Congratulation from Internet Conference!
Hello
ТРИВИМІРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ МОЛЕКУЛ ЗАСОБАМИ OPENSCAD
05.07.2022 19:46
[1. Information systems and technologies]
Author: Буркут Божена Дем’янівна, викладач хімії, біології та екології, Чернівецький фаховий коледж технологій та дизайну, м. Чернівці; Савчук-Баловсяк Галина Дем’янівна, викладач фізики та астрономії, Вище професійне училище № 3, м. Чернівці
Моделювання молекул широко використовується під час вивчення курсів фізики та хімії. Особливо ефективним є тривимірне (3D) моделювання молекул, оскільки такі моделі краще сприймаються і дозволяють здобувачам освіти детальніше вивчити будову молекул та їх взаємодію. Проте, тривимірні моделі розроблені не для всіх видів молекул, а деякі 3D моделі молекул є платними [1]. Тому в багатьох випадках виникає завдання створення власних 3D моделей молекул, які можливо уточнювати та модифікувати. З метою спрощення побудови таких моделей у даній роботі запропоновано використати програмне забезпечення OpenSCAD [2].
OpenSCAD є системою автоматичного проектування (САПР), яка призначена для створення твердотільних тривимірних (3D) моделей об’єктів. OpenSCAD розповсюджується вільно і є доступним для найбільш поширених операційних систем. В OpenSCAD 3D моделі створюються за допомогою програмного коду (скрипту), що дозволяє точно відтворити розміри об’єктів.
OpenSCAD забезпечує два основних методи моделювання:
1. Конструктивна суцільна геометрія (Constructive Solid Geometry– CSG).
2. Екструзія (видавлювання) двовимірних контурів.
У режимі конструктивної суцільної геометрії геометричні фігури (примітиви) будуються командами «cube» (паралелепіпед), «sphere» (сфера), «cylinder» (циліндр), «polygon» (полігон) та ін. Перетворення фігур виконується за допомогою функцій «difference» (різниця фігур), «translate» (зсув), «rotate» (поворот) та ін., а колір об’єкта встановлюється функцією «color».
Розглянемо можливості програми OpenSCAD при створенні 3D моделей молекул на прикладі молекули води H2O (рис. 1).
Рис. 1. Схема розміщення атомів у молекулі води; LOH = 0.9584 Å, α = 104.45º [3]
В програмі OpenSCAD 3D модель молекули води H2O з урахуванням її геометрії (рис. 1) створюється за допомогою такого коду (рис. 2). Атоми гідрогену (H) і оксигену (O) будуються як сфери, а зв’язки між ними будуються як циліндри. При цьому використовується кулестержнева модель (радіуси атомів малі, атоми не перекриваються) або напівсферична модель (атоми частково перекриваються), яка краще відповідає реальній формі молекули.
Рис. 2. Лістинг коду, призначеного для побудови 3D моделі молекули води
Кожен атом у такій моделі позначається окремим кольором. Наприклад, у кольоровій схемі Корі – Полінга – Колтуна атом гідрогену позначається білим кольором, а атом оксигену – червоним (рис. 3). Поверхня об’єктів будується з множини полігонів (трикутників). При побудові моделі враховуються такі спеціальні змінні, як «$fa» (мінімальний кут між вершинами об’єкту), «$fs» (мінімальний розмір полігона). При зменшенні значень змінних «$fa» та «$fs» складність моделі зростає. Після відміни режиму «Показувати ребра» межі трикутників не показуються (рис. 4).
Шляхом побудови моделей кількох молекул можливо вивчати формування водневих зв’язків між молекулами води (рис. 4б).
Рис. 3. 3D моделі молекули води з візуалізацією меж полігонів:
а) $fa =10, $fs = 10 (пікометрів); б) $fa =3, $fs = 0.5
Рис. 4. 3D моделі молекул після відміни режиму «Показувати ребра»:
а) кулестержнева модель молекули води;
б) напівсферичні моделі двох молекул води
Таким чином, програма OpenSCAD дозволяє будувати 3D моделі різноманітних молекул, що є корисним при вивченні їх будови та взаємодії в курсах фізики та хімії. За потреби такі 3D моделі можна не тільки переглядати, але й друкувати на 3D принтерах (у форматі «STL»).
Література
1. Sketchfab. URL: https://sketchfab.com/tags/molecules.
2. OpenScad. The Programmers Solid 3D CAD Modeller. URL: http://www.openscad.org.
3. Вода. URL: https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%B4%D0%B0.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter
Another articles in this section
-
ТИПОВА СТРУКТУРА КАНАЛІВ ВЗАЄМОДІЇ БПЛА
29.06.2022 17:49 -
МОДЕЛЬ ДОСТАВКИ ДАНИХ З НАТІЛЬНИХ МЕРЕЖ В МЕРЕЖУ ЗАГАЛЬНОГО КОРИСТУВАННЯ НА БАЗІ БЕЗПІЛОТНИХ ЛІТАЛЬНИХ АПАРАТІВ
29.06.2022 17:43 -
БЕЗДРОТОВІ НАТІЛЬНІ МЕРЕЖІ
29.06.2022 17:36 -
АРХІТЕКТУРА СИСТЕМИ LOBIN
29.06.2022 17:28 -
БЕЗДРОТОВІ СЕНСОРНІ МЕРЕЖІ
29.06.2022 17:19
Сonferences
Conference 2024
Conference 2023
Conference 2022
Conference 2021
