Materials Studio 软件中COMPASS力场的更新介绍
COMPASS（Condensed-phase Optimized Molecular Potentials for Atomistic Simulation Studies）是力场方法的一项技术突破。它是第一个ab initio的力场，能够准确地同时预测各种分子和聚合物的性质，包括气相性质（结构、构象、振动等）和凝聚相性质（状态方程、内聚能等）。同时，它也是第一个整合有机和无机材料参数的高质量力场。
是一个从头参数化的力场，其结构很大程度上继承自一个早期的力场——CFF（Consistent Force Field）。大部分参数都源于从头计算数据。通常，参数化过程包括两个阶段：从头参数化和经验优化。
在第一阶段中，参数化着重于偏电荷和化学键参数。它使用从头计算的静电势来计算原子偏电荷，并采用约束 ESP 方法来确保可转移性。化学键参数采用 CFF 从头参数化技术进行导出。用于确定化学键参数的从头计算数据包括总能量以及关于原子笛卡尔坐标的一、二阶导数。此时，Lennard-Jones 9-6 和其他范德华参数的初始值来自于 CFF 力场。
在第二阶段中，重点是通过优化力场来使其与实验数据达成良好一致。根据气相实验数据，调整了一些关键的化学键参数。更重要的是，该阶段对范德华参数进行了优化，以适应凝聚相性质。对于共价分子系统，这种优化是通过液体分子动力学模拟实现的；对于无机系统，则基于晶体能量最小化。Lennard-Jones 9-6 参数是通过液体分子动力学模拟优化和后续与实验数据计算结果进行比较来进行优化的。
对于化学键参数，计算了以下性质：
分子结构
分子偶极矩
振动频率
构象能量
Lennard-Jones 9-6 参数是通过计算并比较分子液体在实验温度和压力下的两个物理属性进行优化：
液体密度
液体内聚能
验证
对于共价分子的参数进行了全面验证，使用了多种计算方法，包括液体、晶体和聚合物的大量分子动力学模拟（Sun, 1998；Sun et al., 1998；Rigby et al., 1998）。分子动力学可以准确预测这些系统的内聚能和状态方程（PVT 行为）。对于分子中的分子内性质，采用孤立分子的方法进行计算。对于分子液体，计算内聚能和平衡密度确定范德华 Lennard-Jones 9-6 函数。对于无机材料，COMPASS 验证采用了一种能量最小化方法。
适用性
COMPASS 力场广泛应用于包括大部分常见的有机分子、小型无机分子和聚合物的共价分子。对于这些分子系统，COMPASS 参数化可以预测孤立分子和凝聚相的各种性质。这些性质包括分子结构、振动频率、构象能量、偶极矩、液体结构、晶体结构、状态方程和内聚能密度。COMPASS 开发还将范围扩展到无机材料，包括金属、金属氧化物和金属卤化物，采用各种非共价模型进行参数化。其中部分材料已经进行了参数化。COMPASS 可以预测各种固态性质，包括晶胞结构、晶格能、弹性常数和振动频率。有机和无机材料的参数组合使得研究界面和混合系统成为可能。
COMPASS II（Sun et al.，2016）是对COMPASS力场的重大扩展。COMPASS II将现有的COMPASS扩展到包括研究离子液体感兴趣的更多药物和化合物。
COMPASS II是与上海交通大学孙淮教授合作开发的。使用孙教授开发的工具，现有的COMPASS力场与现有的量子力学计算（在B3LYP / 6-31G（d，p）水平上执行）相结合，以获得新参数并解决现有COMPASS力场中的一些不一致性。采用平衡结构和振动频率的比较来推导新的价参数。用于确定这些参数的训练集扩展如下：
通过使用COMPASS分析了一个由430个同聚物和共聚物组成的聚合物数据库，找到了表示为105个片段的454个缺失项，并将它们添加到训练集中。
类似地，对NIST离子液体分子数据库进行了分析，并添加了40个物种到训练集中。
使用COMPASS扫描了由59465个分子组成的Maybridge数据库，并添加了1257个片段到训练集中。
训练集中的分子总数为1402。
在开发COMPASS II时，需要扩展力场类型的数量（每个原子的局部化学环境的分类），以便更准确地对更多的化合物进行参数化。COMPASS和COMPASS II的原子类型和参数集（每个集合都是力场能量表达式中的一个项，例如键，角等）的数量如下：
COMPASS III与COMPASS II相同，但仅使用DMol3进行参数化扩展。在扩展中，采用密度泛函理论，使用PBE的广义梯度近似（GGA）功能，而不是Hartree-Fock方法获得参数。作为原子轨道基组，使用了双数值加d函数（DND），版本为4.4。局部电荷是通过电静势势能（ESP）方法导出的。
此外，COMPASS III对离子液体提供了改进的支持。离子液体的范德华参数是通过基于Nelder-Mead方法的自动拟合协议获得的。
COMPASS III力场参数集将定期地进行修订，现有参数可能会更新，或者会添加更多的功能基团参数。最新的标准版本总是被命名为“COMPASSIII”。然而，当前版本的前身被保留并提供用于验证和继续现有项目。遗留版本通过将版本号附加到力场名称来表示，例如“COMPASS27”，并位于<MS_INSTALL>/share/Resources/Simulation/ClassicalEnergy/FORCEFIELDS-LEGACY文件夹中。COMPASS开发的最近历史如下表所示：
