Roman 3D / VR environnement interactif pour MD simulations, visualisation et d'analyse

Summary

Un nouveau système de calcul comprenant une simulation de dynamique moléculaire accélérée par GPU et la visualisation, l’analyse et la manipulation 3D/VR de nanostructures a été mis en œuvre, représentant une nouvelle approche pour faire progresser la recherche sur les matériaux et promouvoir des investigations innovantes et des méthodes alternatives pour en savoir plus sur les structures de matériaux dont les dimensions sont invisibles à l’œil humain.

Abstract

Le développement croissant de l'informatique (matériel et logiciel) dans les dernières décennies a eu un impact de la recherche scientifique dans de nombreux domaines, y compris la science des matériaux, la biologie, la chimie et la physique parmi beaucoup d'autres. Un nouveau système de calcul pour la simulation précise et rapide et 3D / VR visualisation des nanostructures est présenté ici, l'aide de l'open-source dynamique moléculaire (MD) programme informatique LAMMPS. Cette méthode de calcul alternatif utilise des processeurs graphiques modernes, la technologie NVIDIA CUDA et codes scientifiques spécialisés pour surmonter les obstacles de vitesse de traitement communs aux méthodes de calcul traditionnelles. En conjonction avec un système de réalité virtuelle utilisée pour modéliser les matériaux, cette amélioration permet l'ajout de capacité de simulation MD accéléré. La motivation est de fournir un environnement de recherche roman qui permet simultanément la visualisation, la simulation, la modélisation et l'analyse. L'objectif de la recherche est d'étudier la structure et les propriétés de l'azote inorganiqueanostructures (par exemple, nanosprings de verre de silice) dans des conditions différentes en utilisant ce système de calcul innovante. Le travail présenté décrit une description du système de visualisation 3D / VR et les composants de base, un aperçu des considérations importantes comme l'environnement physique, de détails sur la configuration et l'utilisation du nouveau système, une procédure générale pour l'amélioration MD accélérée, informations techniques et remarques pertinentes. L'impact de ce travail est la création d'un système informatique unique combinant des matériaux à l'échelle nanométrique simulation, la visualisation et l'interactivité dans un environnement virtuel, qui est à la fois un instrument de recherche et d'enseignement à l'UC Merced.

Introduction

La science des matériaux est un domaine interdisciplinaire qui examine les relations structure-propriété dans la matière pour leur application à de nombreux domaines de la science et de l'ingénierie. Comme les relations structure-propriété sont étudiées par des simulations informatiques, en plus de l'expérimentation, des outils informatiques offrent des caractéristiques complémentaires qui peuvent améliorer les efforts de recherche. Alors que les nanomatériaux sont d'intérêt pour les scientifiques et ont une valeur rédemptrice pour leur impact social potentiel, ce régime de taille se heurte à de nombreux défis trouvés notamment dans l'expérimentation.

Protocol

1. Installez 3D / VR logiciel de modélisation sur la modélisation PC

1. Installer Linux système d'exploitation de base sur la modélisation PC (Ubuntu x86 / AMD64 en fonction du matériel).
2. Modifier LINUX système d'exploitation de base.
   1. Installez les bibliothèques et ajouter des fonctionnalités que nécessaire.
3. Installez VRUI et NCK logiciel de modélisation VR sur la modélisation 3D PC ⁶ /.
   1. Consultez les sites Web liés ^1,6 pour obtenir les dernières versions de tous les composants logiciels de modélisation.
   2. Compiler, configurer et tester VRUI.
   3. Installer et tester NCK.
   ....

Results

Cette 3D / VR Visualization System offre de nouvelles possibilités pour la conduite des études de sciences des matériaux. Comme cet environnement immersif fonctionne en temps réel, sous la forme d'entrée et d'affichage 3D, le chercheur est présenté avec un instrument entièrement interactif nanométriques ^2. En suivant le protocole présenté ici, un nanoruban hélicoïdal de silice a été créée dans cette étape par étape. Un aperçu de cette structure produite à partir LAMMPS MD est représenté sur la

Discussion

Éléments essentiels à la réussite de l'installation et l'utilisation du système de visualisation 3D / VR sont détaillées dans l'environnement physique et de conception et de considérations spéciales dans les matériaux supplémentaires. Considérations d'installation importants incluent la hauteur d'affichage 3D pour la commodité de permanent à long terme ou de l'usage assis, maximisés suivi caméra montée hauteur pour créer un grand espace 3D de travail, la caméra d.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Téléviseur DLP haute définition Samsung 61 » compatible 3D	Samsung	http://www.samsung.com/us/video/tvs	Voir la section 3 du protocole (étape 3.2)  ; (Téléviseur grand format compatible 3D)
Ordinateur de modélisation Alienware Area51 750i	Alienware	http://www.alienware.com	Voir la section 1 du protocole (étape 1.1)  ; (Ordinateur de modélisme)
Ordinateur de suivi HP EliteBook 8530w	HP	a href="http://www.hp.com/">http://www.hp.com	Voir la section 2 du protocole (étape 2.3)  ; (Ordinateur de suivi)
V100 :R2 Caméras de suivi IR (3)	Naturalpoint	http://www.naturalpoint.com/optitrack/products/v100-r2/	Voir la section 2 du protocole (étape 2.1) et la référence [4]  ; (Caméras de suivi)
Logiciel de suivi IR	Naturalpoint	http://www.naturalpoint.com/optitrack/software/	Voir la section 2 du protocole (étape 2.3) et la référence [4]  ; (Logiciel de suivi)
Lunettes 3D et émetteur de synchronisation 3D TV IR	Ilixco	http://www.i-glassesstore.com/dlp3d-wireless-2set.html	Voir la section 3 du protocole (étape 3.2) et la référence [5]  ; (lunettes 3D)
Manette Wiimote 3D	Nintendo	http://www.nintendo.com/wii	Voir la section 3 du protocole (étape 3.2)  ; (Wiimote)
VRUI, NCK et logiciels de modélisation 3D/VR associés	Logiciels open source	http://idav.ucdavis.edu/~okreylos/ResDev/NanoTech/index.html	Voir la section 1 du protocole (étape 1.3) et les références [1,6]  ; (VRUI, NCK)
Logiciel de dynamique moléculaire LAMMPS	Logiciel open source	http://lammps.sandia.gov/  ;	Voir la section 5 du Protocole (étape 5.2) et la référence [12]  ; (LAMMPS)
Code et fichiers du programme NanospringCarver	UC Merced - open source	http://tinyurl.com/qame8dj	Voir la section 5 du protocole (étape 5.4) et les références [16-17]  ; (NanospringCarver)
Fichiers MATLAB GUI	UC Merced - open source	http://tinyurl.com/qame8dj	Voir la section 5 du protocole (étape 5.4) et les références [16-17]  ; (NanospringCarver)
Fichier d’entrée atomistique en verre en vrac	UC Merced - open source	http://tinyurl.com/qame8dj	Voir la section 5 du protocole (étape 5.4) et les références [16-17]  ; (NanospringCarver)