Ein neues Rechensystem mit GPU-beschleunigter Molekulardynamiksimulation und 3D/VR-Visualisierung, Analyse und Manipulation von Nanostrukturen wurde implementiert und stellt einen neuartigen Ansatz dar, um die Materialforschung voranzutreiben und innovative Untersuchungen und alternative Methoden zu fördern, um mehr über Materialstrukturen mit Dimensionen zu erfahren, die für das menschliche Auge unsichtbar sind.
Ein Abonnement von JoVE ist erforderlich, um diesen Inhalt anzuzeigen. Melden Sie sich an oder beginnen Sie noch heute mit einer kostenlosen Testphase.
Methodenartikel
Neuartige 3D / VR Interaktiv Raum für MD-Simulationen, Visualisierung und Analyse
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Die zunehmende Entwicklung der Informatik (Hardware und Software) in den letzten Jahrzehnten hat sich die wissenschaftliche Forschung in vielen Bereichen, einschließlich der Materialwissenschaft, Biologie, Chemie und Physik und viele andere beeinflusst. Ein neues Computersystem für die präzise und schnelle Simulation und 3D / VR-Visualisierung von Nanostrukturen wird hier vorgestellt, mit dem Open-Source-Moleküldynamik (MD) Computerprogramm LAMMPS. Diese alternative Berechnungsverfahren nutzt moderne Grafik-Prozessoren, NVIDIA CUDA Technologie und wissenschaftliche Spezialcodes zur Verarbeitungsgeschwindigkeit Barrieren gemeinsam traditionelle Rechenverfahren zu überwinden. In Verbindung mit einem System für virtuelle Realität verwendet werden, um Materialien zu modellieren, ermöglicht diese Verbesserung die Zugabe beschleunigt MD Simulationsfähigkeit. Die Motivation ist es, ein neues Forschungsumfeld, das gleichzeitig ermöglicht die Visualisierung, Simulation, Modellierung und Analyse liefern. Das Forschungsziel ist es, die Struktur und die Eigenschaften von anorganischen n untersuchenanostructures (zB Quarzglas nano) unter verschiedenen Bedingungen mit dieser innovativen Computersystems. Die vorliegende Arbeit beschreibt eine Beschreibung des 3D / VR-Visualisierungssystem und Basiskomponenten, eine Übersicht über wichtige Aspekte wie die physische Umgebung, Informationen über die Einrichtung und Verwendung des neuen Systems, ein allgemeines Verfahren für die beschleunigte MD Verbesserung, technische Informationen und relevante Bemerkungen. Die Auswirkungen dieser Arbeit ist die Schaffung eines einzigartigen Rechensystem kombiniert nanoskaligen Materialien Simulation, Visualisierung und Interaktivität in einer virtuellen Umgebung, die sowohl ein Forschungs- und Lehrinstrument an der UC Merced ist.
Einleitung
Materialwissenschaft ist ein interdisziplinäres Feld, das die Struktur-Eigenschaftsbeziehungen für ihre Anwendung in vielen Bereichen der Wissenschaft und Technik untersucht, in der Materie. Als Struktur-Eigenschafts-Beziehungen werden durch Computersimulationen neben Experimenten untersucht, bieten Computerwerkzeuge komplementäre Funktionen, die Forschungsanstrengungen verstärken kann. Während Nanomaterialien sind von Interesse für Wissenschaftler und haben erlösende Wert für ihre potenziellen sozialen Auswirkungen ist dieser Größenbereich birgt viele Herausforderungen vor allem in Experimenten gefunden.
Computersimulationen erlauben Wis....
Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.
Protokoll
1. Installieren Sie 3D / VR-Modeling-Software auf PC-Modellierung
- Installieren Sie Linux-Basisbetriebssystem auf die Modellierung PC (Ubuntu x86 / AMD64 je nach Hardware).
- Ändern LINUX Basis-Betriebssystem.
- Installieren Bibliotheken und Funktionen hinzuzufügen wie nötig.
- Installieren VRUI und NCK 3D / VR-Modellierungs-Software auf PC-Modellierung 6.
- Überprüfen Sie Websites zu 1,6 bis neuesten Versionen aller Modellierungssoftwarekomponenten zu erhalten.
- Kompilieren, Konfigurieren und Testen VRUI.
- Installieren und testen NCK.
....
Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.
Ergebnisse
Dieses 3D / VR-Visualisierungssystem bietet neue Chancen für die Durchführung von Materialwissenschaften Studien. Da dieser immersiven Umgebung arbeitet in Echtzeit, in Form von 3D-Eingabe und Anzeige der Forscher mit einem vollständig interaktiven nanoskaligen Instrument 2 vorgestellt. Über die hier vorgestellten Protokoll wurde eine spiralförmige Nanoband Kieselsäure in dieser Schritt-für-Schritt-Mode erstellt. Eine Momentaufnahme dieser Struktur aus LAMMPS MD hergestellt wird in 7 gezeigt........
Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.
Diskussion
Kritische Elemente bei der erfolgreichen Installation und Verwendung des 3D / VR-Visualisierungssystem sind in der physischen Umgebung und Design-Überlegungen und Besonderheiten in ergänzenden Materialien detailliert. Wichtige Überlegungen zur Installation gehören 3D-Display-Höhe für komfortable Langzeit stehende oder sitzende Nutzung, maximiert Kamera montiert Höhe Tracking, eine große 3D-Arbeitsbereich, stabile Tracking-Kamera und 3D-Display-Unterstützung, um die Konfiguration mit der.......
Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.
Offenlegungen
Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden finanziellen Interessen.
Danksagungen
Wir danken Dr. Oliver Kreylos vom UC Davis Institute for Data Analysis and Visualization für die ursprüngliche Inspiration und umfangreiche Unterstützung bei der Erstellung dieses Systems. Sein Rat und seine Hilfe waren entscheidend für unseren Erfolg.
Wir möchten auch dem NSF BRIGE Programm für die Bereitstellung von Mitteln für dieses Projekt danken. Dieses Material basiert auf Arbeiten, die von der National Science Foundation im Rahmen des Stipendiums Nr. 1032653 unterstützt wurden.
....Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.
Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Samsung 61" 3D-fähiger High-Definition-DLP-Fernseher | Samsung | http://www.samsung.com/us/video/tvs | Siehe Protokoll Abschnitt 3 (Schritt 3.2) (Großformatiger 3D-fähiger Fernseher) |
| Alienware Area51 750i Modellierungscomputer | Alienware | http://www.alienware.com | Siehe Protokoll, Abschnitt 1 (Schritt 1.1) (Modellierungscomputer) |
| HP EliteBook 8530w Tracking-Computer | HP | a href="http://www.hp.com/">http://www.hp.com | Siehe Protokoll, Abschnitt 2 (Schritt 2.3) (Tracking-Computer) |
| V100:R2 IR-Tracking-Kameras (3) | Naturalpoint | http://www.naturalpoint.com/optitrack/products/v100-r2/ | Siehe Protokoll Abschnitt 2 (Schritt 2.1) und Referenz [4] (Tracking-Kameras) |
| OptiTrack Tracking Tools IR-Tracking-Software | Naturalpoint | http://www.naturalpoint.com/optitrack/software/ | Siehe Protokoll Abschnitt 2 (Schritt 2.3) und Referenz [4] (Tracking-Software) |
| 3D-Brille und 3D-TV-IR-Synchronisationssender | Ilixco | http://www.i-glassesstore.com/dlp3d-wireless-2set.html | >Siehe Protokoll Abschnitt 3 (Schritt 3.2) und Referenz [5] (3D-Brille) |
| Wiimote 3D-Controller | Nintendo | http://www.nintendo.com/wii | Siehe Protokoll, Abschnitt 3 (Schritt 3.2) (Wiimote) |
| VRUI, NCK und zugehörige 3D/VR-Modellierungssoftware | Open-Source-Software | http://idav.ucdavis.edu/~okreylos/ResDev/NanoTech/index.html | >Siehe Protokoll Abschnitt 1 (Schritt 1.3) und Referenzen [1,6] (VRUI, NCK) |
| LAMMPS Molekulardynamik-Software | Open-Source-Software | http://lammps.sandia.gov/ | >Siehe Protokoll Abschnitt 5 (Schritt 5.2) und Verweis auf [12] (LAMMPS) |
| NanospringCarver Programmcode und Dateien | UC Merced - open source | http://tinyurl.com/qame8dj | Siehe Protokoll Abschnitt 5 (Schritt 5.4) und Referenzen [16-17] (NanospringCarver) |
| MATLAB GUI-Dateien | UC Merced - open source | http://tinyurl.com/qame8dj | Siehe Protokoll Abschnitt 5 (Schritt 5.4) und Referenzen [16-17] (NanospringCarver) |
| Atomistische Bulk-Glas-Eingabedatei | UC Merced - open source | http://tinyurl.com/qame8dj | Siehe Protokoll Abschnitt 5 (Schritt 5.4) und Referenzen [16-17] (NanospringCarver) |
Referenzen
- 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....
Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.
Nachdrucke und Genehmigungen
