CatGo 文档
CatGo 是一个面向计算材料科学的 AI 驱动工作台。它把交互式 3D 结构查看器、可视化 DAG 工作流引擎、集成 HPC 编排，以及自然语言 AI 助手（CatBot）整合进一个桌面应用（Tauri）中，并提供 VS Code 扩展以支持编辑器内工作流。查看器可以处理晶体、分子和表面；工作流引擎可以生成 DFT/MD/ML 输入，在远程集群上提交和监控任务，并通过能带图、相图、轨迹播放器等工具完成后处理。
主要功能
- 3D 结构查看器 - 交互式查看晶体、分子和表面，支持化学键、晶格和周期镜像原子
- 多格式 I/O - 解析和导出 CIF、POSCAR、XYZ、EXTXYZ、HDF5、CUBE 以及压缩归档
- 表面工程 - 根据 Miller 指数生成 slab，添加真空层，寻找吸附位点
- 对称性分析 - 通过 Spglib/Moyo（WASM）检测空间群和 Wyckoff 位置
- 结构优化 - 使用 EMT、xTB、MACE、CHGNet、M3GNet 等计算器进行几何弛豫
- 光谱分析 - XRD 图谱、径向分布函数、能带结构、态密度
- 相图 - 二元、三元和四元凸包稳定性分析
- 轨迹播放 - 支持大文件流式加载的 MD 轨迹动画
- 密度可视化 - CUBE 文件等值面和 2D 切片平面
- 数据库集成 - 从 OPTIMADE、Materials Project 和 PubChem 搜索结构
- 跨平台 - Web 应用、Tauri 桌面应用、VS Code 扩展、Jupyter widget
架构概览
CatGo
├── src/lib/ # Svelte 5 component library (88 components)
│ ├── structure/ # 3D structure viewer (largest module)
│ ├── bands/ # Band structure & DOS plots
│ ├── brillouin/ # Brillouin zone visualization
│ ├── composition/ # Composition charts
│ ├── coordination/ # Coordination analysis
│ ├── cube/ # CUBE file density viewer
│ ├── element/ # Element database (118 elements)
│ ├── periodic-table/ # Interactive periodic table
│ ├── phase-diagram/ # Phase diagram components
│ ├── plot/ # General plotting (scatter, bar, histogram)
│ ├── rdf/ # Radial distribution function
│ ├── trajectory/ # MD trajectory player
│ ├── xrd/ # X-ray diffraction patterns
│ ├── api/ # API clients (OPTIMADE, MP, PubChem)
│ └── settings.ts # Unified settings schema
├── extensions/rust/ # Rust library compiled to WASM
│ └── src/wasm.rs # 65+ WASM-exposed functions
├── server/ # Python FastAPI computation backend
│ └── routers/ # Optimization, database, spectroscopy routes
├── src-tauri/ # Tauri desktop app shell
└── extensions/vscode/ # VSCode extension技术栈
| 层级 | 技术 |
|---|---|
| UI 组件 | Svelte 5（runes: $state, $derived, $effect） |
| 框架 | SvelteKit with static adapter |
| 3D 渲染 | Three.js via Threlte |
| 2D 图表 | D3.js |
| 重计算 | Rust compiled to WebAssembly（ferrox-wasm） |
| 对称性 | Spglib / Moyo（WASM） |
| HDF5 文件 | h5wasm |
| 桌面应用 | Tauri 2.0 |
| 计算服务器 | Python FastAPI + ASE |
| 类型安全 | TypeScript（strict mode） |
模块
核心
| 模块 | 说明 |
|---|---|
| 结构查看器 | 原子、化学键和晶格的 3D 交互式可视化 |
| 文件 I/O | 解析和导出晶体/分子结构文件 |
| 晶格与晶胞 | 晶格参数、坐标转换和晶胞操作 |
| 键合 | 键检测、键编辑和配位分析 |
晶体学
| 模块 | 说明 |
|---|---|
| 表面与 Slab | Miller 指数 slab 生成、真空层、吸附位点 |
| 对称性 | 空间群检测、Wyckoff 位置、Bravais 晶格 |
| 超胞 | 周期晶胞扩展和变换 |
动力学与优化
| 模块 | 说明 |
|---|---|
| 轨迹 | MD 轨迹播放、帧索引和流式加载 |
| 优化 | 使用多种计算器进行结构弛豫 |
分析与光谱
| 模块 | 说明 |
|---|---|
| 光谱分析 | XRD、RDF、能带结构、态密度 |
| 相图 | 热力学稳定性和凸包 |
| 组成 | 化学式处理和组成图表 |
| 周期表 | 带属性数据的交互式元素浏览器 |
集成
| 模块 | 说明 |
|---|---|
| 密度可视化 | CUBE 文件等值面和切片平面 |
| 数据库集成 | OPTIMADE、Materials Project、PubChem 搜索 |
| 设置 | 跨平台的 40+ 个可配置属性 |
部署目标
| 目标 | 说明 |
|---|---|
| Web App | SvelteKit 静态站点，可在现代浏览器中运行 |
| Desktop App | Tauri 2.0，面向 macOS、Windows、Linux 的原生应用，支持文件系统访问 |
| VSCode Extension | 嵌入文本编辑器中的查看器 |
| Jupyter / Marimo | 面向计算 notebook 的 widget |
教程
常见工作流的分步指南：
| 教程 | 说明 |
|---|---|
| 快速上手 | 加载、查看并导出第一个结构 |
| 构建 Slab | 根据 Miller 指数生成表面 slab |
| 结构优化 | 使用 UFF、xTB、MACE 等弛豫结构 |
| 数据库搜索 | 从 OPTIMADE、Materials Project、PubChem 查找结构 |
| 轨迹播放 | 加载和分析 MD 轨迹 |
| 密度可视化 | CUBE 文件等值面和切片平面 |