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

O objetivo geral deste procedimento é visualizar e analisar o comportamento de nanoestruturas tridimensionais do mundo real. Isso é realizado primeiramente criando um sistema interativo de visualização 3D com capacidade de simulação. O segundo passo consiste em construir e investigar nanoestruturas 3D no ambiente interativo.

Em seguida, uma estrutura helicoidal nano 3D é preparada a partir de um material bruto escolhido e o sistema é utilizado para realizar simulações de tração ou outras. O passo final consiste em visualizar e analisar o comportamento atôm游戏副本ico tridimensional resultante no mundo real da nanoestrutura. Em última instância, o sistema de visualização 3D neste trabalho pode ser usado para investigar nanoestruturas realistas por meio de dinâmica molecular ou simulações de DM, voltadas à pesquisa de inovação de materiais.

Tive a ideia sobre este método ainda na UC Davis, quando estava colaborando com o Dr. Oliver K. Craigo sobre o uso dessa tecnologia para pesquisa e ensino, especificamente na área de ciência dos materiais. A visualização e interação tridimensionais são ferramentas importantes para a exploração e análise computacional de materiais. Assim, esperamos que este esforço ajude outros a expandir. Em seguida, demonstrando este procedimento, estará Miguel Diaz, um estudante de pós-graduação do meu laboratório.

Para começar, crie uma estrutura rígida de suspensão para a câmera diretamente acima da borda frontal da televisão com capacidade 3D, próxima ao teto, para obter a melhor cobertura. Monte três câmeras infravermelhas ou IR em suportes giratórios diretamente acima dos cantos frontais e do centro frontal da TV 3D.

Certifique-se de que o ângulo de cobertura de cada câmera toque levemente a superfície frontal da TV. Em seguida, monte e configure os equipamentos e o software do sistema de visualização em realidade virtual 3D ou RV 3D conforme descrito no protocolo textual, colocando cuidadosamente o controle em um local de fácil alcance a partir do computador de modelagem, tomando cuidado para não tocar nem mover os marcadores esféricos de rastreamento de infravermelho fixados a ele. Coloque também com cuidado os óculos 3D no suporte da TV, evitando os marcadores reflexivos após a configuração adicional.

Conforme detalhado no protocolo textual, abra uma janela de terminal com várias abas na área de trabalho do computador de modelagem localizado 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 aba da janela de terminal e verifique dentro do arquivo VR devices dot cfg 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 do opti track seja aberto completamente. Em seguida, clique no botão grande próximo ao menu superior rotulado como carregar resultado da calibração. Navegue até o arquivo de calibração da câmera apropriado e abra-o.

Após o arquivo ser carregado, clique no menu de arquivos e selecione carregar definições de corpo rígido. Navegue até o arquivo de definição de corpo rígido apropriado para o controlador rastreado e os óculos 3D e abra-o no painel mais à direita do software de rastreamento. Localize a seção marcada como transmissão e expanda a seção na categoria de transmissão VRPN.

Verifique se o número da porta listado é 3 8 8 3 e marque a caixa de dados do quadro de transmissão na categoria do motor de transmissão VRPN no computador de modelagem. Abra uma aba na janela do terminal criada anteriormente nesta sessão. Navegue até o local e inicie o software de demonstração do dispositivo VR.

Em seguida, siga a instrução para pressionar simultaneamente os botões um e dois no WiMo. Se a atividade for bem-sucedida, a janela exibirá agora o servidor do dispositivo de RV aguardando a conexão do cliente dentro da janela do terminal do computador de modelagem previamente criada. Selecione a terceira aba para iniciar o software NCK.

Navegue até o diretório de instalação do NCK e digite o comando mostrado aqui e também listado no protocolo textual, tomando muito cuidado para não tocar ou soltar os marcadores de rastreamento acoplados. Coloque os óculos 3D e pegue o controle. Ajuste a posição de visualização dos óculos para garantir que os óculos 3D estejam recebendo o sinal de sincronização do emissor de infravermelho da TV 3D, permitindo a visualização em realidade virtual 3D na tela da TV, a fim de ter um conjunto de ferramentas para adicionar, mover e excluir átomos.

Atribua associações de comandos NCK aos botões do controlador pressionando e mantendo pressionado o botão home do wiimote, o que exibe o menu principal do NCK na tela. Navegue até o item do menu de ferramentas de substituição e selecione-o, depois solte o botão home. Isso permite atribuir comandos a diferentes botões do controlador de forma independente entre si.

Para associar o botão de disparo do WiMo à ação de manipular átomos dentro do NCK, pressione e mantenha pressionado o botão de disparo. Navegue pelo menu NCK na tela até "dragger" e selecione o dragger de seis graus de liberdade antes de soltar o botão de disparo. O botão de disparo agora está associado à ação de manipular os átomos.

Para atribuir a função de adicionar um átomo ao botão mais no wiimote, abra o menu principal pressionando e mantendo pressionado o botão home. Navegue até os tipos de unidades estruturais e selecione triângulo antes de soltar o botão home. Em seguida, pressione e mantenha pressionado o botão mais e selecione o dispositivo de arraste de seis graus de liberdade como antes.

Em seguida, solte o botão mais. O botão mais 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 mantendo pressionado o botão home.

Em seguida, navegue até os tipos de unidade estrutural e selecione excluir unidades selecionadas. Antes de soltar o botão inicial, pressione e mantenha pressionado o botão de subtração e selecione o arrastador de seis graus de liberdade como antes. Então, solte o botão de subtração.

O botão de menos agora está associado à exclusão de átomos. Siga um procedimento semelhante para atribuir as funções de travar unidades selecionadas ao único botão WiMo e de destravar unidades selecionadas ao botão duplo do controlador. Uma vez que os botões do controlador tenham sido configurados, crie um nanotubo de carbono usando o NCK, utilizando primeiro o botão de adição para adicionar dois átomos de carbono triangulares com três ligações à área de trabalho do NCK.

Manipule esses átomos utilizando o botão de acionamento até que se unam 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 depois até as unidades de salvamento; mova a estrutura de seis pontas para longe de sua posição atual.

Agora, use o menu inicial para navegar novamente até os menus de entrada e saída e, em seguida, carregue as unidades. Repita os dois últimos passos até que uma folha hexagonal de seis por seis com anéis de seis átomos tenha sido criada.

Usando o botão de travamento, um átomo na fileira superior e um átomo oposto na fileira inferior serão travados e marcados com uma cor rosa. Usando o botão disparador, mova cuidadosamente um dos átomos travados em um arco circular até que fique livre. O vértice se aproxima do vértice livre do átomo oposto travado.

Uma vez unidos com sucesso, destrave ambos os átomos usando o botão dois. Continue de forma semelhante travando, unindo e destravando vértices opostos na folha de carbono. Efetivamente, fechando a folha em um nanotubo de carbono final.

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

Crie um dióxido de silício, uma mola nano ou uma fita nano a partir do novo sólido amorfo. Utilize o código aberto, o recortador de molas nano e a documentação instrucional associada. Use o pacote de dinâmica molecular lamps para realizar simulações de tração na mola nano ou na fita nano conforme relatado em outras fontes.

Por fim, utilize ferramentas de software livre, como o Visualize Molecular Dynamics, o Image Magic e o FFmpeg, para criar imagens fixas e animações da nanoestrutura helicoidal ao longo desta simulação ou apresentação no sistema de visualização 3D em realidade virtual. Este protocolo descrito aqui demonstra como criar um sistema laboratorial integrado para simulações atômicas de alto desempenho e visualização interativa em 3D de nanoestruturas. Usando o sistema de visualização 3D em realidade virtual, é possível construir e investigar nanoestruturas complexas, como um nanotubo de carbono com comportamento atômico realista.

A fita nano 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. Após assistir a este vídeo, você deverá ser capaz de analisar e visualizar o comportamento de qualquer modelo de nanoestrutura usando um sistema de visualização 3D como o que temos no laboratório.