CN112068696A - Vr头盔、晶体交互系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种VR头盔、交互系统及方法包括：头盔本体、控制器、位置传感器、视窗，控制器包括：主控单元、存储器、电源模块、通信模块，主控单元包括：正前视野显示模块：接收晶体显示指令，控制在正前视野显示晶体结构并显示交互准星；视野改变模块：根据位移传感器位移改变视野的方向及位置；侧视野显示模块：根据转动控制改变视野显示并显示操作按钮，控制交互准星显示，根据位移或转动控制调整不同操作按钮与交互准星的相对位置以选择不同的操作按钮进行操作；上述VR头盔、晶体交互系统及方法使用沉浸式、现实映射、所见即所得的交互方式，使用者非常直观的感知晶体结构变化，像搭积木一样的优化晶体结构，提升了晶体研究的交互体验和研发效率。
Description
技术领域
本发明涉及交互设备，特别涉及一种VR头盔、晶体交互系统及方法。
背景技术
当前晶体的可视化和人机交互的技术主要是通过电脑、平板电脑或手机的显示器展示3维立体图，并支持用鼠标、键盘和触摸屏进行旋转、缩放、移动、改变颜色、关闭和显示某些属性等操作。
在当前技术下，用户只能通过显示器这样的平面方式观看空间的立体晶体结构，前面的原子和分子键会遮挡住后面的原子和分子键，用户只能通过用鼠标旋转视角的方式将后面的原子转到前面来查看。这样用户就需要有比较好的空间想象能力才能搞明白结构的微观结构特点。
在对晶体进行交互操作的时候，只能依靠鼠标点击按钮进行操作，这种交互方式不能让用户像操作真实世界物体的方式操作晶体结构，导致交互的直观性不够，学习难度比较大。
对于一些复杂的操作，比如从两个方向同时对晶体结构施加作用力，看看晶体能量的变化情况时，当前技术的交互会很复杂且难用。因为用户需要通过输入作用力的角度值和力度值，然后用点击作用按钮进行操作，或是通过编写一大段代码来实现这样的交互，非常的不直观，而且效率很低。
发明内容
基于此，有必要提供一种可提高交互性的手持式晶体交互设备。
同时，提供一种可提高交互性的晶体交互系统。
另提供一种可提高交互性的晶体交互方法。
一种VR头盔，包括：头盔本体、设置在所述头盔本体中的控制器、设置在所述头盔本体上并与所述控制器通信连接且受控检测位移或方向或转动角度的位置传感器、设置在所述头盔本体上并与所述控制器通信连接且受控显示的视窗，所述视窗包括：受控模拟显示左眼场景的左眼视窗与受控模拟显示右眼场景的右眼视窗，所述控制器包括：主控单元、与所述主控单元连接的存储器、提供供电的电源模块、及与所述主控单元连接并受控与外部通信的通信模块，
所述主控单元包括：
正前视野显示模块：接收晶体显示指令，则控制在正前视野显示晶体结构并控制在视野中显示交互准星；
视野改变模块：若位移传感器检测到位移或转动，根据位移或转动控制改变视野的方向及位置；
侧视野显示模块：若检测到向侧部转动，根据转动控制改变视野显示侧视野并显示操作按钮，控制交互准星显示，检测位移或转动调整，根据位移或转动控制调整不同操作按钮与交互准星的相对位置以选择不同的操作按钮进行操作。
在优选的实施例中，所述操作按钮包括：选择按钮、晶体调整按钮、信息显示/关闭按钮、氢键显示/关闭按钮、保存按钮；
所述主控单元还包括：
选择模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整选择按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到开关指令，控制选择按钮处于激活状态，根据位移传感器的位移或方向或转动检测头盔本体的移动或转动的相对位置，通过头盔本体的相对位移或转动控制移动或旋转晶体到相应位置并显示，若检测到交互准星相对位移到晶体的原子或晶胞顶点位置，则控制相应的原子或晶胞顶点处于选择状态，若接收到锁定指令，控制选择的元素进行映射锁定，若选择的元素进行映射锁定后，若检测到交互准星再次移动到选择按钮相应位置，接收到开关指令，则控制选择按钮处于非激活状态；
晶体调整模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整晶体调整按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定相应位置，接收到开关指令，晶体调整按钮处于激活状态，若检测到旋转或缩放或移动指令则控制旋转或缩放或移动晶体结构，若检测到保持指令，则控制对晶体进行映射锁定；
信息显示/关闭模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整信息显示/关闭按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定相应位置，接收到开关指令，若信息显示/关闭按钮为显示状态则控制在晶体中的原子相应位置显示原子名称、编号和元素符号中的一种或多种信息，若信息显示/关闭按钮为关闭状态则控制显示信息消失；
氢键显示/关闭模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整氢键显示/关闭按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定相应位置，若接收到开关指令，若氢键显示/关闭按钮为显示状态则控制在晶体中两个可以形成氢键的原子之间进行连接显示，若氢键显示/关闭按钮为关闭状态则控制显示信息消失；
保存模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整保存按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定相应位置，若接收到开关指令，则控制将当前晶体结构进行保存。
在优选的实施例中，所述操作按钮包括：晶体密度按钮、晶体能量按钮、晶体异常按钮、晶体加压按钮、晶体微扰按钮；
所述主控单元还包括：
晶体密度模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整晶体密度按钮与交互准星相对位移，若调整到设定的相应位置，若接收到开关指令，控制晶体密度按钮在显示状态和关闭状态之间进行切换，若检测到晶体密度按钮为显示状态则受控将计算的当前晶体结构的密度显示，若检测到当前晶体结构改变则受控将重新计算当前晶体的密度更新显示；
晶体能量模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整晶体能量按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到开关指令，控制晶体能量按钮在显示状态和关闭状态之间进行切换，若晶体能量按钮处于显示状态则受控将计算出的当前晶体结构的能量显示，若检测当前晶体结构改变则受控将重新计算的当前晶体的能量更新显示；
晶体异常模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整晶体能量按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到开关指令，控制晶体异常按钮在显示状态和关闭状态之间进行切换，若晶体异常按钮处于显示状态则受控将晶体异常判断结果显示或标识；
晶体加压模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整晶体加压按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到开关指令，控制晶体加压按钮在加压模式和关常规模式之间进行切换，若晶体加压按钮处于加压模式，若接收到调节指令，根据调节指令对晶体进行压力调节，若晶体压力改变，受控将计算的当前压力下的晶体结构进行更新显示；
晶体微扰模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整晶体微扰按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到开关指令，控制晶体微扰按钮晶体微扰模式和常规模式之间切换，若晶体微扰按钮处于晶体微扰模式，则受控将在设定范围内随机变动的晶体可变自由度的变化结果进行显示，若接收到暂停随机微扰指令则显示此时的晶体结构。
一种晶体交互系统，包括：
构建晶体模型模块：读取晶体参数，获取晶体内各分子中的原子坐标的位置和空间群信息，构建虚拟的晶体3D模型；
交互模块：控制VR头盔的视窗显示当前面对方向的视野区域，根据VR头盔的位移传感器检测方向改变数据控制实时改变当前视野区域的渲染，控制初始条件下显示正前视野为晶体的3D空间结构，根据VR头盔转动或移动的位置，控制改变VR头盔视野的方向和沉浸式空间所处位置，控制侧视野显示操作按钮，控制在VR头盔视野中显示交互准星；
系统选择模块：根据VR头盔的位移传感器检测到的位移或转动调整选择按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到交互球的开关指令，控制VR头盔的侧视野的选择按钮处于激活状态，根据VR头盔的位移传感器的位移或方向或转动检测头盔本体的移动或转动的相对位移，通过头盔本体的相对位移或转动控制移动或旋转晶体到相应位置并显示，若检测到VR头盔的视野上的交互准星相对位移到其所显示的晶体的原子或晶胞顶点位置，则控制VR头盔的视野中显示的晶体的相应的原子或晶胞顶点处于选择状态，若接收到交互球的锁定指令，控制选择的元素与交互球进行映射锁定，选择的元素与交互球进行映射锁定后，若检测到所述交互准星再次移动到选择按钮相应位置，接收到交互球的开关指令，则控制VR头盔的侧视野中的选择按钮处于非激活状态。
在优选的实施例中，还包括：
系统晶体调整模块：根据VR头盔上的位移传感器检测到的位移或转动调整晶体调整按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定相应位置，接收到交互球的开关指令，VR头盔的侧视野中显示的晶体调整按钮处于激活状态，若检测到交互球的旋转或缩放或移动指令则控制旋转或缩放或移动VR头盔的视野中显示的晶体，若检测到交互球的保持指令，则控制VR头盔的视野中显示的晶体与交互球进行映射锁定；
系统信息显示/关闭模块：根据VR头盔上的位移传感器检测到的位移或转动控制调整VR头盔的侧视野中的信息显示/关闭按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定的相应位置，接收到交互球的开关指令，若VR头盔的侧视野中的信息显示/关闭按钮为显示状态则控制在晶体中的原子相应位置显示原子名称、编号和元素符号中的一种或多种信息，若信息显示/关闭按钮为关闭状态则控制显示信息消失；
系统氢键显示/关闭模块：根据VR头盔上的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔的侧视野中的氢键显示/关闭按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定相应位置，若接收到交互球的开关指令，若氢键显示/关闭按钮为显示状态则控制在晶体中两个可以形成氢键的原子之间进行连接显示，若氢键显示/关闭按钮为关闭状态则控制显示信息消失；
系统保存模块：根据VR头盔上的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔的侧视野中的保存按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定相应位置，若接收到交互球的开关指令，则控制将当前晶体结构进行保存。
在优选的实施例中，所述系统晶体调整模块中，检测到交互球的保持指令，若检测到第一交互球与第二交互球的相对位置改变则控制VR头盔显示视野中的晶体进行缩放，若检测到第一交互球与第二交互球之间的距离变大，则控制VR头盔的显示视野中的晶体等比例放大；若检测到第一交互球与第二交互球之间的距离变小，则控制VR头盔的显示视野中的晶体等比例缩小；检测到交互球旋转或移动，则控制根据交互球旋转或移动控制旋转或移动VR头盔显示视野中的晶体在沉浸式空间中的姿态和位置。
在优选的实施例中，还包括：
系统晶体密度模块：根据VR头盔上的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔侧视野中显示的晶体密度按钮与交互准星相对位移，若调整到设定的相应位置，接收到交互球的开关指令，控制晶体密度按钮在显示状态和关闭状态之间进行切换，若检测到晶体密度按钮为显示状态则控制计算当前晶体的密度并将计算的密度进行显示，若检测到当前晶体结构改变则控制重新计算并将计算的密度更新显示；
系统晶体能量模块：根据VR头盔的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔的侧视野中的晶体能量按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到交互球的开关指令，控制晶体能量按钮在显示状态和关闭状态之间进行切换，若晶体能量按钮处于显示状态则控制计算当前晶体的能量并控制在VR头盔的视野中将计算出的当前晶体结构的能量显示，若检测当前晶体结构改变则受控将重新计算的当前晶体的能量在VR头盔视野中进行更新显示。
在优选的实施例中，还包括：
系统晶体异常模块：根据VR头盔的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔的视野中显示的晶体能量按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到交互球的开关指令，控制晶体异常按钮在显示状态和关闭状态之间进行切换，若晶体异常按钮处于显示状态则控制将晶体异常判断结果在VR头盔视野中进行显示或标识；
系统晶体加压模块：根据VR头盔的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔的视野中显示的晶体加压按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到交互球的开关指令，控制晶体加压按钮在加压模式和关常规模式之间进行切换，若晶体加压按钮处于加压模式，若接收到调节指令，根据调节指令对晶体进行压力调节，若晶体压力改变，控制计算当前压力下的晶体结构并将计算的当前压力下的晶体结构在VR头盔视野中进行更新显示；
系统晶体微扰模块：根据VR头盔的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔的视野中显示的晶体微扰按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到交互球的开关指令，控制晶体微扰按钮于晶体微扰模式和常规模式之间切换，若晶体微扰按钮处于晶体微扰模式，则控制在设定范围内随机变动晶体的可变自由度参数并控制将变化结果在VR头盔视野中进行更新显示。
在优选的实施例中，所述晶体异常模块还包括：根据是否符合化学规则，是否在设定密度区间范围内进行异常判断，若晶体结构的密度超过设定区间则整个晶体结构突出显示或在VR头盔的视野中进行提示说明，若晶体中有原子之间的距离或角度不符合化学规则，则对应的原子之间的键进行突出显示或在VR头盔的视野中进行提示说明的一种或多种；
所述系统晶体加压模块还包括：当进入加压模式，根据检测到的第一交互球与第二交互球之间的距离对晶体进行压力调节，检测到第一交互球与第二交互球之间的距离变大时，晶体受到的压力线性变小；当检测到第一交互球与第二交互球之间的距离变小时，晶体受到的压力线性变大；控制计算当前压力下的晶体结构，并控制VR头盔更新晶体结构进行显示；
所述系统晶体微扰模块还包括：当进入晶体微扰模式，控制将变化结果显示在视野中，当视野移动到晶体结构方向时，控制显示处于变化中的晶体结构，当接收到第一交互球与第二交互球的暂停指令则则显示此时的晶体结构。
一种晶体交互方法，包括：
构建晶体模型：读取晶体参数，获取晶体内各分子中的原子坐标的位置和空间群信息，构建虚拟的晶体3D模型；
交互：控制VR头盔的视窗显示当前面对方向的视野区域，根据VR头盔的位移传感器检测方向改变数据控制实时改变当前视野区域的渲染，控制初始条件下显示正前视野为晶体的3D空间结构，根据VR头盔转动或移动的位置，控制改变VR头盔视野的方向和沉浸式空间所处位置，控制侧视野显示操作按钮，控制在VR头盔视野中显示交互准星；
系统选择：根据VR头盔的位移传感器检测到的位移或转动调整选择按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到交互球的开关指令，控制VR头盔的侧视野的选择按钮处于激活状态，根据VR头盔的位移传感器的位移或方向或转动检测头盔本体的移动或转动的相对位移，通过头盔本体的相对位移或转动控制移动或旋转晶体到相应位置并显示，若检测到VR头盔的视野上的交互准星相对位移到其所显示的晶体的原子或晶胞顶点位置，则控制VR头盔的视野中显示的晶体的相应的原子或晶胞顶点处于选择状态，若接收到交互球的锁定指令，控制选择的元素与交互球进行映射锁定，选择的元素与交互球进行映射锁定后，若检测到所述交互准星再次移动到选择按钮相应位置，接收到交互球的开关指令，则控制VR头盔的侧视野中的选择按钮处于非激活状态；
系统晶体调整：根据VR头盔上的位移传感器检测到的位移或转动调整晶体调整按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定相应位置，接收到交互球的开关指令，VR头盔的侧视野中显示的晶体调整按钮处于激活状态，若检测到交互球的旋转或缩放或移动指令则控制旋转或缩放或移动VR头盔的视野中显示的晶体，若检测到交互球的保持指令，则控制VR头盔的视野中显示的晶体与交互球进行映射锁定。
上述VR头盔、晶体交互系统及方法结合了手持式的交互设备和虚拟现实技术，将之前通过鼠标和电脑屏幕与微观3D晶体结构交互的传统方式提升为沉浸式的、现实映射的、所见即所得的交互方式。这样使得使用者可以非常直观的感知晶体结构的变化，像搭积木一样的优化晶体结构，大幅的提升了晶体研究的交互体验和研发效率。根据手持式晶体交互设备的交互球位置与VR头盔视野中的虚拟晶体进行映射，映射到虚拟晶体的相应位置，如相应的原子位置或晶胞的顶点位置，从而对应进行位置操作；通过VR头盔显示视野中的操作按钮进行选择操作，以实现不同的功能操作。
附图说明
图1为本发明一实施例的VR头盔的佩带在头上的部分结构示意图；
图2为VR头盔的正左视野、正前视野、正右视野显示示意图；
图3为本发明一实施例的手持式晶体交互设备固定在手中进行操作的部分结构示意图；
图4为发明一实施例的手持式晶体交互设备固定在手中的另一视角的部分结构示意图；
图5为本发明一优选实施例的交互球的部分结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一实施例的VR头盔100，包括：头盔本体30、设置在头盔本体30中的控制器50、设置在头盔本体30上并与控制器50通信连接且受控检测位移或方向或转动角度的位置传感器70、设置在头盔本体30上并与控制器50通信连接且受控显示的视窗90。
视窗90包括：受控模拟显示左眼场景的左眼视窗92、与受控模拟显示右眼场景的右眼视窗94。
控制器50包括：主控单元、与主控单元连接的存储器、提供供电的电源模块、及与主控单元连接并受控与外部通信的通信模块。本实施例中，优选的，通信模块为蓝牙模块。
控制器50通过蓝牙模块与交互软件系统通信，交互软件系统会实时发送左眼和右眼需要显示的晶体结构场景给控制器，控制器控制左右眼视窗实时显示相应的场景。当使用者改变头部位置时，位置传感器会将改变位置的位移、方向、转动角度并通过USB协议实时发动给控制器。控制器会按三个位置传感器的位置计算其质心的位移、方向和转动角度，并通过蓝牙发送给交互软件系统。
位置传感器内置一个微电子机械系统（MEMS）的六轴惯性传感器，位置传感器主要由三个轴加速度传感器及三个轴的陀螺仪组成。MEMS惯性传感器可以精确的对物理运动包括线性位移和角度旋转做出反应，并将这种反应转换成电信号，通过电子电路进行放大和处理。当使用者移动头部的时候，传感器会向控制器实时反馈移动的方向、位移和转动角度。本发明的位置传感器设置有3个，通过3个位置传感器来校准空间位置的姿态。
左右眼视窗分别由一块向内的显示屏构成。视窗中间被头盔隔开，保证每个眼睛只能看到对应视窗显示的内容。
VR （Virtual Reality）技术即虚拟现实技术其原理简单来说就是让左眼和右眼显示从各自位置出发的视野角度，模拟真实人眼看世界的情况，欺骗大脑产生沉浸感。可以将整个场景想象成一个虚拟的三维空间（比如一个屋子），空间中使用者初始面对的方向是正前方（比如一进门的正前方）。空间的正中央悬浮着一个立体的晶体结构。空间的左手方向和右手方向都悬浮着可交互的操作按钮99。
VR技术显示原理：人看周围的世界时，由于两只眼睛的位置不同，得到的图像略有不同，这些图像在脑子里融合起来，就形成了一个关于周围世界的整体景象，这个景象中包括了距离远近的信息。当然，距离信息也可以通过其他方法获得，例如眼睛焦距的远近、物体大小的比较等。在VR系统中，双目立体视觉起了很大作用。用户的两只眼睛看到的不同图像是分别产生的，显示在不同的显示器上。有的系统采用单个显示器，但用户带上特殊的眼镜后，一只眼睛只能看到奇数帧图像，另一只眼睛只能看到偶数帧图像，奇、偶帧之间的不同也就是视差就产生了立体感。
用户(头、眼)的跟踪：在人造环境中，每个物体相对于系统的坐标系都有一个位置与姿态，而用户也是如此。用户看到的景象是由用户的位置和头(眼)的方向来确定的。
跟踪头部运动的虚拟现实头套：在传统的计算机图形技术中，视场的改变是通过鼠标或键盘来实现的，用户的视觉系统和运动感知系统是分离的，而利用头部跟踪来改变图像的视角，用户的视觉系统和运动感知系统之间就可以联系起来，感觉更逼真。另一个优点是，用户不仅可以通过双目立体视觉去认识环境，而且可以通过头部的运动去观察环境。
进一步，本实施例的主控单元包括：正前视野显示模块、视野改变模块、侧视野显示模块。
正前视野显示模块：接收晶体显示指令，则控制在正前视野显示晶体结构97并控制在视野中显示交互准星95；
视野改变模块：若位移传感器检测到位移或转动，根据位移或转动控制改变视野的方向及位置；
侧视野显示模块：若检测到向侧部转动，根据转动控制改变视野显示侧视野并显示操作按钮，控制交互准星显示，检测位移或转动调整，根据位移或转动控制调整不同操作按钮99与交互准星95的相对位置以选择不同的操作按钮99进行操作。
本实施例的侧视野包括：左视野、右视野。
使用本实施例的VR头盔，使用者实际看到的是一个连续的虚拟空间。可以理解为使用者进入了一个房间，当转动头部和前后移动可以看到连续的内容，但只能看到视野区域中的内容（人眼的视野应该有105度左右，面朝一个方向就看不到背后的内容）。正左视野、正前视野、正右视野分别为使用者在面朝左、正前、右的视野示意图。
各视野在左、右视窗的显示分别为模拟人左、右眼由于位置差异引起的视野差异。由于人眼的视觉特点，这样的显示会让使用者有一种沉浸式的体验，感觉看到自己处在一个立体的空间中。
本实施例的交互准星始终保持在视野的正中心，无论头朝向哪里，走到哪里，都能看到交互准星在的正前面中心。
当用户头部转向左边是，看到的是虚拟空间左面视野里的按钮，这时可以操作任一一个交互球完成操作，头部转向右边也是一样。
系统的主控控制是在交互软件中，交互软件可以安装在电脑或手机上。交互软件通过头盔传来的位置和姿态信息，判断当前使用者的朝向，然后按VR的原理计算左眼和右眼视野中的图像内容。然后分别显示在左右视窗的显示器上。比如，使用者如果从正前方向左转45度，那么他就可以看到左前方视野，这是在视野的右端（之前的正前视野）是一部分晶体结构，在视野的左端是左侧的按钮。如果使用者继续向左转，他会看到按钮持续移向视野的中间，直到他完全转向左面（90度），则会看到按钮在视野的正中。
本实施例的VR头盔上有三个位置传感器，这三个位置传感器在空间形成一个三角形，系统计算这个三角形的质心的位移、以及通过三角形质心且垂直与三角形所在平面的轴的方向和转动角度。
VR技术显示的是一个虚拟的3D空间，左右眼视窗模拟显示的是从真实人的左右眼看到的视野内容，这两个内容会因为人眼的间距而有一些差异。所以，系统会按晶体的三维结构构建起在虚拟立体3D空间中的场景，然后根据左、右眼的位置，确定场景的视角和视野，完成显示图像渲染，并显示在左、右眼视窗上。
VR沉浸式全空间的左视野和右视野都有操作按钮，初始条件下正前视野是晶体的3D空间结构。
在使用的时候，使用者通过转动头部和移动头部的位置，改变视野的方向和自己在沉浸式空间所处的位置。
视野正中心有一个交互准星，准星始终保持在视野的正中心，当准星落在可操作的元素（包括操作按钮，晶体内的原子和晶胞的顶点）上时，对应元素会高亮显示。这时使用者可以通过点击交互球上的按钮对该元素进行操作。
本实施例的操作按钮99包括：选择按钮、晶体调整按钮、信息显示/关闭按钮、氢键显示/关闭按钮、保存按钮。优选的，本实施例的选择按钮、晶体调整按钮、信息显示/关闭按钮、氢键显示/关闭按钮、保存按钮设置在左视野中。
进一步，本实施例的主控单元还包括：选择模块、晶体调整模块、信息显示/关闭模块、氢键显示/关闭模块、保存模块。
选择模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整选择按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到开关指令，控制选择按钮处于激活状态，根据位移传感器的位移或方向或转动检测头盔本体的移动或转动的相对位置，通过头盔本体的相对位移或转动控制移动或旋转晶体到相应位置并显示，若检测到交互准星相对位移到晶体的原子或晶胞顶点位置，则控制相应的原子或晶胞顶点处于选择状态，若接收到锁定指令，控制选择的元素进行映射锁定，若选择的元素进行映射锁定后，若检测到交互准星再次移动到选择按钮相应位置，接收到开关指令，则控制选择按钮处于非激活状态。
具体的，使用者将交互准星移动到选择按钮上，点击交互球上的开关，选择按钮将处于激活状态，这时可以开始选择晶体内的原子或晶胞的顶点。使用者可以将交互准星对准需要选择的原子或晶胞的顶点，如果需要选择的元素被遮挡，则可以通过移动头部的位置或旋转晶体结构将遮挡移除。对准元素后，将交互球开关锁定，完成选择元素与交互球的映射锁定。将准星再次移动到选择按钮上，点击交互球上的开关，选择按钮将处于非激活状态，这时将无法选择晶体内的原子或晶胞的顶点。
晶体调整模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整晶体调整按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定相应位置，接收到开关指令，晶体调整按钮处于激活状态，若检测到旋转或缩放或移动指令则控制旋转或缩放或移动晶体结构，若检测到保持指令，则控制对晶体进行映射锁定。
具体的，使用者将交互准星移动到晶体调整按钮上，点击交互球上的开关，晶体调整按钮将处于激活状态，这时可以旋转、缩放和移动晶体结构。这时调整晶体结构不会改变晶体内分子、分子之间、以及分子跟晶胞的相对位置。在这个状态下，使用者可以通过将任一交互球的开关设置为保持状态，将整个晶体结构与交互球映射锁定，这时可以通过旋转或移动交互球，来旋转和移动晶体结构在沉浸式空间中的姿态和位置。在这个状态下，使用者可以通过将两个交互球的开关设置为保持状态，然后通过改变两个交互球之间的相对位置，缩放晶体结构。两个交互球之间距离变大时，晶体结构会等比例放大，两个交互球之间距离变小时，晶体结构会等比例缩小。
信息显示/关闭模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整信息显示/关闭按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定相应位置，接收到开关指令，若信息显示/关闭按钮为显示状态则控制在晶体中的原子相应位置显示原子名称、编号和元素符号中的一种或多种信息，若信息显示/关闭按钮为关闭状态则控制显示信息消失。
具体的，使用者将交互准星移动到信息显示/关闭按钮上，点击交互球上的开关，信息显示/关闭按钮将在显示和关闭状态之间切换，初始状态时信息关闭状态。当按钮状态为信息显示状态时，晶体中每个原子上会出现原子的名称、编号和元素符号。状态为关闭时这些信息消失。
氢键显示/关闭模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整氢键显示/关闭按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定相应位置，若接收到开关指令，若氢键显示/关闭按钮为显示状态则控制在晶体中两个可以形成氢键的原子之间进行连接显示，若氢键显示/关闭按钮为关闭状态则控制显示信息消失。
具体的，使用者将交互准星移动到氢键显示/关闭按钮上，点击交互球上的开关，氢键显示/关闭按钮将在显示和关闭状态之间切换，初始状态时氢键为关闭状态。当按钮状态为氢键显示状态时，晶体中两个可以形成氢键的原子之间会显示虚线的连接。状态为关闭时这些信息消失。
保存模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整保存按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定相应位置，若接收到开关指令，则控制将当前晶体结构进行保存。
具体的，使用者将交互准星移动到保存按钮上，点击交互球上的开关，系统将会把当前的晶体结构保存为CIF文件。
操作按钮还包括：晶体密度按钮、晶体能量按钮、晶体异常按钮、晶体加压按钮、晶体微扰按钮。
本实施例的主控单元还包括：晶体密度模块。
晶体密度模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整晶体密度按钮与交互准星相对位移，若调整到设定的相应位置，若接收到开关指令，控制晶体密度按钮在显示状态和关闭状态之间进行切换，若检测到晶体密度按钮为显示状态则受控将计算的当前晶体结构的密度显示，若检测到当前晶体结构改变则受控将重新计算当前晶体的密度更新显示。
具体的，使用者将交互准星移动到晶体密度按钮上，点击交互球上的开关，按钮将在实时计算密度并显示状态和关闭状态间切换，初始状态为关闭状态。当按钮状态为实时计算密度并显示时，系统会计算出当前晶体结构的密度，并显示在晶体结构所在视野的上方。当使用者改变晶体结构时（包括调整晶胞的大小、改变晶体中分子内或分子之间的距离、朝向、键角），系统会重新计算晶体结构的密度，并更新显示。
本实施例的主控单元还包括：晶体能量模块。
晶体能量模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整晶体能量按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到开关指令，控制晶体能量按钮在显示状态和关闭状态之间进行切换，若晶体能量按钮处于显示状态则受控将计算出的当前晶体结构的能量显示，若检测当前晶体结构改变则受控将重新计算的当前晶体的能量更新显示。
具体的，使用者将交互准星移动到晶体能量按钮上，点击交互球上的开关，晶体能量按钮将在实时计算能量并显示状态和关闭状态间切换，初始状态为关闭状态。当按钮状态为实时计算能量并显示时，系统会计算出当前晶体结构的能量，并显示在晶体结构所在视野的上方。当使用者改变晶体结构时（包括调整晶胞的大小、改变晶体中分子内或分子之间的距离、朝向、键角），系统会重新计算晶体结构的能量，并更新显示。系统支持用力场方法、半经验方法、高精度量化方法计算晶体的能量。常用的力场计算工具有Amber、charmm等，半经验等计算工具有DFTB、Dmacrys，高精度量化方法的计算工具有VASP，Crystal09等。
本实施例的主控单元还包括：晶体异常模块。
晶体异常模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整晶体能量按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到开关指令，控制晶体异常按钮在显示状态和关闭状态之间进行切换，若晶体异常按钮处于显示状态则受控将晶体异常判断结果显示或标识。
具体的，使用者将交互准星移动到晶体异常按钮上，点击交互球上的开关，按钮将在实时判断晶体结构异常并显示状态和关闭状态间切换，初始状态为关闭状态。当按钮状态为实时判断晶体结构异常并显示时，系统会按化学规则合理性判断当前的晶体结构，具体规则如下：
合理判断的化学规则是1. 同一分子内的两个原子之间的距离和键角等于该分子初始输入的距离和键角。2. 不同分子的两个原子之间的距离不小于范德华半径。
晶体的密度区间设置方法如下：1. 对每个非对称单元的分子，随机选一个原子为原点，根据分子中各原子间的键长和键角计算每个原子相对与原点的坐标。其中可转动柔性角根据输入参数中的值确定。2. 用每个原子的质量和每个原子的位置计算该分子在空间中的密度d。3. 以 [a*d, b*d] 设置晶体的密度区间，其中a，b可根据用户的需要和经验预先设置。
设置的原则和原理是在化学上原子之间的距离和密度符合这样的规律。
判断合理性的过程是这样的：1. 首先计算同一分子内原子之间的距离、键角的标准值，分子间两原子之间的最小值，和密度区间。2. 对每一个生成的虚拟晶体结构，计算同一分子内原子之间的距离、键角，分子间两原子之间的距离和密度。3. 跟步骤1中的值逐一比较，如果符合则判断晶体是合理的，如果有一条数据不符合，则判断晶体是不合理的。
如果晶体结构的密度超出了设定区间，整个晶体结构显示会高亮变红，并在视野中有文字提示使用者晶体密度超出区间。如果晶体结构中如果有原子之间的距离或角度不符合规则，对应的原子和之间的键连会高亮变红，并在视野中有文字提示使用者结构出现异常。
本实施例的主控单元还包括：晶体加压模块。
晶体加压模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整晶体加压按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到开关指令，控制晶体加压按钮在加压模式和关常规模式之间进行切换，若晶体加压按钮处于加压模式，若接收到调节指令，根据调节指令对晶体进行压力调节，若晶体压力改变，受控将计算的当前压力下的晶体结构进行更新显示。
具体的，使用者将交互准星移动到晶体加压按钮上，点击交互球上的开关，晶体加压按钮将在晶体加压模式和常规模式之间切换，初始为常规模式。当按钮为晶体加压模式时，使用者直接可以通过改变交互球之间的距离来对晶体进行压力调节。当交互球之间距离变大时，晶体受到的压力线性变小，当交互球之间的距离变小时，晶体受到的压力线性变大。当晶体压力改变时，系统会用力场按标准的计算化学方法计算当前压力下的晶体结构，并实时更新晶体结构的显示。
本实施例的主控单元还包括：晶体微扰模块。
晶体微扰模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整晶体微扰按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到开关指令，控制晶体微扰按钮晶体微扰模式和常规模式之间切换，若晶体微扰按钮处于晶体微扰模式，则受控将在设定范围内随机变动的晶体可变自由度的变化结果进行显示，若接收到暂停随机微扰指令则显示此时的晶体结构。
具体的，使用者将交互准星移动到晶体微扰按钮上，点击交互球上的开关，按钮将在晶体微扰模式和常规模式之间切换，初始为常规模式。当按钮为晶体微扰模式时，晶体的可变自由度（晶胞的边长、角度、晶体内每个分子的质心位置、分子朝向、分子内的柔性角）会在当前值的一定范围内随机变动，系统设置的默认范围是当前值的正负3%，使用者可以根据需要设置这个范围。系统会实时将变化的结果显示在视野中，当使用者将视野移动到晶体结构方向时，会看到一个实时处于微小变化的晶体结构。使用者可以通过同时按下两个交互球的按钮暂停随机微扰，这样可以观察这一时刻的晶体结构。
如图3至图5所示，本发明一实施例的手持式晶体交互设备：控制器20、与控制器20连接的交互球40。
进一步，本实施例的交互球40包括：分隔设置的气压腔42与放置腔44。
本实施例的气压腔42为受力发生形变而改变腔内压力的弹性腔。优选的，本实施例的气压腔由弹性橡胶材料制成。
进一步，本实施例的气压腔42中设置有检测该气压腔42的气压变化以识别是否握住交互球或握球力度、并与数据处理单元通信连接的气压传感器46。
本实施例的放置腔44为刚性腔。本实施例的放置腔44中设置有微电子机械系统、及与微电子机械系统通信并将接收处理后的数据传输给控制器的数据处理单元。
进一步，本实施例的交互球40的球体上还设置有：与控制器20通信连接、并通过映射锁定以锁定虚拟晶体中的位置的锁定控制开关48。锁定控制开关48默认为长关状态、接收到按压超过设定时间为长开状态以控制对晶体中的位置进行锁定，若再按下超过设定时间则回到长关状态，若接收到按压未达到设定锁定时间则控制进行快速点击指令操作。
微电子机械系统包括：检测交互球线性位移和旋转角度的六轴惯性传感器。微电子机械系统（MEMS）的六轴惯性传感器主要由三个轴加速度传感器及三个轴的陀螺仪组成。可以精确的对物理运动包括线性位移和角度旋转做出反应，并将这种反应转换成电信号，通过电子电路进行放大和处理。当使用者移动交互球的时候，传感器会向控制器实时反馈移动的方向、位移和转动角度。
进一步，本实施例的交互球40与控制器20通过固定带60连接并在固定带中内置通信线进行通信。
本实施例的控制器20中设置有与交互球40通信连接的第一通信模块。优选的，本实施例的第一通信模块采用USB模块。
进一步，本实施例的控制器20还包括：主控单元、与主控单元连接的存储器、进行供电的电源模块、及与主控单元连接并受控以与外部设备通信连接以将数据上传的第二通信模块。优选的，第二通信模块采用蓝牙模块以与外界或外部设备进行无线通信。电源模块可以采用电池进行实现。
控制器20实时将交互球40的数据信号通过蓝牙模块给交互软件系统。同时，存储器会储存交互球40数据，供研发调试用。
本发明一实施例的手持式晶体交互设备100包括：第一晶体交互设备、第二交互设备。可以分别通过左右手进行控制。
每个手持式晶体交互设备分别由一个控制器20和一个交互球40构成。控制器20和交互球40之间有固定带60相连接。在固定带60中有基于USB协议的通信线路连接交互球40和控制器20的系统。右手设备与左手设备在外观上是一致的。第一晶体交互设备、第二交互设备只为区别说明，不做限制之用。第一晶体交互设备既可以通过左手进行操作，也可以通过右手进行操作。第二晶体交互设备既可以通过左手进行操作，也可以通过右手进行操作。
本实施例的交互球40由弹性橡胶材料制成，将球内腔体分为两部分，一个是气压腔42，一个是放置腔44。气压腔42是一个空腔，里面填充空气，当使用者用不同力度握住交互球的时候，会改变气压腔42内的压力。气压腔42内壁上有一个气压传感器46，当气压腔42内压力改变时，气压传感器46会实时获取气压改变的数据，从而识别使用者是否握住了交互球40，以及感知使用者握球的实际力度。
放置腔44是一个刚性的腔体，该腔体在使用者握球时不会发生形变。放置腔44内置微电子机械系统和数据处理单元如数据处理芯片。气压传感器46也通过线路与数据处理单元相连。数据处理单元通过USB协议将各传感器的数据发送给控制器20。
交互球40内置微电子机械系统（MEMS）的六轴惯性传感器，六轴惯性传感器主要由三个轴加速度传感器及三个轴的陀螺仪组成。MEMS惯性传感器可以精确的对物理运动包括线性位移和角度旋转做出反应，并将这种反应转换成电信号，通过电子电路进行放大和处理。当使用者移动交互球40的时候，六轴惯性传感器会向控制器20实时反馈移动的方向、位移和转动角度。
交互球40上的锁定控制开关48，开关支持3种状态：长关、长开、保持。锁定控制开关48默认是长关状态，使用者通过按下锁定控制开关48超过设定时间如超过0.7秒并松开，使锁定控制开关48处于长开状态，如果再次按下超过设定时间如超过0.7秒并松开，锁定控制开关48回到长关状态。在任何状态下，使用者可以通过持续按住锁定控制开关48，让其处于保持状态。这时如果松开锁定控制开关48，锁定控制开关48将回到之前的状态。锁定控制开关48还支持快速点击操作，快速按下锁定控制开关48并松开，按压锁定控制开关48持续时间未达到设定时间如持续时间小于0.7秒，锁定控制开关48的状态不会改变，同时会向控制器20发送一个快速点击操作的信号如开关信号。
每个交互球40可以映射锁定到晶体中的每个原子（同一时刻只能映射锁定到其中的一个）。也可以映射锁定到晶胞的顶点。当使用者双手都佩戴交互球的时候，就可以通过映射锁定到其中两个原子或顶点，然后通过旋转和改变交互球的位置来实时与虚拟晶体交互。
使用者握住交互球40时，球内的气压会改变，越用力，球内的气压越大。交互球40依靠内部的气压传感器46感知气压变化的程度。
气压传感器46利用MEMS技术在单晶硅片上加工出真空腔体和惠斯登电桥，惠斯登电桥桥臂两端的输出电压与施加的压力成正比，经过温度补偿和校准后具有体积小，精度高，响应速度快，不受温度变化影响的特点。输出方式可为模拟电压输出和数字信号输出两种。
在使用前，将交互球40静置，校准非握球时的标准气压。当使用者用不同力度握球时，气压传感器46会将实时的气压转换成电信号，系统通过判断当前气压与标准气压的变化值，来得到握球的相对力度变化。
检测是否握住交互球40，以及握球力度是为了防止在非使用的情况下的误操作。如当交互球40开启的时候放在桌子上，球的滚动可能会导致误操作。加入了握球和握球力度检测后，就可以设定一个力度阀值，检测的力度（气压）低于这个阀值时，交互球40的移动或旋转不会起作用。这样就避免了误操作的问题。因为不同使用者的握力不同，使用者可以在系统中调节这个阀值，以适应不同的使用情况。
本发明一实施例的晶体交互系统，包括：构建晶体模型模块、交互模块、系统选择模块。
本实施例的构建晶体模型模块：读取晶体参数，获取晶体内各分子中的原子坐标的位置和空间群信息，构建虚拟的晶体3D模型。
具体的，从CIF文件读入晶体数据，构建晶体结构。交互软件系统支持输入CIF格式的晶体文件。系统通过读取CIF格式中的晶胞参数，晶体内各分子中原子坐标的位置和空间群信息，构建虚拟的晶体3D模型。
本实施例的控制VR头盔的视窗显示当前面对方向的视野区域，根据VR头盔的位移传感器检测方向改变数据控制实时改变当前视野区域的渲染，控制初始条件下显示正前视野为晶体的3D空间结构，根据VR头盔转动或移动的位置，控制改变VR头盔视野的方向和沉浸式空间所处位置，控制侧视野显示操作按钮，控制在VR头盔视野中显示交互准星。
交互界面是一个连续的VR沉浸式的全空间。使用者在每一时刻能看见的是当前面对方向的视野区域。使用者转动头部，改变面对方向的时候，交互系统会根据头盔惯性传感器传回的方向改变数据实时改变当前视野区域的渲染。交互界面正左、正前、正右空间的视野区域如图2的（a）、(b)、（c）所示。
VR沉浸式全空间的左视野和右视野都有操作按钮，初始条件下正前视野是晶体的3D空间结构。
在使用的时候，使用者通过转动头部和移动头部的位置，改变视野的方向和自己在沉浸式空间所处的位置。
视野正中心有一个交互准星，准星始终保持在视野的正中心，当准星落在可操作的元素（包括操作按钮，晶体内的原子和晶胞的顶点）上时，对应元素会高亮显示。这时使用者可以通过点击交互球上的按钮对该元素进行操作。
本实施例的系统选择模块：根据VR头盔的位移传感器检测到的位移或转动调整选择按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到交互球的开关指令，控制VR头盔的侧视野的选择按钮处于激活状态，根据VR头盔的位移传感器的位移或方向或转动检测头盔本体的移动或转动的相对位移，通过头盔本体的相对位移或转动控制移动或旋转晶体到相应位置并显示，若检测到VR头盔的视野上的交互准星相对位移到其所显示的晶体的原子或晶胞顶点位置，则控制VR头盔的视野中显示的晶体的相应的原子或晶胞顶点处于选择状态，若接收到交互球的锁定指令，控制选择的元素与交互球进行映射锁定，选择的元素与交互球进行映射锁定后，若检测到所述交互准星再次移动到选择按钮相应位置，接收到交互球的开关指令，则控制VR头盔的侧视野中的选择按钮处于非激活状态。
具体的，使用者将交互准星移动到选择按钮上，点击交互球上的开关，选择按钮将处于激活状态，这时可以开始选择晶体内的原子或晶胞的顶点。使用者可以将交互准星对准需要选择的原子或晶胞的顶点，如果需要选择的元素被遮挡，则可以通过移动头部的位置或旋转晶体结构将遮挡移除。对准元素后，将交互球开关锁定，完成选择元素与交互球的映射锁定。将准星再次移动到选择按钮上，点击交互球上的开关，选择按钮将处于非激活状态，这时将无法选择晶体内的原子或晶胞的顶点。
本实施例的晶体交互系统，还包括：系统晶体调整模块。
本实施例的系统晶体调整模块：根据VR头盔上的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔的侧视野如左视野或正左视野显示的晶体调整按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定相应位置，接收到交互球的开关指令，VR头盔的侧视野中显示的晶体调整按钮处于激活状态，若检测到交互球的旋转或缩放或移动指令则控制旋转或缩放或移动VR头盔的视野中显示的晶体，若检测到交互球的保持指令，则控制VR头盔的视野中显示的晶体与交互球进行映射锁定。
具体的，使用者将交互准星移动到晶体调整按钮上，点击交互球上的开关，晶体调整按钮将处于激活状态，这时可以旋转、缩放和移动晶体结构。这时调整晶体结构不会改变晶体内分子、分子之间、以及分子跟晶胞的相对位置。在这个状态下，使用者可以通过将任一交互球的开关设置为保持状态，将整个晶体结构与交互球映射锁定，这时可以通过旋转或移动交互球，来旋转和移动晶体结构在沉浸式空间中的姿态和位置。在这个状态下，使用者可以通过将两个交互球的开关设置为保持状态，然后通过改变两个交互球之间的相对位置，缩放晶体结构。两个交互球之间距离变大时，晶体结构会等比例放大，两个交互球之间距离变小时，晶体结构会等比例缩小。
本实施例的晶体交互系统，还包括：系统信息显示/关闭模块。
本实施例的系统信息显示/关闭模块：根据VR头盔上的位移传感器检测到的位移或转动控制调整VR头盔的侧视野如左视野或正左视野中的信息显示/关闭按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定的相应位置，接收到交互球的开关指令，若VR头盔的侧视野中的信息显示/关闭按钮为显示状态则控制在晶体中的原子相应位置显示原子名称、编号和元素符号中的一种或多种信息，若信息显示/关闭按钮为关闭状态则控制显示信息消失。
具体的，使用者将交互准星移动到信息显示/关闭按钮上，点击交互球上的开关，信息显示/关闭按钮将在显示和关闭状态之间切换，初始状态时信息关闭状态。当按钮状态为信息显示状态时，晶体中每个原子上会出现原子的名称、编号和元素符号。状态为关闭时这些信息消失。
本实施例的晶体交互系统，还包括：系统氢键显示/关闭模块。
本实施例的系统氢键显示/关闭模块：根据VR头盔上的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔的侧视野中的氢键显示/关闭按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定相应位置，若接收到交互球的开关指令，若氢键显示/关闭按钮为显示状态则控制在晶体中两个可以形成氢键的原子之间进行连接显示，若氢键显示/关闭按钮为关闭状态则控制显示信息消失。
具体的，使用者将交互准星移动到氢键显示/关闭按钮上，点击交互球上的开关，氢键显示/关闭按钮将在显示和关闭状态之间切换，初始状态时氢键为关闭状态。当按钮状态为氢键显示状态时，晶体中两个可以形成氢键的原子之间会显示虚线的连接。状态为关闭时这些信息消失。
本实施例的晶体交互系统，还包括：系统保存模块。
本实施例的系统保存模块：根据VR头盔上的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔的侧视野中的保存按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定相应位置，若接收到交互球的开关指令，则控制将当前晶体结构进行保存。
具体的，使用者将交互准星移动到保存按钮上，点击交互球上的开关，系统将会把当前的晶体结构保存为CIF文件。
进一步，本实施例的系统晶体调整模块中，检测到交互球的保持指令，若检测到第一交互球与第二交互球的相对位置改变则控制VR头盔显示视野中的晶体进行缩放，若检测到第一交互球与第二交互球之间的距离变大，则控制VR头盔的显示视野中的晶体等比例放大；若检测到第一交互球与第二交互球之间的距离变小，则控制VR头盔的显示视野中的晶体等比例缩小；检测到交互球旋转或移动，则控制根据交互球旋转或移动控制旋转或移动VR头盔显示视野中的晶体在沉浸式空间中的姿态和位置。
本实施例的晶体交互系统，还包括：系统晶体密度模块。
本实施例的系统晶体密度模块：根据VR头盔上的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔侧视野中显示的晶体密度按钮与交互准星相对位移，若调整到设定的相应位置，接收到交互球的开关指令，控制晶体密度按钮在显示状态和关闭状态之间进行切换，若检测到晶体密度按钮为显示状态则控制计算当前晶体的密度并将计算的密度进行显示，若检测到当前晶体结构改变则控制重新计算并将计算的密度更新显示。
具体的，使用者将交互准星移动到晶体密度按钮上，点击交互球上的开关，按钮将在实时计算密度并显示状态和关闭状态间切换，初始状态为关闭状态。当按钮状态为实时计算密度并显示时，系统会计算出当前晶体结构的密度，并显示在晶体结构所在视野的上方。当使用者改变晶体结构时（包括调整晶胞的大小、改变晶体中分子内或分子之间的距离、朝向、键角），系统会重新计算晶体结构的密度，并更新显示。
本实施例的晶体交互系统，还包括：系统晶体能量模块。
本实施例的系统晶体能量模块：根据VR头盔的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔的侧视野中的晶体能量按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到交互球的开关指令，控制晶体能量按钮在显示状态和关闭状态之间进行切换，若晶体能量按钮处于显示状态则控制计算当前晶体的能量并控制在VR头盔的视野中将计算出的当前晶体结构的能量显示，若检测当前晶体结构改变则受控将重新计算的当前晶体的能量在VR头盔视野中进行更新显示。
具体的，使用者将交互准星移动到晶体能量按钮上，点击交互球上的开关，晶体能量按钮将在实时计算能量并显示状态和关闭状态间切换，初始状态为关闭状态。当按钮状态为实时计算能量并显示时，系统会计算出当前晶体结构的能量，并显示在晶体结构所在视野的上方。当使用者改变晶体结构时（包括调整晶胞的大小、改变晶体中分子内或分子之间的距离、朝向、键角），系统会重新计算晶体结构的能量，并更新显示。系统支持用力场方法、半经验方法、高精度量化方法计算晶体的能量。常用的力场计算工具有Amber、charmm等，半经验等计算工具有DFTB、Dmacrys，高精度量化方法的计算工具有VASP，Crystal09等。
本实施例的晶体交互系统，还包括：系统晶体异常模块。
本实施例的系统晶体异常模块：根据VR头盔的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔的视野中显示的晶体能量按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到交互球的开关指令，控制晶体异常按钮在显示状态和关闭状态之间进行切换，若晶体异常按钮处于显示状态则控制将晶体异常判断结果在VR头盔视野中进行显示或标识；
进一步，本实施例的晶体异常模块还包括：根据是否符合化学规则，是否在设定密度区间范围内进行异常判断，若晶体结构的密度超过设定区间则整个晶体结构突出显示或在VR头盔的视野中进行提示说明，若晶体中有原子之间的距离或角度不符合化学规则，则对应的原子之间的键进行突出显示或在VR头盔的视野中进行提示说明的一种或多种。
具体的，使用者将交互准星移动到晶体异常按钮上，点击交互球上的开关，按钮将在实时判断晶体结构异常并显示状态和关闭状态间切换，初始状态为关闭状态。当按钮状态为实时判断晶体结构异常并显示时，系统会按化学规则合理性判断当前的晶体结构，具体规则如下：
合理判断的化学规则是1. 同一分子内的两个原子之间的距离和键角等于该分子初始输入的距离和键角。2. 不同分子的两个原子之间的距离不小于范德华半径。
晶体的密度区间设置方法如下：1. 对每个非对称单元的分子，随机选一个原子为原点，根据分子中各原子间的键长和键角计算每个原子相对与原点的坐标。其中可转动柔性角根据输入参数中的值确定。2. 用每个原子的质量和每个原子的位置计算该分子在空间中的密度d。3. 以 [a*d, b*d] 设置晶体的密度区间，其中a，b可根据用户的需要和经验预先设置。
设置的原则和原理是在化学上原子之间的距离和密度符合这样的规律。
判断合理性的过程是这样的：1. 首先计算同一分子内原子之间的距离、键角的标准值，分子间两原子之间的最小值，和密度区间。2. 对每一个生成的虚拟晶体结构，计算同一分子内原子之间的距离、键角，分子间两原子之间的距离和密度。3. 跟步骤1中的值逐一比较，如果符合则判断晶体是合理的，如果有一条数据不符合，则判断晶体是不合理的。
如果晶体结构的密度超出了设定区间，整个晶体结构显示会高亮变红，并在视野中有文字提示使用者晶体密度超出区间。如果晶体结构中如果有原子之间的距离或角度不符合规则，对应的原子和之间的键连会高亮变红，并在视野中有文字提示使用者结构出现异常。
本实施例的晶体交互系统，还包括：系统晶体加压模块。
本实施例的系统晶体加压模块：根据VR头盔的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔的视野中显示的晶体加压按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到交互球的开关指令，控制晶体加压按钮在加压模式和关常规模式之间进行切换，若晶体加压按钮处于加压模式，若接收到调节指令，根据调节指令对晶体进行压力调节，若晶体压力改变，控制计算当前压力下的晶体结构并将计算的当前压力下的晶体结构在VR头盔视野中进行更新显示。
进一步，系统晶体加压模块还包括：当进入加压模式，根据检测到的第一交互球与第二交互球之间的距离对晶体进行压力调节，检测到第一交互球与第二交互球之间的距离变大时，晶体受到的压力线性变小；当检测到第一交互球与第二交互球之间的距离变小时，晶体受到的压力线性变大；控制计算当前压力下的晶体结构，并控制VR头盔更新晶体结构进行显示。
具体的，使用者将交互准星移动到晶体加压按钮上，点击交互球上的开关，晶体加压按钮将在晶体加压模式和常规模式之间切换，初始为常规模式。当按钮为晶体加压模式时，使用者直接可以通过改变交互球之间的距离来对晶体进行压力调节。当交互球之间距离变大时，晶体受到的压力线性变小，当交互球之间的距离变小时，晶体受到的压力线性变大。当晶体压力改变时，系统会用力场按标准的计算化学方法计算当前压力下的晶体结构，并实时更新晶体结构的显示。
本实施例的晶体交互系统，还包括：系统晶体微扰模块。
本实施例的系统晶体微扰模块：根据VR头盔的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔的视野中显示的晶体微扰按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到交互球的开关指令，控制晶体微扰按钮于晶体微扰模式和常规模式之间切换，若晶体微扰按钮处于晶体微扰模式，则控制在设定范围内随机变动晶体的可变自由度参数并控制将变化结果在VR头盔视野中进行更新显示。
进一步，系统晶体微扰模块还包括：当进入晶体微扰模式，控制将变化结果显示在视野中，当视野移动到晶体结构方向时，控制显示处于变化中的晶体结构，当接收到第一交互球与第二交互球的暂停指令则则显示此时的晶体结构。
具体的，使用者将交互准星移动到晶体微扰按钮上，点击交互球上的开关，按钮将在晶体微扰模式和常规模式之间切换，初始为常规模式。当按钮为晶体微扰模式时，晶体的可变自由度（晶胞的边长、角度、晶体内每个分子的质心位置、分子朝向、分子内的柔性角）会在当前值的一定范围内随机变动，系统设置的默认范围是当前值的正负3%，使用者可以根据需要设置这个范围。系统会实时将变化的结果显示在视野中，当使用者将视野移动到晶体结构方向时，会看到一个实时处于微小变化的晶体结构。使用者可以通过同时按下两个交互球的按钮暂停随机微扰，这样可以观察这一时刻的晶体结构。
本发明一实施例的晶体交互方法，包括：
构建晶体模型：读取晶体参数，获取晶体内各分子中的原子坐标的位置和空间群信息，构建虚拟的晶体3D模型；
交互：控制VR头盔的视窗显示当前面对方向的视野区域，根据VR头盔的位移传感器检测方向改变数据控制实时改变当前视野区域的渲染，控制初始条件下显示正前视野为晶体的3D空间结构，根据VR头盔转动或移动的位置，控制改变VR头盔视野的方向和沉浸式空间所处位置，控制侧视野显示操作按钮，控制在VR头盔视野中显示交互准星；
系统选择：根据VR头盔的位移传感器检测到的位移或转动调整选择按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到交互球的开关指令，控制VR头盔的侧视野的选择按钮处于激活状态，根据VR头盔的位移传感器的位移或方向或转动检测头盔本体的移动或转动的相对位移，通过头盔本体的相对位移或转动控制移动或旋转晶体到相应位置并显示，若检测到VR头盔的视野上的交互准星相对位移到其所显示的晶体的原子或晶胞顶点位置，则控制VR头盔的视野中显示的晶体的相应的原子或晶胞顶点处于选择状态，若接收到交互球的锁定指令，控制选择的元素与交互球进行映射锁定，选择的元素与交互球进行映射锁定后，若检测到所述交互准星再次移动到选择按钮相应位置，接收到交互球的开关指令，则控制VR头盔的侧视野中的选择按钮处于非激活状态；
系统晶体调整：根据VR头盔上的位移传感器检测到的位移或转动调整晶体调整按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定相应位置，接收到交互球的开关指令，VR头盔的侧视野中显示的晶体调整按钮处于激活状态，若检测到交互球的旋转或缩放或移动指令则控制旋转或缩放或移动VR头盔的视野中显示的晶体，若检测到交互球的保持指令，则控制VR头盔的视野中显示的晶体与交互球进行映射锁定。
本实施例的系统选择步骤，具体的，使用者将交互准星移动到选择按钮上，点击交互球上的开关，选择按钮将处于激活状态，这时可以开始选择晶体内的原子或晶胞的顶点。使用者可以将交互准星对准需要选择的原子或晶胞的顶点，如果需要选择的元素被遮挡，则可以通过移动头部的位置或旋转晶体结构将遮挡移除。对准元素后，将交互球开关锁定，完成选择元素与交互球的映射锁定。将准星再次移动到选择按钮上，点击交互球上的开关，选择按钮将处于非激活状态，这时将无法选择晶体内的原子或晶胞的顶点。
本实施例的系统晶体调整步骤：根据VR头盔上的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔的侧视野如左视野或正左视野显示的晶体调整按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定相应位置，接收到交互球的开关指令，VR头盔的侧视野中显示的晶体调整按钮处于激活状态，若检测到交互球的旋转或缩放或移动指令则控制旋转或缩放或移动VR头盔的视野中显示的晶体，若检测到交互球的保持指令，则控制VR头盔的视野中显示的晶体与交互球进行映射锁定。
进一步，本实施例的系统晶体调整步骤中，检测到交互球的保持指令，若检测到第一交互球与第二交互球的相对位置改变则控制VR头盔显示视野中的晶体进行缩放，若检测到第一交互球与第二交互球之间的距离变大，则控制VR头盔的显示视野中的晶体等比例放大；若检测到第一交互球与第二交互球之间的距离变小，则控制VR头盔的显示视野中的晶体等比例缩小；检测到交互球旋转或移动，则控制根据交互球旋转或移动控制旋转或移动VR头盔显示视野中的晶体在沉浸式空间中的姿态和位置。
具体的，使用者将交互准星移动到晶体调整按钮上，点击交互球上的开关，晶体调整按钮将处于激活状态，这时可以旋转、缩放和移动晶体结构。这时调整晶体结构不会改变晶体内分子、分子之间、以及分子跟晶胞的相对位置。在这个状态下，使用者可以通过将任一交互球的开关设置为保持状态，将整个晶体结构与交互球映射锁定，这时可以通过旋转或移动交互球，来旋转和移动晶体结构在沉浸式空间中的姿态和位置。在这个状态下，使用者可以通过将两个交互球的开关设置为保持状态，然后通过改变两个交互球之间的相对位置，缩放晶体结构。两个交互球之间距离变大时，晶体结构会等比例放大，两个交互球之间距离变小时，晶体结构会等比例缩小。
本实施例的晶体交互方法，还包括：系统信息显示/关闭。
本实施例的系统信息显示/关闭步骤：根据VR头盔上的位移传感器检测到的位移或转动控制调整VR头盔的侧视野如左视野或正左视野中的信息显示/关闭按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定的相应位置，接收到交互球的开关指令，若VR头盔的侧视野中的信息显示/关闭按钮为显示状态则控制在晶体中的原子相应位置显示原子名称、编号和元素符号中的一种或多种信息，若信息显示/关闭按钮为关闭状态则控制显示信息消失。
具体的，使用者将交互准星移动到信息显示/关闭按钮上，点击交互球上的开关，信息显示/关闭按钮将在显示和关闭状态之间切换，初始状态时信息关闭状态。当按钮状态为信息显示状态时，晶体中每个原子上会出现原子的名称、编号和元素符号。状态为关闭时这些信息消失。
本实施例的晶体交互方法，还包括：系统氢键显示/关闭。
本实施例的系统氢键显示/关闭步骤：根据VR头盔上的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔的侧视野中的氢键显示/关闭按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定相应位置，若接收到交互球的开关指令，若氢键显示/关闭按钮为显示状态则控制在晶体中两个可以形成氢键的原子之间进行连接显示，若氢键显示/关闭按钮为关闭状态则控制显示信息消失。
具体的，使用者将交互准星移动到氢键显示/关闭按钮上，点击交互球上的开关，氢键显示/关闭按钮将在显示和关闭状态之间切换，初始状态时氢键为关闭状态。当按钮状态为氢键显示状态时，晶体中两个可以形成氢键的原子之间会显示虚线的连接。状态为关闭时这些信息消失。
本实施例的晶体交互方法，还包括：系统保存。
本实施例的系统保存步骤：根据VR头盔上的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔的侧视野中的保存按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定相应位置，若接收到交互球的开关指令，则控制将当前晶体结构进行保存。
具体的，使用者将交互准星移动到保存按钮上，点击交互球上的开关，系统将会把当前的晶体结构保存为CIF文件。
本实施例的晶体交互方法，还包括：系统晶体密度计算。
本实施例的系统晶体密度计算步骤：根据VR头盔上的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔侧视野中显示的晶体密度按钮与交互准星相对位移，若调整到设定的相应位置，接收到交互球的开关指令，控制晶体密度按钮在显示状态和关闭状态之间进行切换，若检测到晶体密度按钮为显示状态则控制计算当前晶体的密度并将计算的密度进行显示，若检测到当前晶体结构改变则控制重新计算并将计算的密度更新显示。
具体的，使用者将交互准星移动到晶体密度按钮上，点击交互球上的开关，按钮将在实时计算密度并显示状态和关闭状态间切换，初始状态为关闭状态。当按钮状态为实时计算密度并显示时，系统会计算出当前晶体结构的密度，并显示在晶体结构所在视野的上方。当使用者改变晶体结构时（包括调整晶胞的大小、改变晶体中分子内或分子之间的距离、朝向、键角），系统会重新计算晶体结构的密度，并更新显示。
本实施例的晶体交互方法，还包括：系统晶体能量计算。
本实施例的系统晶体能量计算步骤：根据VR头盔的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔的侧视野中的晶体能量按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到交互球的开关指令，控制晶体能量按钮在显示状态和关闭状态之间进行切换，若晶体能量按钮处于显示状态则控制计算当前晶体的能量并控制在VR头盔的视野中将计算出的当前晶体结构的能量显示，若检测当前晶体结构改变则受控将重新计算的当前晶体的能量在VR头盔视野中进行更新显示。
具体的，使用者将交互准星移动到晶体能量按钮上，点击交互球上的开关，晶体能量按钮将在实时计算能量并显示状态和关闭状态间切换，初始状态为关闭状态。当按钮状态为实时计算能量并显示时，系统会计算出当前晶体结构的能量，并显示在晶体结构所在视野的上方。当使用者改变晶体结构时（包括调整晶胞的大小、改变晶体中分子内或分子之间的距离、朝向、键角），系统会重新计算晶体结构的能量，并更新显示。系统支持用力场方法、半经验方法、高精度量化方法计算晶体的能量。常用的力场计算工具有Amber、charmm等，半经验等计算工具有DFTB、Dmacrys，高精度量化方法的计算工具有VASP，Crystal09等。
本实施例的晶体交互方法，还包括：系统晶体异常指示。
本实施例的系统晶体异常指示步骤：根据VR头盔的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔的视野中显示的晶体能量按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到交互球的开关指令，控制晶体异常按钮在显示状态和关闭状态之间进行切换，若晶体异常按钮处于显示状态则控制将晶体异常判断结果在VR头盔视野中进行显示或标识；
进一步，本实施例的晶体异常指示步骤还包括：根据是否符合化学规则，是否在设定密度区间范围内进行异常判断，若晶体结构的密度超过设定区间则整个晶体结构突出显示或在VR头盔的视野中进行提示说明，若晶体中有原子之间的距离或角度不符合化学规则，则对应的原子之间的键进行突出显示或在VR头盔的视野中进行提示说明的一种或多种。
具体的，使用者将交互准星移动到晶体异常按钮上，点击交互球上的开关，按钮将在实时判断晶体结构异常并显示状态和关闭状态间切换，初始状态为关闭状态。当按钮状态为实时判断晶体结构异常并显示时，系统会按化学规则合理性判断当前的晶体结构，具体规则如下：
合理判断的化学规则是1. 同一分子内的两个原子之间的距离和键角等于该分子初始输入的距离和键角。2. 不同分子的两个原子之间的距离不小于范德华半径。
晶体的密度区间设置方法如下：1. 对每个非对称单元的分子，随机选一个原子为原点，根据分子中各原子间的键长和键角计算每个原子相对与原点的坐标。其中可转动柔性角根据输入参数中的值确定。2. 用每个原子的质量和每个原子的位置计算该分子在空间中的密度d。3. 以 [a*d, b*d] 设置晶体的密度区间，其中a，b可根据用户的需要和经验预先设置。
设置的原则和原理是在化学上原子之间的距离和密度符合这样的规律。
判断合理性的过程是这样的：1. 首先计算同一分子内原子之间的距离、键角的标准值，分子间两原子之间的最小值，和密度区间。2. 对每一个生成的虚拟晶体结构，计算同一分子内原子之间的距离、键角，分子间两原子之间的距离和密度。3. 跟步骤1中的值逐一比较，如果符合则判断晶体是合理的，如果有一条数据不符合，则判断晶体是不合理的。
如果晶体结构的密度超出了设定区间，整个晶体结构显示会高亮变红，并在视野中有文字提示使用者晶体密度超出区间。如果晶体结构中如果有原子之间的距离或角度不符合规则，对应的原子和之间的键连会高亮变红，并在视野中有文字提示使用者结构出现异常。
本实施例的晶体交互方法，还包括：系统晶体加压。
本实施例的系统晶体加压步骤：根据VR头盔的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔的视野中显示的晶体加压按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到交互球的开关指令，控制晶体加压按钮在加压模式和关常规模式之间进行切换，若晶体加压按钮处于加压模式，若接收到调节指令，根据调节指令对晶体进行压力调节，若晶体压力改变，控制计算当前压力下的晶体结构并将计算的当前压力下的晶体结构在VR头盔视野中进行更新显示。
进一步，系统晶体加压步骤还包括：当进入加压模式，根据检测到的第一交互球与第二交互球之间的距离对晶体进行压力调节，检测到第一交互球与第二交互球之间的距离变大时，晶体受到的压力线性变小；当检测到第一交互球与第二交互球之间的距离变小时，晶体受到的压力线性变大；控制计算当前压力下的晶体结构，并控制VR头盔更新晶体结构进行显示。
具体的，使用者将交互准星移动到晶体加压按钮上，点击交互球上的开关，晶体加压按钮将在晶体加压模式和常规模式之间切换，初始为常规模式。当按钮为晶体加压模式时，使用者直接可以通过改变交互球之间的距离来对晶体进行压力调节。当交互球之间距离变大时，晶体受到的压力线性变小，当交互球之间的距离变小时，晶体受到的压力线性变大。当晶体压力改变时，系统会用力场按标准的计算化学方法计算当前压力下的晶体结构，并实时更新晶体结构的显示。
本实施例的晶体交互方法，还包括：系统晶体微扰。
本实施例的系统晶体微扰步骤：根据VR头盔的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔的视野中显示的晶体微扰按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到交互球的开关指令，控制晶体微扰按钮于晶体微扰模式和常规模式之间切换，若晶体微扰按钮处于晶体微扰模式，则控制在设定范围内随机变动晶体的可变自由度参数并控制将变化结果在VR头盔视野中进行更新显示。
进一步，系统晶体微扰步骤还包括：当进入晶体微扰模式，控制将变化结果显示在视野中，当视野移动到晶体结构方向时，控制显示处于变化中的晶体结构，当接收到第一交互球与第二交互球的暂停指令则则显示此时的晶体结构。
具体的，使用者将交互准星移动到晶体微扰按钮上，点击交互球上的开关，按钮将在晶体微扰模式和常规模式之间切换，初始为常规模式。当按钮为晶体微扰模式时，晶体的可变自由度（晶胞的边长、角度、晶体内每个分子的质心位置、分子朝向、分子内的柔性角）会在当前值的一定范围内随机变动，系统设置的默认范围是当前值的正负3%，使用者可以根据需要设置这个范围。系统会实时将变化的结果显示在视野中，当使用者将视野移动到晶体结构方向时，会看到一个实时处于微小变化的晶体结构。使用者可以通过同时按下两个交互球的按钮暂停随机微扰，这样可以观察这一时刻的晶体结构。
本实施例的锁定状态和非锁定状态切换，通过交互球40上的锁定控制开关48来实现。交互上用锁定控制开关48实现状态切换有很多种方法。可以采用一直按下开关，是锁定状态；如果松开开关，是非锁定状态。当然也可采用其他方式进行实现。
本发明结合了手持式的交互设备和虚拟现实技术，将之前通过鼠标和电脑屏幕与微观3D晶体结构交互的传统方式提升为沉浸式的、现实映射的、所见即所得的交互方式。这样使得使用者可以非常直观的感知晶体结构的变化，像搭积木一样的优化晶体结构，大幅的提升了晶体研究的交互体验和研发效率。
以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
Claims (10)
1.一种VR头盔，其特征在于，包括：头盔本体、设置在所述头盔本体中的控制器、设置在所述头盔本体上并与所述控制器通信连接且受控检测位移或方向或转动角度的位置传感器、设置在所述头盔本体上并与所述控制器通信连接且受控显示的视窗，所述视窗包括：受控模拟显示左眼场景的左眼视窗与受控模拟显示右眼场景的右眼视窗，所述控制器包括：主控单元、与所述主控单元连接的存储器、提供供电的电源模块、及与所述主控单元连接并受控与外部通信的通信模块，
所述主控单元包括：
正前视野显示模块：接收晶体显示指令，则控制在正前视野显示晶体结构并控制在视野中显示交互准星；
视野改变模块：若位移传感器检测到位移或转动，根据位移或转动控制改变视野的方向及位置；
侧视野显示模块：若检测到向侧部转动，根据转动控制改变视野显示侧视野并显示操作按钮，控制交互准星显示，检测位移或转动调整，根据位移或转动控制调整不同操作按钮与交互准星的相对位置以选择不同的操作按钮进行操作。
2.根据权利要求1所述的VR头盔，其特征在于，所述操作按钮包括：选择按钮、晶体调整按钮、信息显示/关闭按钮、氢键显示/关闭按钮、保存按钮；
所述主控单元还包括：
选择模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整选择按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到开关指令，控制选择按钮处于激活状态，根据位移传感器的位移或方向或转动检测头盔本体的移动或转动的相对位置，通过头盔本体的相对位移或转动控制移动或旋转晶体到相应位置并显示，若检测到交互准星相对位移到晶体的原子或晶胞顶点位置，则控制相应的原子或晶胞顶点处于选择状态，若接收到锁定指令，控制选择的元素进行映射锁定，若选择的元素进行映射锁定后，若检测到交互准星再次移动到选择按钮相应位置，接收到开关指令，则控制选择按钮处于非激活状态；
晶体调整模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整晶体调整按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定相应位置，接收到开关指令，晶体调整按钮处于激活状态，若检测到旋转或缩放或移动指令则控制旋转或缩放或移动晶体结构，若检测到保持指令，则控制对晶体进行映射锁定；
信息显示/关闭模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整信息显示/关闭按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定相应位置，接收到开关指令，若信息显示/关闭按钮为显示状态则控制在晶体中的原子相应位置显示原子名称、编号和元素符号中的一种或多种信息，若信息显示/关闭按钮为关闭状态则控制显示信息消失；
氢键显示/关闭模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整氢键显示/关闭按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定相应位置，若接收到开关指令，若氢键显示/关闭按钮为显示状态则控制在晶体中两个可以形成氢键的原子之间进行连接显示，若氢键显示/关闭按钮为关闭状态则控制显示信息消失；
保存模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整保存按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定相应位置，若接收到开关指令，则控制将当前晶体结构进行保存。
3.根据权利要求1或2所述的VR头盔，其特征在于，所述操作按钮包括：晶体密度按钮、晶体能量按钮、晶体异常按钮、晶体加压按钮、晶体微扰按钮；
所述主控单元还包括：
晶体密度模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整晶体密度按钮与交互准星相对位移，若调整到设定的相应位置，若接收到开关指令，控制晶体密度按钮在显示状态和关闭状态之间进行切换，若检测到晶体密度按钮为显示状态则受控将计算的当前晶体结构的密度显示，若检测到当前晶体结构改变则受控将重新计算当前晶体的密度更新显示；
晶体能量模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整晶体能量按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到开关指令，控制晶体能量按钮在显示状态和关闭状态之间进行切换，若晶体能量按钮处于显示状态则受控将计算出的当前晶体结构的能量显示，若检测当前晶体结构改变则受控将重新计算的当前晶体的能量更新显示；
晶体异常模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整晶体能量按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到开关指令，控制晶体异常按钮在显示状态和关闭状态之间进行切换，若晶体异常按钮处于显示状态则受控将晶体异常判断结果显示或标识；
晶体加压模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整晶体加压按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到开关指令，控制晶体加压按钮在加压模式和关常规模式之间进行切换，若晶体加压按钮处于加压模式，若接收到调节指令，根据调节指令对晶体进行压力调节，若晶体压力改变，受控将计算的当前压力下的晶体结构进行更新显示；
晶体微扰模块：根据位移传感器检测到的位移或转动调整晶体微扰按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到开关指令，控制晶体微扰按钮晶体微扰模式和常规模式之间切换，若晶体微扰按钮处于晶体微扰模式，则受控将在设定范围内随机变动的晶体可变自由度的变化结果进行显示，若接收到暂停随机微扰指令则显示此时的晶体结构。
4.一种晶体交互系统，其特征在于，包括：
构建晶体模型模块：读取晶体参数，获取晶体内各分子中的原子坐标的位置和空间群信息，构建虚拟的晶体3D模型；
交互模块：控制VR头盔的视窗显示当前面对方向的视野区域，根据VR头盔的位移传感器检测方向改变数据控制实时改变当前视野区域的渲染，控制初始条件下显示正前视野为晶体的3D空间结构，根据VR头盔转动或移动的位置，控制改变VR头盔视野的方向和沉浸式空间所处位置，控制侧视野显示操作按钮，控制在VR头盔视野中显示交互准星；
系统选择模块：根据VR头盔的位移传感器检测到的位移或转动调整选择按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到交互球的开关指令，控制VR头盔的侧视野的选择按钮处于激活状态，根据VR头盔的位移传感器的位移或方向或转动检测头盔本体的移动或转动的相对位移，通过头盔本体的相对位移或转动控制移动或旋转晶体到相应位置并显示，若检测到VR头盔的视野上的交互准星相对位移到其所显示的晶体的原子或晶胞顶点位置，则控制VR头盔的视野中显示的晶体的相应的原子或晶胞顶点处于选择状态，若接收到交互球的锁定指令，控制选择的元素与交互球进行映射锁定，选择的元素与交互球进行映射锁定后，若检测到所述交互准星再次移动到选择按钮相应位置，接收到交互球的开关指令，则控制VR头盔的侧视野中的选择按钮处于非激活状态。
5.根据权利要求4所述的晶体交互系统，其特征在于，还包括：
系统晶体调整模块：根据VR头盔上的位移传感器检测到的位移或转动调整晶体调整按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定相应位置，接收到交互球的开关指令，VR头盔的侧视野中显示的晶体调整按钮处于激活状态，若检测到交互球的旋转或缩放或移动指令则控制旋转或缩放或移动VR头盔的视野中显示的晶体，若检测到交互球的保持指令，则控制VR头盔的视野中显示的晶体与交互球进行映射锁定；
系统信息显示/关闭模块：根据VR头盔上的位移传感器检测到的位移或转动控制调整VR头盔的侧视野中的信息显示/关闭按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定的相应位置，接收到交互球的开关指令，若VR头盔的侧视野中的信息显示/关闭按钮为显示状态则控制在晶体中的原子相应位置显示原子名称、编号和元素符号中的一种或多种信息，若信息显示/关闭按钮为关闭状态则控制显示信息消失；
系统氢键显示/关闭模块：根据VR头盔上的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔的侧视野中的氢键显示/关闭按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定相应位置，若接收到交互球的开关指令，若氢键显示/关闭按钮为显示状态则控制在晶体中两个可以形成氢键的原子之间进行连接显示，若氢键显示/关闭按钮为关闭状态则控制显示信息消失；
系统保存模块：根据VR头盔上的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔的侧视野中的保存按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定相应位置，若接收到交互球的开关指令，则控制将当前晶体结构进行保存。
6.根据权利要求5所述的晶体交互系统，其特征在于，所述系统晶体调整模块中，检测到交互球的保持指令，若检测到第一交互球与第二交互球的相对位置改变则控制VR头盔显示视野中的晶体进行缩放，若检测到第一交互球与第二交互球之间的距离变大，则控制VR头盔的显示视野中的晶体等比例放大；若检测到第一交互球与第二交互球之间的距离变小，则控制VR头盔的显示视野中的晶体等比例缩小；检测到交互球旋转或移动，则控制根据交互球旋转或移动控制旋转或移动VR头盔显示视野中的晶体在沉浸式空间中的姿态和位置。
7.根据权利要求4所述的晶体交互系统，其特征在于，还包括：
系统晶体密度模块：根据VR头盔上的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔侧视野中显示的晶体密度按钮与交互准星相对位移，若调整到设定的相应位置，接收到交互球的开关指令，控制晶体密度按钮在显示状态和关闭状态之间进行切换，若检测到晶体密度按钮为显示状态则控制计算当前晶体的密度并将计算的密度进行显示，若检测到当前晶体结构改变则控制重新计算并将计算的密度更新显示；
系统晶体能量模块：根据VR头盔的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔的侧视野中的晶体能量按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到交互球的开关指令，控制晶体能量按钮在显示状态和关闭状态之间进行切换，若晶体能量按钮处于显示状态则控制计算当前晶体的能量并控制在VR头盔的视野中将计算出的当前晶体结构的能量显示，若检测当前晶体结构改变则受控将重新计算的当前晶体的能量在VR头盔视野中进行更新显示。
8.根据权利要求4至7任意一项所述的晶体交互系统，其特征在于，还包括：
系统晶体异常模块：根据VR头盔的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔的视野中显示的晶体能量按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到交互球的开关指令，控制晶体异常按钮在显示状态和关闭状态之间进行切换，若晶体异常按钮处于显示状态则控制将晶体异常判断结果在VR头盔视野中进行显示或标识；
系统晶体加压模块：根据VR头盔的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔的视野中显示的晶体加压按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到交互球的开关指令，控制晶体加压按钮在加压模式和关常规模式之间进行切换，若晶体加压按钮处于加压模式，若接收到调节指令，根据调节指令对晶体进行压力调节，若晶体压力改变，控制计算当前压力下的晶体结构并将计算的当前压力下的晶体结构在VR头盔视野中进行更新显示；
系统晶体微扰模块：根据VR头盔的位移传感器检测到的位移或转动调整VR头盔的视野中显示的晶体微扰按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到交互球的开关指令，控制晶体微扰按钮于晶体微扰模式和常规模式之间切换，若晶体微扰按钮处于晶体微扰模式，则控制在设定范围内随机变动晶体的可变自由度参数并控制将变化结果在VR头盔视野中进行更新显示。
9.根据权利要求8所述的晶体交互系统，其特征在于，所述晶体异常模块还包括：根据是否符合化学规则，是否在设定密度区间范围内进行异常判断，若晶体结构的密度超过设定区间则整个晶体结构突出显示或在VR头盔的视野中进行提示说明，若晶体中有原子之间的距离或角度不符合化学规则，则对应的原子之间的键进行突出显示或在VR头盔的视野中进行提示说明的一种或多种；
所述系统晶体加压模块还包括：当进入加压模式，根据检测到的第一交互球与第二交互球之间的距离对晶体进行压力调节，检测到第一交互球与第二交互球之间的距离变大时，晶体受到的压力线性变小；当检测到第一交互球与第二交互球之间的距离变小时，晶体受到的压力线性变大；控制计算当前压力下的晶体结构，并控制VR头盔更新晶体结构进行显示；
所述系统晶体微扰模块还包括：当进入晶体微扰模式，控制将变化结果显示在视野中，当视野移动到晶体结构方向时，控制显示处于变化中的晶体结构，当接收到第一交互球与第二交互球的暂停指令则则显示此时的晶体结构。
10.一种晶体交互方法，其特征在于，包括：
构建晶体模型：读取晶体参数，获取晶体内各分子中的原子坐标的位置和空间群信息，构建虚拟的晶体3D模型；
交互：控制VR头盔的视窗显示当前面对方向的视野区域，根据VR头盔的位移传感器检测方向改变数据控制实时改变当前视野区域的渲染，控制初始条件下显示正前视野为晶体的3D空间结构，根据VR头盔转动或移动的位置，控制改变VR头盔视野的方向和沉浸式空间所处位置，控制侧视野显示操作按钮，控制在VR头盔视野中显示交互准星；
系统选择：根据VR头盔的位移传感器检测到的位移或转动调整选择按钮与交互准星相对位置，若调整到设定的相应位置，若接收到交互球的开关指令，控制VR头盔的侧视野的选择按钮处于激活状态，根据VR头盔的位移传感器的位移或方向或转动检测头盔本体的移动或转动的相对位移，通过头盔本体的相对位移或转动控制移动或旋转晶体到相应位置并显示，若检测到VR头盔的视野上的交互准星相对位移到其所显示的晶体的原子或晶胞顶点位置，则控制VR头盔的视野中显示的晶体的相应的原子或晶胞顶点处于选择状态，若接收到交互球的锁定指令，控制选择的元素与交互球进行映射锁定，选择的元素与交互球进行映射锁定后，若检测到所述交互准星再次移动到选择按钮相应位置，接收到交互球的开关指令，则控制VR头盔的侧视野中的选择按钮处于非激活状态；
系统晶体调整：根据VR头盔上的位移传感器检测到的位移或转动调整晶体调整按钮与交互准星的相对位置，若调整到设定相应位置，接收到交互球的开关指令，VR头盔的侧视野中显示的晶体调整按钮处于激活状态，若检测到交互球的旋转或缩放或移动指令则控制旋转或缩放或移动VR头盔的视野中显示的晶体，若检测到交互球的保持指令，则控制VR头盔的视野中显示的晶体与交互球进行映射锁定。
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