分子動(dòng)力學(xué)可視化建模系統(tǒng)的研究與應(yīng)用.pdf

1、近幾年來，仿真計(jì)算作為現(xiàn)代科學(xué)研究的一種方法，其作用日益重要。而隨著納米技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以分子動(dòng)力學(xué)為代表的微觀計(jì)算模擬方法也在微納加工等領(lǐng)域起著不可替代的作用，它能夠模擬的尺度可以達(dá)到納米到微米，其適用的的對(duì)象包括了工程材料和有機(jī)分子等的多種模擬場(chǎng)合，使得它在現(xiàn)代科技中涉及的領(lǐng)域十分廣泛。但是當(dāng)前很多開源分子動(dòng)力學(xué)軟件存在建模不便等問題，針對(duì)這一問題，開發(fā)了一款分子動(dòng)力學(xué)可視化建模軟件NSS（Nano Simulation Syste

2、m）。
　　該軟件的可視化部分以O(shè)penGL為理論基礎(chǔ)，UI基于Qt設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了全局的交互操作，運(yùn)用OpenGL的基本變換實(shí)現(xiàn)了模型的旋轉(zhuǎn)、平移、縮放等操作，支持鼠標(biāo)對(duì)模型的選取等操作。幾何模型的構(gòu)建基于開源建模核心Open CASACDE，使用了兩種模型構(gòu)建方法，三維圖元布爾運(yùn)算以及二維圖元拉伸法。可直接生成的三維圖元包括球體、錐體等基本三維模型，布爾運(yùn)算支持相減、融合和相交三種計(jì)算方式，能適用于大部分模型的生成要求。其模型的邊

3、界表示法包含完整的幾何數(shù)據(jù)和拓?fù)鋽?shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)離散算法提供了基礎(chǔ)。
　　NSS的分子動(dòng)力學(xué)建模是以比較常見的幾何模型為基礎(chǔ)，通過算法計(jì)算得到離散模型的方法，幾何模型的建模較容易，非常適合工程背景的使用者。該軟件根據(jù)分子動(dòng)力學(xué)仿真的基本特點(diǎn)和晶體微觀結(jié)構(gòu)的特征，結(jié)合幾何模型的模型數(shù)據(jù)，通過算法計(jì)算使得晶體構(gòu)型能有序地充滿整個(gè)模型，得到適于表現(xiàn)材料微觀構(gòu)型的離散模型數(shù)據(jù)，支持體心立方、面心立方構(gòu)型及六方最密堆積等晶體微觀結(jié)構(gòu)材料的離散，

4、也支持自定義粒子類型的離散，提供了分子動(dòng)力學(xué)中固定邊界、恒溫邊界等邊界條件處理的自動(dòng)生成方法。由于目前大多數(shù)開源分子動(dòng)力學(xué)軟件都接收文本格式的輸入這一情況，NSS設(shè)計(jì)開發(fā)了針對(duì)開源微納仿真軟件的數(shù)據(jù)傳遞接口，除離散模型及邊界粒子信息可直接導(dǎo)出文本使用外，初始條件及其他條件的設(shè)定也有程序的可視化界面進(jìn)行輸入及導(dǎo)出。使用這一方法對(duì)模型實(shí)例的計(jì)算，取得了可信的計(jì)算結(jié)果，有效地解決了分子動(dòng)力學(xué)仿真前處理建模繁瑣的問題。
　　NSS程序作為