Method Article

رواية 3D / VR بيئة تفاعلية لMD المحاكاة، والتصور والتحليل

DOI:

10.3791/51384

⸱

December 18th, 2014

 ,  , 
1Materials Science and Engineering, School of Engineering, University of California Merced

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم تنفيذ نظام حسابي جديد يتميز بمحاكاة الديناميكيات الجزيئية المسرعة بوحدة معالجة الرسومات والتصور ثلاثي الأبعاد / VR وتحليله ومعالجته للهياكل النانوية ، مما يمثل نهجا جديدا للنهوض بأبحاث المواد وتعزيز التحقيق المبتكر والأساليب البديلة للتعرف على هياكل المواد ذات الأبعاد غير المرئية للعين البشرية.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

التطور المتزايد للحوسبة (الأجهزة والبرمجيات) في العقود الأخيرة قد أثر البحث العلمي في العديد من المجالات بما في ذلك علوم المواد، وعلم الأحياء والكيمياء والفيزياء وغيرها. ويرد النظام الحسابي الجديد لمحاكاة دقيقة وسريعة و3D / VR التصور النانو هنا، وذلك باستخدام المصادر المفتوحة LAMMPS ديناميات الجزيئية (MD) برنامج كمبيوتر. وتستخدم هذه الطريقة الحسابية بديل المعالجات الرسومية الحديثة والتكنولوجيا NVIDIA CUDA ورموز علمية متخصصة للتغلب على الحواجز سرعة المعالجة المشتركة لأساليب الحوسبة التقليدية. جنبا إلى جنب مع نظام الواقع الافتراضي المستخدمة لنمذجة المواد، هذا التعزيز يسمح بإضافة تسارع القدرة محاكاة MD. الدافع هو توفير بيئة بحثية جديدة في نفس الوقت الذي يسمح التصور، والمحاكاة والنمذجة والتحليل. هدف البحث إلى تحقيق هيكل وخصائص ن غير العضويةanostructures (على سبيل المثال، nanosprings زجاج السيليكا) في ظل ظروف مختلفة باستخدام هذا النظام الحسابي مبتكرة. العمل المقدم يحدد وصفا للنظام التصور 3D / VR والمكونات الأساسية، لمحة عامة عن الاعتبارات الهامة مثل البيئة المادية، وتفاصيل عن الإعداد واستخدام نظام الرواية، وإجراء عام لتعزيز MD المعجل، المعلومات التقنية ، وتصريحات ذات الصلة. تأثير هذا العمل هو إنشاء نظام حاسوبي فريد الجمع بين المواد النانوية محاكاة والتصور والتفاعل في بيئة افتراضية، والتي هي على حد سواء أداة البحث والتدريس في جامعة كاليفورنيا في الرحمة.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

علوم المواد هو حقل متعدد التخصصات التي تدرس العلاقات هيكل الملكية في مسألة لتطبيقها على العديد من مجالات العلوم والهندسة. كما يتم التحقيق العلاقات هيكل الملكية من خلال محاكاة الكمبيوتر بالإضافة إلى التجريب، والأدوات الحسابية توفر ميزات التكميلية التي يمكن أن تعزز الجهود البحثية. بينما المواد متناهية الصغر هي التي تهم العلماء ولها قيمة التعويض عن الأثر الاجتماعي المحتمل، وهذا النظام حجم محفوف العديد من التحديات وجدت وخاصة في التجريب.

المحاكاة الحاسوبية تسمح للعلماء والمهندسين لأداء الاختبارات المتخصصة في مجموعة كبيرة ومتنوعة من بيئات محدودة فقط من الوقت والموار....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. تثبيت 3D / VR النمذجة البرمجيات على جهاز الكمبيوتر نمذجة

  1. تثبيت لينكس نظام التشغيل الأساسي على النمذجة PC (أوبونتو إلى x86 / AMD64 اعتمادا على الأجهزة).
  2. تعديل LINUX نظام التشغيل الأساسي.
    1. تثبيت المكتبات وإضافة وظائف حسب الضرورة.
  3. تثبيت VRUI وNCK 3D / VR نماذج البرمجيات على النمذجة PC 6.

    Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

    Results

    $$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

    هذا 3D / VR نظام التصور فرصا جديدة لإجراء دراسات المواد العلمية. كما تعمل هذه البيئة غامرة في الوقت الحقيقي، في شكل مدخلات 3D، والعرض، وقدم الباحث بأداة nanoscaled تفاعلية بالكامل 2. باتباع بروتوكول المعروضة هنا، تم إنشاء nanoribbon السيليكا حلزونية في هذا الشكل خطوة بخطوة. وأظهرت لقطة من هذا الهيكل المنتجة من LAMMPS MD في الشكل 7. وقد تعرض هذا الهيكل لمحاكاة اختبار الشد، وأظهرت نتائج هذه المحاكاة في الرسوم المتحركة الشكل (1) الذي يوضح .......

    Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

    Discussion

    $$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

    العناصر الحاسمة في نجاح تركيب واستخدام نظام التصور 3D / VR هي مفصلة في البيئة المادية واعتبارات التصميم واعتبارات خاصة في المواد التكميلية. وتشمل الاعتبارات الهامة تركيب ارتفاع شاشة 3D لراحة طويلة الأجل أو استخدام الجذور، إلى أقصى حد تتبع كاميرا محمولة ارتفاع لخلق مساحة كبيرة 3D العمل، ومستقرة الكاميرا تتبع وعرض 3D دعم للحفاظ على التكوين على مر الزمن، وإزالة عناصر IR-عاكسة من منطقة عمل 3D. كما ورد في تعليمات التثبيت، إذا يتم تقييد متاح تتبع الكاميرا الارتفاع المتص.......

    Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

    Disclosures

    $$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

    تعلن المؤلفين أنه ليس لديهم المصالح المالية المتنافسة.

    Acknowledgements

    $$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

    نود أن نعرب عن امتناننا للإلهام الأصلي والدعم الشامل المقدم لنا من أجل إنشاء هذا النظام من الدكتور أوليفر كريلوس من معهد جامعة كاليفورنيا في ديفيس لتحليل البيانات والتصور. كانت نصيحته ومساعدته مفيدة لنجاحنا.

    نود أيضا أن نشكر برنامج NSF BRIGE على توفير التمويل لهذا المشروع. تستند هذه المادة إلى العمل الذي تدعمه المؤسسة الوطنية للعلوم بموجب المنحة رقم 1032653.

    ....

    Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

    Materials

    List of materials used in this article
    NameCompanyCatalog NumberComments
    تلفزيون DLP عالي الوضوح من سامسونج مقاس 61 بوصة ثلاثي الأبعادسامسونجhttp://www.samsung.com/us/video/tvs< / a >انظر قسم البروتوكول 3 (الخطوة 3.2)   ؛ (تلفزيون كبير الحجم يدعم 3D)
    Alienware Area51 750i نمذجة الكمبيوترAlienwarehttp://www.alienware.comانظر البروتوكول القسم 1 (الخطوة 1.1)  (نمذجة الكمبيوتر)
    كمبيوتر تتبع HP EliteBook 8530wHPhttp://www.hp.comانظر القسم 2 من البروتوكول (الخطوة 2.3)  (تتبع الكمبيوتر)
    V100: كاميرات تتبع الأشعة تحت الحمراء R2 (3)Naturalpointhttp://www.naturalpoint.com/optitrack/products/v100-r2/انظر القسم 2 من البروتوكول (الخطوة 2.1) والمرجع [4]  (كاميرات التتبع)
    تتبع الأشعة تحت الحمراء OptiTrackTrackingNaturalpointhttp://www.naturalpoint.com/optitrack/software/انظر البروتوكول القسم 2 (الخطوة 2.3) والمرجع [4]  (برنامج التتبع)
    نظارات واقية ثلاثية الأبعاد وباعث مزامنة الأشعة تحت الحمراء ثلاثية الأبعادIlixcohttp://www.i-glassesstore.com/dlp3d-wireless-2set.htmlانظر قسم البروتوكول 3 (الخطوة 3.2) والمرجع [5]  (نظارات واقية ثلاثية الأبعاد)
    وحدة تحكم Wiimote 3DNintendohttp://www.nintendo.com/wiiانظر البروتوكول القسم 3 (الخطوة 3.2)  (ويموت)
    VRUI و NCK وبرامج النمذجة ثلاثية الأبعاد / VR المرتبطة بهابرنامج مفتوح المصدرhttp://idav.ucdavis.edu/~okreylos/ResDev/NanoTech/index.htmlانظر البروتوكول القسم 1 (الخطوة 1.3) والمراجع [1،6]  (VRUI ، NCK)
    برنامج الديناميكيات الجزيئية LAMMPSبرنامج مفتوح المصدرhttp://lammps.sandia.gov/  انظر القسم 5 من البروتوكول (الخطوة 5.2) والمرجع [12]  (لامبس)
    كود برنامج NanospringCarver وملفاتهUC Merced - مفتوح المصدرhttp://tinyurl.com/qame8dj< / a>انظر قسم البروتوكول 5 (الخطوة 5.4) والمراجع [16-17]   (نانوسبرينج كارفر)
    ملفات واجهة المستخدم الرسومية MATLABUC Merced - المصدر المفتوحhttp://tinyurl.com/qame8djانظر البروتوكول القسم 5 (الخطوة 5.4) والمراجع [16-17]  (نانوسبرينج كارفر)
    ملف إدخال الزجاج السائب الذريUC Merced - مفتوحالمصدر http://tinyurl.com/qame8dj< / a>انظر البروتوكول القسم 5 (الخطوة 5.4) والمراجع [16-17]   (نانوسبرينج كارفر)
    برنامج

    References

    $$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
    1. 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).
    2. Doblack, B. N., Flores, C., Matlock, T., Dávila, L. P. The emergence of immersive low-cost 3D virtual reality environments for interactive learni....

    Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

    Reprints and Permissions

    Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

    Request Permission

    Tags

    3D VR VisualizationMolecular Dynamics SimulationNanostructure AnalysisLAMMPS SoftwareCUDA TechnologyVirtual Reality SystemAtomistic ModelingTensile SimulationNCK SoftwareOptiTrack Cameras

    Related Articles