Novel 3D / VR ambiente interativo para MD Simulações, visualização e análise

O objetivo geral deste procedimento é visualizar e analisar o comportamento tridimensional da nanoestrutura do mundo real. Isso é feito criando primeiro um sistema de visualização 3D interativo com capacidade de simulação. O segundo passo é construir e investigar nanoestruturas 3D no ambiente interativo.

Em seguida, uma estrutura nano helicoidal 3D é preparada a partir de um material a granel escolhido e o sistema é usado para realizar simulações de tração ou outras. A etapa final é visualizar e analisar o comportamento atomístico 3D do mundo real resultante da nanoestrutura. Em última análise, o sistema de visualização 3D neste trabalho pode ser usado para investigar nanoestruturas realistas por meio de dinâmica molecular ou simulações de MD para pesquisa de inovação de materiais.

Tive a ideia desse método na UC Davis quando estava colaborando com o Dr. Oliver k Craigo no uso dessa tecnologia para pesquisa e aprendizado especificamente no campo do material, science. 3D visualização e interação são ferramentas importantes para a exploração e análise de materiais computacionalmente. Portanto, esperamos que esse esforço ajude outras pessoas a se expandirem Além disso, demonstrando esse procedimento estará Miguel Diaz, um estudante de pós-graduação do meu laboratório.

Para começar, crie uma estrutura rígida de suspensão da câmera diretamente acima da borda frontal da televisão compatível com 3D, perto do teto, para obter a melhor cobertura. Monte três, infravermelho ou ir. As câmeras giratórias são montadas diretamente acima dos cantos frontais e do centro frontal da TV 3D.

Certifique-se de que o ângulo de cobertura de cada câmera apenas roça a superfície frontal da TV. Em seguida, monte e configure o equipamento e o software para o sistema de visualização de realidade virtual 3D ou 3D VR conforme descrito no protocolo de texto, coloque cuidadosamente o controlador onde possa ser alcançado facilmente a partir do computador de modelagem, tomando cuidado para não tocar ou mover os marcadores de rastreamento IR esféricos anexados a ele. Coloque também cuidadosamente os óculos 3D no suporte da TV, evitando os marcadores reflexivos após a configuração adicional.

Conforme detalhado no protocolo de texto, abra uma janela de terminal com várias guias na área de trabalho do computador de modelagem no computador de rastreamento. Verifique o endereço IP do adaptador ethernet digitando IP config em uma janela de comando no computador de modelagem. Abra uma guia de janela de terminal e verifique no arquivo cfg dot de dispositivos VR se o nome do servidor especifica o endereço IP do adaptador ethernet do computador de rastreamento no computador de rastreamento.

Permita que o software da ferramenta de corpo rígido opti track abra completamente. Em seguida, clique no botão grande próximo ao menu superior rotulado como resultado da calibração de carga. Procure e abra o arquivo de calibração da câmera apropriado.

Depois que o arquivo for carregado, clique no menu arquivo e selecione carregar definições de corpo rígido. Procure e abra o arquivo de definição de corpo rígido apropriado para o controlador rastreado e os óculos 3D no painel mais à direita do software de rastreamento. Localize a seção rotulada streaming e expanda a seção na categoria de streaming VRPN.

Verifique se o número da porta listado é 3 8 8 3 e marque a caixa de dados do quadro de transmissão dentro da categoria do mecanismo de streaming VRPN no computador de modelagem. Abra uma guia na janela do terminal criada anteriormente nesta sessão. Navegue e inicie o software demoníaco do dispositivo VR.

Em seguida, siga o prompt para pressionar os botões um e dois no WiMo simultaneamente. Se a atividade foi bem-sucedida, a janela agora exibirá o servidor de dispositivo VR aguardando a conexão do cliente na janela do terminal do computador de modelagem criada anteriormente. Selecione a terceira guia para iniciar o software NCK.

Navegue até o diretório de instalação do NCK e digite o comando mostrado aqui e também listado no protocolo de texto, tomando muito cuidado para não tocar ou afrouxar os marcadores de rastreamento anexados. Coloque óculos 3D e pegue o controle. Ajuste a posição de visualização dos óculos de cabeça para garantir que os óculos 3D estejam recebendo o sinal de sincronização do emissor IR da TV 3D, permitindo a visualização 3D VR da tela da TV para ter um conjunto de ferramentas para adicionar, mover e excluir átomos.

Atribua associações de comando NCK aos botões do controlador pressionando e segurando primeiro o botão home do wiimote, que abre o menu principal do NCK na tela. Navegue até o item de menu substituir ferramentas e selecione-o e solte o botão home. Isso permite a atribuição de comandos a diferentes botões no controlador independentemente uns dos outros.

Para associar o botão de disparo WiMo à ação de manipular átomos dentro do NCK, pressione e segure o botão de disparo. Navegue no menu NCK na tela para arrastar e selecione o arrastador de seis graus de liberdade antes de soltar o gatilho. O gatilho agora está associado à ação de manipular os átomos.

Para atribuir a função de adicionar um átomo ao botão de adição no wiimote, abra o menu principal pressionando e segurando o botão home. Navegue até os tipos de unidade estrutural e selecione o triângulo antes de soltar o botão home. Em seguida, pressione e segure o botão de adição e selecione o arrastador de seis DOF como antes.

Em seguida, solte o botão de adição. O botão de adição agora está associado à criação de novos átomos do tipo selecionado neste caso, átomos de carbono representados por triângulos. Para atribuir a função de excluir um átomo ao botão menos no wiimote, abra o menu principal pressionando e segurando o botão home.

Em seguida, navegue até os tipos de unidade estrutural e selecione excluir unidades selecionadas. Antes de soltar o botão home, pressione e segure o botão menos e selecione o arrastador de seis DOF como antes. Em seguida, solte o botão menos.

O botão menos agora está associado à exclusão de átomos. Siga um procedimento semelhante para atribuir as funções de bloquear unidades selecionadas a um botão WiMo e desbloquear unidades selecionadas ao botão de dois controladores. Depois que os botões do controlador forem configurados, crie um nanotubo de carbono usando NCK usando primeiro o botão de adição para adicionar dois átomos de carbono triangulares de três ligações ao espaço de trabalho NCK.

Manipule-os usando o botão de gatilho até que eles se juntem em um vértice. Em seguida, adicione mais quatro átomos de carbono para criar uma forma de estrela hexagonal. Usando o menu inicial, navegue até os menus de entrada e saída e, em seguida, para salvar unidades, afaste a estrutura de seis pontas de sua posição atual.

Agora use o menu inicial para navegar novamente para os menus de entrada e saída e, em seguida, carregar unidades. Repita os dois últimos passos até uma folha hexagonal de seis por seis. Seis anéis de átomo foram criados.

Usando o bloqueio de um botão, um átomo na linha superior e um átomo oposto na linha inferior, os átomos bloqueados serão marcados com uma cor rosa. Usando o botão de gatilho, mova cuidadosamente um dos átomos bloqueados em um arco circular até que esteja livre. O vértice se aproxima do vértice livre do Adão bloqueado oposto.

Uma vez unidos com sucesso, desbloqueie os dois átomos usando o botão dois. Continue bloqueando, unindo e desbloqueando vértices opostos na folha de carbono. Efetivamente fechando a folha em um nano tubo de carbono final.

Importe um modelo inicial de cubículo de dióxido de silício cristalino para o software 3D VR NCK e investigue a estrutura inicial. Execute um procedimento simulado de resfriamento por fusão nesta estrutura ordenada inicial para produzir uma estrutura amorfa de dióxido de silício. Em seguida, importe o novo modelo de dióxido de silício desordenado resultante para o software 3D VR NCK e investigue a estrutura.

Crie um dióxido de silício, nano mola ou nano fita a partir do novo sólido amorfo. Usando o código-fonte aberto, o entalhador de nano molas e a documentação instrucional associada. Use o pacote de dinâmica molecular das lâmpadas para realizar simulações de tração na nano ou nano fita, conforme relatado em outro lugar.

Por fim, use as ferramentas de software de código aberto, visualize a dinâmica molecular, a mágica da imagem e o FF m peg para criar instantâneos e animações da nanoestrutura helicoidal ao longo desta simulação ou apresentação no sistema de visualização 3D VR. Este protocolo descrito aqui demonstra como criar um sistema de laboratório integrado para simulação atomística de alto desempenho e visualização 3D interativa de nanoestruturas. Usando o sistema de visualização 3D VR, nanoestruturas complexas, como um nanotubo de carbono com comportamento atômico do mundo real, podem ser construídas e investigadas.

A nano fita helicoidal de sílica foi então criada e submetida a cargas de tração simuladas, e os resultados da simulação foram visualizados em três dimensões para investigar a transformação estrutural e a falha da nanoestrutura sob tais condições de tração. Depois de assistir a este vídeo, você deve ser capaz de analisar e visualizar qualquer comportamento do modelo de nanoestrutura usando um sistema de visualização 3D como o que temos no laboratório.