SPPARKS 晶体取向与四元数

下载模型实操包。包含46个真实原生条件、完整输入、原始统计/轨迹、独立提取脚本和16张结构与数据图。使用SPPARKS08Oct25、Intel oneAPI C++2024.2.1 / IntelMPI2021.13；CPU入口要求兼容AVX512。可选模块 spparks/08Oct25-appfix-8173m 支持本组特殊模型，原默认模块仍保留。

1. 晶粒编号不等于晶体取向#

普通Potts标签不能告诉你两个晶粒的夹角。potts/quaternion额外保存四元数d1–d4，标量分量在前，结合cubic或hcp晶体对称性计算错配角，再按Read–Shockley关系给出晶界能。示例12³站点，set site unique让初始每个站点有唯一取向标签，避免同一标签混入不同四元数。

cubic低角阈值15°，hcp例用25°；阈值是能量模型参数，不是删除高角晶界。四个条件各保存ASCII和完整精度的二进制dump。

按顺序运行#

在申请到的CPU资源内，从新的解压目录执行。每个条件只运行一次，程序会保护已有结果目录。下面的短命令实际调用原生SPPARKS，每个条件1个MPI进程、1线程。

module purge
module load spparks/08Oct25-appfix-8173m
bash run.sh quaternion-cubic-s81001-full
bash run.sh quaternion-hcp-s81001-full
tail -n 16 work/quaternion-cubic-s81001-full/stdout.log

inputs/quaternion-cubic-s81001-full/in.mc：

seed 81001
app_style potts/quaternion 1728 cubic 15
dimension 3
lattice sc/26n 1.0
region box block 0 12 0 12 0 12
create_box box
create_sites box
set site unique

sweep random
sector yes
temperature 0.25
diag_style energy
stats 1.0
dump 1 text 1.0 dump.sites id i1 d1 d2 d3 d4 x y z
dump 2 text 1.0 dump-full.bin id i1 d1 d2 d3 d4 x y z
run 10

inputs/quaternion-hcp-s81001-full/in.mc：

seed 81001
app_style potts/quaternion 1728 hcp 25
dimension 3
lattice sc/26n 1.0
region box block 0 12 0 12 0 12
create_box box
create_sites box
set site unique

sweep random
sector yes
temperature 0.25
diag_style energy
stats 1.0
dump 1 text 1.0 dump.sites id i1 d1 d2 d3 d4 x y z
dump 2 text 1.0 dump-full.bin id i1 d1 d2 d3 d4 x y z
run 10

2. 读取四元数与能量#

本输入二进制dump每站点9个字段，64位浮点保留四元数精度。包内read_native.py按这次实际单进程输出格式读取；它不是任意SPPARKS版本/多进程格式的通用解析器。

model_math.py用SciPy构造cubic的24个与hcp的12个正旋转操作，独立计算对称化错配角与能量；不把两个裸四元数的角度直接当晶界角。四元数单位范数及同一标签对应同一取向分别检查。

3. 真实结构与随机性#

这四条小盒短轨迹均在最终采样时成为单取向，晶界能为0；图给出整个过程。这是有限模型快速粗化，不说明实际材料会在相同时间成为单晶。图中RGB为旋转后z方向分量的绝对值，只是取向可视化，不能当作标准IPF颜色键。

此版本初始四元数另用系统时钟初始化，设置相同seed也不保证另一轮得到相同初始取向。参考包保留原始完整四元数；新跑结果应检查范数、标签一致性和本次能量，而不是要求逐位复现颜色。当前采用的rKMC实现也不用于声称已得到平衡取向统计。

cubic真实初末取向、能量和剩余取向数。

hcp真实取向演化；初始取向由原始二进制数据读取。

提取数据和画图#

若只希望先看实际参考结果，在另一份新解压目录执行：

bash analyze.sh
head -n 12 analysis-reference/case-summary.csv
ls figures-reference

这一步读取包内原始 reference/work/，重新提取并绘图。若要分析自己完整重算的数据，在新目录内运行 bash run-all.sh；全部46个条件完成后生成 analysis/ 和 figures/。只单独跑一项时，先阅读该项 stdout.log 与 dump.sites，不要将少数目录冒充整包分析输入。

相关入口：SPPARKS专题、原生命令手册。取向模型。完整输入以下载包的08Oct25版本为准；不同模型的时间、能量与状态定义分别解释，不能直接套用为某种材料的秒、电子伏或微米。