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Materials Studio建模教程-16:区域的分割与分析-计算Connolly表面、分割原子体积区域、分析分割区域!

日期: 来源:MS杨站长收集编辑:华算科技

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区域的分割与分析
目的:演示在原子体域内进行区域分割的方法。
所用模块:Materials Visualizer
前提条件:等值面和切片的使用(Working with isosurfaces and slices)教程
介绍:
Materials Visualizer中的体数据可视化工具提供了强有力的区域数据可视化方法,可以对如介观尺度、Sorption、量子方法、原子体积和表面工具生成的体数据进行可视化。通过连接区域中指定等值面数值的点而生成的等值面,可用于辅助数据可视化。如果生成了一个包括孤立片段的等值面,那么对这个等值面来说,要想只选择这些单独的片段而不选择所有的片段是不可能的。
解决这个问题的方法之一是将基础区域分割成许多子域,每个子域或者分割区域代表初始区域的一个唯一的片段。可以选中一个分割区域,获得许多有用的属性,如区域体积和几何中心等,还可以进一步分析区域数据。
区域分割可以应用于Materials Visualizer中的任何区域,可算得无定形晶胞自由体积分布、介观尺度计算胶束尺寸分布等,并且可以对分子筛中有限孔进行Sorption吸附计算等。
在本教程中,将要计算分子筛的Connolly表面。使用基础的原子体积域,将在指定的等值面数值分割区域,然后分析分割区域。
本教程包括如下内容:
开始
计算Connolly表面
分割原子体积区域
分析分割区域
1、开始
启动Materials Studio并建立一个名为Segregates的新工程。如想获得关于创建新工程的指导,可参见Project management教程。
如果Materials Studio还没有打开,双击桌面上的Materials Studio图标,或者从Windows开始菜单的程序列表中选择BIOVIA | Materials Studio,以启动程序。
打开New Project对话框,输入Segregates作为工程名,单击OK按钮。
新工程将以Segregates为工程名列于Project Explorer中。
注意:为了和本教程中的参数保持一致,可以使用Settings Organizer对话框将工程中所有参数都设置为BIOVIA的默认值。有关恢复默认参数设置的步骤,可参见创建工程教程(Creating a project tutorial)。
2、计算Connolly表面
第一步是产生要分割的区域数据,将基于基础原子体积区域建立一个Connolly表面。可以生成任何结构的原子体积区域,但在本例中将要使用分子筛。
Standard工具栏上单击Import按钮,打开Import Document对话框,导航至并打开Examples\Documents\3D Model\TON.xsd文件。
现在可以使用Atom Volumes & Surfaces工具计算Connolly表面。
从菜单栏中选择Tools | Atom Volumes & Surfaces
打开Atom Volumes & Surfaces对话框。默认的任务是计算Connolly表面,也可以通过更改任务计算Solvent表面,在本教程将使用Connolly表面。
单击Create按钮。
在原子结构文档中生成了等值面,对话框变成Analysis选项卡。
Atom Volumes & Surfaces对话框的Analysis选项卡
在对话框中树形浏览显示了Atom Volumes Field的存在,尽管现在它还没有显示出来。复选框表明Connolly表面是可见的,可以使用Display Style显示区域。
在3D Viewer中单击鼠标右键,从快捷菜单中选择Display Style,打开Display Style对话框。选择Field选项卡,勾选Show box复选框,选择Dots单选按钮。
将显示区域,值较低的部分显示为红色,值较高的部分显示为蓝色。现在可以使区域不可见。
Atoms Volumes & Surfaces对话框中,取消勾选Atom Volumes Field复选框。
可以改变Connolly探针的半径,以观察结构中探针尺寸对自由表面的影响。
单击Connolly radius旁的向下数值调节钮。
随着Connolly探针尺寸的减小,由于等值面尺寸的增加并形成相连结构,结构中的自由体积增加。在本教程的剩余部分,应该有一些分割的片断,所以应该增加探针半径。
设置Connolly radius0.9,关闭Atom Volumes & Surfaces对话框。
3、分割原子体积区域
如果试着选择等值面的一个部分,会发现选中了整个等值面。这将限制等值面分割区域的体积的计算。
单击等值面的一个部分。
分割操作将基础区域分割成单独的分割的区域,可以选中每个分割区域并查看属性,比如体积和分割区域的中心等。建立、管理、操作分割区域的工具均在Volume Visualization工具栏上。
单击3D Viewer中的任意位置取消选中对象。从菜单栏中选择View | Toolbars | Volume Visualization,单击Create Segregates按钮。
分割区域在结构中以比较小的区域盒子的形式显示出来,每个区域具有不同的颜色。可以选定单独的分割区域并查看体积。
打开Properties Explorer,单击一个小的分割区域。
Properties Explorer的Filter更改为Segregate。在这里可以观察到不同的属性,比如FieldVolume显示了区域的体积,SegregateXYZ显示了分割区域的中心。
在模型文件中单击以取消选择分割区域。
可以使用Volume Visualization工具栏中的Volumetric Selection工具选择区域。
Volume Visualization工具栏中单击Volumetric Selection按钮。
打开Volumetric Selection文本框,其中显示体数据的树形浏览,可以隐藏Connolly表面。
取消选择Connolly Surface复选框。
分割区域通过以+ Segregator @0行表示的Segregator分枝表现出来,@0表明区域被以等值面数值为0的值进行分割。可以通过单击+号展开分枝,查看分割区域。
单击+号,展开Segregator @0分枝。
在结构中有几个分割区域,可以增加Volumetric Selection对话框的尺寸,查看所有的分割区域。
移动光标到对话框的右下角,当光标变成双向箭头形状时单击并向右下方拖动。
将看到14个分割区域。
展开的Volumetric Selection对话框
可以通过Properties Explorer或Display Style对话框,控制分割的区域。
在3D Viewer中右击并从快捷菜单中选择Display Style,打开Display Style对话框,选择Segregate选项卡。
可以使用Display styleColoring部分来控制如何显示分割区域,可使用Constraints部分控制显示何种分割区域,isovalue值控制域中用于分割的临界值,与等值面的等值面数值是相似的。
增加、减少Isovalue值,然后更改回0.0
随着等值面数值的动态改变,将重新计算分割区域。
提示:当更改等值面数值时,如果分割区域较大、分割程度较高,则区域显示更新可能会非常耗时。在这种情况下,最好显式设置值,而不是使用数值调节控件。
也可以设置是否希望分割区域的域值比等值面数值高或者低,或者可以选择两者均需要。
Values更改为Low
选择Low选项后,域点与默认的High设置是相反的。在本例中,低值是有原子处的域值。将Value选择为All时,在单独的分割区域将既包括较高值又包括较低值。
Values更改回High
最后的限制是Connectivities,这控制着分割区域是可连接的或是孤立的。Isolated的分割区域在晶胞内是独立的,而accessible分割区域是无限连接的。
Connectivities更改为Isolated
只有12个不是无限连接的分割区域显示出来。
Connectivities更改为Accessible
只显示两个无限连接的分割区域。
提示:仅在选择accessible时,可使用连接的分割区域,将Sorption计算的搜索空间限制为沸石中可连接的孔。
Connectivities改回到All
注意:上述性质也可通过Properties Explorer或MaterialsScript API获得。如果想要在较多的结构中进行相同的计算,使用MaterialsScript将更为高效。
在初始状态下,分割区域只作为域显示。可以使用标准的等值面工具向它们添加等值面。
Volumetric Selection对话框中,按住Shift键选择所有的分割区域,单击Create Isosurfaces按钮。
在所有的分割区域中都建立了等值面,它们使用分割区域的等值面数值,并以与分割区域相同的颜色着色。
4、分析分割区域
可以使用Create Segregates工具分析属性,例如分割区域的尺寸和间隔分布。
单击Create Segregates工具旁的选项箭头,选择Analyze Segregated Field
打开Segregate Analysis对话框,默认选项是分析分割区域的尺寸。
单击Analyze按钮。
生成一个图表,显示分割区域的尺寸分布。在零点附近会看到一个大峰,代表小的独立分割区域,还有两个大约140多的小峰,它们与两个可连接分割区域相对应。
提示:通过利用MaterialsScript遍历集合中的所有分割区域,可以得到每个分割区域的真实体积。
使得TON.xsd为当前文件,在Segregate Analysis对话框中选择Segregate major axis,然后单击Analyze按钮。
该分析将分割区域拟合成椭圆,然后将椭圆的主轴绘制为曲线图。
使得TON.xsd为当前文件,在Segregate Analysis对话框中选择Segregate radius (best-fit sphere),然后单击Analyze按钮。
该分析将拟合分割区域的最佳球形,然后将最佳拟合球的半径绘制为曲线图。
使得TON.xsd为当前文件,在Segregate Analysis对话框中选择Segregate separation,然后单击Analyze按钮。
该分析绘制出分割区域间距离的分布曲线图。
提示:通过在分析分割区域之前首先选择分割区域,可以对可见分割区域的子集执行分析。
从菜单栏中选择File | Save Project,或在Project工具栏中单击Save Project按钮。
本教程到此结束。
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