Novela 3D / VR Interactivo Medio Ambiente para MD simulaciones, visualización y análisis

El objetivo general de este procedimiento es visualizar y analizar el comportamiento tridimensional de la nanoestructura en el mundo real. Esto se logra creando primero un sistema de visualización 3D interactivo con capacidad de simulación. El segundo paso es la construcción e investigación de nanoestructuras 3D en el entorno interactivo.

A continuación, se prepara una estructura nanohelicoidal en 3D a partir de un material a granel elegido y el sistema se utiliza para realizar simulaciones de tracción u otras simulaciones. El paso final es visualizar y analizar el comportamiento atomístico resultante de la nanoestructura en el mundo real en 3D. En última instancia, el sistema de visualización 3D en este trabajo se puede utilizar para investigar nanoestructuras realistas a través de dinámicas moleculares o simulaciones MD para la investigación de innovación de materiales.

Tuve la idea de este método en UC Davis cuando estaba colaborando con el Dr. Oliver k Craigo en el uso de esta tecnología para la investigación y el aprendizaje, específicamente en el campo de los materiales, science. 3D la visualización y la interacción son herramientas importantes para la exploración y el análisis de materiales computacionalmente. Por lo tanto, esperamos que este esfuerzo ayude a otros a expandirse. Demostrando aún más este procedimiento estará Miguel Díaz, un estudiante graduado de mi laboratorio.

Para empezar, cree un marco rígido de suspensión de la cámara directamente sobre el borde frontal del televisor compatible con 3D, cerca del techo, para obtener la mejor cobertura. Monta tres, infrarrojo o ir. Las cámaras giratorias se montan directamente sobre las esquinas delanteras y el centro delantero del televisor 3D.

Asegúrese de que el ángulo de cobertura de cada cámara roze la superficie frontal del televisor. A continuación, ensamble y configure el equipo y el software para el sistema de visualización de realidad virtual 3D o VR 3D como se describe en el protocolo de texto, coloque cuidadosamente el controlador donde se pueda acceder fácilmente desde la computadora de modelado, teniendo cuidado de no tocar ni mover los marcadores de seguimiento IR esféricos adjuntos a él. Coloque también con cuidado las gafas 3D en el soporte del televisor, evitando los marcadores reflectantes después de una configuración adicional.

Como se detalla en el protocolo de texto, abra una ventana de terminal con varias pestañas en el escritorio de la computadora de modelado en la computadora de seguimiento. Compruebe la dirección IP del adaptador Ethernet escribiendo IP config en una ventana de comandos del equipo de modelado. Abra una pestaña de la ventana del terminal y compruebe en el archivo dot cfg de los dispositivos VR que el nombre del servidor especifica la dirección IP del adaptador Ethernet del ordenador de seguimiento en el ordenador de seguimiento.

Permita que el software de la herramienta de cuerpo rígido opti track se abra por completo. A continuación, haga clic en el botón grande situado junto al menú superior con la etiqueta Resultado de la calibración de la carga. Busque y abra el archivo de calibración de la cámara correspondiente.

Una vez cargado el archivo, haga clic en el menú del archivo y seleccione cargar definiciones de cuerpo rígido. Busque y abra el archivo de definición de cuerpo rígido adecuado para el controlador de seguimiento y las gafas 3D en el panel más a la derecha del software de seguimiento. Localice la sección etiquetada como streaming y expanda la sección en la categoría VRPN streaming.

Verifique que el número de puerto enumerado sea 3 8 8 3 y marque la casilla de datos de trama de transmisión dentro de la categoría del motor de transmisión VRPN en la computadora de modelado. Abra una pestaña en la ventana de terminal creada anteriormente en esta sesión. Navegue e inicie el software demonio del dispositivo VR.

A continuación, siga las instrucciones para presionar los botones uno y dos en el WiMo simultáneamente. Si la actividad se realizó correctamente, la ventana ahora mostrará el servidor de dispositivos VR en espera de la conexión del cliente dentro de la ventana del terminal de computadora de modelado creada anteriormente. Seleccione la tercera pestaña para iniciar el software NCK.

Navegue hasta el directorio de instalación de NCK y escriba el comando que se muestra aquí y también se enumera en el protocolo de texto, teniendo mucho cuidado de no tocar o aflojar los marcadores de seguimiento adjuntos. Ponte las gafas 3D y coge el mando. Ajuste la posición de visualización de las gafas para la cabeza para asegurarse de que las gafas 3D reciban la señal de sincronización del emisor IR de TV 3D, lo que permite la visualización de la pantalla de TV en 3D VR para tener una herramienta configurada para agregar, mover y eliminar átomos.

Asigne asociaciones de comandos NCK a los botones del controlador presionando y manteniendo presionado primero el botón de inicio de wiimote, que abre el menú principal en pantalla de NCK. Navegue y seleccione el elemento de menú Herramientas de invalidación y, a continuación, suelte el botón de inicio. Esto permite la asignación de comandos a diferentes botones del controlador de forma independiente entre sí.

Para asociar el botón de disparo de WiMo con la acción de manipular átomos dentro de NCK, mantenga presionado el botón de disparo. Navega por el menú NCK en pantalla para arrastrar y selecciona arrastrar seis grados de libertad antes de soltar el gatillo. El disparador ahora está asociado con la acción de manipular los átomos.

Para asignar la función de agregar un átomo al botón más en el wiimote, abra el menú principal presionando y manteniendo presionado el botón de inicio. Vaya a los tipos de unidades estructurales y seleccione triángulo antes de soltar el botón de inicio. A continuación, mantenga presionado el botón más y seleccione seis arrastradores de DOF como antes.

A continuación, suelte el botón más. El botón más ahora está asociado con la creación de nuevos átomos del tipo seleccionado en este caso, átomos de carbono representados por triángulos. Para asignar la función de eliminar un átomo al botón menos en el wiimote, abra el menú principal presionando y manteniendo presionado el botón de inicio.

A continuación, vaya a Tipos de unidades estructurales y seleccione Eliminar unidades seleccionadas. Antes de soltar el botón de inicio, mantenga presionado el botón menos y seleccione seis arrastradores de DOF como antes. A continuación, suelte el botón menos.

El botón menos ahora está asociado con la eliminación de átomos. Siga un procedimiento similar para asignar las funciones de bloqueo de unidades seleccionadas a un botón WiMo y desbloquear unidades seleccionadas a los dos botones de controlador. Una vez que se hayan configurado los botones del controlador, cree un nanotubo de carbono usando NCK usando primero el botón más para agregar dos átomos de carbono triangulares de tres enlaces al espacio de trabajo de NCK.

Manipule estos usando el botón de disparo hasta que se unan en un vértice. A continuación, añade cuatro átomos de carbono más para crear una forma de estrella hexagonal. Usando el menú de inicio, navegue hasta los menús de entrada y salida y luego, para guardar unidades, aleje la estructura de seis puntos de su posición actual.

Ahora use el menú de inicio para navegar nuevamente a los menús de entrada y salida y luego cargar unidades. Repita los dos últimos pasos hasta obtener una hoja de hexagonal de seis por seis. Se han creado seis anillos de átomos.

Usando el bloqueo de un botón, un átomo en la fila superior y un átomo opuesto en la fila inferior, los átomos bloqueados se marcarán con un color rosa. Con el botón de disparo, mueva con cuidado uno de los átomos bloqueados en un arco circular hasta que quede libre. El vértice se aproxima al vértice libre del Adán bloqueado opuesto.

Una vez que se haya unido con éxito, desbloquee ambos átomos con el botón dos. Continúe bloqueando, uniendo y desbloqueando vértices opuestos de manera similar en la lámina de carbono. Cerrando efectivamente la lámina en un nanotubo de carbono final.

Importe un modelo inicial de cubículo de dióxido de silicio cristalino en el software 3D VR NCK e investigue la estructura inicial. Ejecute un procedimiento simulado de enfriamiento por fusión en esta estructura ordenada inicial para producir una estructura amorfa de dióxido de silicio. A continuación, importe el nuevo modelo de dióxido de silicio desordenado resultante en el software 3D VR NCK e investigue la estructura.

Cree un dióxido de silicio, nano resorte o nano cinta a partir del nuevo sólido amorfo. Usando el código fuente abierto, nano springing carver y la documentación instructiva asociada. Utilice el paquete de dinámica molecular de lámparas para realizar simulaciones de tracción en la nano o nano cinta, como se informa en otra parte.

Por último, utilice las herramientas de software de código abierto, visualice la dinámica molecular, la magia de la imagen y FF m peg para crear instantáneas y animaciones de la nanoestructura helicoidal a lo largo de esta simulación o presentación en el sistema de visualización 3D VR. Este protocolo descrito aquí demuestra cómo crear un sistema de laboratorio integrado para la simulación atomística de alto rendimiento y la visualización interactiva en 3D de nanoestructuras. Utilizando el sistema de visualización 3D VR, se pueden construir e investigar nanoestructuras complejas, como un nanotubo de carbono, con comportamiento atómico en el mundo real.

A continuación, se ha creado una nano cinta helicoidal de sílice y se ha sometido a cargas de tracción simuladas, y los resultados de la simulación se han visualizado en tres dimensiones para investigar la transformación estructural y el fallo de la nanoestructura en tales condiciones de tracción. Después de ver este vídeo, deberías ser capaz de analizar y visualizar el comportamiento de cualquier modelo de nanoestructura utilizando un sistema de visualización 3D como el que tenemos en el laboratorio.