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有机物三维虚拟模型的制作和浏览
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[图文]有机物三维虚拟模型的制作和浏览
作者:走向春天 文章来源:本站原创 点击数:5682 更新时间:2008-6-1 14:49:47

有机物三维虚拟模型的制作和浏览

王立文   徐炳强   孙正德

摘要:本文对Ds ViewerPro 5.0Cortona VRML Client 5.0两软件中常用菜单栏、工具条做了翻译和解释,并通过具体的实例详尽分析了使用Ds ViewerPro 5.0制作有机物分子的三维虚拟模型和使用Cortona VRML Client 5.0浏览虚拟模型的过程。

关键词:主界面;分子模型;虚拟网页文件;浏览器;观察模式

高中新教材中新增《有机化学基础》这门选修课,对有机物分子结构的理解和掌握一直是它的一大难点。将有机物分子做成三维虚拟模型[1],让学生们在课堂上自主的浏览观察,可以大大提高他们对有机化学的学习兴趣并进一步掌握其结构。鉴于高中教师的精力有限,本文仅推荐操作简单并可轻松上手的两款软件。

1三维虚拟模型的制作

1.1 常用软件简介

Chem3D[2] 是美国CambridgeSoft公司的重要产品ChemOffice的组成部分,它可以模拟分析分子和原子的立体构型,文件稍大,功能比较齐全,美中不足的是不能生成虚拟网页文件。

3ds max[3] Maya[4] 均是世界上著名的三维建模和动画制作软件之一,功能强大而极其复杂,不容易掌握,也不太适合一般化学教师使用。

DS ViewerPro Accelrys公司生产的一款高质量的显示分子模型的工具软件,常见的有5.06.0两个版本,功能差不多。该软件可谓是短小精悍,安装文件只有7M多,安装后也不到14M。它可以轻松的制作高中所有的有机物分子模型,我们可以到下面这个链接下载它的共享版。该软件可免费试用一个月,到期后上网注册方可继续使用。http://202.98.56.80/chems/11huaxveruanjian/01jiegouhueizhi/ViewerPro/dsviewerpro50_trial.zip

1.2 DS ViewerPro主界面

安装完成后,我们先来看一看它的主界面(1-1)

组份工具条

模型窗口

分子模型

菜单栏

主工具条

1-1[注:模型窗口中是自制的乙酰水杨酸 分子模型]

1.3常用工具条介绍

主工具条

除了我们熟悉的工具外,最右边加了适合屏幕、显示类型、测量(键长、原子间距、键角等)三个工具。

组份工具条

从左向右分别是加氢、去氢、单键、双键、芳香键、叁键、元素选择、分子优化八个工具。

工具面板

从左向右分别是选择、旋转、移动、缩放、扭曲、描绘、环形、折线形、单行注释、多行注释、多行标注十一个工具。

另外,我们也可以建立自己的工具条。选择菜单栏中View\Toolbars\Customize…出现弹出窗口(图1-2,点击New将新建的工具条命名为“Mytool”,然后点击Comands,将自己常用的工具拖入Mytool中(图1-3

 

1-3

 

 

1-2

1.3 模型的制作

我们主要使用组份工具、工具面板、右键弹出菜单制作所需要的分子模型

1苯酚分子模型的制作

点击工具面板中环形工具 ,在模型窗口中拖动鼠标,先制作一个六元环(可以拖大为七、八、九元环也可以拖小为五、四、三元环,默认为碳原子环,图1-4),然后选择描绘工具 ,左键点击六元环中任意一个原子变黄后向外拖动一段距离再点击左键,产生一个支链,点击元素选择工具 ,将支链上的黄球改为氧原子(图1-5,点击六元碳环中的所有共价键,使用芳香键工具 将六个单键全改为芳香键。使用加氢工具 给我们制作的模型添加氢原子(图1-6)最后选择菜单栏中View/Spin转动观察模型(图1-7)看是否符合要求。

     

1-4                 1-5                    1-6                 1-7

2  丙氨酸模型的制作

拉动折线形工具 制作长度为四的碳链,并用适合窗口工具 将模型移动到窗口的中间,改用描绘工具 23位的碳原子各增加一个原子(图1-8)。

然后改用选择工具 并击右键将部分原子改为为氧原子和氮原子(1-9)  

1-8                         1-9                              1-10

选择其中一个碳氧键击右键或者使用双键工具 改为双键(图1-10),使用加氢工具 给我们制作的模型添加氢原子,左击分子优化工具 将分子结构优化调整,使它更附合分子实际存在形式(注意要多击几次,图1-11),击右键或者使用显示类型工具 调出显示类型窗口(图1-12),将球棍模型改为比例模型(图1-13)最后使用菜单栏中View/Spin转动观察我们制作的模型。

   

1-11                        1-12                            1-13  

1.4 旋转、平移与缩放

点击旋转工具 并在模型窗口中拖动鼠标,可控制分子模型的翻滚;点击平移工具 并在模型窗口中拖动鼠标,可实现整个场景的平移;点击缩放工具 并鼠标将向上拖动,可实现整个场景的扩大;将鼠标向下拖动,可实现整个场景的缩小。

1.5测量

键长测量 单击需要测量的共价键,变黄后击右键,在出现的弹出菜单中选择Properties of  C2-C3…(C2-C3表示在碳原子2到碳原子3之间)在出现的窗口中可看到键长的大小。

原子间距测量 按住Shift键,单击需测量的两个原子,变黄后点击测量工具 在模型窗口两个原子间将出现一条绿色直线同时显示出它们间的距离。

键角测量 按住Shift键,单击需测量的两个化学键,变黄后点击测量工具 在模型窗口两个原子间将出现一条绿色弧线同时显示出它们间的夹角。

1.6模型的导入导出

导入模型 该软件支持的文件类型非常多,常见的有MSVMOLCIFXYZSMI等十几种。使用也很方便 ,我们只需将要用的文件拖到该软件窗口中它就可自动打开。

导出模型 选择菜单栏中File/Save As…可保存为多种我们需要的文件类型如MSVMOLXYZSMIGIFJPGBMPWRL等等。注意WRL类型是虚拟网页文件,也是课件制作的主要素材。另外,DS ViewerPro自带的动画功能很弱,3ds max的老师可以将生成的虚拟网页文件导入MAX,加入材质、灯光和摄像机制作我们需要的动画。

2三维虚拟模型的浏览

模型另存为虚拟网页文件后,不能像声音、图片那样直接打开,应先安装合适的虚拟网页浏览器。

2.1常用浏览器简介

CosmoPlayer2.1.1 Cosmo公司开发的vrml浏览器,曾被广泛使用,但已经长时间没有更新,因此不支持最新的操作系统和最新高级特性。

Cortona VRML Client 5.0 ParallelGraphics公司开发的vrml浏览器,安装文件只有1.7M,功能却毫不含糊,它支持VRML97的所有特性,支持全屏幕,而且还是免费的。我们可以到下面这个链接下载它。http://www.parallelgraphics.com/products/cortona

2.2直接浏览

下载安装后,可以直接打开前面制作的有机物分子虚拟模型(2-1)。我们可以看到控件窗口左端和下端各有一个工具栏。模型有三种不同的浏览模式,分别是散步模式 飞行模式 和观察模式 。前两种模式浏览速度太快,所以课堂上我们只使用观察模式。在此模式下,点缩放工具 后,按住鼠标不放,上下拖动可将模型放大或缩小,左右拖动可使模型翻滚;点移动工具 后,按住鼠标不放,上下左右拖动可将模型移动到相应位置;点翻滚工具 后,按住鼠标不放,上下左右拖动可控制模型上下左右的翻滚;点旋转工具 后,按住鼠标不放,左右拖动可将模型在当前平面内旋转,上下拖动可使模型翻滚。对于较大的分子,我们可以用到达工具 选择分子的一部分加以观察,用适合窗口工具 让分子恰好充满窗口。如果将分子模型转没有了,也不用担心,咱们可使用初始状态工具 将模型的大小位置恢复到刚开始的状态。

 

动作选项

                                         2-1      

浏览模式

初始状态

适合窗口

到达

2.3插入课件中浏览

如果将我们制作的虚拟模型整合到课件中,在课堂教学中将更加方便。Cortona VRML Client浏览器是可作为一种控件对象插入到课件中的,现在以插入PowerPoint并浏览为例作简单介绍。

打开PowerPoint,在幻灯片中点击插入\对象,出现弹出窗口,选择ParallelGraphics Cortona Control并点击确定(图2-2)。在PowerPoint普通视图下对象窗口中右击鼠标,选择属性,弹出属性菜单(图2-3)。通过属性菜单,可以修改背景色、高度(以像素为单位)、宽度(以像素为单位)、模型文件路径等重要的属性。我们将控件拖到需要的位置并缩放到需要的大小,注意控件尽可能处于幻灯片的中心但不要占满整张幻灯片 (2-4)。这样在幻灯片放映时,左击幻灯片虚拟网页对象以外的地方可以顺利实现幻灯片的切换。

最后注意一点,含虚拟模型的课件制作完成后,如果在另一台电脑上放映时,使用前一定要再次安装Cortona VRML Client浏览器。

参考文献:

[1] 黄剑芳.三维虚拟技术在物质结构教学中的应用初探[J].化学教学,2006(10)30-32

[2] 李梦龙,王智猛,姜林,刘丽霞.化学软件及其应用[M].北京:化学工业出版社,200414-15

[3] 熊歆斌.3D Studio MAX 3.0 入门与提高[M].北京:清华大学出版社,20004-5

[4] 翟志强.Maya 4动画特效制作[M]. 北京:清华大学出版社,20022-3

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