Method Article

Romanzo 3D / VR Interactive Environment per MD simulazioni, visualizzazione e l'analisi

DOI:

10.3791/51384

⸱

December 18th, 2014

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

In This Article

Summary

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

È stato implementato un nuovo sistema computazionale con simulazione di dinamica molecolare accelerata da GPU e visualizzazione, analisi e manipolazione 3D/VR di nanostrutture, che rappresenta un nuovo approccio per far progredire la ricerca sui materiali e promuovere indagini innovative e metodi alternativi per conoscere le strutture dei materiali con dimensioni invisibili all'occhio umano.

Abstract

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Il crescente sviluppo del calcolo (hardware e software) negli ultimi decenni ha avuto un impatto di ricerca scientifica in molti campi, tra cui la scienza dei materiali, biologia, chimica e fisica tra molti altri. Un nuovo sistema di calcolo per la simulazione accurata e veloce e 3D / VR visualizzazione delle nanostrutture è presentato qui, con la open-source dinamica molecolare (MD) programma per computer LAMMPS. Questo metodo di calcolo alternativo utilizza processori grafici moderni, la tecnologia NVIDIA CUDA e codici scientifici specializzati per superare le barriere di velocità di elaborazione comuni ai metodi di calcolo tradizionali. In combinazione con un sistema di realtà virtuale utilizzato per modellare materiali, questo miglioramento consente l'aggiunta di accelerata capacità di simulazione MD. La motivazione è quella di fornire un ambiente di ricerca romanzo che permette contemporaneamente la visualizzazione, la simulazione, la modellazione e l'analisi. L'obiettivo della ricerca è quello di indagare la struttura e le proprietà di inorganico nanostructures (ad esempio, nanosprings vetro di silice) in condizioni diverse con questo innovativo sistema computazionale. Il lavoro presentato delinea una descrizione del sistema di visualizzazione 3D / VR e componenti di base, una panoramica di considerazioni importanti come l'ambiente fisico, i dettagli sulla configurazione e l'utilizzo del nuovo sistema, una procedura generale per la valorizzazione MD accelerato, informazioni tecniche , e osservazioni pertinenti. L'impatto di questo lavoro è la creazione di un sistema di calcolo unico che combina materiali su scala nanometrica di simulazione, visualizzazione e interattività in un ambiente virtuale, che è al tempo stesso uno strumento di ricerca e di insegnamento presso UC Merced.

Introduction

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La scienza dei materiali è un campo interdisciplinare che esamina le relazioni struttura-proprietà in questione per la loro applicazione a molti settori della scienza e dell'ingegneria. Come le relazioni struttura-proprietà sono indagati attraverso simulazioni al computer, oltre alla sperimentazione, strumenti computazionali offrono caratteristiche complementari che possono migliorare gli sforzi di ricerca. Mentre i nanomateriali sono di interesse per gli scienziati e avere un valore redentivo per il loro potenziale impatto sociale, questo regime dimensioni è irto di molte sfide presenti soprattutto nella sperimentazione.

Le simulazioni a....

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Protocol

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1. Installare 3D / VR Modeling Software su modelli PC

  1. Installare il sistema operativo di base LINUX sulla modellazione PC (Ubuntu x86 / AMD64 a seconda dell'hardware).
  2. Modifica del sistema operativo di base LINUX.
    1. Installare le librerie e aggiungere funzionalità necessarie.
  3. Installare VRUI e NCK 3D / software di modellazione VR su modelli PC 6.
    1. Controllare i siti web legati 1,6 per ottenere le ultime versioni di tutti i componenti software di modellazione.
    2. Compilare, configurare e testare VRUI.
    3. Installare e testare NCK.

2. Im....

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Results

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Questo 3D / VR Sistema di visualizzazione presenta nuove opportunità per lo svolgimento di studi di materiali scientifici. Poiché questo ambiente coinvolgente opera in tempo reale, in forma di ingresso 3D e visualizzazione, il ricercatore si presenta con uno strumento nanoscaled completamente interattivo 2. Seguendo il protocollo qui presentato, un nanoribbon elicoidale di silice è stata creata in questo modo passo-passo. Una panoramica di questa struttura prodotta da LAMMPS MD è mostrato in Figura 7........

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Discussion

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Elementi critici della corretta installazione e l'utilizzo del sistema di visualizzazione 3D / VR sono dettagliate nel l'ambiente fisico e Considerazioni sulla progettazione e considerazioni speciali in materiali supplementari. Considerazioni importanti installazione includono altezza display 3D per una comoda posizione a lungo termine o l'uso seduti, massimizzati monitoraggio fotocamera montata altezza per creare una grande area di lavoro 3D, stabile telecamera di monitorag.......

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Disclosures

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Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari in competizione.

Acknowledgements

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Desideriamo riconoscere con gratitudine l'ispirazione originale e l'ampio supporto fornitoci verso la creazione di questo sistema dal Dr. Oliver Kreylos dell'UC Davis Institute for Data Analysis and Visualization. I suoi consigli e la sua assistenza sono stati determinanti per il nostro successo.

Desideriamo anche ringraziare il programma NSF BRIGE per aver fornito finanziamenti per questo progetto. Questo materiale si basa sul lavoro sostenuto dalla National Science Foundation nell'ambito della sovvenzione n. 1032653.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
TV DLP ad alta definizione Samsung da 61" compatibile con 3DSamsunghttp://www.samsung.com/us/video/tvsVedere la sezione 3 del protocollo (passaggio 3.2)  (TV di grande formato compatibile con il 3D)
Computer di modellazione Alienware Area51 750iAlienwarehttp://www.alienware.comVedere la sezione 1 del protocollo (Passaggio 1.1)  (Computer di modellazione)
Computer di tracciamento HP EliteBook 8530wHPa href="http://www.hp.com/">http://www.hp.comVedere la sezione 2 del protocollo (Passaggio 2.3)  (Computer di tracciamento)
V100:Telecamere di tracciamento IR R2 (3)Naturalpointhttp://www.naturalpoint.com/optitrack/products/v100-r2/Vedere la sezione 2 del protocollo (passaggio 2.1) e il riferimento [4]  (Telecamere di tracciamento)
Strumenti di tracciamento OptiTrack Software di tracciamento IRNaturalpointhttp://www.naturalpoint.com/optitrack/software/Vedere la sezione 2 del protocollo (passaggio 2.3) e il riferimento [4]  (Software di tracciamento)
Occhiali 3D e TV 3D Emettitore di sincronizzazione IRIlixcohttp://www.i-glassesstore.com/dlp3d-wireless-2set.htmlVedere la sezione 3 del protocollo (Passaggio 3.2) e il riferimento [5]  (occhiali 3D)
Controller Wiimote 3DNintendohttp://www.nintendo.com/wiiVedi Protocollo Sezione 3 (Passaggio 3.2)  (Wiimote)
VRUI, NCK e software di modellazione 3D/VR associatiSoftware open sourcehttp://idav.ucdavis.edu/~okreylos/ResDev/NanoTech/index.htmlVedere la sezione 1 del protocollo (Passaggio 1.3) e riferimenti [1,6]  (VRUI, NCK)
Software di dinamica molecolare LAMMPSSoftware open sourcehttp://lammps.sandia.gov/  Vedere la sezione 5 del protocollo (passaggio 5.2) e il riferimento [12]  (LAMMPS)
Codice e file del programma NanospringCarverUC Merced - open sourcehttp://tinyurl.com/qame8djVedere la sezione 5 del protocollo (Passaggio 5.4) e i riferimenti [16-17]  (Intagliatore di nanomolle)
File GUI MATLABUC Merced - open sourcehttp://tinyurl.com/qame8djVedere la sezione 5 del protocollo (passaggio 5.4) e riferimenti [16-17]  (Intagliatore di nanomolle)
File di input atomistico in vetro bulk UCMerced - open sourcehttp://tinyurl.com/qame8djVedere la sezione 5 del protocollo (passaggio 5.4) e riferimenti [16-17]  (Intagliatore di nanomolle)
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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....

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

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