GPU 가속 분자 역학 시뮬레이션과 3D/VR 시각화, 나노 구조의 분석 및 조작을 특징으로 하는 새로운 계산 시스템이 구현되어 재료 연구를 발전시키고 인간의 눈에는 보이지 않는 차원의 재료 구조에 대해 배우기 위한 혁신적인 조사 및 대체 방법을 촉진하는 새로운 접근 방식을 나타냅니다.
이 콘텐츠를 보려면 JoVE 구독이 필요합니다. 로그인하거나 오늘 무료 평가판을 시작하세요.
이 논문에서
요약
초록
지난 수십 년 동안 컴퓨팅 (하드웨어 및 소프트웨어)의 증가 개발은 많은 다른 사람의 사이에서 재료 과학, 생물학, 화학, 물리학 등 많은 분야에서 과학적 연구를 영향을하고있다. 정확하고 빠른 시뮬레이션과 나노 구조의 3D / VR 시각화를위한 새로운 전산 시스템은 분자 역학 (MD) 컴퓨터 프로그램 LAMMPS 오픈 소스를 사용하여, 여기에 표시됩니다. 이 대안 계산 방법은 기존의 컴퓨팅 방법에 공통 처리 속도 장벽을 극복하기 위해 현대적인 그래픽 프로세서, NVIDIA CUDA 기술과 전문 과학 코드를 사용합니다. 재료를 모델링하는 데 사용되는 가상 현실 시스템과 연계이 향상된 가속 MD 시뮬레이션 기능의 추가를 허용한다. 동기 동시에 시각화, 시뮬레이션, 모델링 및 분석을 허용하는 신규 연구 환경을 제공하는 것이다. 연구 목표는 무기 N의 구조와 특성을 조사하는 것입니다anostructures (예를 들면, 석영 유리 나노 스프링)이 혁신적인 전산 시스템을 이용하여 다양한 조건 하에서. 제시된 작업은 물리적 환경으로 3D / VR 시각화 시스템 및 기본 구성 요소, 중요한 고려 사항의 개요에 대한 설명을 간략하게 설명, 새로운 시스템의 설치 및 사용에 대한 자세한 가속 MD 향상을위한 일반적인 절차, 기술 정보 및 관련 발언. 이 작품의 영향은 UC 머 시드에서 연구 및 교육 장비 둘 다 가상 환경에서 나노 물질 시뮬레이션, 시각화 및 상호 작용을 결합한 독특한 전산 시스템의 창조이다.
서론
재료 과학은 과학 및 공학의 여러 분야에 자신의 응용 프로그램에 대한 문제에 구조 속성 관계를 검사 학제 적 분야입니다. 구조 속성 관계가 실험뿐만 아니라 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 조사에 따라, 계산 도구는 연구 노력을 향상시킬 수있는 보완적인 기능을 제공합니다. 나노 과학자들이 관심을 자신의 잠재적 인 사회적 영향에 대한 구속의 값을 가지고 있지만,이 크기 정권은 특히 실험에서 발견되는 많은 도전을 내포한다.
컴퓨터 시뮬레이션은 과학자와 엔지니어는 시간과 컴퓨팅 자원에 의해 제한 환경의 큰 다양한 전문 테스트를 수행 할 수 있습니다. 분자 역학 (MD) 시뮬레이션은 적절한 시간을 허용하고 길이는 많은 나노 물질에 대한 관심의 현상을 연구하기 위해 확장됩니다. 시뮬레이션은 t의 제약을 제거하여 재료의 연구를 확장그는 그러나 많은 계산 도구는 연구에 대한 접근, 직관적 인 인터페이스를 물리 실험실이 부족하다. 모델의 그래픽 디스플레이, 계산 효율적인 알고리즘 및 그래픽 프로세싱 유닛 (GPU) 기반 컴퓨팅 향상 시뮬레이션은 현재의 노력을 보완. 이러한 새로운 디바이스는 그래픽 집약적 인 수학적 계산 GPU에 의해 수행 될 수 있도록 효율적으로 중앙 처리 장치와 결합한다. 결과는 최대 20 배의 전력 소비의 감소를 동반 10 배 정도의 계산의....
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
프로토콜
1. 모델링 PC에 3D / VR 모델링 소프트웨어 설치
- (우분투 86 / AMD64는 하드웨어에 따라) 모델링 PC에 리눅스 기반의 운영 체제를 설치합니다.
- 베이스 LINUX 운영 체제를 수정한다.
- 라이브러리를 설치하고 필요에 따라 기능을 추가 할 수 있습니다.
- VRUI 및 NCK 3D / 모델링 PC 6 VR 모델링 소프트웨어를 설치합니다.
- 모든 모델링 소프트웨어 컴포넌트들의 최신 버전을 얻기 위해 관련 웹 사이트를 확인 1,6-.
- , 컴파일 구성하고 VRUI을 테스트합니다.
- 설치 및 NCK을 테스트합니다.
2. 추적 시스템 (1)을 설정
- 마운트 IR 추적 카메라 (4)
- 최고의 커버리지 천장 근처의 3D TV의 전면 모서리 바로 위에 견고한 카메라 서스펜션 프레임을 만듭니다. 직접 전면 모서리와 3D TV의 전면 중앙 위에서 회전 마운트에 장착 3 카메라. 확인 각 카메라의 커버리지 각도 단지 gTV의 표면을 razes.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
결과
이 3D는 / VR 시각화 시스템은 재료 과학 연구를 수행하기위한 새로운 기회를 제공한다. 이 몰입 환경이 실시간으로 동작하므로, 3 차원 입력 및 표시의 형태로, 연구자는 완전한 대화 형 기기 관련된 과학이 제시된다. 여기에 제시된 프로토콜을 준수함으로써, 실리카 나선형 나노 리본이 단계별 방식으로 만들어졌습니다. LAMMPS MD로부터 생산이 구조의 스냅 샷이도 7에 도시된다.이 구조는 시뮬레이션 된 인장 시험을 실시하고,이 시뮬레이션 결과는 인장력 하에서 구조의 개편과 실패를 도시 애니메이션도 1에 나타낸다.
실시간 상호 작용과 강력한 MD 시뮬레이션 (15)와 몰입 환경의 시각적 특성을 결합함으로써, 연구진은 직관적 인 제어 및 완전한 기능을 갖춘 분석 혜택을 누릴 수 있습니다.
목MD 기능이있는 전자 향상된 3D / .......
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
토론
3D / VR 시각화 시스템의 성공적인 설치 및 사용에 중요한 요소는 물리적 환경과 설계 고려 사항 및 보충 자료의 특별 고려 사항에 자세히 설명되어 있습니다. 중요 설치 고려 사항 편안 장기간 서 있거나 앉아있는 사용을 위해 3D 디스플레이의 높이를 포함, IR 반사 요소의 큰 3D 작업 영역, 안정적인 추적 카메라와 시간이 지남에 따라 구성을 유지하기 위해 3D 디스플레이 지원 및 제거를 만들기 위해 카메라 장착 높이를 추적 극대화 3D 작업 영역에서. 설치 지침에서 언급 한 바와 같이 사용할 수있는 추적 카메라 설치 높이가 제한되는 경우, 다른 카메라의 방향은 최대의 3D 작업 공간을 만들 필요가있다.
추적 소프트웨어 구성 중, 지팡이 캡처 단계는 최종 추적 정확성을 위해 중요하다. 케어는 반사 지팡이 토르 이동주의해야한다하여 깨끗이 원활 추적 카메라 오버랩 영역에 걸쳐 요구되는 오차 값이 달성 될 때까지 필요.......
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
공개 사항
저자는 그들이 더 경쟁 금융 이익이 없다는 것을 선언합니다.
감사의 글
UC Davis Institute for Data Analysis and Visualization의 Oliver Kreylos 박사가 이 시스템을 만드는 데 영감을 주고 광범위한 지원을 해준 것에 대해 감사의 뜻을 전합니다. 그의 조언과 도움은 우리의 성공에 중요한 역할을 했습니다.
우리는 또한 이 프로젝트에 자금을 제공한 NSF BRIGE 프로그램에 감사드립니다. 이 자료는 Grant No. 1032653에 따라 National Science Foundation의 지원을 받는 작업을 기반으로 합니다.
....액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 삼성 61인치 3D 지원 고화질 DLP TV | 삼성 | http://www.samsung.com/us/video/tvs | 프로토콜 섹션 3(3.2단계) 참조 (대형 3D 지원 TV) |
| Alienware Area51 750i 모델링 컴퓨터 | Alienware | http://www.alienware.com | 프로토콜 섹션 1(1.1단계) 참조 (모델링 컴퓨터) |
| HP EliteBook 8530w 추적 컴퓨터 | HP | http://www.hp.com | 프로토콜 섹션 2 (단계 2.3) 참조 (추적 컴퓨터) |
| V100: R2 IR 추적 사진기 (3) | Naturalpoint | http://www.naturalpoint.com/optitrack/products/v100-r2/ | 의정서 단면도 2 (단계 2.1) 및 참고 [4]를 보십시오 (추적 카메라) |
| OptiTrack 추적 도구 IR 추적 소프트웨어 | Naturalpoint | http://www.naturalpoint.com/optitrack/software/ | 프로토콜 섹션 2(2.3단계) 및 참조 [4] 참조 (추적 소프트웨어) |
| 3D 고글 및 3D TV IR 동기화 이미터 | Ilixco | http://www.i-glassesstore.com/dlp3d-wireless-2set.html | 프로토콜 섹션 3(3.2단계) 및 참조 [5] 참조 (3D 고글) |
| Wiimote 3D 컨트롤러 | Nintendo | http://www.nintendo.com/wii | 프로토콜 섹션 3 (3.2단계) 참조 (위모트) |
| VRUI, NCK 및 관련 3D/VR 모델링 소프트웨어 | 오픈 소스 소프트웨어 | http://idav.ucdavis.edu/~okreylos/ResDev/NanoTech/index.html | 프로토콜 섹션 1(1.3단계) 및 참조 [1,6] 참조 (VRUI, NCK) |
| LAMMPS 분자 역학 소프트웨어 | 오픈 소스 소프트웨어 | http://lammps.sandia.gov/ | 프로토콜 섹션 5(5.2단계) 및 참조 [12] 참조 (램프스) |
| NanospringCarver 프로그램 코드 및 파일 | UC Merced - 오픈 소스 | http://tinyurl.com/qame8dj | 프로토콜 섹션 5(5.4단계) 및 참조 [16-17] 참조 (나노스프링카버) |
| MATLAB GUI 파일 | UC Merced - 오픈 소스 | http://tinyurl.com/qame8dj | 프로토콜 섹션 5 (5.4 단계) 및 참고 문헌 [16-17] 참조 (나노스프링카버) |
| 원자 벌크 글래스 입력 파일 | UC Merced - 오픈 소스 | http://tinyurl.com/qame8dj | 프로토콜 섹션 5 (5.4 단계) 및 참고 문헌 [16-17] 참조 (나노스프링카버) |
참고문헌
- Kreylos website, O. Low-Cost VR 3D/VR tutorial. , University of California Davis. Davis, CA. Available from: http://idav.ucdavis.edu/~okreylos/ResDev/LowCostVR/index.html (2013).
- Doblack, B. N., Flores, C., Matlock, T., Dávila, L. P. The emergence of immersive low-cost 3D virtual reality environments for interactive learni....
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
재인쇄 및 허가
