フラグメントモデルの構成ごとに出力する出力部をさらに備える
   請求項１に記載のフラグメントモデル作成装置。
3. 前記複数の分割原子対の一部にて分割を解除し、
   前記解除された分割原子対を含む相互に隣接する２つの前記フラグメントモデルを１つのフラグメントモデルに変換するマージ処理部をさらに備える、
   請求項２に記載のフラグメントモデル作成装置。
4. 前記分割位置特定部では、
   相互に異なる複数の前記候補が設定され、
   前記分割位置特定部は、
   前記分割原子対を前記候補ごとに特定し、
   前記モデル作成部は、
   前記候補ごとの分割原子対を用いて前記フラグメントモデルを前記候補ごとに作成する、
   請求項１から３のいずれか１つに記載のフラグメントモデル作成装置。
5. 前記モデル作成部は、
   前記フラグメントモデルの評価値を前記候補ごとに算出し、
   前記候補と前記評価値とを対応付けて出力する出力部をさらに備える
   請求項４に記載のフラグメントモデル作成装置。
6. 前記評価値は、前記結晶モデルの形式電荷の絶対値の総和、前記結晶モデルにおける形式電荷の偏り、及び、前記複数のフラグメントモデルの各々の大きさにおける最大値の少なくとも１つである
   請求項５に記載のフラグメントモデル作成装置。
7. 前記出力部は、前記複数のフラグメントモデルの各々における形式電荷、及び、前記複数のフラグメントモデルの各々における大きさの少なくとも１つを相互に異なる要素を有した色として出力する
   請求項５または６に記載のフラグメントモデル作成装置。
8. 入力装置と、
   前記入力装置から入力されたデータを用いてフラグメントモデルを作成するフラグメントモデル作成装置と、を備え、
   前記フラグメントモデル作成装置は、
   前記入力装置から入力された結晶モデルに対して分割の対象となる複数の分割原子対を特定する分割位置特定部と、
   前記結晶モデルの中で相互に結合する原子からなる複数の原子団の各々をフラグメントモデルとして作成するモデル作成部と、を備え、
   前記結晶モデルには、少なくとも非金属結晶モデルが含まれ、
   複数の原子からなる原子団が１つの基本分割単位として設定され、
   前記結晶モデルを構成する複数の原子の各々は、前記基本分割単位を構成する原子のいずれかに対応づけられ、
   前記分割位置特定部では、
   前記基本分割単位を構成する原子の中で前記分割原子対の候補が設定され、
   前記分割位置特定部は、
   前記結晶モデルに対し複数の前記基本分割単位の各々に含まれる前記候補を前記分割原子対として特定する、
   フラグメントモデル作成システム。
9. 分割の対象となる複数の分割原子対を結晶モデルにて特定すること、
   前記結晶モデルの中で相互に結合する原子からなる複数の原子団の各々をフラグメントモデルとして作成すること、を含み、
   前記結晶モデルには、少なくとも非金属結晶モデルが含まれ、
   複数の原子からなる原子団が１つの基本分割単位として設定され、
   前記結晶モデルを構成する複数の原子の各々は、前記基本分割単位を構成する原子のいずれかに対応づけられ、
   前記複数の分割原子対を特定するときには、
   前記基本分割単位を構成する原子の中で前記分割原子対の候補が設定され、
   前記結晶モデルに対し複数の前記基本分割単位の各々に含まれる前記候補を前記分割原子対として特定する、
   フラグメントモデル作成方法。
10. コンピュータを、
    分割の対象となる複数の分割原子対を結晶モデルにて特定する分割位置特定部と、
    前記結晶モデルの中で相互に結合する原子からなる複数の原子団の各々をフラグメントモデルとして作成するモデル作成部として機能させ、
    前記結晶モデルには、少なくとも非金属結晶モデルが含まれ、
    複数の原子からなる原子団が１つの基本分割単位として設定され、
    前記結晶モデルを構成する複数の原子の各々は、前記基本分割単位を構成する原子のいずれかに対応づけられ、
    前記分割位置特定部では、
    前記基本分割単位を構成する原子の中で前記分割原子対の候補が設定され、
    前記分割位置特定部は、
    前記結晶モデルに対し複数の前記基本分割単位の各々に含まれる前記候補を前記分割原子対として特定する、
    フラグメントモデル作成プログラム。