Roman 3D / VR environnement interactif pour MD simulations, visualisation et d'analyse

L’objectif général de cette procédure est de visualiser et d’analyser le comportement tridimensionnel de la nanostructure du monde réel. Ceci est accompli en créant d’abord un système de visualisation 3D interactif avec une capacité de simulation. La deuxième étape consiste à construire et à étudier des nanostructures 3D dans l’environnement interactif.

Ensuite, une structure nano-hélicoïdale 3D est préparée à partir d’un matériau en vrac choisi et le système est utilisé pour effectuer des simulations de traction ou autres. La dernière étape consiste à visualiser et à analyser le comportement atomistique 3D réel de la nanostructure. En fin de compte, le système de visualisation 3D de ce travail peut être utilisé pour étudier des nanostructures réalistes via la dynamique moléculaire ou des simulations MD dans le cadre de la recherche sur l’innovation des matériaux.

J’ai eu l’idée de cette méthode à l’UC Davis lorsque je collaborais avec le Dr Oliver k Craigo sur l’utilisation de cette technologie pour la recherche et l’apprentissage, en particulier dans le domaine des matériaux science. 3D la visualisation et l’interaction sont des outils importants pour l’exploration et l’analyse des matériaux par ordinateur. Nous espérons donc que cet effort aidera d’autres personnes à se développer D’autres personnes démontrant davantage cette procédure par Miguel Diaz, un étudiant diplômé de mon laboratoire.

Pour commencer, créez un cadre de suspension de caméra rigide directement au-dessus du bord avant du téléviseur compatible 3D, près du plafond, pour une meilleure couverture. Montez-en trois, infrarouge ou ir. Les caméras sur pivot se montent directement au-dessus des coins avant et au centre avant du téléviseur 3D.

Assurez-vous que l’angle de couverture de chaque caméra effleure juste la surface avant du téléviseur. Ensuite, assemblez et configurez l’équipement et le logiciel pour le système de visualisation de réalité virtuelle 3D ou de réalité virtuelle 3D comme décrit dans le protocole de texte, placez soigneusement le contrôleur à un endroit facilement accessible depuis l’ordinateur de modélisation, en prenant soin de ne pas toucher ou déplacer les marqueurs de suivi IR sphériques qui y sont attachés. Placez également soigneusement les lunettes 3D sur le meuble TV, en évitant les marqueurs réfléchissants après une configuration supplémentaire.

Comme détaillé dans le protocole texte, ouvrez une fenêtre de terminal avec plusieurs onglets sur le bureau de l’ordinateur de modélisation sur l’ordinateur de suivi. Vérifiez l’adresse IP de la carte Ethernet en tapant IP config dans une fenêtre de commande sur l’ordinateur de modélisation. Ouvrez l’onglet d’une fenêtre de terminal et vérifiez dans le fichier VR devices dot cfg que le nom du serveur spécifie l’adresse IP de l’adaptateur Ethernet de l’ordinateur de suivi sur l’ordinateur de suivi.

Laissez le logiciel de l’outil à corps rigide opti track s’ouvrir complètement. Cliquez ensuite sur le gros bouton près du menu supérieur intitulé Résultat de l’étalonnage de la charge. Recherchez et ouvrez le fichier d’étalonnage de l’appareil photo approprié.

Une fois le fichier chargé, cliquez sur le menu Fichier et sélectionnez Charger les définitions de corps rigides. Recherchez et ouvrez le fichier de définition de corps rigide approprié pour le contrôleur suivi et les lunettes 3D dans le volet le plus à droite du logiciel de suivi. Localisez la section intitulée Streaming et développez-la sous la catégorie Streaming VRPN.

Vérifiez que le numéro de port répertorié est 3 8 8 3 et vérifiez la boîte de données de trame de diffusion dans la catégorie du moteur de streaming VRPN sur l’ordinateur de modélisation. Affichez un onglet dans la fenêtre de terminal créée précédemment au cours de cette session. Accédez au logiciel démo de l’appareil VR et lancez-le.

Ensuite, suivez l’invite pour appuyer simultanément sur les boutons un et deux du WiMo. Si l’activité a réussi, la fenêtre affichera désormais le serveur de périphériques VR en attente de connexion client dans la fenêtre de terminal de l’ordinateur de modélisation précédemment créée. Sélectionnez le troisième onglet pour lancer le logiciel NCK.

Naviguez jusqu’au répertoire d’installation NCK et tapez la commande indiquée ici et également répertoriée dans le protocole texte, en faisant très attention à ne pas toucher ou desserrer les marqueurs de suivi attachés. Mettez des lunettes 3D et prenez la manette. Ajustez la position de visualisation des lunettes de tête pour vous assurer que les lunettes 3D reçoivent le signal de synchronisation de l’émetteur IR de la télévision 3D, ce qui permet de visualiser l’affichage du téléviseur en 3D VR afin d’avoir un ensemble d’outils pour ajouter, déplacer et supprimer des atomes.

Attribuez des associations de commandes NCK aux boutons de la manette en appuyant d’abord sur le bouton d’accueil de la wiimote et en le maintenant enfoncé, ce qui fait apparaître le menu principal à l’écran de NCK. Accédez à l’élément de menu Outils de remplacement et sélectionnez-le, puis relâchez le bouton d’accueil. Cela permet d’attribuer des commandes à différents boutons de la manette, indépendamment les uns des autres.

Pour associer le bouton de déclenchement WiMo à l’action de manipuler des atomes dans NCK, appuyez sur le bouton de déclenchement et maintenez-le enfoncé. Naviguez dans le menu NCK à l’écran pour faire glisser et sélectionnez six degrés de liberté avant de relâcher la gâchette. Le déclencheur est maintenant associé à l’action de manipuler les atomes.

Pour attribuer la fonction d’ajout d’un atome au bouton plus de la wiimote, affichez le menu principal en appuyant sur le bouton d’accueil et en le maintenant enfoncé. Naviguez jusqu’aux types d’unités structurelles et sélectionnez triangle avant de relâcher le bouton d’accueil. Ensuite, appuyez sur le bouton plus et maintenez-le enfoncé et sélectionnez six touches de profondeur de champ comme auparavant.

Relâchez ensuite le bouton plus. Le bouton plus est maintenant associé à la création de nouveaux atomes du type sélectionné dans ce cas, des atomes de carbone représentés par des triangles. Pour attribuer la fonction de suppression d’un atome au bouton moins de la wiimote, faites apparaître le menu principal en appuyant longuement sur le bouton d’accueil.

Accédez ensuite aux types d’unités structurelles et sélectionnez Supprimer les unités sélectionnées. Avant de relâcher le bouton d’accueil, maintenez enfoncé le bouton moins et sélectionnez six touches de profondeur de champ comme auparavant. Relâchez ensuite le bouton moins.

Le bouton moins est désormais associé à la suppression d’atomes. Suivez une procédure similaire pour attribuer les fonctions de verrouillage des unités sélectionnées à un bouton WiMo et de déverrouillage des unités sélectionnées à l’aide du bouton deux manettes. Une fois les boutons du contrôleur configurés, créez un nanotube de carbone à l’aide de NCK en utilisant d’abord le bouton plus pour ajouter deux atomes de carbone triangulaires à trois liaisons à l’espace de travail NCK.

Manipulez-les à l’aide du bouton de déclenchement jusqu’à ce qu’ils se rejoignent au niveau d’un sommet. Ajoutez ensuite quatre autres atomes de carbone pour créer une forme d’étoile hexagonale. À l’aide du menu d’accueil, accédez aux menus d’entrée et de sortie, puis pour enregistrer des unités, éloignez la structure à six points de sa position actuelle.

Utilisez maintenant le menu d’accueil pour naviguer à nouveau vers les menus d’entrée et de sortie, puis charger des unités. Répétez les deux dernières étapes jusqu’à ce qu’une feuille hexagonale de six par six. Six anneaux d’atomes ont été créés.

À l’aide du verrouillage à un bouton, un atome dans la rangée supérieure et un atome opposé dans la rangée inférieure, les atomes verrouillés seront marqués d’une couleur rose. À l’aide du bouton de déclenchement, déplacez avec précaution l’un des atomes verrouillés dans un arc de cercle jusqu’à ce qu’il soit libre. Le sommet s’approche du sommet libre de l’Adam verrouillé opposé.

Une fois joint avec succès, déverrouillez les deux atomes à l’aide du bouton deux. Continuez de la même manière à verrouiller, joindre et déverrouiller les sommets opposés dans la feuille de carbone. Zippant efficacement la feuille dans un nanotube de carbone final.

Importez un premier modèle de cabine de dioxyde de silicium cristallin dans le logiciel 3D VR NCK et étudiez la structure initiale. Exécutez une procédure de trempe à l’état fondu simulée sur cette structure ordonnée initiale pour produire une structure de dioxyde de silicium amorphe. Ensuite, importez le nouveau modèle de dioxyde de silicium désordonné qui en résulte dans le logiciel 3D VR NCK et étudiez la structure.

Créez un dioxyde de silicium, un nano-ressort ou un nano-ruban à partir du nouveau solide amorphe. Utilisation du code open source, du nano springing carver et de la documentation pédagogique associée. Utilisez le package de dynamique moléculaire des lampes pour effectuer des simulations de traction sur le nano ou le nano ruban, comme indiqué ailleurs.

Enfin, utilisez les outils logiciels open source, visualisez la dynamique moléculaire, la magie de l’image et la cheville FF m pour créer des instantanés et des animations de la nanostructure hélicoïdale tout au long de cette simulation ou présentation dans le système de visualisation 3D VR. Ce protocole décrit ici montre comment créer un système de laboratoire intégré pour la simulation atomistique haute performance et la visualisation 3D interactive des nanostructures. À l’aide du système de visualisation 3D VR, des nanostructures complexes telles qu’un nanotube de carbone avec un comportement atomique réel peuvent être construites et étudiées.

Un nanoruban hélicoïdal de silice a ensuite été créé et soumis à des charges de traction simulées, et les résultats de la simulation ont été visualisés en trois dimensions pour étudier la transformation structurelle et la défaillance de la nanostructure dans de telles conditions de traction. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez être en mesure d’analyser et de visualiser le comportement de n’importe quel modèle de nanostructure à l’aide d’un système de visualisation 3D comme celui que nous avons en laboratoire.