رواية 3D / VR بيئة تفاعلية لMD المحاكاة، والتصور والتحليل

تم تنفيذ نظام حسابي جديد يتميز بمحاكاة الديناميكيات الجزيئية المسرعة بوحدة معالجة الرسومات والتصور ثلاثي الأبعاد / VR وتحليله ومعالجته للهياكل النانوية ، مما يمثل نهجا جديدا للنهوض بأبحاث المواد وتعزيز التحقيق المبتكر والأساليب البديلة للتعرف على هياكل المواد ذات الأبعاد غير المرئية للعين البشرية.

الهدف العام من هذا الإجراء هو تصور وتحليل سلوك البنية النانوية في العالم الحقيقي ثلاثي الأبعاد. يتم تحقيق ذلك من خلال إنشاء نظام تصور تفاعلي ثلاثي الأبعاد أولا مع إمكانية المحاكاة. الخطوة الثانية هي بناء وتحقيق هياكل النانو ثلاثية الأبعاد في البيئة التفاعلية.

بعد ذلك ، يتم تحضير هيكل حلزوني نانو ثلاثي الأبعاد من مادة سائبة مختارة ويستخدم النظام لإجراء عمليات الشد أو المحاكاة الأخرى. الخطوة الأخيرة هي تصور وتحليل السلوك الذري الناتج في العالم الحقيقي ثلاثي الأبعاد لبنية النانو. في النهاية ، يمكن استخدام نظام التصور ثلاثي الأبعاد في هذا العمل للتحقيق في هياكل النانو الواقعية عبر الديناميكيات الجزيئية أو محاكاة MD نحو أبحاث ابتكار المواد.

خطرت لي فكرة عن هذه الطريقة في جامعة كاليفورنيا في ديفيس عندما كنت أتعاون مع الدكتور أوليفر ك كرايجو في استخدام هذه التكنولوجيا للبحث والتعلم على وجه التحديد في مجال science. 3D المواد والتصور والتفاعل هي أدوات مهمة لاستكشاف وتحليل المواد حسابيا. لذلك نأمل أن يساعد هذا الجهد الآخرين على التوسع ميغيل دياز ، طالب دراسات عليا من مختبري ، ومما يدل على هذا الإجراء.

للبدء ، قم بإنشاء إطار تعليق كاميرا صلب مباشرة فوق الحافة الأمامية للتلفزيون ثلاثي الأبعاد بالقرب من السقف للحصول على أفضل تغطية. جبل ثلاثة ، الأشعة تحت الحمراء أو الأشعة تحت الحمراء. الكاميرات الموجودة على حوامل دوارة مباشرة فوق الزوايا الأمامية والمركز الأمامي للتلفزيون ثلاثي الأبعاد.

تأكد من أن زاوية تغطية كل كاميرا ترعى السطح الأمامي للتلفزيون. بعد ذلك ، قم بتجميع وتكوين المعدات والبرامج للواقع الافتراضي ثلاثي الأبعاد أو نظام تصور 3D VR كما هو موضح في بروتوكول النص ، ضع وحدة التحكم بعناية حيث يمكن الوصول إليها بسهولة من كمبيوتر النمذجة ، مع الحرص على عدم لمس أو تحريك علامات تتبع الأشعة تحت الحمراء الكروية المرفقة بها. ضع أيضا نظارات 3D بعناية على حامل التلفزيون ، وتجنب العلامات العاكسة بعد الإعداد الإضافي.

كما هو مفصل في بروتوكول النص ، افتح نافذة طرفية بها عدة علامات تبويب على سطح مكتب كمبيوتر النمذجة على كمبيوتر التتبع. تحقق من عنوان IP لمحول إيثرنت عن طريق كتابة تكوين IP في نافذة أوامر على كمبيوتر النمذجة. افتح علامة تبويب نافذة المحطة الطرفية وتحقق داخل ملف cfg النقطي لأجهزة الواقع الافتراضي من أن اسم الخادم يحدد عنوان IP لمحول إيثرنت كمبيوتر التعقب على كمبيوتر التتبع.

اسمح لبرنامج أداة الجسم الصلبة opti track بالفتح بالكامل. ثم انقر فوق الزر الكبير بالقرب من القائمة العلوية المسماة نتيجة معايرة الحمل. استعرض ملف معايرة الكاميرا المناسب وافتحه.

بعد تحميل الملف، انقر فوق قائمة الملفات وحدد تحميل تعريفات النص الصلب. استعرض وافتح ملف تعريف الجسم الصلب المناسب لوحدة التحكم المتعقبة والنظارات الواقية ثلاثية الأبعاد في الجزء الأيمن من برنامج التتبع. حدد موقع القسم المسمى البث وقم بتوسيع القسم ضمن فئة دفق VRPN.

تحقق من أن رقم المنفذ المدرج هو 3 8 8 3، وحدد مربع بيانات إطار البث داخل فئة محرك دفق VRPN على كمبيوتر النمذجة. قم بإحضار علامة تبويب في نافذة المحطة الطرفية التي تم إنشاؤها سابقا في هذه الجلسة. انتقل إلى برنامج شيطان جهاز VR وابدأ تشغيله.

بعد ذلك ، اتبع المطالبة للضغط على الزرين الأول واثنين على WiMo في وقت واحد. إذا كان النشاط ناجحا، فستعرض النافذة الآن خادم جهاز VR في انتظار اتصال العميل داخل نافذة المحطة الطرفية لجهاز النمذجة التي تم إنشاؤها مسبقا. حدد علامة التبويب الثالثة لبدء تشغيل برنامج NCK.

انتقل إلى دليل تثبيت NCK واكتب الأمر الموضح هنا والمدرج أيضا في بروتوكول النص مع الحرص الشديد على عدم لمس أو فك علامات التتبع المرفقة. ارتد نظارات واقية ثلاثية الأبعاد والتقط وحدة التحكم. اضبط موضع عرض نظارات الرأس لضمان تلقي نظارات 3D لإشارة مزامنة باعث الأشعة تحت الحمراء ثلاثية الأبعاد ، مما يسمح بعرض 3D VR لشاشة التلفزيون من أجل تعيين أداة لإضافة الذرات ونقلها وحذفها.

قم بتعيين اقترانات أوامر NCK للأزرار الموجودة على وحدة التحكم عن طريق الضغط مع الاستمرار على زر الصفحة الرئيسية wiimote ، والذي يظهر قائمة NCK الرئيسية على الشاشة. انتقل إلى عنصر قائمة أدوات التجاوز وحدده، ثم حرر زر الصفحة الرئيسية. يسمح هذا بتعيين الأوامر لأزرار مختلفة على وحدة التحكم بشكل مستقل عن بعضها البعض.

لربط زر مشغل WiMo بإجراء معالجة الذرات داخل NCK، اضغط مع الاستمرار على زر المشغل. انتقل إلى قائمة NCK التي تظهر على الشاشة للسحب وتحديد ست درجات من السحب قبل تحرير المشغل. يرتبط الزناد الآن بعمل التلاعب بالذرات.

لتعيين وظيفة إضافة ذرة إلى زر علامة الجمع في wiimote ، قم بإحضار القائمة الرئيسية بالضغط مع الاستمرار على زر الصفحة الرئيسية. انتقل إلى أنواع الوحدات الهيكلية وحدد مثلثا قبل تحرير زر الصفحة الرئيسية. بعد ذلك ، اضغط مع الاستمرار على زر علامة الجمع وحدد ستة أدوات سحب DOF كما كان من قبل.

ثم حرر زر علامة الجمع. يرتبط زر الجمع الآن بإنشاء ذرات جديدة من النوع المحدد في هذه الحالة ، ذرات الكربون ممثلة بالمثلثات. لتعيين وظيفة حذف ذرة إلى زر الطرح على wiimote ، قم بإحضار القائمة الرئيسية بالضغط مع الاستمرار على زر الصفحة الرئيسية.

ثم انتقل إلى أنواع الوحدات الهيكلية وحدد حذف الوحدات المحددة. قبل تحرير زر الصفحة الرئيسية ، اضغط مع الاستمرار على زر الطرح وحدد ستة سحب DOF كما كان من قبل. ثم حرر زر الناقص.

يرتبط زر الطرح الآن بحذف الذرات. اتبع إجراء مشابها لتعيين وظائف قفل الوحدات المحددة إلى زر WiMo واحد وإلغاء قفل الوحدات المحددة إلى زر وحدة التحكم. بمجرد تكوين أزرار وحدة التحكم ، قم بإنشاء أنبوب نانو كربوني باستخدام NCK باستخدام زر الجمع أولا لإضافة ذرتين من الكربون الثلاثي ثلاثي السندات إلى مساحة عمل NCK.

بمعالجة هذه باستخدام زر المشغل حتى تنضم إلى الرأس. ثم أضف أربع ذرات كربون أخرى لإنشاء شكل نجم سداسي. باستخدام القائمة الرئيسية ، انتقل إلى قوائم إخراج الإدخال ثم لحفظ الوحدات ، حرك الهيكل السداسي بعيدا عن موضعه الحالي.

استخدم الآن القائمة الرئيسية للانتقال مرة أخرى إلى قوائم إخراج الإدخال ثم تحميل الوحدات. كرر الخطوتين الأخيرتين حتى ستة في ستة ورقة سداسية. تم إنشاء ست حلقات ذرية.

باستخدام قفل الزر الواحد ، وذرة واحدة في الصف العلوي وذرة معارضة في الصف السفلي ، سيتم تمييز الذرات المقفلة باللون الوردي. باستخدام زر الزناد ، حرك إحدى الذرات المقفلة بحذر في قوس دائري حتى تتحرر. يقترب الرأس من الرأس الحر لآدم المقفل المعارض.

بمجرد الانضمام بنجاح ، افتح كلتا الذرتين باستخدام الزرين. استمر في قفل الرؤوس المتعارضة في لوح الكربون والانضمام إليها وفتحها بالمثل. ضغط الورقة بشكل فعال في أنبوب نانو كربوني نهائي.

قم باستيراد نموذج حجرة ثاني أكسيد السيليكون البلوري الأولي إلى برنامج 3D VR NCK وتحقق من الهيكل الأولي. قم بتشغيل إجراء محاكاة لإخماد الذوبان على هذا الهيكل الأولي المطلوب لإنتاج بنية ثاني أكسيد السيليكون غير المتبلورة. ثم قم باستيراد نموذج ثاني أكسيد السيليكون المضطرب الجديد الناتج إلى برنامج 3D VR NCK وتحقق من الهيكل.

قم بإنشاء ثاني أكسيد السيليكون أو النانو النابض أو الشريط النانوي من المادة الصلبة غير المتبلورة الجديدة. باستخدام الكود مفتوح المصدر ، نحات النانو النابض والوثائق التعليمية المرتبطة به. استخدم حزمة الديناميكيات الجزيئية للمصابيح لإجراء عمليات محاكاة الشد على شريط النانو أو النانو كما هو موضح في مكان آخر.

أخيرا ، استخدم أدوات البرامج مفتوحة المصدر ، وتصور الديناميكيات الجزيئية ، وسحر الصورة ، وربط FF m لإنشاء لقطات ورسوم متحركة لبنية النانو الحلزونية خلال هذه المحاكاة أو العرض التقديمي في نظام تصور 3D VR. يوضح هذا البروتوكول الموضح هنا كيفية إنشاء نظام مختبر متكامل للمحاكاة الذرية عالية الأداء والتصور ثلاثي الأبعاد التفاعلي للهياكل النانوية. باستخدام نظام التصور 3D VR ، يمكن بناء هياكل النانو المعقدة مثل أنبوب نانو الكربون مع السلوك الذري في العالم الحقيقي والتحقيق فيها.

ثم تم إنشاء شريط نانو حلزوني من السيليكا وإخضاعه لأحمال شد محاكاة ، وتم تصور نتائج المحاكاة في ثلاثة أبعاد للتحقيق في التحول الهيكلي وفشل الهيكل النانوي في ظل ظروف الشد هذه. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن تكون قادرا على تحليل وتصور أي سلوك لنموذج البنية النانوية باستخدام نظام تصور ثلاثي الأبعاد مثل النظام الموجود لدينا في المختبر.