Romanzo 3D / VR Interactive Environment per MD simulazioni, visualizzazione e l'analisi

L'obiettivo generale di questa procedura è visualizzare e analizzare il comportamento tridimensionale della nanostruttura del mondo reale. Ciò si ottiene creando prima un sistema di visualizzazione 3D interattivo con capacità di simulazione. Il secondo passo è la costruzione e lo studio di nanostrutture 3D nell'ambiente interattivo.

Successivamente, una struttura nanoelicoidale 3D viene preparata da un materiale sfuso scelto e il sistema viene utilizzato per condurre simulazioni di trazione o di altro tipo. Il passaggio finale consiste nella visualizzazione e nell'analisi del comportamento atomistico 3D della nanostruttura nel mondo reale. In definitiva, il sistema di visualizzazione 3D in questo lavoro può essere utilizzato per studiare nanostrutture realistiche tramite dinamiche molecolari o simulazioni MD per la ricerca sull'innovazione dei materiali.

Ho avuto l'idea di questo metodo alla UC Davis quando stavo collaborando con il Dr.Oliver k Craigo sull'uso di questa tecnologia per la ricerca e l'apprendimento in particolare nel campo dei materiali science. 3D la visualizzazione e l'interazione sono strumenti importanti per l'esplorazione e l'analisi dei materiali in modo computazionale. Quindi speriamo che questo sforzo aiuti altri ad espandersi ulteriormente a dimostrare questa procedura sarà Miguel Diaz, uno studente laureato del mio laboratorio.

Per iniziare, crea un telaio rigido di sospensione della fotocamera direttamente sopra il bordo anteriore del televisore compatibile con il 3D vicino al soffitto per una migliore copertura. Monta tre, infrarossi o ir. Telecamere su supporti girevoli direttamente sopra gli angoli anteriori e il centro anteriore del televisore 3D.

Assicurarsi che l'angolo di copertura di ciascuna telecamera sfiori appena la superficie anteriore del televisore. Successivamente, assemblare e configurare l'attrezzatura e il software per la realtà virtuale 3D o il sistema di visualizzazione VR 3D come descritto nel protocollo di testo, posizionare con cura il controller in modo che possa essere raggiunto facilmente dal computer di modellazione, facendo attenzione a non toccare o spostare i marcatori di tracciamento IR sferici ad esso collegati. Inoltre, posiziona con cura gli occhiali 3D sul supporto TV, evitando i marcatori riflettenti dopo un'ulteriore configurazione.

Come descritto nel protocollo di testo, aprire una finestra di terminale con diverse schede sul desktop del computer di modellazione sul computer di tracciamento. Verificare l'indirizzo IP della scheda Ethernet digitando IP config in una finestra di comando sul computer di modellazione. Apri la scheda di una finestra del terminale e controlla all'interno del file dot cfg dei dispositivi VR che il nome del server specifichi l'indirizzo IP dell'adattatore ethernet del computer di tracciamento sul computer di tracciamento.

Consentire l'apertura completa del software opti track per il corpo rigido. Quindi fare clic sul pulsante grande vicino al menu in alto con l'etichetta Risultato calibrazione carico. Individuare e aprire il file di calibrazione della fotocamera appropriato.

Dopo aver caricato il file, fare clic sul menu file e selezionare Carica definizioni corpo rigido. Individuare e aprire il file di definizione del corpo rigido appropriato per il controller tracciato e gli occhiali 3D nel riquadro più a destra del software di tracciamento. Individuare la sezione denominata streaming ed espandere la sezione nella categoria Streaming VRPN.

Verificare che il numero di porta elencato sia 3 8 8 3 e selezionare la casella dei dati del frame di trasmissione all'interno della categoria del motore di streaming VRPN sul computer di modellazione. Visualizzare una scheda nella finestra del terminale creata in precedenza in questa sessione. Passa e avvia il software del demone del dispositivo VR.

Quindi, seguire le istruzioni per premere contemporaneamente i pulsanti uno e due sul WiMo. Se l'attività ha avuto esito positivo, la finestra visualizzerà ora il server del dispositivo VR in attesa di connessione client all'interno della finestra del terminale del computer di modellazione creata in precedenza. Selezionare la terza scheda per avviare il software NCK.

Accedere alla directory di installazione NCK e digitare il comando mostrato qui ed elencato anche nel protocollo di testo, facendo molta attenzione a non toccare o allentare i marcatori di tracciamento allegati. Indossa gli occhiali 3D e prendi il controller. Regola la posizione di visualizzazione della maschera per assicurarti che gli occhiali 3D ricevano il segnale di sincronizzazione dell'emettitore IR TV 3D, consentendo la visualizzazione VR 3D del display TV per avere uno strumento impostato per aggiungere, spostare ed eliminare atomi.

Assegna le associazioni dei comandi NCK ai pulsanti sul controller tenendo premuto il pulsante home del wiimote, che fa apparire il menu principale su schermo NCK. Passare e selezionare la voce di menu Strumenti di sostituzione, quindi rilasciare il pulsante Home. Ciò consente l'assegnazione di comandi a diversi pulsanti del controller indipendentemente l'uno dall'altro.

Per associare il pulsante di attivazione WiMo all'azione di manipolazione degli atomi all'interno di NCK, tenere premuto il pulsante di attivazione. Naviga nel menu NCK sullo schermo per trascinare e selezionare sei gradi di libertà di trascinamento prima di rilasciare il grilletto. L'innesco è ora associato all'azione di manipolazione degli atomi.

Per assegnare la funzione di aggiungere un atomo al pulsante più sul wiimote, apri il menu principale tenendo premuto il pulsante Home. Passare ai tipi di unità strutturali e selezionare il triangolo prima di rilasciare il pulsante Home. Quindi, tieni premuto il pulsante più e seleziona sei trascinatori DOF come prima.

Quindi rilasciare il pulsante più. Il pulsante più è ora associato alla creazione di nuovi atomi del tipo selezionato in questo caso, atomi di carbonio rappresentati da triangoli. Per assegnare la funzione di eliminazione di un atomo al pulsante meno sul wiimote, apri il menu principale tenendo premuto il pulsante Home.

Quindi vai a Tipi di unità strutturali e seleziona Elimina unità selezionate. Prima di rilasciare il pulsante Home, tieni premuto il pulsante meno e seleziona sei trascinatori DOF come prima. Quindi rilascia il pulsante meno.

Il pulsante meno è ora associato all'eliminazione degli atomi. Seguire una procedura simile per assegnare le funzioni di blocco delle unità selezionate a un pulsante WiMo e sbloccare le unità selezionate ai due pulsanti del controller. Una volta configurati i pulsanti del controller, crea un nanotubo di carbonio utilizzando NCK utilizzando prima il pulsante più per aggiungere due atomi di carbonio triangolari di legame all'area di lavoro NCK.

Manipolali usando il pulsante di attivazione finché non si uniscono a un vertice. Quindi aggiungi altri quattro atomi di carbonio per creare una forma a stella esagonale. Utilizzando il menu principale, accedere ai menu di input output e quindi per salvare le unità, allontanare la struttura a sei punte dalla posizione corrente.

Ora usa il menu principale per navigare nuovamente nei menu di input output e quindi caricare le unità. Ripetete gli ultimi due passaggi fino ad ottenere un foglio esagonale sei per sei. Sono stati creati sei anelli atomici.

Utilizzando il blocco di un pulsante, un atomo nella riga superiore e un atomo opposto nella riga inferiore, gli atomi bloccati verranno contrassegnati con un colore rosa. Usando il pulsante di attivazione, muovi con cautela uno degli atomi bloccati in un arco circolare finché non è libero. Il vertice si avvicina al vertice libero dell'Adamo bloccato opposto.

Una volta uniti con successo, sblocca entrambi gli atomi usando il pulsante due. Continuate in modo simile bloccando, unendo e sbloccando i vertici opposti nel foglio di carbonio. Zippando efficacemente il foglio in un nano tubo di carbonio finale.

Importa un modello iniziale di cubicolo di biossido di silicio cristallino nel software 3D VR NCK e studia la struttura iniziale. Eseguire una procedura di tempra di fusione simulata su questa struttura ordinata iniziale per produrre una struttura amorfa di biossido di silicio. Quindi importa il nuovo modello di biossido di silicio disordinato risultante nel software 3D VR NCK e studia la struttura.

Crea un biossido di silicio, un nano molleggio o un nano nastro dal nuovo solido amorfo. Utilizzando il codice open source, il nano springing carver e la documentazione didattica associata. Utilizza il pacchetto di dinamica molecolare delle lampade per eseguire simulazioni di trazione sul nano o nano nastro come riportato altrove.

Infine, utilizza gli strumenti software open source, visualizza la dinamica molecolare, la magia dell'immagine e il piolo FF m per creare istantanee e animazioni della nanostruttura elicoidale durante questa simulazione o presentazione nel sistema di visualizzazione VR 3D. Questo protocollo qui descritto dimostra come creare un sistema di laboratorio integrato per la simulazione atomistica ad alte prestazioni e la visualizzazione 3D interattiva di nanostrutture. Utilizzando il sistema di visualizzazione 3D VR, è possibile costruire e studiare nanostrutture complesse come un nanotubo di carbonio con comportamento atomico nel mondo reale.

Il nano nastro elicoidale in silice è stato quindi creato e sottoposto a carichi di trazione simulati e i risultati della simulazione sono stati visualizzati in tre dimensioni per studiare la trasformazione strutturale e il cedimento della nanostruttura in tali condizioni di trazione. Dopo aver visto questo video, dovresti essere in grado di analizzare e visualizzare qualsiasi comportamento del modello di nanostruttura utilizzando un sistema di visualizzazione 3D come quello che abbiamo in laboratorio.