소설 3D / MD 시뮬레이션, 시각화 및 분석을위한 VR 대화 형 환경

이 절차의 전반적인 목표는 3차원 실제 나노 구조 거동을 시각화하고 분석하는 것입니다. 이는 먼저 시뮬레이션 기능이 있는 대화형 3D 시각화 시스템을 만들어 수행됩니다. 두 번째 단계는 인터랙티브 환경에서 3D 나노 구조를 구성하고 조사하는 것입니다.

다음으로, 선택한 벌크 재료로부터 3D 나노 나선형 구조를 준비하고 시스템을 사용하여 인장 또는 기타 시뮬레이션을 수행합니다. 마지막 단계는 나노 구조의 결과적인 3D 실제 원자 거동을 시각화하고 분석하는 것입니다. 궁극적으로 이 작업의 3D 시각화 시스템은 재료 혁신 연구를 위한 분자 역학 또는 MD 시뮬레이션을 통해 사실적인 나노 구조를 조사하는 데 사용할 수 있습니다.

저는 UC Davis에서 Oliver k Craigo 박사와 협력하여 이 기술을 연구 및 학습에 사용하는 것에 대해 연구할 때 이 방법에 대한 아이디어를 가지고 있었습니다. 특히 재료 science. 3D 시각화 및 상호 작용은 재료 컴퓨팅을 탐색하고 분석하는 데 중요한 도구입니다. 그래서 우리는 이 노력이 다른 사람들도 이 절차를 확장하는 데 도움이 되기를 희망하며, 이 절차를 더 시연하는 것은 제 연구실의 대학원생인 Miguel Diaz가 될 것입니다.

먼저 최상의 커버리지를 위해 천장 근처의 3D 지원 TV의 전면 가장자리 바로 위에 견고한 카메라 서스펜션 프레임을 만듭니다. 3 개, 적외선 또는 IR을 장착하십시오. 회전식 카메라는 3D TV의 전면 모서리와 전면 중앙 바로 위에 장착됩니다.

각 카메라의 커버리지 각도가 TV 전면을 스치는지 확인하십시오. 다음으로, 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 3D 가상 현실 또는 3D VR 시각화 시스템용 장비 및 소프트웨어를 조립 및 구성하고, 모델링 컴퓨터에서 쉽게 접근할 수 있는 위치에 컨트롤러를 조심스럽게 배치하고 부착된 구형 IR 추적 마커를 만지거나 움직이지 않도록 주의하십시오. 또한 3D 고글을 TV 스탠드에 조심스럽게 놓고 추가 설정 후 반사 마커를 피하십시오.

텍스트 프로토콜에 자세히 설명된 대로 추적 컴퓨터의 모델링 컴퓨터 바탕 화면에서 여러 탭이 있는 터미널 창을 엽니다. 모델링 컴퓨터의 명령 창에 IP config를 입력하여 이더넷 어댑터 IP 주소를 확인합니다. 터미널 창 탭을 열고 VR 장치 점 cfg 파일 내에서 서버 이름이 추적 컴퓨터의 이더넷 어댑터 IP 주소를 지정하는지 확인합니다.

opti 트랙 강체 도구 소프트웨어가 완전히 열리도록 합니다. 그런 다음 load calibration result라고 표시된 상단 메뉴 근처의 큰 버튼을 클릭합니다. 해당 카메라 보정 파일을 찾아서 엽니다.

파일이 로드된 후 파일 메뉴를 클릭하고 강체 정의 로드를 선택합니다. 추적 소프트웨어의 가장 오른쪽 창에서 추적된 컨트롤러 및 3D 고글에 대한 적절한 강체 정의 파일을 찾아 엽니다. 스트리밍(streaming)이라고 표시된 섹션을 찾아 VRPN 스트리밍(VRPN streaming) 카테고리 아래의 섹션을 확장합니다.

나열된 포트 번호가 3 8 8 3인지 확인하고 모델링 컴퓨터의 VRPN 스트리밍 엔진 범주 내에 있는 브로드캐스트 프레임 데이터 상자를 확인합니다. 이 세션의 앞부분에서 만든 터미널 창에서 탭을 표시합니다. VR 장치 데몬 소프트웨어로 이동하여 시작합니다.

그런 다음 프롬프트에 따라 WiMo의 버튼 1과 2를 동시에 누릅니다. 활동이 성공적이었다면, 이제 창에 이전에 생성된 모델링 컴퓨터 터미널 창 내에서 클라이언트 연결을 기다리는 VR 장치 서버가 표시됩니다. 세 번째 탭을 선택하여 NCK 소프트웨어를 시작합니다.

NCK 설치 디렉토리로 이동하여 여기에 표시된 명령을 입력하고 텍스트 프로토콜에도 나열된 명령을 입력하며, 첨부된 추적 마커를 건드리거나 느슨하게 하지 않도록 매우 주의합니다. 3D 고글을 착용하고 컨트롤러를 듭니다. 3D 고글이 3D TV IR 이미터 동기화 신호를 수신하도록 헤드 고글 보기 위치를 조정하여 원자를 추가, 이동 및 삭제하도록 도구를 설정하기 위해 TV 디스플레이의 3D VR 보기를 허용합니다.

먼저 wiimote 홈 버튼을 길게 눌러 컨트롤러의 버튼에 NCK 명령 연결을 할당하면 기본 NCK 화면 메뉴가 나타납니다. override tools 메뉴 항목으로 이동하여 선택한 다음, home 버튼을 놓습니다. 이렇게 하면 컨트롤러의 다른 버튼에 서로 독립적으로 명령을 할당할 수 있습니다.

WiMo 트리거 버튼을 NCK 내의 atoms를 조작하는 동작과 연결하려면 트리거 버튼을 길게 누릅니다. 화면의 NCK 메뉴를 탐색하여 드래거하고 트리거를 놓기 전에 6 자유도 드래거를 선택합니다. 트리거는 이제 atoms를 조작하는 동작과 연결됩니다.

wiimote의 더하기 버튼에 원자를 추가하는 기능을 할당하려면 홈 버튼을 길게 눌러 메인 메뉴를 불러옵니다. structural unit types(구조 단위 유형)로 이동하여 home 버튼을 놓기 전에 삼각형을 선택합니다. 그런 다음 더하기 버튼을 누른 상태에서 이전과 같이 6개의 DOF 드래거를 선택합니다.

그런 다음 더하기 버튼에서 손을 뗍니다. 더하기 버튼은 이제 이 경우 선택된 유형의 새 원자, 삼각형으로 표시되는 탄소 원자를 만드는 것과 연결됩니다. 원자를 삭제하는 기능을 wiimote의 빼기 버튼에 할당하려면 홈 버튼을 길게 눌러 메인 메뉴를 불러옵니다.

그런 다음 structural unit types(구조 단위 유형)로 이동하여 delete selected units(선택한 단위 삭제)를 선택합니다. 홈 버튼을 놓기 전에 마이너스 버튼을 누른 상태에서 이전과 같이 6개의 DOF 드래거를 선택합니다. 그런 다음 빼기 버튼에서 손을 뗍니다.

빼기 버튼은 이제 atom 삭제와 연결됩니다. 유사한 절차에 따라 선택한 장치 잠금 기능을 하나의 WiMo 버튼에 할당하고 선택한 장치의 잠금을 해제하는 기능을 두 개의 컨트롤러 버튼에 할당합니다. 컨트롤러 버튼을 구성했으면 먼저 더하기 버튼을 사용하여 두 개의 3 결합 삼각형 탄소 원자를 NCK 작업 공간에 추가하여 NCK를 사용하여 탄소 나노 튜브를 만듭니다.

꼭짓점에서 결합될 때까지 트리거 버튼을 사용하여 이를 조작합니다. 그런 다음 탄소 원자 4개를 더 추가하여 육각형 별 모양을 만듭니다. 홈 메뉴를 사용하여 입력 출력 메뉴로 이동한 다음 장치를 저장하려면 6개의 뾰족한 구조를 현재 위치에서 멀리 이동합니다.

이제 홈 메뉴를 사용하여 입력 출력 메뉴로 다시 이동한 다음 장치를 로드합니다. 6 x 6 장의 육각형이 될 때까지 마지막 두 단계를 반복합니다. 6개의 원자 고리가 생성되었습니다.

하나의 버튼 잠금을 사용하여 맨 위 행에 하나의 원자를 선택하고 맨 아래 행에 반대 원자를 사용하면 잠긴 원자가 분홍색으로 표시됩니다. 방아쇠 버튼을 사용하여 잠긴 원자 중 하나를 원호를 그리며 해제될 때까지 조심스럽게 움직입니다. 정점은 반대쪽 잠긴 아담의 자유 정점에 접근합니다.

성공적으로 결합되면 두 개의 버튼을 사용하여 두 원자의 잠금을 해제합니다. 마찬가지로 탄소 시트에서 반대쪽 정점을 잠그고, 결합하고, 잠금 해제하는 작업을 계속합니다. 시트를 최종 탄소 나노 튜브에 효과적으로 압축합니다.

초기 결정질 이산화규소 큐비클 모델을 3D VR NCK 소프트웨어로 가져와 초기 구조를 조사합니다. 이 초기 정렬된 구조에 대해 시뮬레이션된 용융 담금질 절차를 실행하여 비정질 이산화규소 구조를 생성합니다. 그런 다음 생성된 새로운 무질서한 이산화규소 모델을 3D VR NCK 소프트웨어로 가져와 구조를 조사합니다.

새로운 비정질 고체에서 이산화규소, 나노 스프링 또는 나노 리본을 만듭니다. 오픈 소스 코드, nano springing carver 및 관련 교육 문서를 사용합니다. 램프 분자 역학 패키지를 사용하여 다른 곳에서 보고된 바와 같이 나노 또는 나노 리본에 대한 인장 시뮬레이션을 수행할 수 있습니다.

마지막으로, 오픈 소스 소프트웨어 도구를 사용하여 분자 역학, 이미지 매직 및 FF m peg를 시각화하여 3D VR 시각화 시스템에서 이 시뮬레이션 또는 프리젠테이션 전반에 걸쳐 나선형 나노 구조의 스냅샷과 애니메이션을 만듭니다. 여기에 요약된 이 프로토콜은 고성능 원자 시뮬레이션 및 나노 구조의 대화형 3D 시각화를 위한 통합 실험실 시스템을 만드는 방법을 보여줍니다. 3D VR 시각화 시스템을 사용하여 실제 원자 거동을 가진 탄소 나노 튜브와 같은 복잡한 나노 구조를 구성하고 조사할 수 있습니다.

그런 다음 실리카 나선형 나노 리본을 만들고 시뮬레이션된 인장 하중을 가하고, 시뮬레이션 결과를 3차원으로 시각화하여 이러한 인장 조건에서 나노 구조의 구조적 변형 및 실패를 조사했습니다. 이 비디오를 시청한 후에는 실험실에 있는 것과 같은 3D 시각화 시스템을 사용하여 모든 나노 구조 모델 동작을 분석하고 시각화할 수 있을 것입니다.