Name: Neuartige 3D / VR Interaktiv Raum für MD-Simulationen, Visualisierung und Analyse (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-12-18T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 29 s
Description: Erfahren Sie die Entwicklung eines interaktiven 3D/VR-Systems für molekulardynamische Simulationen von Nanostrukturen. Diese Methode ermöglicht GPU-beschleunigte Visualisierung und Analyse atomistischer Verhaltensweisen in der Materialforschung.

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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.

1. Installieren Sie 3D / VR-Modeling-Software auf PC-Modellierung <ol><li> Installieren Sie Linux-Basisbetriebssystem auf die Modellierung PC (Ubuntu x86 / AMD64 je nach Hardware). </li><li> Ändern LINUX Basis-Betriebssystem. <ol><li> Installieren Bibliotheken und Funktionen hinzuzufügen wie nötig. </li></ol></li><li> Installieren VRUI und NCK 3D / VR-Modellierungs-Software auf PC-Modellierung 6. <ol><li> Überprüfen Sie Websites zu 1,6 bis neuesten Versionen aller Modellierungssoftwarekomponenten zu erhalten. </li><li> Kompilieren, Konfigurieren und Testen VRUI. </li><li> Installieren und testen NCK. </li></ol></li></ol> 2. Einrichten von Tracking-System 1 <ol><li> Einfassung IR-Tracking-Kameras 4 <ol><li> Erstellen Sie eine starre Kamera Hängerahmen direkt über der Vorderkante der 3D-TV in der Nähe der Decke für beste Abdeckung. Berg 3 Kameras an Schwenklager direkt über den vorderen Ecken und der vorderen Mitte des 3D-TV. Stellen Sie sicher, dass der Abstrahlwinkel von jeder Kamera nur gschleift die Vorderseite des Fernsehgeräts. </li><li> Richten Sie die Kamera, um die breiteste Abdeckung Winkel (45 Grad) parallel zu der Vorderseite des 3D-TV verfügen. Verwenden Sie einen schmaleren Abstrahlwinkel (30 Grad) senkrecht zur Vorderseite des 3D-TV. Erlauben eine maximale Überdeckung innerhalb des gewünschten 3D-Arbeitsraum. Sicherzustellen Objekte im Hinblick auf mindestens zwei Kameras erfolgreich verfolgt werden (Abbildung 3). <img alt="Figur 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51384/51384fig3highres.jpg" width="500" /> Abbildung 3. IR-Tracking-Kamera Abdeckung, um 3D-Arbeitsbereich vor dem Fernseher zu maximieren. Teile (A) und (B) zeigen Vorder- und Seitenansicht mit Bezug auf die 3D / VR-Visualisierungssystem. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51384/51384fig3highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen .</a> </li></ol></li><li> Experimentieren Sie mit alternativen Kameraplatzierung bei Bedarf eine angemessene erstellen3D-Arbeitsbereich. Dies kann erforderlich sein, wenn die vertikale Kameramontageabstand gezwungen werden. </li><li> Installieren und Kalibrieren Tracking Software <ol><li> Installieren Sie den Optitrack Rigid Body Toolkit auf der Tracking-Computer mit Installationsanleitung enthalten. </li><li> Set Threshold, Belichtung, Illumination Werte abhängig von Umgebung und stellen Sie die Aufnahmequalität zu hoch ist, wie in den Tracking-Software-Anweisungen beschrieben. </li><li> Für die Wand Erfassen, achten Sie darauf, alle anderen reflektierenden Material aus der 3D-Arbeitsbereich zu entfernen. Bewegen Sie die Kamera gleichmäßig im gesamten Überlappungsarbeitsbereich mit der reflektierenden Wand. Wiederholen, bis Standard und meine Fehler unten &quot;0.5&quot; erhalten speichern Sie die Kalibrierungsdatei. </li><li> Stellen Sie die Grundplatte zur Einrichtung eines Raupen 3D Arbeitsraum-Koordinatensystem Herkunft. Definieren Sie die Wiimote und 3D-Brillen verfolgten Objekte wie in den Tracking-Software-Anweisungen beschrieben. </li></ol></li><li> Komplette VRUI Kalibrierung <ol><li> Stellen VRUI zu trackin akzeptiereng Informationen von Tracking-Computer. </li><li> Stellen Sie sicher, Tracking-Funktionalität in VRUI mit Devicekalibrierungsdienstprogramm. </li><li> Richten VRUI 3D-Display und Tracking-Software-Koordinatensysteme. </li><li> Stellen Ausrichtung verfolgt Wiimote und 3D-Brille mit AlignTrackingMarkers Ausrichtung Software. </li></ol></li></ol> 3. Bereiten Sie 3D-Modeling-System für den Einsatz <ol><li> Bevor Sie beginnen, entfernen Sie alle reflektierenden Schmuck (dh, Uhren, Ohrringe, Metalle, etc.). Korrekturbrille benötigt, um auf dem Bildschirm konzentrieren nicht entfernen. </li><li> Bauen Sie die Ausrüstung für die 3D / VR-Visualisierungssystem: <ol><li> Modeling-Computer </li><li> Tracking-Computer </li><li> Großformat 3D-fähigen TV </li><li> Video-Kabel zwischen Computer-Modellierung und 3D-TV </li><li> 3D IR-Emitter für 3D-TV </li><li> Ethernet-Kabel für die Modellierung und Computer-Tracking- </li><li> Wiimote mit Tracking-Geweihe (Controller) </li><li>3D-Brille mit Tracking-Geweihe (3D-Brille) 5 </li></ol></li><li> Vorsichtig Controller, wo sie leicht von der Modellierung Computer zu erreichen, dabei nicht zu berühren oder zu bewegen, die die sphärischen IR Aufspürmarkierungen attached to it. </li><li> Vorsichtig 3D-Brille auf TV-Ständer (wie zuvor, müssen Sie nicht an der reflektierenden Markierungen). </li><li> Schließen Sie die drei USB-Kabel von den IR-Kameras über dem 3D-TV zu 3 USB-Anschlüsse auf der Tracking-Computer montiert, während es ausgeschaltet ist. </li><li> Suchen Sie die 3D-TV-Fernbedienung, und legen Sie sie vor der 3D-TV. </li><li> Schließen Sie das Videokabel an die Videokarte auf der Modellierung Computer und dem Videoeingang des 3D-TV. Schließen Sie auch das 3D-IR-Sender für die 3D-Synchronisation Ausgang aus dem 3D-TV, und legen Sie Sender im TV stehen in der Nähe Seite des TV, nach oben hin, wo Brille verwendet. Achten Sie sorgfältig darauf, die Position des kalibrierten TV verschieben. </li><li> Schalten Sie 3D-TV ON vor dem Einschalten der Modellierung Computer ensicher, dass angemessene Anerkennung durch den Computer. </li><li> Schalten Sie Computer-Modellierung. Nach der Modellierung Computer bootet in eine Login-Prompt, melden Sie sich auf dem Computer-Modellierung LINUX-System auf einen geeigneten Konto. </li><li> Sobald die Modellierung Computer-Desktop zur Verfügung steht, verwenden Sie die 3D-TV-Fernbedienung, um den Status des Video-Kabelverbindung mit der Taste &quot;info i /&quot; Taste überprüfen. Stellen Sie sicher, dass der TV-Bildschirm die Meldung &quot;1920x1080 @ 60Hz&quot; in der oberen linken Ecke. Wenn nicht, starten Sie den Computer-Modellierung, um die korrekte Erkennung der 3D-TV zu schaffen. Auch sicher sein, TV-Gerät im 3D-Ausgabe MODE 2, unter Verwendung der Fernbedienung Setup-Menüs. </li><li> Auf der Modellierung Computer-Desktop, öffnen Sie ein Terminalfenster mit mehreren Registerkarten. </li><li> Auf dem Verfolgungscomputer, ob der Ethernet-Adapter IP-Adresse, indem Sie &quot;ipconfig&quot; in einem Befehlsfenster. </li><li> Auf der Modellierung Computer, öffnen Sie ein Terminalfenster Registerkarte und prüfen Sie in der VRDevices.cfg Datei, die die &quot;servername&quot; definiertder Tracking-Computer Ethernet-Adapter IP-Adresse. </li><li> Falls erforderlich, ändern Sie die &quot;Servername&quot; die IP-Adresse in VRDevices.cfg den Tracking-Computer Ethernet-Adapter übereinstimmen, und speichern Sie VRDevices.cfg. </li><li> Auf der Tracking-Computer, starten Sie die Optitrack Rigid Body-Tool-Software. </li><li> Damit die Software vollständig zu öffnen, klicken Sie auf die große Schaltfläche oben Menü &quot;Load Calibra Ergebnis&quot; bezeichnet. </li><li> Suchen und öffnen Sie die entsprechende Kamerakalibrierung Datei. </li><li> Nachdem die Datei geladen wurde, klicken Sie auf das Menü &quot;Datei&quot; und wählen Sie &quot;Load starrer Körper Definitionen&quot;. </li><li> Suchen und öffnen Sie die entsprechende Starrkörperdefinitionsdatei für das Raupensteuerung und 3D-Brille. </li><li> Auf der äußersten rechten Fensterbereich des Tracking-Software, suchen Sie den Abschnitt mit der Überschrift &quot;Streaming&quot;, erweitern Sie den Abschnitt und in der Kategorie &quot;VRPN Streaming&quot; sicher, dass die Portnummer aufgeführt ist 3883, dann überprüfen Sie die &quot;BreiteGussrahmen Daten &quot;Box in der Kategorie&quot; VRPN Streaming-Engine &quot;. </li><li> Bei der Modellierung Computer, um sicherzustellen, dass der Regler entweder direkt in der Hand oder unmittelbar erreichbar (2 Sek entfernt am meisten). </li><li> Auf der Modellierung Computer, öffnet sich ein Tab im Terminal-Fenster weiter oben in diesem Sitzung erstellt und navigieren Sie zu und dann starten Sie die VRDeviceDaemon Software, zum Beispiel die Eingabe von &quot;./VRDeviceDaemon&quot;. </li><li> Folgen Sie den Anweisungen, um die Aktivitäts erfolgreich war, wird das Fenster nun die Anzeige &quot;Druckknöpfe 1 und 2 auf der Wiimote gleichzeitig.« »VRDeviceServer: Warten auf Client-Verbindung&quot;. </li></ol> 4. Testen Sie 3D / VR-Visualisierungssystem Mit NCK Software Die folgende Reihe von Anweisungen wird beschrieben, wie die NCK-Software Bildschirmmenüs nutzen, um Steuerung Werkzeugfunktionen zu schaffen, und dann, wie zu bauen und einen Kohlenstoff nanotu manipulierenwerden in dem 3D / VR Arbeitsbereich aus konstituierenden Kohlenstoffatomen (Abbildung 4). Anweisungen, wie Sie die daraus resultierenden Bindungswinkeln und Entfernungen (Schritt 4.4.10) zu messen sind online 10 zur Verfügung. <img alt="4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51384/51384fig4highres.jpg" width="500" /> Abbildung 4. Undergraduate Student mit dem 3D / VR-Visualisierungssystem, um Kohlenstoff-Nanoröhren zu studieren (CNTs) Fotos (A) -.. (F) zeigen den Bauprozess eines einwandigen CNT <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51384/51384fig4highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen .</a> <ol><li> Innerhalb der Modellierung Computer-Terminal-Fenster in Schritt 3.11 erstellt haben, wählen Sie die dritte Registerkarte. Zur Initiierung der NCK-Software, wechseln Sie in das Installationsverzeichnis und geben NCK: &quot;./NanotechConstructionKit -rootSection localhost -domainsize 36 &quot;. </li><li> Sehr vorsichtig nicht zu berühren oder lösen Sie die beigefügten Aufspürmarkierungen, setzen auf 3D-Brille und heben Sie den Controller. Stellen Sie den Kopf / Goggle Betrachtungsposition zu 3D-Brillen sorgen erhalten 3D-TV-IR-Emitter-Sync-Signal, so dass 3D / VR Betrachten von TV-Anzeige. </li><li> Um ein Toolset, um die Tasten hinzufügen, verschieben und löschen Atomen zuzuordnen NCK-Kommando Verbände auf der Steuerung wie folgt sind: <ol><li> Öffnen Sie das Hauptmenü auf dem Bildschirm NCK durch Drücken und Halten Sie die Home-Taste auf der Wiimote, das Navigieren zu und wählen Sie die &quot;Override Tools&quot; den Menüpunkt, dann Loslassen der Start-Taste. Dies ermöglicht die Zuordnung von Befehlen zu verschiedenen Tasten auf der Steuerung unabhängig voneinander. </li><li> Um die Wirkung der Manipulation von Atomen innerhalb NCK, drücken Sie assoziieren die Wiimote Auslöseknopf (an der Unterseite des Controllers) und halten Sie die Auslösetaste, wechseln die NCK-Menü auf dem Bildschirm zu &amp; #8220; Dragger &quot;und wählen Sie&quot; 6-DOF Dragger &quot;, dann lassen Sie den Auslöser. Der Trigger wird nun unter der Wirkung der Manipulation der Atome zugeordnet sind. </li><li> Um die Funktion des Hinzufügens eines Atoms auf die &quot;+&quot; Taste auf der Wiimote zuweisen, bringen Sie das Hauptmenü durch Drücken und Halten der Home-Taste, gehen Sie zu &quot;Struktureinheitentypen&quot; und wählen Sie &quot;Triangle&quot;, und lassen Sie die Home-Taste . </li><li> Danach drücken Sie die Taste &quot;+&quot;, gehen Sie zu &quot;Dragger&quot;, und wählen Sie &quot;6-DOF Dragger&quot;, dann lassen Sie die Taste &quot;+&quot;. Die Taste &quot;+&quot; wird nun mit der Schaffung neuer Atome des gewählten Typs (C-Atome durch Dreiecke dargestellt, in diesem Fall) verbunden. </li><li> &quot;-&quot;, Um die Funktion zum Löschen ein Atom zum ASSIGN-Button auf der Wiimote, um das Hauptmenü durch Drücken und Halten der Taste &quot;Start&quot;, dann gehen Sie zu &quot;Struktureinheitentypen&quot;, und wählen Sie &amp; #8220; Delete Selected Units &quot;, und lassen Sie die Home-Taste. </li><li> Als nächstes drücken Sie die Taste &quot;-&quot;, gehen Sie zu &quot;Dragger&quot;, dann &quot;6-DOF Dragger&quot;, und lassen Sie die Taste &quot;-&quot;. Die Taste &quot;-&quot; ist nun mit dem Löschen-Atomen verbunden. </li><li> Folgen Sie einem ähnlichen Verfahren, die Funktionen der &quot;Lock Selected Einheiten&quot; auf die &quot;1&quot; Wiimote Taste zuweisen und &quot;Unlock Ausgewählte Einheiten&quot; auf &quot;2&quot; Steuerung-Taste. </li></ol></li><li> Wenn die Controller-Tasten konfiguriert wurden, erstellen Sie eine Kohlenstoff-Nanoröhre mit NCK wie folgt: <ol><li> Mit der Taste &quot;+&quot;, fügen Sie zwei 3-Bindung dreieckige Kohlenstoffatomen in den NCK-Arbeitsbereich. Bearbeiten Sie diese mit Hilfe der Auslösetaste, bis sie an einem Scheitelpunkt zu verbinden. </li><li> Fügen Sie 4 mehr Kohlenstoffatomen, einen sechseckigen Sternform erstellen. </li><li> Über das Menü &quot;Start&quot;, gehen Sie zu &quot;I / O-Menüs&quot; und dann &quot;Save Einheiten. </li><li> Bewegen Sie den 6 spitzen Struktur weg von der aktuellen Position. </li><li> Über das Menü &quot;Start&quot;, gehen Sie zu &quot;I / O-Menüs&quot;, dann &quot;Ladeeinheiten. </li><li> Wiederholen Sie die letzten zwei Schritte, bis eine 6 von 6 Blatt von hexagonalen 6-Atom-Ringe wurde (5A) erstellt. </li><li> Mit der Taste &quot;1&quot;, sperren ein Atom in der oberen Reihe, und eine gegenüberliegende Atom in der unteren Reihe. Die verriegelten Atome werden mit einer rosa Farbe (5B) gekennzeichnet. </li><li> Mit der Auslösetaste, vorsichtig bewegen eines der gesperrten Atome in einem Kreisbogen bis zu ihrer freien Eckpunkt nähert sich dem freien Ecke der gegnerischen gesperrten Atom. Ein grüner Strich verbindet den Ecken erscheinen, wenn sie nahe genug, dass Atomanziehungs will sie mit einer Anleihe (5C) beizutreten. Einmal erfolgreich beigetreten, entsperren die beiden Atome mit Hilfe der Taste &quot;2&quot;. </li><li> Weiter ähnlich Verriegelung, Fügen, und Entriegelung gegnerischen Atom verVerhaltensweisen im Kohlenstoffblatt, effektiv &quot;zippen&quot; das Blatt in eine endgültige Kohlenstoff-Nanoröhrchen (5D bis 5F). <img alt="Abbildung 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51384/51384fig5highres.jpg" width="500" /> Abbildung 5. Schrittweise Schaffung eines einwandige CNT zeigt (A) eine 6 x 6 Blatt (Graphen) von hexagonalen Kohlenstoffringe, (B) gegenüberliegende C-Atome &quot;gesperrt&quot; (wie rosa Dreiecke dargestellt), um eine einfachere Handhabung gegen ermöglichen realistische atomaren Kräfte, (C) Kohlenstoff (Graphen) Blatt sorgfältig gebogen, um Bindung zwischen den Atomen auf gegenüberliegenden Seiten zu erlauben, (D) zwei weitere gegenüberliegende C-Atomen verschlossen weiter Kohlenstoffolie Krümmung zu unterstützen, (E) weiteren gegenüberliegende C-Atome gebundene Kohlenstoff weiterhin Blattkrümmung in ein Nanoröhrchen ist, und (F) abschließenden CNT nach sequentieller Bindung von gegenüberliegenden Atome der ursprünglichen c gebildetArbon Blatt (Graphen). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51384/51384fig5highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.</a> </li><li> Wenn die Nanoröhre abgeschlossen ist, verwenden Sie auf dem Bildschirm, Messwerkzeuge, um strukturelle Winkel und Distanzen 10 bestätigen. </li></ol></li></ol> 5. Visualisierung von Molekulardynamik Simulation Models <ol><li> Importieren Sie eine erste kristalline SiO 2 kubische Modell in den 3D / VR NCK-Software, und untersuchen Sie die ursprüngliche Struktur (siehe Abbildung 2A). </li><li> Open-Source-Programme MDCASK 11 und LAMMPS 12 wurden wegen der Funktionen, die auf diesem Forschungsschwerpunkt gut geeignet richtet. Letzteres Programm wird in dieser Arbeit angesichts der vielfältigen interatomaren Potentiale und GPU-Computing-Fähigkeit verwendet. Mit dem MD LAMMPS Paket 12, führen Sie einen simulierten Schmelze / löschen Verfahren auf dieser Ausgangsstruktur um eine amorphe SiO 2 st erzeugen<html> ructure. Details zu diesem simulierten Verfahren kann in früheren Publikationen 13-15 gefunden werden. </li><li> Importieren Sie die daraus resultierenden neuen amorphen (ungeordneten) SiO 2 Modell in den 3D / VR NCK-Software und untersucht die Struktur (siehe Abbildung 2B). </li><li> Erstellen Sie eine SiO 2 nanospring / Nanoband aus der neuen amorphen Feststoff mit Hilfe der Open-Source-Code NanospringCarver 16 und die damit verbundenen Lehr-Dokumentation 17 (Abbildung 6). <img alt="Figur 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51384/51384fig6highres.jpg" width="500" /> Abbildung 6. Abbildung der Schritt-für-Schritt-Atom Auswahlprozess in verschiedenen Phasen bei der Erstellung eines nanospring Verwendung des NanospringCarver Programmteile. (A - D) zeigen 25%, 50%, 75% und 100% Vollendung dieses Prozesses 17.target = &quot;_ blank&quot;&gt; Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen. </li><li> Verwenden Sie die LAMMPS MD-Paket auf Zug-Simulationen auf der nanospring / Nanoband (Abbildung 7) durchzuführen. Einzelheiten zu diesem Verfahren können in einer früheren Veröffentlichung 15 gefunden werden. <img alt="7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51384/51384fig7highres.jpg" width="500" /> Abbildung 7. Snapshot Bild aus LAMMPS MD Kieselsäure spiralförmige Nanostruktur (Nanoband) Zug- Simulationsergebnisse. </li><li> Verwenden Sie die Open-Source-Software-Tools VMD (Visualisieren Molecular Dynamics) 18 ImageMagick 19 und FFmpeg 20 Schnappschüsse und Animation des schraubenförmigen Nanostruktur in dieser Simulation (Animierte Abbildung 1) zu erstellen, für die Darstellung in der 3D / VR-Visualisierungssystem. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51384/51384fig7highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier um eine größere v betrachten</a>ersion dieser Figur. </li></ol> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51384/Animated_Fig1-movie NR-0140_frames.mov" target="_blank">Animierte Abbildung 1</a> . Animation der spiralförmigen Nanostruktur Zug-Simulation.

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<li><a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((University+of+California+Television+%28UCTV%29%5BTitle%5D)+AND+%22Our+Digital+Life+series%3A+The+Future%3A+Teaching+and+Life-Saving+Tools+episode%22%5BJournal%5D)">University of California Television (UCTV).</a> Our Digital Life series: The Future: Teaching and Life-Saving Tools episode. , University of California. U.S.A. Available from: <a target="_blank" href="http://www.uctv.tv/search-details.aspx?showID=23734">http://www.uctv.tv/search-details.aspx?showID=23734</a> (2013).</li>
</ol>

Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden finanziellen Interessen.

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...

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 Wissenschaftlern und Ingenieuren, um spezielle Tests in einer großen Vielzahl von Umgebungen nur von Zeit und Rechenressourcen begrenzt durchzuführen. Molekulardynamik (MD) Simulationen ermöglichen die entsprechende Zeit- und Längenskalen, die Phänomene von Interesse in vielen Nanomaterialien zu untersuchen. Simulationen erweitern die Untersuchung von Materialien, indem Sie die Einschränkungen von Ter physikalische Labor, aber viele Computerwerkzeuge fehlen zugänglich, intuitive Schnittstellen für die Forschung. Enhancement mit der grafischen Darstellung von Modellen, effiziente Berechnungsalgorithmen und grafischen Processing Unit (GPU) based Computing ergänzen aktuelle Simulationsbemühungen. Die neuen Grafikkarten verbinden sich mit Zentraleinheiten effizient, damit mathematisch intensive Berechnungen, die von der GPU ausgeführt werden. Das Ergebnis ist eine wirksame Beschleunigung der Berechnung in der Größenordnung von 10 x begleitet von einer Verringerung des Energieverbrauchs von bis zu 20x. Das Ziel dieses Forschungsprojektes war die Entwicklung und Implementierung eines neuartigen Werkzeug für Nanowissenschaften Untersuchung, die direkt mit einer interaktiven Schnittstelle zu MD-Simulationen, Materialwissenschaften Analyse und 3D-Visualisierung. Dieses innovative System mit einzigartigen und leistungsstarken Analysefunktionen für Nano-Forschung und Bildung an der UC Merced verwendet wurde, mit unmittelbaren Auswirkungen auf andere rel<html> ated STEM Bereichen wie Nanotechnologie, Physik, Biologie und Geologie und ultimative Vorteil für Bildung und Gesellschaft. Die 3D / VR-Visualisierungssystem wurde sowohl eine Forschungs- und Lehrinstrument, die Erstellung und Bearbeitung von atomaren Strukturen in einem interaktiven virtuellen 3D-Realität (VR) Umgebung ermöglicht implementiert. Das System wurde von einer Reihe von relativ kostengünstige und leicht zugängliche Komponenten nach dem ursprünglich von Dr. Oliver Kreylos an der UC Davis 1 entwickelten Modell erstellt. Unten ist ein Foto des fertigen 3D / VR-Visualisierungssystem-Layout, mit wichtigen Komponenten markiert (Abbildung 1). Dieses System wurde ursprünglich für Bildungszwecke an der UC Merced 2009 gegründet Die Umsetzung der Original-3D / VR-System führte in peer-reviewed Publikationen 2-3. Tabelle 1 unten fasst die wichtigsten Eigenschaften für jedes Element der 3D / VR-Visualisierungssystem. ntent &quot;fo: keep-together.within-page =&quot; always &quot;&gt; <img alt="Figur 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51384/51384fig1highres.jpg" width="500" /> Abbildung 1. 3D / VR-Visualisierungssystem und Hauptkomponenten (links) im Davila Research Laboratory der UCM und Visualisierungsgeräte (rechts). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51384/51384fig1highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.</a> <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td> Artikel </td><td> Komponente </td><td> Funktionalität im System </td></tr><tr><td> A </td><td> 3D-TV </td><td> 3D-Darstellung von modellierten molekularen Strukturen und die Bildschirmmenüs. </td></tr><tr><td> B </td><td> Infrarot (IR) Tracking-Kameras 4 </td><td> IR-Kameras Spurpositionen der Wiimote und 3D-Ansicht Brille in der Benutzerarbeitsbereich vor der 3D-TV, so dass virtuellen 3D-Manipulation angezeigt Strukturen. </td></tr><tr><td> C </td><td> Tracking-PC </td><td> Läuft IR-Kamera-Tracking-Software und überträgt Wiimote und 3D-Brillen Positionen Modellierung Computer. </td></tr><tr><td> D </td><td> Wiimote </td><td> Wird für die On-Screen-Steuerung der Modellierungssoftware und Strukturen in virtuellen 3D-Umgebung zu manipulieren. </td></tr><tr><td> E </td><td> 3D-Brille 5 </td><td> Mit 3D-TV-IR-Signal synchronisiert, ermöglichen 3D-Ansicht der Struktur. Position von IR-Kameras für die genaue 3D-Ansicht verfolgt. </td></tr><tr><td> F </td><td> Modeling PC </td><td> Läuft NCK / VRUI 3D-Modellierung und Anzeigesoftware 6, übernimmt Brille / Wiimote Position und Steuersignale, um genaue 3D-Molekülstruktur-Ansicht erstellen. </td></tr></tbody></table> Tabelle 1. Funktionalität der wichtigsten Elemente der 3D / VR-Visualisierungssystem an der UCM. Description von 3D / VR-Visualisierungssystem und Basiskomponenten: 3D / VR-Visualisierung Systemübersicht - Die 3D / VR-Visualisierungssystem besteht aus einer Reihe von IR-Kameras und-Tracking-Software, die in Verbindung mit 3D-Modellierungssoftware, damit ein Benutzer interaktiv erstellen 3D Molekülstrukturen. Die IR-Kameras und Software verfolgen die 3D-Lage einer Wiimote und 3D-Betrachtungsbrille mit IR-Marker, und übergeben diese an die Modellierungssoftware. Die Modellierungssoftware benutzt die Wiimote Steuersignale und Bewegung, um 3D-Molekülstrukturen erzeugen sichtbar mit Hilfe der Kombination aus einem 3D-fähigen Fernseher mit Großformat-synchronisiert und verfolgt 3D-Brille. Dies ergibt eine virtuelle 3D-Arbeitsbereich, in dem der Benutzer dynamisch zu erstellen und virtuelle Molekülstrukturen, die reale physikalische Verhalten (2) beziehen, basierend auf interatomaren Kräfte in der Modellierungssoftware verwendet manipulieren. Sonder considerations für die Einrichtung dieses Systems können in ergänzenden Materialien gefunden werden. <img alt="Abbildung 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51384/51384fig2highres.jpg" width="500" /> Abbildung 2. Die Untersuchung Kieselsäure Nanomaterialien mit dem 3D / VR-Visualisierungssystem. (A) Ein Forscher schafft eine erste Cristobalit-Modell (kristallin), bevor GPU-basierte Simulationen. (B) Bei der Durchführung einer simulierten MD schmelz Quench-Verfahren auf in (a), erhält ein anderer Forscher einen Quarzglas-Modell (nicht-kristalline) gezeigte Modell. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51384/51384fig2highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.</a> 3D / VR-Visualisierungssystem Enhancement - MD Simulation Fähigkeit: Molekulardynamik-Simulationssysteme werden häufig in einem realisiertMehrknoten Mode, das heißt, eine große Arbeitsbelastung für Tausende von Prozessoren verteilt oder unter Zehn parallelisiert. In letzter Zeit wurden zusätzliche Möglichkeiten für beschleunigte wissenschaftliche Rechnen mit den Entwicklungen in der Computergrafik Verarbeitung entstanden. Diese Fortschritte sind eine Software-Schnittstelle, die Wissenschaftler, die Vorteile der hochparallele Art der Verarbeitungsleistung wesentlich für Grafikchips zu nehmen. Mit dem Aufkommen des Compute Unified Device Architecture oder CUDA 7, können die Wissenschaftler GPUs 8 verwenden, um die Geschwindigkeit, mit der Probleme gelöst und gleichzeitig die Kosten für die Infrastruktur. Ein typisches GPU kann das Äquivalent von Hunderten bis Tausenden von Kernen oder &quot;Knoten&quot; für die Verarbeitung von Informationen haben, und diese können jeweils parallel verwendet werden, kann ein gut codiert Lösung bis zu Durch Beschleunigung gegenüber den Multi-Core-Pendant 1,000x . Auch wenn nicht jedes Problem mit diesem Ansatz gut geeignet, haben aktuelle MD-Simulationen bis zu 15 gesehenx Durchsatzleistung gewinnt 9. Details zur 3D / VR-Visualisierungssystem MD-GPU-Erweiterung kann in ergänzenden Materialien gefunden werden.

<table><tbody><tr><td>Samsung 61" 3D-fähiger High-Definition-DLP-Fernseher</td><td>Samsung</td><td><a href="http://www.samsung.com/us/video/tvs">http://www.samsung.com/us/video/tvs</a></td><td>Siehe Protokoll Abschnitt 3 (Schritt 3.2)&nbsp; (Großformatiger 3D-fähiger Fernseher)</td></tr><tr><td>Alienware Area51 750i Modellierungscomputer</td><td>Alienware</td><td><a href="http://www.alienware.com/">http://www.alienware.com</a></td><td>Siehe Protokoll, Abschnitt 1 (Schritt 1.1)&nbsp; (Modellierungscomputer)</td></tr><tr><td>HP EliteBook 8530w Tracking-Computer</td><td>HP</td><<td>a href="http://www.hp.com/">http://www.hp.com</a></td><td>Siehe Protokoll, Abschnitt 2 (Schritt 2.3)&nbsp; (Tracking-Computer)</td></tr><tr><td>V100:R2 IR-Tracking-Kameras (3)</td><td>Naturalpoint</td><td><a href="http://www.naturalpoint.com/optitrack/products/v100-r2/">http://www.naturalpoint.com/optitrack/products/v100-r2/</a></td><td>Siehe Protokoll Abschnitt 2 (Schritt 2.1) und Referenz [4]&nbsp; (Tracking-Kameras)</td></tr><tr><td>OptiTrack Tracking Tools IR-Tracking-Software</td><td>Naturalpoint</td><td><a href="http://www.naturalpoint.com/optitrack/software/">http://www.naturalpoint.com/optitrack/software/</a></td><td>Siehe Protokoll Abschnitt 2 (Schritt 2.3) und Referenz [4]&nbsp; (Tracking-Software)</td></tr><tr><td>3D-Brille und 3D-TV-IR-Synchronisationssender</td><td>Ilixco</td><td><a href="http://www.i-glassesstore.com/dlp3d-wireless-2set.html">http://www.i-glassesstore.com/dlp3d-wireless-2set.html</a</td><td>>Siehe Protokoll Abschnitt 3 (Schritt 3.2) und Referenz [5]&nbsp; (3D-Brille)</td></tr><tr><td>Wiimote 3D-Controller</td><td>Nintendo</td><td><a href="http://www.nintendo.com/wii">http://www.nintendo.com/wii</a></td><td>Siehe Protokoll, Abschnitt 3 (Schritt 3.2)&nbsp; (Wiimote)</td></tr><tr><td>VRUI, NCK und zugehörige 3D/VR-Modellierungssoftware</td><td>Open-Source-Software</td><td><a href="http://idav.ucdavis.edu/~okreylos/ResDev/NanoTech/index.html">http://idav.ucdavis.edu/~okreylos/ResDev/NanoTech/index.html</a</td><td>>Siehe Protokoll Abschnitt 1 (Schritt 1.3) und Referenzen [1,6]&nbsp; (VRUI, NCK)</td></tr><tr><td>LAMMPS Molekulardynamik-Software</td><td>Open-Source-Software</td><td><a href="http://lammps.sandia.gov/">http://lammps.sandia.gov/&nbsp; </a</td><td>>Siehe Protokoll Abschnitt 5 (Schritt 5.2) und Verweis auf [12]&nbsp; (LAMMPS)</td></tr><tr><td>NanospringCarver Programmcode und Dateien</td><td>UC Merced - open source</td><td><a href="http://tinyurl.com/qame8dj">http://tinyurl.com/qame8dj</a></td><td>Siehe Protokoll Abschnitt 5 (Schritt 5.4) und Referenzen [16-17]&nbsp; (NanospringCarver)</td></tr><tr><td>MATLAB GUI-Dateien</td><td>UC Merced - open source</td><td><a href="http://tinyurl.com/qame8dj">http://tinyurl.com/qame8dj</a></td><td>Siehe Protokoll Abschnitt 5 (Schritt 5.4) und Referenzen [16-17]&nbsp; (NanospringCarver)</td></tr><tr><td>Atomistische Bulk-Glas-Eingabedatei</td><td>UC Merced - open source</td><td><a href="http://tinyurl.com/qame8dj">http://tinyurl.com/qame8dj</a></td><td>Siehe Protokoll Abschnitt 5 (Schritt 5.4) und Referenzen [16-17]&nbsp; (NanospringCarver)</td></tr></tbody></table>

neuartige 3d / vr interaktiv raum für md-simulationen, visualisierung und analyse

Novel 3D/VR Interactive Environment for MD Simulations, Visualization and Analysis

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.

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....

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.

Neuartige 3D / VR Interaktiv Raum für MD-Simulationen, Visualisierung und Analyse

The increasing development of computing (hardware and software) in the last decades has impacted scientific research in many fields including materials ...

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, dreidimensionales Verhalten von Nanostrukturen in der realen Welt zu visualisieren und zu analysieren. Dies wird erreicht, indem zunächst ein interaktives 3D-Visualisierungssystem mit Simulationsfunktion erstellt wird. Der zweite Schritt umfasst den Aufbau und die Untersuchung von 3D-Nanostrukturen in der interaktiven Umgebung.Anschließend wird eine 3D-nano-helikale Struktur aus einem ausgewählten Grundmaterial hergestellt, und das System wird verwendet, um Zug- oder andere Simulationen durchzuführen. Der letzte Schritt besteht in der Visualisierung und Analyse des resultierenden atomaren Verhaltens der Nanostruktur in der dreidimensionalen realen Welt. Letztendlich kann das in dieser Arbeit verwendete 3D-Visualisierungssystem zur Untersuchung realistischer Nanostrukturen mittels Molekulardynamik- oder MD-Simulationen im Rahmen der Forschung zur Materialinnovation eingesetzt werden.Die Idee zu dieser Methode hatte ich bereits an der UC Davis, als ich mit Dr. Oliver K. Craigo an der Anwendung dieser Technologie für Forschung und Lehre im Bereich der Materialwissenschaften zusammenarbeitete. Die 3D-Visualisierung und -Interaktion sind wichtige Werkzeuge für die rechnergestützte Erforschung und Analyse von Materialien. Wir hoffen daher, dass diese Arbeit anderen helfen wird, dies weiter auszubauen. Die Demonstration dieses Verfahrens wird Miguel Diaz, ein Doktorand aus meinem Labor, durchführen.Erstellen Sie zunächst einen starren Kameraaufhängungsrahmen direkt über der Vorderkante des 3D-fähigen Fernsehgeräts in der Nähe der Decke, um eine optimale Abdeckung zu gewährleisten. Befestigen Sie drei Infrarot- oder IR-Kameras auf Schwenkhalterungen direkt über den vorderen Ecken und der vorderen Mitte des 3D-Fernsehgeräts.Stellen Sie sicher, dass der Aufnahme­winkel jeder Kamera gerade die Vorder­fläche des Fernsehgeräts streift. Bauen Sie anschließend die Geräte und Software für das 3D-Visualisierungs­system (3D-Virtual-Reality oder 3D-VR) gemäß dem schriftlichen Protokoll zusammen und konfigurieren Sie diese. Platzieren Sie den Controller sorgfältig an einer leicht vom Modellierungs­computer aus erreichbaren Stelle, wobei darauf zu achten ist, die am Controller befestigten sphärischen IR-Tracking-Marker nicht zu berühren oder zu bewegen. Stellen Sie außerdem die 3D-Brille vorsichtig auf dem TV-Ständer ab, ohne die reflektierenden Marker zu stören, nachdem die zusätzliche Einrichtung abgeschlossen ist.Wie im Textprotokoll beschrieben, öffnen Sie ein Terminalfenster mit mehreren Registerkarten auf dem Desktop des Modellierungscomputers auf dem Tracking-Computer. Überprüfen Sie die IP-Adresse des Ethernet-Adapters, indem Sie in einem Befehlsfenster auf dem Modellierungscomputer „IP config“ eingeben. Öffnen Sie eine Registerkarte im Terminalfenster und prüfen Sie in der Datei VR devices dot cfg, ob der Servername die IP-Adresse des Ethernet-Adapters des Tracking-Computers auf dem Tracking-Computer angibt.Lassen Sie die Opti-Track-Rigid-Body-Tool-Software vollständig starten. Klicken Sie dann auf die große Schaltfläche in der Nähe des oberen Menüs mit der Bezeichnung „Load Calibration Result“. Navigieren Sie zu der entsprechenden Kamerakalibrierungsdatei und öffnen Sie sie.Nachdem die Datei geladen ist, klicken Sie das Dateimenü an und wählen Sie „Rigid Body-Definitionen laden“. Navigieren Sie zu der entsprechenden Rigid-Body-Definitionsdatei für den getrackten Controller und die 3D-Brille und öffnen Sie sie im rechten Bereich der Tracking-Software. Suchen Sie den Abschnitt mit der Bezeichnung „Streaming“ und erweitern Sie den Abschnitt unter der Kategorie „VRPN-Streaming“.Überprüfen Sie, ob die angezeigte Portnummer 3 8 8 3 ist, und aktivieren Sie das Kontrollkästchen für Broadcast-Frame-Daten in der Kategorie VRPN-Streaming-Engine auf dem Modellierungsrechner. Öffnen Sie einen Tab im zuvor in dieser Sitzung erstellten Terminalfenster. Navigieren Sie zum VR-Geräte-Daemon-Programm und starten Sie es.Als Nächstes den Anweisungen folgen und gleichzeitig die Tasten eins und zwei am WiMo drücken. War die Aktion erfolgreich, zeigt das Fenster nun im zuvor erstellten Terminalfenster des Modellierungscomputers „VR-Geräteserver wartet auf Client-Verbindung“ an. Den dritten Tab auswählen, um die NCK-Software zu starten.Navigieren Sie zum NCK-Installationsverzeichnis und geben Sie den hier gezeigten Befehl ein, der auch im Textprotokoll aufgeführt ist, wobei Sie sorgfältig darauf achten sollten, die angebrachten Tracking-Marker nicht zu berühren oder zu lösen. Setzen Sie die 3D-Brille auf und nehmen Sie den Controller zur Hand. Passen Sie die Betrachtungsposition der Kopfbrille an, um sicherzustellen, dass die 3D-Brille das Synchronisationssignal des 3D-Fernseh-IR-Senders empfängt, sodass eine 3D-VR-Ansicht auf dem TV-Display möglich ist, um ein Werkzeug zur Verfügung zu haben, mit dem Atome hinzugefügt, verschoben und gelöscht werden können.Weisen Sie NCK-Befehlszuordnungen den Tasten des Controllers zu, indem Sie zunächst die Home-Taste des Wiimote gedrückt halten, wodurch das Hauptmenü von NCK am Bildschirm angezeigt wird. Navigieren Sie zum Menüpunkt „Override Tools“ und wählen Sie ihn aus, danach lassen Sie die Home-Taste los. Dadurch können Befehle unabhängig voneinander verschiedenen Tasten des Controllers zugeordnet werden.Um die WiMo-Trigger-Taste mit der Aktion der Manipulation von Atomen innerhalb von NCK zu verknüpfen, drücken und halten Sie die Trigger-Taste. Navigieren Sie im Bildschirmmenü von NCK zu „Dragger“ und wählen Sie den Sechs-Freiheitsgrade-Dragger aus, bevor Sie die Taste loslassen. Die Taste ist nun mit der Aktion der Atommanipulation verknüpft.Um die Funktion, ein Atom hinzuzufügen, dem Plus-Button auf dem Wiimote zuzuweisen, rufen Sie das Hauptmenü auf, indem Sie die Home-Taste gedrückt halten. Navigieren Sie zu Struktureinheitstypen und wählen Sie Dreieck aus, bevor Sie die Home-Taste loslassen. Drücken und halten Sie anschließend die Plus-Taste und wählen Sie wie zuvor sechs-DOF-Dragger aus.Lassen Sie dann die Plus-Taste los. Die Plus-Taste ist nun mit der Erstellung neuer Atome des in diesem Fall ausgewählten Typs verknüpft, also Kohlenstoffatome, die durch Dreiecke dargestellt werden. Um die Funktion des Löschens eines Atoms der Minustaste auf dem Wiimote zuzuweisen, rufen Sie das Hauptmenü auf, indem Sie die Home-Taste gedrückt halten.Navigieren Sie anschließend zu den strukturellen Einheitstypen und wählen Sie „ausgewählte Einheiten löschen“. Bevor Sie die Home-Taste loslassen, drücken und halten Sie die Minus-Taste und wählen Sie wie zuvor den Sechs-DOF-Dragger aus. Danach lassen Sie die Minus-Taste los.Die Minustaste ist nun mit dem Löschen von Atomen verknüpft. Gehen Sie analog vor, um die Funktion „ausgewählte Einheiten sperren“ der einen WiMo-Taste und die Funktion „ausgewählte Einheiten entsperren“ der beiden Controllertasten zuzuweisen. Nachdem die Controllertasten konfiguriert wurden, erzeugen Sie ein Kohlenstoffnanoröhrchen mithilfe von NCK, indem Sie zunächst mittels der Plus-Taste zwei dreibindige, dreieckige Kohlenstoffatome zum NCK-Arbeitsbereich hinzufügen.Verändern Sie diese mithilfe der Auslösertaste, bis sie sich an einer Ecke verbinden. Fügen Sie anschließend vier weitere Kohlenstoffatome hinzu, um eine sechseckige Sternform zu erzeugen. Gehen Sie über das Hauptmenü zu den Ein- und Ausgabemenüs und dann zu den Speichereinheiten, und bewegen Sie die sechseitige Struktur von ihrer aktuellen Position weg.Verwenden Sie nun das Hauptmenü, um erneut zu den Ein- und Ausgabemenüs zu navigieren und anschließend die Einheiten zu laden. Wiederholen Sie die letzten beiden Schritte, bis ein sechs mal sechs großes Blatt aus sechseckigen Sechs-Atom-Ringen erstellt wurde.Unter Verwendung der Ein-Knopf-Sperre, eines Atoms in der oberen Reihe und eines entgegengesetzten Atoms in der unteren Reihe, werden die gesperrten Atome mit einer rosa Farbe gekennzeichnet. Mithilfe des Auslöserknopfs bewegen Sie vorsichtig eines der gesperrten Atome entlang eines Kreisbogens, bis es frei ist. Der Scheitelpunkt nähert sich dem freien Scheitelpunkt des entgegengesetzten gesperrten Atoms an.Nachdem die Atome erfolgreich verbunden wurden, entriegeln Sie beide Atome mithilfe der beiden Knöpfe. Fahren Sie entsprechend fort, indem Sie gegenüberliegende Ecken im Kohlenstoffblatt nacheinander verriegeln, verbinden und entriegeln. Verzinnen Sie auf diese Weise das Blatt zu einem endgültigen Kohlenstoffnanorohr.Importieren Sie ein initialen kristallinen Kubus-Modell von Siliciumdioxid in die 3D-VR-NCK-Software und untersuchen Sie die anfängliche Struktur. Führen Sie eine simulierte Schmelz-Abschreck-Prozedur an dieser anfänglich geordneten Struktur durch, um eine amorphe Siliciumdioxid-Struktur zu erzeugen. Importieren Sie anschließend das resultierende neue ungeordnete Siliciumdioxid-Modell in die 3D-VR-NCK-Software und analysieren Sie die Struktur.Erzeugen Sie ein Siliziumdioxid-Nano-Federn- oder Nano-Band aus dem neuen amorphen Feststoff. Verwenden Sie dazu den Open-Source-Code „Nano Springing Carver“ und die zugehörige Anleitungsdokumentation. Führen Sie Zugversuche an der Nano-Feder oder dem Nano-Band mithilfe des molekulardynamischen Softwarepakets LAMMPS durch, wie bereits an anderer Stelle beschrieben.Verwenden Sie abschließend Open-Source-Software-Tools, um mithilfe von Visualize Molecular Dynamics, Image Magic und FFmpeg Schnappschüsse und Animationen der helikalen Nanostruktur während dieser Simulation oder Präsentation im 3D-VR-Visualisierungssystem zu erstellen. Dieses hier beschriebene Protokoll demonstriert, wie ein integriertes Laborsystem zur leistungsstarken atomistischen Simulation und interaktiven 3D-Visualisierung von Nanostrukturen eingerichtet wird. Mit dem 3D-VR-Visualisierungssystem können komplexe Nanostrukturen wie ein Kohlenstoffnanorohr mit realistischem atomarem Verhalten konstruiert und untersucht werden.Ein siliciumdioxidhaltiges, spiralförmiges Nanoband wurde anschließend erzeugt und simulierten Zugbelastungen unterzogen. Die Ergebnisse der Simulation wurden dreidimensional visualisiert, um die strukturelle Umwandlung und das Versagen der Nanostruktur unter diesen Zugbedingungen zu untersuchen. Nach dem Ansehen dieses Videos sollten Sie in der Lage sein, das Verhalten beliebiger Nanostrukturmodelle mithilfe eines 3D-Visualisierungssystems wie dem im Labor vorhandenen zu analysieren und darzustellen.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Klassische Angstkonditionierung Paradigma wurde für den menschlichen Teilnehmer in eine voll immersive Virtual Reality Umgebung angepasst. Mit einer Diskriminierung Paradigma, konditionierte Angst, Cue und Kontext Merkfähigkeit und Extinktion wurde mit Hautleitfähigkeit als Reaktion auf dynamische virtuelle Schlangen und Spinnen (die konditionierte Reize) in zwei verschiedenen virtuellen Kontexten gemessen.

Menschliche Angstkonditionierung in Full Immersion 3-Dimensional Virtual Reality Geleitete

In dieser Studie berichten die Autoren zum ersten Mal ein neues 3D-Sive und interaktive Neuro (3D-IIN) durch die Wirkung der spontanen Migräne Angriff in der μ-Opioid-System Gehirn eines Patienten in vivo.

3D-Neuronavigation<em&gt; In Vivo</em&gt; Durch Gehirn eines Patienten während einer Spontan Migräne

Die beschriebene Pipeline ist für die Segmentierung von Elektronenmikroskopie-Datensätzen größer als Gigabyte konzipiert, um Ganzzellmorphologien zu extrahieren. Sobald die Zellen in 3D rekonstruiert sind, kann kundenspezifische Software, die auf individuelle Bedürfnisse zugeschnitten ist, verwendet werden, um eine qualitative und quantitative Analyse direkt in 3D durchzuführen, auch mit virtueller Realität, um Die Sichtokklusion zu überwinden.

Eine Methode zur 3D-Rekonstruktion und Virtual Reality-Analyse von Glia- und Neuronalzellen

Hier stellen wir ein vereinfachtes Open-Source-Hardware- und Software-Setup zur Untersuchung des räumlichen Lernens von Mäusen mit Hilfe von Virtual Reality (VR) vor. Dieses System zeigt einer kopfgebundenen Maus, die auf einem Rad läuft, eine virtuelle lineare Spur an, indem es ein Netzwerk von Mikrocontrollern und einen Einplatinencomputer verwendet, auf dem ein einfach zu bedienendes grafisches Python-Softwarepaket ausgeführt wird.

Ein Open-Source-Virtual-Reality-System zur Messung des räumlichen Lernens bei kopfgebundenen Mäusen

Wir haben eine einfache, anpassbare und effiziente Methode entwickelt, um quantitative Prozessdaten aus interaktiven räumlichen Aufgaben zu erfassen und diese Rotationsdaten mit Eye-Tracking-Daten abzubilden.

Dreidimensionale Abbildung der Rotation interaktiver virtueller Objekte mit Eye-Tracking-Daten

Visual Dynamics ist ein Open-Source-Tool, das die Implementierung und das Lernen in der Molekulardynamik-Simulation mit Gromacs beschleunigt. Das vorgestellte Protokoll führt Sie mit Leichtigkeit durch die Schritte zur Durchführung einer Protein-Liganden-Simulation, die in ACPYPE vorbereitet wurde, und durch allgemeine Schritte zu anderen Simulationsmodellen.

Neue Funktionen in Visual Dynamics 3.0

Die Kryo-Elektronentomographie (Kryo-ET) ermöglicht die 3D-Visualisierung der zellulären Ultrastruktur mit Nanometerauflösung, aber die manuelle Segmentierung bleibt zeitaufwändig und komplex. Wir stellen einen neuartigen Workflow vor, der fortschrittliche Virtual-Reality-Software zur Segmentierung von Kryo-ET-Tomogrammen integriert und seine Wirksamkeit durch die Segmentierung von Mitochondrien in Säugetierzellen demonstriert.

Nutzung von Virtual Reality für die immersive Segmentierung und Analyse von Kryo-Elektronentomographie-Daten

In diesem Beitrag wird ein System für die fotorealistische 3D-Rekonstruktion unter Verwendung von 360-Grad-Bildern, Gaußscher Splatting und Virtual-Reality-Integration vorgestellt. Der Ansatz kann auf verschiedene Anwendungen angewendet werden, z. B. in der Bildung, bei der Simulation von Lernumgebungen; Bauwesen, um Arbeiten außerhalb der Baustellen zu simulieren und Metriken abzurufen; oder im Gesundheitswesen, um autistische Menschen in Aufgaben des täglichen Lebens zu schulen.

Fotorealistische Lernlandschaften für Augmented Reality

Eine verallgemeinerte, FAIR-konforme Methode wird für Fachexperten vorgestellt, die Simulations- und Datenverarbeitungswerkzeuge in automatisierte Arbeitsabläufe für 3D-virtuelle Experimente integrieren möchten. Ein Beispiel für Neutronics zeigt, wie man eine lokale Galaxy-Instanz einrichtet, OpenMC und Dateikonvertierungstools umpackt, Workflows aus Omniverse startet und die konvertierten 3D-Ausgaben visualisiert.

Integration automatisierter Simulations-Workflows mit 3D-Visualisierung für virtuelle Experimente im Metaverse

In diesem Video beschreiben wir zunächst Fertigung und Operationsverfahren eines akustischen Oberflächenwellen (SAW) akustische Gegenstrom-Gerät. Wir zeigen dann einen Versuchsaufbau, der sowohl für qualitative und quantitative Visualisierung Flow Analyse von komplexen Strömungen innerhalb des SAW Pumpen Gerät ermöglicht.

Fabrication, Operation and Flow Visualization in Oberflächenschallwellen-wave-driven Acoustic-Gegenstrom Mikrofluidik

Erfahren Sie die Entwicklung eines interaktiven 3D/VR-Systems für molekulardynamische Simulationen von Nanostrukturen. Diese Methode ermöglicht GPU-beschleunigte Visualisierung und Analyse atomistischer Verhaltensweisen in der Materialforschung.

Neuartige 3D / VR Interaktiv Raum für MD-Simulationen, Visualisierung und Analyse

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