[发明专利]一种基于虚拟现实技术的交互式分子模拟系统

说明书

本发明实施例公开了一种基于虚拟现实技术的交互式分子模拟系统，包括分子仿真模拟器、虚拟现实系统和网络服务器，虚拟现实系统通过网络服务器与分子仿真模拟器进行实时交互，用户经虚拟现实系统通过网络服务器将指令发送到分子仿真模拟器中，分子仿真模拟器进行底层分子动力学计算并将计算结果通过网络服务器实时的传输到虚拟现实系统，虚拟现实系统对接收到计算结果进行实时可视化渲染，虚拟现实系统和分子仿真模拟器进行实时交互响应。本发明通过一种基于虚拟现实技术的交互式分子模拟系统，解决了现有技术中分子计算效率低、复杂分子的几何结构难以可视化和无法实现与分子模型进行实时交互和修改的技术问题。

技术领域

本发明实施例涉及虚拟现实技术领域，具体涉及一种基于虚拟现实技术的交互式分子模拟系统。

背景技术

分子模拟是特指利用计算机针对化学物质微观尺度的模拟计算方法，处理的长度尺寸在10^-7-10^-10米。分子模拟技术可以实现单个原子、多个原子、单个分子、多个分子甚至更为复杂物质结构的直接模拟，得到被模拟对象随时间推演所发生的结构和性质的变化规律。但是现有技术中的分子模拟存在以下问题：

现有技术中的分子模拟计算，只能预先设定环境和体系，关于分子计算部分的可视化也只是计算结果的可视化，不可同时进行分子计算和分子体系的修改。分子运动可视化、分子动力学计算以及实时修改分子体系不可同时进行，导致分子动力学的计算效率低；复杂的分子的几何结构难以理解，对于复杂结构的改造更是无法实现，现有技术对于分子结构的理解只能是通过三维立体结构展示，对于分子级别改造也是只能通过立体动画和建模实现，这种技术很大程度降低了研究员的效率，提高了模拟计算整体的时间成本；现有的分子模拟计算技术无法实现直接的人机交互，操作人无法通过肢体动作操控分子模型和修改分子模型。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种基于虚拟现实技术的交互式分子模拟系统，以解决现有技术中所提出的技术问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明实施例公开的一种基于虚拟现实技术的交互式分子模拟系统，包括分子仿真模拟器、虚拟现实系统和网络服务器，虚拟现实系统通过网络服务器与分子仿真模拟器进行实时交互，用户经虚拟现实系统通过网络服务器将指令发送到分子仿真模拟器中，分子仿真模拟器进行底层分子动力学计算并将计算结果通过网络服务器实时的传输到虚拟现实系统，虚拟现实系统对接收到的计算结果进行实时响应和实时可视化渲染，虚拟现实系统和分子仿真模拟器进行实时交互响应；所述虚拟现实系统包括相互配合VR客户端和虚拟现实软件，VR客户端的数量不少于1个；

所述虚拟现实软件包括MENU、ROTATE、MOVE、SCALE、SELECT和MORE六个模块；所述MENU模块包括System、Visualization、Elements、Molecule和Others模块，System模块可以控制虚拟环境中模拟的温度、压力和施加力的大小，Visualization模块可以对分子的可视化显示模式进行选择调整，Elements模块包括Add/delete atoms选项，该选项通过添加/删除原子来修改分子的结构，Molecule模块可以控制显示所有原子或者隐藏原子且只显示原子之间的成键，Others模块可以对材料进行修改并进行可视化选择，Others模块包括的Contrail选项可以对所有原子的运动轨迹进行可视化；ROTATE模块可以对虚拟空间中的分子结构进行旋转，MOVE模块可以对虚拟空间中的分子结构进行移动，SCALE模块可以对虚拟空间中的分子结构进行缩放，SELECT模块可以选择一个特定的原子或一组原子施加相互作用力，MORE模块可以在虚拟现实系统中对仿真模拟器中再在虚拟现实系统中两个相邻可视化运动所代表的时间步长数进行设置。

进一步地，VR客户端选用头戴式VR设备，所述头戴式VR设备包括头戴式显示器、手持控制器和定位系统，所述定位系统可以同时追踪头戴式VR设备和手持控制器的空间位置。