动力学在动画的学习过程中重要吗 什么是动力学？

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怎么根据熔化常数确定温度

确定材料熔点的最基本方法是简单地加热固体晶胞直至熔化。实际上，这意味着运行NVT或NPT系综动力学模拟，同时在运行过程中增加恒温器温度，以模拟真实实验的方式。然而，由于分子动力学中可用的时间尺度很小，加热速率非常高。这一点，再加上小的系统尺寸导致过热，因此仅提供熔化温度的上限。以类似的方式，液体也可以冷却直到结晶，从而产生滞回线，在其间可以找到熔化温度。

一个稍微复杂的过程是共存方法，其中固液界面晶胞在接近预测熔化温度的温度下构建。此方法中的主要计算通常在 NVE 或 NPH 系综中执行。如果整个系统的温度低于熔化温度，则晶胞的某些区域将结晶，产生潜热并提高温度。同样，如果温度过高，一些晶胞会熔化，冷却系统。通过这种方式，分子动力学计算运行足够长的时间将平衡到熔化温度。

论文“通过分子动力学精确计算熔化曲线-Precise calculation of melting curves by molecular dynamics”（Karavaev，2016）很好地概述了可用于确定熔点的不同方法。

除了评估熔点外，共存方法还可用于获得相关属性，例如固液界面刚度或能量，这些属性可用作粗粒度方法（如相场模型）中的参数。

简介：本教程向您展示如何使用共存法计算fcc铜的熔化温度。您将使用(Asadi，2015)中描述的方法的修改和简化版本。

目的：介绍了利用Forcite和嵌入原子法力场用共存法计算金属熔点的方法。

本教程重要节点：

创建力场-平衡晶体-平衡液体-构建共存晶胞-确定熔化温度

1. 创建力场

首先需要一个合适的力场，Materials Studio中包含几个EAM力场。但是，可能需要使用不同的、更适合具体研究体系的力场，或者需要使用标准Materials Studio力场中未包含的元素。EAM 力场通常以几种标准格式之一的表格形式发布，Materials Studio包含一个脚本，用于将这些格式转换为.off格式。还提供了两个包含表格化EAM数据的示例文件，本教程中将使用其中一个。

单击Import按钮并导航到Examples\Scripting文件夹。确保选中All Files (*.*)，然后双击ConvertEAMtoOFF.pl。

再次单击Import按钮并双击CuNi_Example.eam.alloy.txt。

在Project Explorer中，双击ConvertEAMtoOFF.pl。将输入文件名（第35行附近）更改为CuNi_Example.eam.alloy，然后按下CTRL+S键。

在Scripting工具栏上，单击Debug按钮。

提示：可以将EAM转换脚本添加到User菜单命令中，并将输入文件名作为参数。有关更多信息，请参阅User菜单教程中的执行脚本（Executing scripts）教程。

脚本现在应该运行，并创建一个名为CuNi_Example.eam.alloy.off的力场文件。打开并查看力场。

打开CuNi_Example.eam.alloy.off力场，选择Interactions选项卡。打开Show interaction下拉菜单。

EAM力场由三种类型的相互作用组成：电子密度、嵌入函数和EAM对势。

一对原子i和j的电子密度函数描述了原子j对i受到的电子密度的贡献。对i的所有邻域求和，得到总电子密度ρ，它构成嵌入函数的输入。接下来，将为铜创建嵌入函数的图像。

将Show interaction设置为Embedding Function。选择Cu力场类型的行。

在Interactions选项卡的顶部，单击Extract To。

创建一个包含两列的数据表，其中包含一系列密度的嵌入能量。

在数据表中选择A列和B列。单击Study Table Viewer工具栏上的Quick Plot按钮

图中显示了当铜原子嵌入给定电子密度的场中时，所储存的能量。在密度为0时，嵌入能量为0，并且随着密度的增加，嵌入能量（负值）的绝对值增加。在一定密度下，嵌入能量变得不那么有利。

将Show interaction设置为EAM Pair Potential。选择用于Cu和Cu力场类型组合的行。在Interactions选项卡的顶部，单击Extract To。

在数据表中，选择A列和B列，然后单击Quick Plot按钮

EAM对势在很大程度上是排斥的，可以防止原子在嵌入能的作用下坍塌。

从菜单栏中选择File | Save Project，然后选择Window | Close All。

2. 平衡晶体

下一步是导入fcc Cu结构。

单击Import按钮，导航至Structures\metals\pure-metals文件夹，双击Cu.xsd文件。选择File | Save As...，将其重命名为Cu_Solid。

要进行真实的分子动力学模拟，需要比单胞中的4个原子多得多的原子数。

选择Build | Symmetry | Supercell，打开Supercell对话框。将三个维度上的Supercell range均设置为10，单击Create Supercell按钮，关闭对话框。

将使用此结构作为共存计算的固体区域的基础。首先，在开始NPT运行之前，使用NVT系综进行短时间计算，以减少应力。由于这是一个初始构型平衡计算，将使用速度标度恒温方法，它能够非常快速地校正动能。

单击Modules工具条上的Forcite按钮，从下拉菜单中选择Calculation，或从菜单栏中选择Modules | Forcite | Calculation。

将Task设置为Dynamics，单击More...按钮，打开Forcite Dynamics对话框。将Ensemble设置为NVT，Temperature设置为1200 K，Frame output every设置为500。在Thermostat选项卡中，选择Velocity Scale为Thermostat，关闭对话框。

在Energy选项卡中，从Forcefield下拉菜单中选择Browse...，然后在Choose Forcefield对话框中，选择CuNi_Example.eam.alloy.off。

使用EAM表格化力场时，无需设置截断距离。在使用EAM时，Forcite将始终使用表格的全部范围。

注意：范德华表格化势能的情况并非如此。使用通常的范德华项截断距离，可在Forcite Non-Bond Options对话框上设置。

单击Run按钮，并关闭对话框。

当NVT运行后，将创建一个新的文件夹Cu_Solid Forcite Dynamics。计算任务完成后，NVT动力学计算的结果将存储在此文件夹中。

接下来，从轨迹的最后一帧开始运行NPT动力学计算。这确保晶格参数具有当前力场的正确平衡值，这可能与实验值略有不同。Andersen恒压方法只允许晶胞中的各向同性变化，这是合适的，因为晶胞应保持立方体。速度标度恒温方法可以以非物理方式改变原子的动力学，这可能会影响计算结果，因此建议使用NHL恒温方法。这对体系的扰动影响要小得多，因此最好用于构型生产运行。

确保Cu_Solid Forcite Dynamics\Cu_Solid.xsd为当前文档，并打开Forcite Calculation对话框，单击Setup选项卡上的More...按钮。

将Ensemble设置为NPT，Total simulation time设置为25 ps，Pressure设置为0.000101325 GPa。

在Thermostat选项卡中，将Thermostat设置为NHL，Q ratio设置为1。

在Barostat选项卡中，将Barostat设置为Andersen。关闭对话框。

单击Run按钮，关闭对话框。

将在现存的Cu_Solid Forcite Dynamics文件夹中，建立一个新的文件夹Cu_Solid Forcite Dynamics。当计算运行时，可以开始建立液体晶胞。

当计算运行时，应保存工程。

从菜单栏中选择File | Save Project，然后选择Window | Close All。

3. 平衡液体

现在需要在高于熔化温度的温度下确定液态铜的密度。实验测定的熔点处，液态铜的密度为8.02 g/cm3。然而，此处使用的原子间势可能会产生不同的值。

将使用Amorphous Cell模块创建初始液态几何构型，并使用分子动力学对此进行平衡。这将在以后用于构建共存单元。

要使用Amorphous Cell模块创建液态单位晶胞，应从包含单个铜原子的原子文档开始。

选择工程根目录并创建一个新的3D原子结构文档3D Atomistic Document，将其重命名为Cu_Atom。

绘制一个铜原子。保存并关闭文档。

现在，将使用Amorphous Cell模块创建初始液态几何构型。由于目的只是在无序状态下创建初始构型，因此可以使用默认的力场Universal。

从菜单栏中选择Modules | Amorphous Cell | Calculation，打开Amorphous Cell Calculation对话框。

在Composition列表中，单击Molecule列，从下拉列表中选择Cu_Atom.xsd。将Loading设置为4000 ，Density设置为8.02。

单击Options...按钮，打开Amorphous Cell Options对话框。取消勾选Optimize geometry复选框，关闭对话框。

在Project Explorer单击树状根目录，单击Run按钮，开始结构创建过程。关闭对话框。

在Project Explorer中将创建一个新文件夹Cu_Atom AC Construct。

当Amorphous Cell计算任务结束后，将输出轨迹的单帧复制到一个新的原子结构文档中。

使得Cu_Atom AC Construct\Cu_Atom.xtd为当前文档。从菜单栏中选择Edit | Select All，然后选择Edit | Copy。

在工程根目录中创建一个新的3D原子结构文档，右键单击该文档，从菜单栏中选择Edit | Paste。

将该文档重命名为Cu_Liquid并保存。

现在，将在1500 K下建立平衡结构密度。将重复前面用于固体的步骤，这次使用更高的温度。

打开Forcite Dynamics Calculation对话框。将Ensemble设置为NVT，Total simulation time设置为5 ps，Temperature设置为1500 K。

在Thermostat选项卡中，将Thermostat设置为Velocity Scale。关闭对话框。

单击Forcite Calculation对话框上的Run按钮。

将创建一个新文件夹Cu_Liquid Forcite Dynamics，NVT计算结果将保存在该文件夹中。等待此计算完成，然后继续进行NPT动力学模拟。

由于该体系是一种液体，可以置入任何形状的单位晶胞中，因此可以要求模拟单位晶胞保持立方体。因此，Andersen恒压方法仍然适用。

确保Cu_Liquid Forcite Dynamics\Cu_Liquid.xsd为当前文档。

打开Forcite Dynamics对话框，将Ensemble设置为NPT，Total simulation time设置为25 ps。在Thermostat选项卡中，将Thermostat设置为NHL。关闭对话框。

单击Run按钮，开始计算，并关闭对话框。

与之前一样，在现存的Cu_Liquid Forcite Dynamics文件夹中，将创建一个新的文件夹Cu_Liquid Forcite Dynamics。现在应该等待所有正在运行的计算完成。完成后，将

C4D基础教程

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第二栏：第一个方框设置物体所在图层。两个点默认灰色，上面的点点一下变绿表示强制在视图里可见，再点一下变红表示在视图里不可见；下面的点变绿表示强制在渲染里可见，变红表示在渲染里不可见。点击一个向下拖拽可以笔刷式批量修改。箭头表示是否激活对象。

第三栏：标签栏。

右侧标签有：对象、场次、内容浏览器、构造。

2.对象菜单

（1）文件菜单：合并多个对象、另存所选对象为单独的C4D文件、导入对象预设、保存对象预设、导入标签预设、保存标签预设。

（2）编辑菜单：复制粘贴等常规操作、全选、全不选、选择可见对象、选择子集。

3.内容浏览器（相当于C4D内置的资源管理器）

1.上边栏图标

左箭头表示后退操作，上箭头表示到树状结构上一级。

锁：锁定当前对象的参数。

加号：弹出新的属性窗口，编辑其他对象的参数。

同心圆：锁定当前对象的类型。

2.模式（较复杂的在后期专门介绍）

（1）工程模式

显示-活动对象：勾选显示标签，结合显示标签，可单独对某个对象进行显示设置。显示法线。动画路径。等参线。变形器编辑模式。边缘点（线模式下显示点）。旋转带。轮廓线。

过滤：是否显示。

视图：纹理，背面忽视，安全框。

HUD：快捷数据显示。

立体编辑。

3.编辑。复制粘贴全选设置为默认。

4.基本属性栏，坐标（每个对象都有）

P代表轴向移动，S代表轴向缩放，R代表轴向旋转

5.层系统管理器

编辑-工程设置。帧率亚洲一般25帧/秒，渲染设置的帧率要与工程帧率相匹配。

K关键帧实现动画效果。

启用轴心（快捷键L），可更改中心点位置。网格-重置中心轴。

（1）显示

（2）细分曲面

如果只做边缘倒角，其他部分形状保持不变，则把立方体从细分曲面中拉出来，快捷键C转为可编辑对象。选择点模式，右键-循环/路径切割，各个角都切好后再拖入细分曲面。

（1）挤压和内部挤压。新建立方体，快捷键C转为可编辑对象，选择面模式，右键-挤压/内部挤压。

（2）线性切割、平面切割、循环/路径切割。

（3）封闭多边形孔洞。点模式下用。封闭后多余的点线可以选中删除，右键消除。

（4）优化。面模式下删掉某个面，切回点模式，已删除的面的结构点还在，右键-优化可删除这些点。光影着色（线条）下优化，交点连接。

（1）基础选择。框选、多边形、套索。注意选择工具的属性里有一项仅选择可见元素，根据需要进行勾选。

（2）快捷键V，选择工具，对应快捷键。循环选择、环状选择、路径选择、扩展选区、收缩选区、全选、转换选择模式。

（1）灯光类型

灯光：点光源

聚光灯

目标聚光灯：大纲里有一个灯光目标（空白），方便调整灯光角度

区域光：面光，向两边照射，光线较柔和

IES灯：建筑用光，需匹配场景

远光灯：有方向无范围

日光：模拟太阳光

（2）灯光属性

颜色、强度

投影：阴影贴图（软阴影）效果较真实，光线跟踪（强烈）影子较锐利，区域阴影最接近真实阴影但渲染较慢，可对阴影属性进行设置。

工程的排除和包括，设置某个对象是否显示高光、阴影等。

（1）新建摄像机。点大纲里摄像机后面的方框图案即进入摄像机。编辑渲染设置-输出，设置摄像范围。摄像机类型：基础摄像机、目标摄像机、立体摄像机（3D）、运动摄像机（模拟手持摄像机）、摇臂摄像机。

物理天空、天空（自定义）。

自定义天空需要材质来给照明信息。渲染设置-选项-默认灯光，先关闭。双击材质栏，拖动到大纲的天空处，双击材质打开材质编辑器，只勾选发光。

渲染设置-效果-全局光照，模拟环境中所有光照信息，渲染出的光照非常均匀柔和。

HDR贴图。打开材质编辑器，窗口-内容浏览器，搜索HDR（高动态范围图像，记录环境中的灯光信息），选中目标图片拖动到材质编辑器的纹理处。

（1）新建一个地面和一个球体，分别为它们新建两个材质。

为球体某部分着色：转为可编辑模式，选择面模式，选择目标面，新建材质，修改颜色，将该材质直接拖动到目标面上。大纲中显示的小三角为选集标签。同一个物体用不同材质时，大纲后面的纹理标签有层级关系，后面的标签是上层。

（2）材质编辑器。前面有圆圈的属性可以K帧。

漫射：表面不平整的物体，常用于突出细节

透明：设置折射率等参数模拟透明物体

反射：需要环境。层-添加-传统反射，设置反射强度、层颜色。

运动图形-克隆，新建立方体，拖动到克隆子集。

（1）对象属性

模式选择对象，新建一个圆环，将大纲里的圆环拖动到对象栏，则克隆的立方体都附着在圆环上。

模式选择线性，模式可选每步和终点。调整XYZ轴控制排列位置，XYZ轴缩放、旋转，针对每个对象渐次变化的。前面这个旋转不同于步幅旋转的效果。

（2）变换属性

（1）对象属性

（2）封顶属性

几种封顶方式中常用圆角封顶。圆角类型有线性、凸起、凹陷、半圆等。

（3）运动图形文本和画笔文本的区别

转为可编辑模式后，运动图形的文本被拆分为单个字母，画笔的文本则是一个整体。

先网格克隆立方体，选择克隆，新建随机效果器。随机模式选噪波为动态。

选择衰减形状，只有在形状内的物体才会被随机，可对形状K位移、旋转帧。

（2）着色。

（1）扭曲。新建立方体和扭曲，把扭曲放在立方体子集。注意层级关系：绿-浅蓝-深蓝（由外向内）。首先要增加立方体分段数才能实现扭曲。调节扭曲参数。

（2）螺旋。

（3）样条约束。样条约束放在立方体子集，画笔-圆环，把圆环放在样条约束属性的样条里。曲线图任意位置ctrl+鼠标可添加点。

（4）减面。可制作lowpoly效果。

新建地面和球体，大纲球体处右键-模拟标签，有刚体、柔体、碰撞体、布料等。

此处球体选择刚体，地面选择碰撞体，C4D自动产生重力，可ctrl+D调出工程设置-动力学，进行设置。

动力学-激发，立即、在峰速（设关键帧）、开启碰撞。

碰撞-独立元素，关闭、全部。

新建地面、立方体网格克隆和球体，球体为碰撞体或刚体，克隆为刚体，激发都选择开启碰撞，克隆的碰撞独立元素选择全部，为球体添加位移动画去碰撞克隆体。

新建地面和立方体，地面碰撞体，立方体柔体。新建细分曲面，把立方体放在细分曲面子集下，转为可编辑模式。柔体属性，弹簧、保持外形、压力，其中常用的参数有构造、弯曲、硬度、压力。

（1）用布料做桌布。

新建一个平面，组合一个桌子，再新建一个平面放在桌子上方做桌布。地面和桌子都是布料碰撞器，桌布为布料，并转为可编辑模式。将桌布细分曲面会使桌布更柔软，与桌布接触的桌面也要细分够，否则会穿破桌布。

（2）用布料做飘扬的旗帜。

新建平面，旋转为竖向，转为可编辑模式，添加布料。选择点模式，框选左边一列点，布料-修整-固定点-设置。

布料-影响，调整风力强度、风力方向、湍流等。

模拟-粒子发射器。新建宝石，拖动到粒子发射器子集里，发射器-粒子，勾选显示对象，即替换粒子为宝石。常用属性有投射起点、投射终点、速度、生命、旋转。

做一个碗：新建球体-半球体，转为可编辑模式，选择面模式，ctrl+A选择所有面，右键-挤压（注意要勾选创建封顶才会有厚度）。宝石为刚体，碗为碰撞体，注意要选中球体力学里的碰撞标签，其中的外形选择自动（MoDynamics）。

（1）显示。通过K帧来控制可见与否，常用于环境美化。

（2）振动。常用于制作随机动画，启用位置、缩放、旋转。

（3）对齐曲线。常用于摄像机和物体的路径动画。

新建立方体，一个XY方向圆环，一个目标摄像机，摄像机对象设为立方体，为摄像机添加对齐曲线，将圆环拖动到摄像机对齐曲线的曲线路径上，通过K位置关键帧实现摄像机绕着圆环拍摄立方体。

（4）合成。

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