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摇第30卷第2期2015年4月摇摇大学化学UNIVERSITYCHEMISTRYVol.
30No.
2Apr.
2015摇doi:10.
3866/pku.
DXHX20150278摇摇POV鄄Ray软件在分子对称性中的应用*张海艳摇沙兆林摇崔世海摇朱银燕摇李晓东**(南京师范大学化学与材料科学学院摇江苏南京210023)摇摇摘要摇以交错式乙烷为例,详细地介绍了如何使用POV鄄Ray软件制作展示分子对称元素的精美视频动画,可以帮助学生直观形象地分析分子结构,很好地掌握分子对称性的相关教学内容,切实提高课程的教学效果.
摇摇关键词摇POV鄄Ray软件摇分子对称性摇多媒体课件摇教学研究摇摇中图分类号摇O6;G64ApplicationofPOV鄄RaySoftwareintheMolecularSymmetry*ZhangHaiyan摇ShaZhaolin摇CuiShihai摇ZhuYinyan摇LiXiaodong**(SchoolofChemistryandMaterialsScience,NanjingNormalUniversity,Nanjing210023,Jiangsu,China)摇摇Abstract摇Usingstaggeredconformationofethaneasanexample,thispaperillustratesindetailtheproceduretocreateexquisitevideoanimationfordisplayingthemolecularsymmetryelementsinPOV鄄raysoftware.
Withthevisualhelpofthesoftware,studentcanunderstandverywellthemolecularstructureandhaveagoodgraspoftheteachingcontentaboutthemolecularsymmetry.
Insuchaway,theeffectivenesscanbesignificantlyimproved.
摇摇KeyWords摇Pov鄄Raysoftware;Molecularsymmetry;Multimediacourseware;Teachingresearch摇摇分子对称性是化学专业本科生结构化学[1鄄2]课程以及研究生量子化学[3]课程中的重要教学内容,通过相关内容的学习,使学生能够快速、准确地找到分子中存在的对称元素,确定其所属点群,进而从对称性的角度去分析其结构特点及可能具有的相关性质.
在教学中,由于该部分内容涉及较多原子位置的变换,需要有比较好的空间想象能力,这使一些学生在学习时感到吃力,有时即使采用实物模型也难以达到好的教学效果.
本文介绍的POV鄄Ray软件及视频连接工具Bandicam能制作出逐步显示分子对称元素的精美动画,可以帮助学生直观形象地分析分子结构和寻找对称元素,很好地掌握分子对称性的相关教学内容.
1摇POV鄄Ray软件简介摇摇POV鄄Ray是由DavidKirkBuck和AaronA.
Collins研发的一个使用光线跟踪绘制三维图像的开放***南京师范大学精品课程(结构化学);青年教改项目(结构化学);研究生教改项目(量子化学)通讯联系人,E鄄mail:lixiaodong1@njnu.
edu.
cn源代码免费软件.
它可以在Windows、Linux以及其他平台使用.
它使用场景描述语言来定义场景中的各种景物、背景、光照和视角等构成要素,头文件、光源、背景、相机、带三维坐标的物体是其最基本的组成.
通过设置背景、相机视角、材质,以及添加一些景物等方法,可以创建模型并将其放入特定的场景中,以达到可视化的效果[4鄄5].
2摇视频动画制作———以交错式乙烷为例摇摇在初学分子对称性时,Dnd点群是许多学生感觉难于确定的分子点群之一,主要困难来源于垂直于主轴的C2副轴的寻找与判断.
本文以常见的D3d点群分子为例,具体介绍视频动画制作的全过程.
2.
1摇交错式乙烷的构建与导入摇摇首先利用GaussView5.
0构建了交错式乙烷的几何结构(图1),并通过Edit鄄PointGroup确认其为D3d点群,其特征对称元素有一条C3轴(主轴),3条C2轴(副轴),还有3个包含主轴且平分垂直于主轴的相邻两个C2轴夹角的镜面滓d.
图片保存为c2h6_d3d.
mol,然后用ViewerLite5.
0软件打开该文件,将分子调整到合适位置,存为c2h6_d3d.
pov.
图1摇交错式乙烷2.
2摇POV鄄Ray3.
6渲染的系列静态图片2.
2.
1摇添加头文件摇摇首先用POV鄄Ray软件打开c2h6_d3d.
pov文件,并在代码页上添加头文件:摇摇摇摇#version3.
6;摇摇摇摇global_settings{assumed_gamma1.
0}摇摇椅使用自然光模拟摇摇摇摇global_settings{charsetutf8}椅文本编辑时使utf8编码2.
2.
2摇对称元素的添加摇摇C3主轴的添加:使用cylinder作为旋转轴的模型,将圆柱半径设成非常小的值(如0.
015),以使主轴显得细长美观.
C3主轴所在的直线经过两个碳原子的球心,由于之前GaussView5.
0的对称化,两个碳原子的球心都在z轴上且关于原点对称,所以C3主轴正好在z轴上,在z轴上适当截取两点坐标为上下底圆心的坐标.
设置rgb值为,将主轴颜色变为蓝色.
在finish中将ambient设为0.
4,以增大物体与环境的差别.
图2(a)展示了交错式乙烷的C3主轴.
摇摇具体场景语言为:摇摇摇摇cylinder{,,0.
01597摇第2期李晓东等:POV鄄Ray软件在分子对称性中的应用pigment{rgb}摇finish{ambient0.
4}}摇摇C2副轴的添加:同样使用cylinder模型,并计算C2副轴所在直线方程.
找到两组关于C2副轴对称的原子坐标(如、和、),C2副轴必是穿过这两组坐标中点的直线.
计算出两组坐标的中点,分别是、,根据两中点坐标算出直线方程,然后在直线上取适当的两点坐标为上下底圆心的坐标.
设置color为rgb,将主轴颜色变为红色.
其他两个副轴依此类推.
摇摇具体场景语言为:摇摇摇摇cylinder{,,0.
015pigment{rgb}finish{ambient0.
4}}摇摇为了便于学生观察C2副轴,特将关于C2副轴对称的两组原子改变了颜色,并用"虚线冶连接,在原子的中点坐标添加了辅助小球.
图2(b)展示了交错式乙烷的C2副轴以及辅助线和辅助中点.
摇摇滓d面的添加:使用disc模型,令内圆半径为0,可得整个圆面.
令圆心坐标为原点,法向量为y轴,半径为1.
9,将平面绕z轴旋转60度,使平面刚好在镜面的位置上.
颜色使用"rgbt冶模型,分别代表红、绿、蓝及透明度,添加无阴影设置.
由于镜面是半透明的,且没有边界线,所以加一个圆环面作为镜面的边界,以增加美观度.
使用torus模型,它类似于轮胎.
将圆环厚度设成非常小的值(如0.
005),看到的效果就是一个圆圈.
将大圆半径设为与disc同样的值,调整位置使之恰好"套冶在滓d面的边上,形成的效果就是有边界线的镜面.
图2(c)展示了交错式乙烷的滓d面.
摇摇具体的场景语言为:摇摇摇摇disc{,y,1.
9摇pigment{rgbt}rotateno_shadow}摇摇摇摇torus{1.
9,0.
005pigment{rgbt}no_shadowrotatefinish{ambient0.
4}}图2摇交错式乙烷中的C3主轴(a)、C2副轴(b)和滓d面(c)摇摇文本的添加:POV鄄Ray3.
6版本中的字库不多且比较过时,其TimesNewRoman字体不能显示希腊字体且不支持斜体,因而需要安装一些新的字库.
将TimesNewRoman的新字库装到POV鄄Ray3.
6安装目录下的include文件夹下.
显示希腊字体时,需调用chr函数,如chr(963)表示将uft8中编码为96308大学化学第30卷摇的用字符表示,也就是显示滓字符.
使用scale函数可以放大或缩小字体倍数.
摇摇场景语言为:摇摇摇摇text{ttf"timesbi.
ttf",摇chr(963),0.
1,0摇translatepigment{colorrgb}finish{ambient0.
4}摇scale0.
35}2.
2.
3摇系列静态图片的生成———Clock变量的使用摇摇使用Clock变量可以渲染出分子绕某轴旋转的系列图片.
例如:在交错式乙烷中绕C3轴的转动.
首先,在c2h6_d3d.
pov文件中输入代码,令其绕z轴旋转;然后创建c2h6_d3d.
ini文件,保存在与其相同的目录下,渲染的一系列图片就会自动保存在该目录.
摇摇c2h6_d3d.
pov中的场景语言为:摇摇摇摇c2h6_d3d摇rotate摇摇c2h6_d3d.
ini文件的内容如下:摇摇摇摇Input_File_Name="c2h6_d3d.
pov"摇摇//输入文件名摇摇摇摇Initial_Frame=1//起始帧摇摇摇摇Final_Frame=12//结尾帧,共12帧摇摇摇摇Initial_Clock=0//变量初始值摇摇摇摇Final_Clock=1//变量终值摇摇摇摇Cyclic_Animation=on//支持循环播放摇摇摇摇Pause_when_Done=off//结束后就停止摇摇点击"Run冶即可渲染得出相应的系列图片,可以发现使用POV鄄Ray制作的分子对称元素可使显示的图片更加精美.
2.
3摇视频动画制作———Bandicam软件的使用摇摇综合考虑清晰度、人性化以及视频大小等因素,本文选择了使用Bandicam软件完成视频动画的制作;同时考虑到实际教学过程中进行讲解的需要,选择制作了.
avi格式的视频文件.
具体制作过程如下:摇摇(1)首先将用POV鄄Ray制作得到的系列图片按次序编好,全部选中;然后选择预览,此时可看到第一张图片.
摇摇(2)打开Bandicam软件,点击"目标冶,选择屏幕区域,鼠标放在区域框的右下角,将录制的窗口拉到合适的大小,使之恰好能够将图片显示在录制框内.
摇摇(3)对话框中的"常规冶窗口下有一个选择输出文件夹,选择合适的文件夹输出视频,按一下F12键就可以录制窗口,或单击对话框中的录制键录制视频.
摇摇(4)在录制过程中,录制区域框会隐藏,此时照片查看器下面会有向右的箭头,单击可以切换到下一张图片,一直切换图片并控制好每张图片的停留时间,桌面的图片就会不断改变,此时的动态视频都会被捕捉并录制.
摇摇(5)图片翻到最后一张图片时按F12键(或者单击对话框中的停止键)停止录制.
然后在目标文件夹中即可看到录制的视频.
18摇第2期李晓东等:POV鄄Ray软件在分子对称性中的应用2.
4摇视频静态效果图摇摇图3给出了用POV鄄Ray3.
6制作得到的部分分子特征对称元素整体效果图.
由图3可以看出,利用POV鄄Ray可随意地在三维空间中添加对称元素,并可通过使用辅助线或者改变颜色等方法,渲染出分子绕轴旋转以及关于镜面对称的一系列图片.
接着使用视频连接工具制成的.
avi视频文件,可在教学中随时暂停画面进行讲解.
这样,可使得空间想象力较差的学生在学习对称性时不再有恐惧感,变抽象为直观,从而取得了较好的教学效果.
图3摇分子特征对称元素整体效果图(a)交错式乙烷,D3d;(b)S8,D4d;(c)三乙二胺合钴,D3;(d)N4S4,D2d3摇小结摇摇本文将POV鄄Ray、Bandicam软件与化学专业软件GaussView、ViewerLite相结合,在三维分子结构中添加各对称元素,渲染出一系列精美图片,制作了直观形象的教学动画视频.
在分子对称性内容的教学过程中获得了良好的教学效果,丰富了结构化学的教学资源.
参摇考摇文摇献[1]摇李炳瑞.
结构化学(多媒体版).
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北京:高等教育出版社,2011[2]摇周公度,段连运.
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