Name: Nieuw 3D / VR interactieve omgeving voor MD simulaties, visualisatie en analyse (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-12-18T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 29 s
Description: Verken een nieuwe 3D/VR-omgeving voor moleculaire dynamica-simulaties van nanostructuren. Dit systeem maakt interactieve visualisatie en analyse van materiaalgedrag op nanoschaal mogelijk voor innovatief materiaalonderzoek.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

We willen de oorspronkelijke inspiratie en uitgebreide ondersteuning van Dr. Oliver Kreylos van het UC Davis Institute for Data Analysis and Visualization voor de creatie van dit systeem dankbaar erkennen. Zijn advies en hulp waren essentieel voor ons succes.
We danken ook het NSF BRIGE-programma voor de financiering van dit project. Dit materiaal is gebaseerd op werk dat wordt ondersteund door de National Science Foundation onder Grant No. 1032653.

1. Installeer 3D / VR Modeling software op Modeling PC <ol><li> Installeer LINUX basis-besturingssysteem op het modelleren van PC (Ubuntu x86 / AMD64 afhankelijk van de hardware). </li><li> Wijzigen LINUX basis-besturingssysteem. <ol><li> Installeer bibliotheken en functionaliteit toe te voegen als dat nodig is. </li></ol></li><li> Installeer VRUI en NCK 3D / VR modeling software op Modeling PC 6. <ol><li> Controleer gerelateerde websites 1,6 naar de nieuwste versies van alle modeling software componenten te verkrijgen. </li><li> Compileren, configureren en testen VRUI. </li><li> Installeren en testen NCK. </li></ol></li></ol> 2. Set Up Tracking System 1 <ol><li> Mount IR Tracking Camera&#39;s 4 <ol><li> Maak een stijve camera hangraam direct boven de voorste rand van de 3D-tv in de buurt van het plafond voor de beste dekking. Mount 3 camera&#39;s op draaibare mounts direct boven de voorste hoeken en de voorkant van het 3D-TV. Ervoor dat de dekking hoek van elke camera gewoon grazes de voorzijde van de TV. </li><li> Richt de camera op de meest brede hoek (45 graden) evenwijdig aan de voorwand van de 3D TV hebben. Gebruik een smaller bereik hoek (30 graden) loodrecht op de voorzijde van de 3D TV. Zorgen voor maximale overlap binnen het gewenste 3D-werkruimte. Zorg objecten gezien ten minste twee camera&#39;s met succes worden gevolgd (figuur 3). <img alt="Figuur 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51384/51384fig3highres.jpg" width="500" /> Figuur 3. IR bijhouden camera dekking voor 3D-werkruimte te maximaliseren voor de televisie. Parts (A) en (B) laten voor- en zijaanzicht met betrekking tot de 3D ​​/ VR Visualisatie Systeem. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51384/51384fig3highres.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken .</a> </li></ol></li><li> Experimenteren met alternatieve camera plaatsing indien nodig om een ​​voldoende te creëren3D-werkruimte. Dit kan nodig zijn als de verticale camera montageafstand wordt beperkt. </li><li> Installeren en te kalibreren Tracking Software <ol><li> Installeer de OptiTrack Rigid Body Toolkit op het bijhouden van de computer met de meegeleverde installatiehandleiding. </li><li> Set Drempel, Blootstelling, verlichtingssterkte afhankelijk van omgeving en stel de Capture Quality te hoog, zoals beschreven in de tracking software-instructies. </li><li> Voor de Wand Capture, wees voorzichtig om alle andere reflecterend materiaal uit de 3D-werkruimte te verwijderen. Bewegen soepel hele camera overlap werkruimte met de reflecterende wand. Herhaal dit tot standaard en betekenen onderstaande fouten &quot;0.5&quot; worden verkregen sla het kalibratie-bestand. </li><li> Stel het grondvlak te stellen een getraceerd 3D werkgebied assenstelsel oorsprong. Definieer de Wiimote en de 3D-bril bijgehouden objecten zoals beschreven in de tracking software-instructies. </li></ol></li><li> Compleet VRUI kalibratie <ol><li> Stel VRUI te trackin acceptereng informatie uit het bijhouden van de computer. </li><li> Controleer of het bijhouden van functionaliteit in VRUI behulp DeviceTest kalibratie nut. </li><li> Lijn VRUI 3D-weergave en tracking software systemen te coördineren. </li><li> Stel oriëntatie van bijgehouden Wiimote en 3D bril met AlignTrackingMarkers alignment software. </li></ol></li></ol> 3. Bereid 3D Modeling systeem voor gebruik <ol><li> Voordat u begint, verwijder alle reflecterende sieraden (dat wil zeggen, horloges, oorbellen, metalen, enz.). Heeft corrigerende bril nodig om zich te concentreren op het scherm niet verwijderen. </li><li> Monteer de apparatuur voor de 3D / VR Visualisatie Systeem: <ol><li> Modellering computer </li><li> Tracking computer </li><li> Grootformaat 3D-geschikte TV </li><li> Videokabel tussen modellering computer en 3D TV </li><li> 3D infraroodzender voor 3D TV </li><li> Ethernet-kabels voor het modelleren en het bijhouden van computers </li><li> Wiimote met het volgen van geweien (controller) </li><li>3D bril met het volgen van geweien (3D bril) 5 </li></ol></li><li> Plaats controller waar het gemakkelijk kan worden bereikt van modellering computer, zorg niet aan te raken of te verplaatsen van de bolvormige IR volgen markers gehecht aan het zorgvuldig. </li><li> Plaats voorzichtig 3D bril op de TV-standaard (zoals voorheen, moet u om te voorkomen dat het aanraken van de reflecterende markers). </li><li> Sluit de drie USB-kabels van de IR-camera&#39;s boven de 3D-tv tot 3 USB-poorten op de tracking computer gemonteerd, terwijl het is uitgeschakeld. </li><li> Zoek de 3D TV afstandsbediening en plaats het in de voorkant van 3D-TV. </li><li> Sluit de video-kabel aan op de videokaart op de modellering computer en de video-ingang van de 3D TV. Sluit ook de 3D infraroodzender voor de 3D synchroniseren van uitvoer van de 3D-tv, en plaats zender op tv staan ​​in de buurt zijkant van de TV, die omhoog wijst in de richting waar de bril zal worden gebruikt. Wees zeer voorzichtig NIET om de positie van de gekalibreerde tv verschuiven. </li><li> Schakel 3D TV ON, voordat u op de modellering computer enervoor dat de juiste erkenning door de computer. </li><li> Schakel op het modelleren van de computer. Na het modelleren computer opstart om een ​​login prompt, log dan in op het modelleren computer LINUX systeem om een ​​passende wijze rekening. </li><li> Zodra de desktop modelleren computer beschikbaar is, gebruik maken van de 3D-TV-afstandsbediening om de status van de video-kabelverbinding door op de &quot;info i /&quot; knop te controleren. Zorg ervoor dat de tv-scherm &quot;1920x1080 @ 60Hz&quot; in de linker bovenhoek. Zo niet, herstart de modellering computer om de juiste erkenning van de 3D-tv te vestigen. Ook zeker TV in 3D output mode 2, met behulp van de setup-menu&#39;s afstandsbediening. </li><li> Op het modelleren computer desktop, opent een terminal venster met meerdere tabbladen. </li><li> Op de tracking computer, controleert u de ethernet adapter IP-adres door te typen &quot;ipconfig&quot; in een commando-venster. </li><li> Op het modelleren computer, opent u een terminal tabblad raam en kijk in het bestand VRDevices.cfg dat de &quot;serverName&quot; definieertde tracking computer ethernet adapter IP-adres. </li><li> Indien nodig, verandert de &quot;serverName&quot; IP-adres in VRDevices.cfg om de tracking computer ethernet adapter overeenkomen, en sla VRDevices.cfg. </li><li> Op de tracking computer, inleiding van de OptiTrack Rigid Body Tool. </li><li> Laat de software volledig te openen, klik op de grote knop in de buurt van de top menu label &quot;Load Calibration Resultaat&quot;. </li><li> Blader naar en open de juiste camera-kalibratie-bestand. </li><li> Nadat het bestand is geladen, klikt u in het menu &quot;Bestand&quot; en selecteer &quot;Load star lichaam definities&quot;. </li><li> Blader naar en open de juiste star lichaam definitie bestand voor de bijgehouden controller en 3D-bril. </li><li> Op de meest rechtse ruit van de tracking-software, zoek de sectie met het label &quot;Streaming&quot;, vouw het gedeelte onder de categorie &quot;VRPN Streaming&quot;, controleer dan of het poortnummer vermeld is 3883, controleer dan de &quot;Bredeframe data &quot;doos in de&quot; cast categorie VRPN Streaming Engine &quot;. </li><li> Bij de modellering computer, zorg ervoor dat de controller ofwel direct in de hand of onmiddellijk bereikbaar (2 sec weg bij de meeste). </li><li> Op het modelleren computer, verschijnt een tabblad in het terminal-venster eerder in deze sessie gemaakt en navigeer naar en dan starten de VRDeviceDaemon software, bijvoorbeeld het intikken van &quot;./VRDeviceDaemon&quot;. </li><li> Volg de prompt om Als de activiteit succesvol was, wordt het venster nu weer &quot;drukknopen 1 &amp; 2 op de Wiimote tegelijk.&quot; &quot;VRDeviceServer: Wachten op client-verbinding&quot;. </li></ol> 4. Test 3D / VR visualisatie systeem met behulp van NCK Software De volgende reeks instructies schetst hoe de NCK software on-screen menu&#39;s gebruiken om controller hulpmiddel functies vast te stellen, en vervolgens hoe te bouwen en te manipuleren een carbon nanotuin de 3D ​​/ VR werkruimte samenstellende koolstofatomen (figuur 4). Instructies over hoe de resulterende band hoeken en afstanden (stap 4.4.10) te meten zijn online 10 beschikbaar. <img alt="Figuur 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51384/51384fig4highres.jpg" width="500" /> Figuur 4. Undergraduate student met behulp van de 3D ​​/ VR Visualisatie Systeem om koolstof nanobuisjes te bestuderen (CNT) Foto&#39;s (A) -.. (F) tonen het bouwproces van een enkelwandige CNT <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51384/51384fig4highres.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken .</a> <ol><li> Binnen het modelleren computer terminal venster gemaakt in stap 3.11, selecteert u het derde tabblad. Om het NCK-software te starten, gaat u naar de NCK installatie map en typ: &quot;./NanotechConstructionKit -rootSection localhost -domainsize 36 &quot;. </li><li> Zeer voorzichtig niet aan te raken of los te maken van de bijgevoegde volgen markers, op 3D-bril en pak de controller. Pas hoofd / goggle kijkpositie naar 3D brillen zorgen ontvangt 3D TV infraroodzender sync-signaal, waardoor 3D / VR bekijken van tv-scherm. </li><li> Om een ​​toolset om NCK commando verenigingen toe te voegen, te verplaatsen en verwijderen van atomen, toewijzen aan knoppen op de controller als volgt hebben: <ol><li> Het hoofdmenu NCK on-screen menu door te drukken en de Home-knop ingedrukt te houden op de Wiimote, het navigeren naar en het selecteren van de &quot;Override Tools&quot; menu-item, dan is het loslaten van de Home-knop. Dit maakt overdracht van commando&#39;s om verschillende toetsen op de controller onafhankelijk van elkaar. </li><li> Om de Wiimote trigger-knop (op de onderkant van de controller) associëren met de werking van het manipuleren van atomen binnen NCK, druk en houd de trigger knop, navigeert het NCK-menu op het scherm om &amp; #8220; Dragger &quot;en selecteer&quot; 6-DOF Dragger, &quot;dan is de schakelaar los. De trekker is nu gekoppeld aan de werking van het manipuleren van de atomen. </li><li> Om de functie van het toevoegen van een atoom op de &quot;+&quot; knop op de Wiimote te wijzen, breng het hoofdmenu weer door te drukken en de Home-knop ingedrukt te houden, ga naar &quot;structurele eenheid types&quot;, en selecteer &quot;Driehoek&quot;, dan is de Home-knop loslaat . </li><li> Volgende houdt u de knop &quot;+&quot;, ga naar &quot;Dragger,&quot; en selecteer &quot;6-DOF Dragger,&quot; dan is de &quot;+&quot; knop loslaat. De knop &quot;+&quot; is nu gekoppeld met het creëren van nieuwe atomen van het geselecteerde type (koolstofatomen weergegeven door driehoeken, in dit geval). </li><li> &quot;-&quot; Om de functie van het verwijderen van een atoom aan het toekennen knop op de Wiimote, brengen het hoofdmenu door te drukken en de &quot;Home&quot; knop ingedrukt houdt, dan ga naar &quot;Structurele eenheid,&quot; en selecteer &amp; #8220; Delete gekozen eenheden, &quot;dan is de Home-knop loslaat. </li><li> Vervolgens houdt u de &quot;-&quot; knop, ga naar &quot;Dragger,&quot; en vervolgens &quot;6-DOF Dragger,&quot; en laat de &quot;-&quot; knop. De &quot;-&quot; knop wordt nu geassocieerd met het verwijderen van atomen. </li><li> Volg een soortgelijke procedure om de functies van &quot;Lock Selected Units&quot; toewijzen aan de &quot;1&quot; Wiimote knop, en &quot;Unlock gekozen eenheden&quot; naar de &quot;2&quot; controller knop. </li></ol></li><li> Zodra de controller knoppen zijn geconfigureerd, maak een koolstof nanobuis behulp NCK als volgt: <ol><li> Met behulp van de knop &quot;+&quot;, voeg twee 3-band driehoekige koolstofatomen aan het NCK werkruimte. Manipuleren deze met behulp van de trigger knop totdat ze lid worden bij een hoekpunt. </li><li> Voeg 4 koolstofatomen een zeshoekige ster vorm. </li><li> Met het menu &quot;Home&quot;, ga naar &quot;I / O&#39;s&quot; en vervolgens op &quot;Save Units. </li><li> Beweeg de 6 puntige structuur uit de buurt van de huidige positie. </li><li> Met het menu &quot;Home&quot;, ga naar &quot;I / O&#39;s&quot; en vervolgens op &quot;Load Units. </li><li> Herhaal de laatste 2 stappen tot een 6 bij 6 vel zeshoekige 6-atoom ringen is gemaakt (Figuur 5A). </li><li> Met behulp van de &quot;1&quot; toets, te vergrendelen één atoom in de bovenste rij, en een tegengestelde atoom in de onderste rij. De vergrendelde atomen zal worden gemarkeerd met een roze kleur (Figuur 5B). </li><li> Met behulp van de trigger knop, voorzichtig bewegen een van de opgesloten atomen in een cirkelvormige boog tot zijn vrije hoekpunt zal de vrije hoekpunt van de tegengestelde vergrendelde atoom. Een groene lijn zal verschijnen tussen de hoekpunten als ze dicht genoeg dat atomaire aantrekkingskracht zal hen om mee te doen met een band (figuur 5C). Eenmaal met succes toegetreden, ontgrendelen zowel van de atomen met behulp van de &quot;2&quot; te drukken. </li><li> Doorgaan op dezelfde vergrendeling, de toetreding, en het ontsluiten van tegengestelde atomaire vergedragingen in de carbon plaat, effectief &quot;zippen&quot; het vel in een laatste koolstof nanobuis (figuren 5D-5F). <img alt="Figuur 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51384/51384fig5highres.jpg" width="500" /> Figuur 5. Stapsgewijs creatie van een enkelwandige CNT tonen (A) een 6 x 6 vel (grafeen) van hexagonaal koolstof ringen, (B) tegengestelde koolstofatomen &quot;geblokkeerd&quot; (weergegeven als roze driehoeken) om gemakkelijker manipulatie tegen toestaan realistische interatomaire krachten, (C) koolstof (grafeen) document nauwgezet gekromd binding tussen atomen staan ​​tegenover elkaar, (D) twee bijkomende tegenover koolstofatomen vergrendeld verder koolstofvel kromming bijstaan ​​(E) andere, tegengestelde koolstofatomen gebonden blijven koolstof sheet kromming in een nanobuis, en (F) definitief CNT gevormd na opeenvolgende binding tegenoverliggende atomen van de oorspArbon vel (grafeen). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51384/51384fig5highres.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.</a> </li><li> Wanneer de nanobuis is voltooid, gebruikt u op het scherm meetinstrumenten om structurele hoeken en afstanden 10 bevestigen. </li></ol></li></ol> 5. Visualisatie van moleculaire dynamica simulatie modellen <ol><li> Een eerste kristallijne SiO 2 kubusvormige model te importeren in de 3D ​​/ VR NCK-software, en onderzoeken de initiële structuur (zie figuur 2A). </li><li> Open-source programma&#39;s MDCASK 11 en LAMMPS 12 waren gericht vanwege functies die zijn zeer geschikt om dit onderzoek te richten. Dit laatste programma wordt gebruikt in dit werk, gezien de gevarieerde interatomaire potentialen en GPU computing mogelijkheden. Met behulp van de LAMMPS MD pakket 12, lopen een gesimuleerde smelt / lessen procedure op deze eerste structuur aan een amorfe SiO 2 st produceren<html> ructure. Details van deze gesimuleerde procedure is te vinden in eerdere publicaties 13-15. </li><li> Importeer de daaruit voortvloeiende nieuwe amorfe (ongeordende) SiO 2-model in de 3D ​​/ VR NCK software en onderzoeken de structuur (zie figuur 2B). </li><li> Maak een SiO 2 nanospring / nanoribbon uit de nieuwe amorfe vaste stof met behulp van de open source-code NanospringCarver 16 en bijbehorende instructie documentatie 17 (figuur 6). <img alt="Figuur 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51384/51384fig6highres.jpg" width="500" /> Figuur 6. Illustratie van het atoom selectieproces op verschillende stadia in de vorming van een nanospring met het NanospringCarver programmastap stap Parts. (A - D) geven 25%, 50%, 75% en 100% voltooiing van dit proces 17.target = &quot;_ blank&quot;&gt; Klik hier om een ​​grotere versie van deze afbeelding te bekijken. </li><li> Gebruik de LAMMPS MD pakket trek- simulaties op nanospring / nanoribbon (figuur 7). Details over deze procedure is te vinden in een eerdere publicatie 15. <img alt="Figuur 7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51384/51384fig7highres.jpg" width="500" /> Figuur 7. Snapshot afbeelding uit LAMMPS MD silica spiraalvormige nanostructuur (nanoribbon) treksterkte simulatieresultaten. </li><li> Gebruik maken van de open source software tools VMD (Visualiseer Molecular Dynamics) 18 ImageMagick 19, en FFmpeg 20 tot snapshots en animatie van de spiraalvormige nanostructuur te creëren in deze simulatie (Animated figuur 1), voor de presentatie in de 3D ​​/ VR Visualisatie Systeem. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51384/51384fig7highres.jpg" target="_blank">Klik hier naar een grotere v bekijken</a>ersie van dit cijfer. </li></ol> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51384/Animated_Fig1-movie NR-0140_frames.mov" target="_blank">Geanimeerde figuur 1</a> . Animatie van spiraalvormige nanostructuur treksterkte simulatie.

<ol><li>Kreylos website, O. Low-Cost VR 3D/VR tutorial. , University of California Davis. Davis, CA. Available from: 
 <a target="_blank" href="http://idav.ucdavis.edu/~okreylos/ResDev/LowCostVR/index.html">http://idav.ucdavis.edu/~okreylos/ResDev/LowCostVR/index.html</a> (2013).</li>
<li>Doblack, B. N., Flores, C., Matlock, T., Dávila, L. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+emergence+of+immersive+low-cost+3D+virtual+reality+environments+for+interactive+learning+in+materials+science+and+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Res.+Soc.+Symp.+Proc%22%5BJournal%5D)">The emergence of immersive low-cost 3D virtual reality environments for interactive learning in materials science and engineering.</a> Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 1320, (2011).</li>
<li>Flores, C., Matlock, T., Dávila, L. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhancing+materials+research+through+innovative+3D+environments+and+interactive+manuals+for+data+visualization+and+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Res.+Soc.+Symp.+Proc%22%5BJournal%5D)">Enhancing materials research through innovative 3D environments and interactive manuals for data visualization and analysis.</a> Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 1472, (2012).</li>
<li>IR tracking camera and software source. , Naturalpoint. U.S.A. Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.naturalpoint.com/optitrack">http://www.naturalpoint.com/optitrack</a> (2013).</li>
<li><a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+goggle+source%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">3D goggle source.</a> , Ilixco. U.S.A. Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.i-glassesstore.com/dlp3d-wireless-2set.html">http://www.i-glassesstore.com/dlp3d-wireless-2set.html</a> (2013).</li>
<li>Kreylos, O. Nanotech Construction Kit. , University of California Davis. Davis, CA. Available from: 
 <a target="_blank" href="http://idav.ucdavis.edu/~okreylos/ResDev/NanoTech/index.html">http://idav.ucdavis.edu/~okreylos/ResDev/NanoTech/index.html</a> (2013).</li>
<li>Compute Unified Device Architecture (CUDA). , U.S.A. Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.nvidia.com/object/cuda_home_new.html">http://www.nvidia.com/object/cuda_home_new.html</a> (2013).</li>
<li>Graphics Processing Unit (GPU) computing. , U.S.A. Available from: <a target="_blank" href="http://www.nvidia.com/object/what-is-gpu-computing.html">http://www.nvidia.com/object/what-is-gpu-computing.html</a> (2013).</li>
<li>GPU applications. , U.S.A. Available from 
 <a target="_blank" href="http://www.nvidia.com/object/gpu-applications.html?mDicS">http://www.nvidia.com/object/gpu-applications.html?mDicS</a> (2013).</li>
<li>“3D/VR Visualization System - Startup and Shutdown Protocol” and “3D/VR Visualization System – CNT Modeling Example” documents. , University of California Merced. Merced, CA. Available from: 
 <a target="_blank" href="https://eng.ucmerced.edu/people/ldavila/home/3d-vr-visualization-system-dissemination-of-research-results-and-products">https://eng.ucmerced.edu/people/ldavila/home/3d-vr-visualization-system-dissemination-of-research-results-and-products</a> (2013).</li>
<li>MDCASK molecular dynamics code. , Livermore National Laboratory. Livermore, CA. Available from: 
 <a target="_blank" href="https://asc.llnl.gov/computing_resources/purple/archive/benchmarks/mdcask">https://asc.llnl.gov/computing_resources/purple/archive/benchmarks/mdcask</a> (2013).</li>
<li>LAMMPS (Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator) molecular dynamics code. , Steve Plimpton. Albuquerque, NM. Available from: 
 <a target="_blank" href="http://lammps.sandia.gov">http://lammps.sandia.gov</a> (2014).</li>
<li>Feuston, B. P., Garofalini, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Empirical+three-body+potential+for+vitreous+silica%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Empirical three-body potential for vitreous silica.</a> J. Chem. Phys. 89 (9), 5818-5824 (1988).</li>
<li>Dávila, L. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transformations+in+the+medium-range+order+of+fused+silica+under+high+pressure%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Transformations in the medium-range order of fused silica under high pressure.</a> Phys. Rev. Lett. 91 (20), 2055011-2055014 (2003).</li>
<li>Doblack, B. N. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDoblack%2C+BN+%22The+structure+and+properties+of+silica+glass+nanostructures+using+novel+computational+systems%22">The structure and properties of silica glass nanostructures using novel computational systems</a>. , University of California Merced. Merced, CA. (2013).</li>
<li>NanospringCarver. , University of California Merced. Merced, CA. Available from: 
 <a target="_blank" href="http://eng.ucmerced.edu/people/ldavila/home/nanospring-models-via-matlab-nanospringcarver-dissemination-of-research-results-and-products">http://eng.ucmerced.edu/people/ldavila/home/nanospring-models-via-matlab-nanospringcarver-dissemination-of-research-results-and-products</a> (2013).</li>
<li>Meagher, K. A., Doblack, B. N., Ramirez, M., Dávila, L. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scalable+nanohelices+for+predictive+studies+and+enhanced+3D+visualization%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vis.+Exp%22%5BJournal%5D)">Scalable nanohelices for predictive studies and enhanced 3D visualization.</a> J. Vis. Exp. In-Press, Forthcoming.</li>
<li>Visualize Molecular Dynamics (VMD). Open source molecular visualization software. , U.S.A. Available from:
 <a target="_blank" href="http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd">http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd</a> (2013).</li>
<li>ImageMagick. , U.S.A. Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.imagemagick.org">http://www.imagemagick.org</a> (2013).</li>
<li>FFmpeg. Open source multimedia file converter. , U.S.A. Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.ffmpeg.org">http://www.ffmpeg.org</a> (2013).</li>
<li>Interactive Molecular Dynamics Simulation. Theoretical and Computational Biophysics Group. , U.S.A. Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/imd">http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/imd</a> (2014).</li>
<li>Molecular Control Toolkit. Aquaria: Integrating Sequences, Features, and 3D Structures. , Australia. c2013-2014 Available from: 
 <a target="_blank" href="http://aquaria.ws">http://aquaria.ws</a> (2014).</li>
<li>Nano-D Research Group. Algorithms for Modeling and Simulation of Nanosystems. , France. Available from: 
 <a target="_blank" href="http://nano-d.inrialpes.fr">http://nano-d.inrialpes.fr</a> (2014).</li>
<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>

De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen.

Kritische elementen in de succesvolle installatie en het gebruik van de 3D ​​/ VR Visualisatie Systeem worden gedetailleerd beschreven in de fysieke omgeving en de Overwegingen van het Ontwerp en bijzondere overwegingen in aanvullende materialen. Belangrijke overwegingen bij installatie onder andere 3D-weergave hoogte voor comfortabel langdurig staand of zittend gebruik, gemaximaliseerd bijhouden camera gemonteerd hoogte om een ​​grote 3D-werkgebied, stabiele bijhouden camera en 3D-weer...

Materiaalkunde is een interdisciplinair vakgebied dat de structuur-eigenschap relaties onderzoekt in kwestie voor de toepassing daarvan op vele gebieden van wetenschap en techniek. Als structuur-eigenschap relaties worden onderzocht door middel van computersimulaties in aanvulling op experimenten, computationele hulpmiddelen bieden aanvullende functies die onderzoeksinspanningen kunnen verbeteren. Terwijl nanomaterialen van belang zijn voor wetenschappers en hebben verlossende waarde voor hun mogelijke maatschappelijke impact, dit regime grootte is beladen met vele uitdagingen vinden vooral in experimenten. Computersimulaties kunnen wetenschappers en ingenieurs om gespecialiseerde tests uit te voeren in een grote verscheidenheid van omgevingen alleen beperkt door tijd en computationele resources. Moleculaire dynamica (MD) simulaties kan de juiste tijd en de lengte schalen om de verschijnselen van belang te onderzoeken in veel nanomaterialen. Simulaties uit te breiden het onderzoek van materialen door het verwijderen van de beperkingen van de tHij fysieke laboratorium, maar veel computationele hulpmiddelen ontbreekt toegankelijk, intuïtieve interfaces voor onderzoek. Enhancement met de grafische weergave van de modellen, efficiënte computationele algoritmen, en grafische verwerkingseenheid (GPU) based computing aanvulling van de huidige simulatie inspanningen. Deze nieuwe grafische toestellen combineren met centrale verwerkingseenheden efficiënt om wiskundig intensieve berekeningen worden uitgevoerd door de GPU. Het resultaat is een efficiënte versnelling van berekening in de orde van 10x gepaard met een vermindering van het energieverbruik tot 20x. Het doel van dit onderzoek was het ontwikkelen en implementeren van een nieuw instrument voor nanowetenschap onderzoek dat rechtstreeks verbindt een interactieve interface om MD simulaties, materiaalkunde analyse en 3D-visualisatie. Dit innovatieve systeem met unieke en krachtige analysemogelijkheden is gebruikt voor nanoschaal onderzoek en onderwijs aan de UC Merced, met rechtstreekse gevolgen voor andere rel<html> ated STEM gebieden zoals nanotechnologie, natuurkunde, biologie en geologie, en het uiteindelijke voordeel voor het onderwijs en de samenleving. De 3D / VR Visualisatie Systeem werd geïmplementeerd als zowel een onderzoek en onderwijs instrument dat creatie en manipulatie van atomaire structuren in een interactieve 3D virtual reality (VR) omgeving stelt. Het systeem is ontstaan ​​uit een reeks van relatief goedkope en toegankelijke onderdelen volgens het model oorspronkelijk ontwikkeld door Dr. Oliver Kreylos bij UC Davis 1. Hieronder is een foto van het uiteindelijke 3D / VR Visualisatie Systeem lay-out, met belangrijke componenten gelabeld (Figuur 1). Dit systeem werd oorspronkelijk opgericht voor educatieve doeleinden op UC Merced in 2009. De uitvoering van de oorspronkelijke 3D / VR-systeem resulteerde in peer-reviewed publicaties 2-3. Tabel 1 hieronder geeft een overzicht van de belangrijkste kenmerken voor elk element van de 3D ​​/ VR Visualisatie Systeem. ntent &quot;fo: keep-together.within-page =&quot; always &quot;&gt; <img alt="Figuur 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51384/51384fig1highres.jpg" width="500" /> Figuur 1. 3D / VR Visualisatie Systeem en de belangrijkste componenten (links) in het Davila Research Laboratory van UCM en visualisatie-apparaten (rechts). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51384/51384fig1highres.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.</a> <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td> Item </td><td> Bestanddeel </td><td> Functionaliteit in Systeem </td></tr><tr><td> Een </td><td> 3D TV </td><td> 3D-weergave van gemodelleerde moleculaire structuren en on-screen menu&#39;s. </td></tr><tr><td> B </td><td> Infrarood (IR) volgend camera 4 </td><td> IR camera spoor posities van de Wiimote en het kijken naar 3D bril in het user workspace voor 3D-televisie, waardoor virTual 3D manipulatie van weergegeven structuren. </td></tr><tr><td> C </td><td> Tracking PC </td><td> Loopt IR camera tracking software en stuurt Wiimote en 3D goggle posities te modelleren computer. </td></tr><tr><td> D </td><td> Wiimote </td><td> Gebruikt voor het on-screen beheer van modeling software en om structuren te manipuleren in 3D virtuele omgeving. </td></tr><tr><td> E </td><td> 3D bril 5 </td><td> Gesynchroniseerd met 3D TV IR-signaal, zodat de 3D-weergave van de structuur. Positie gevolgd door IR camera voor nauwkeurige 3D-weergave. </td></tr><tr><td> F </td><td> Modellering PC </td><td> Loopt NCK / VRUI 3D-modellering en weergave software 6, aanvaardt goggle / Wiimote positie en stuursignalen om nauwkeurige 3D moleculaire structuur weergave maken. </td></tr></tbody></table> Tabel 1. Functionaliteit van de belangrijkste elementen van de 3D ​​/ VR Visualisatie Systeem bij UCM. Description van 3D / VR Visualisatie Systeem en basiscomponenten: 3D / VR Visualisatie Systeem Overzicht - De 3D / VR Visualisatie Systeem bestaat uit een set van IR camera&#39;s en tracking software werkt in combinatie met 3D modeling software waarmee een gebruiker interactief 3D-moleculaire structuren. De IR-camera&#39;s en software volgen de 3D-locatie van een Wiimote en 3D-weergave bril met IR-markers, en geven deze aan de modeling software. De modeling software maakt gebruik van de Wiimote stuursignalen en beweging naar 3D moleculaire structuren te genereren kan worden weergegeven met de combinatie van een 3D-capable grootformaat televisie met gesynchroniseerde en bijgehouden 3D bril. Dit resulteert in een 3D virtual reality werkgebied waarbinnen de gebruiker dynamisch maken en manipuleren virtuele moleculaire structuren die echte fysieke gedrag weergeven op basis van interatomaire krachten die in het model software (figuur 2). Speciale Considerations voor het opzetten van dit systeem is te vinden in aanvullende materialen. <img alt="Figuur 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51384/51384fig2highres.jpg" width="500" /> Figuur 2. Het onderzoeken van silica nanomaterialen gebruik van de 3D ​​/ VR Visualisatie Systeem. (A) Een onderzoeker creëert een initieel cristobalite model (kristallijne) voordat GPU-gebaseerde simulaties. (B) Bij het ​​uitvoeren van een gesimuleerde MD smelt-demping procedure van het model getoond in (a), een andere onderzoeker krijgt een silica glas model (niet-kristallijne). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51384/51384fig2highres.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.</a> 3D / VR Visualisatie System Enhancement - MD Simulatie Capability: Moleculaire dynamica simulatie systemen worden vaak in een geïmplementeerdmeerdere knooppunten mode, dat wil zeggen een grote belasting wordt verdeeld of geparalleliseerd over tientallen tot duizenden processors. Onlangs, extra mogelijkheden voor versnelde wetenschappelijke berekeningen zijn ontstaan ​​uit de ontwikkelingen in computer graphics processing. Deze voorschotten zijn een software-interface waarmee wetenschappers om te profiteren van de sterk parallelle aard van de verwerkingskracht intrinsiek aan grafische chips. Met de komst van de Compute Unified Device Architecture of CUDA 7, kunnen wetenschappers GPU 8 om de snelheid waarmee problemen worden opgelost en tegelijkertijd de kosten van infrastructuur te stimuleren. Een typische GPU kan het equivalent van honderden tot duizenden kernen of &quot;nodes&quot; voor de verwerking van informatie, en deze kunnen elk parallel worden gebruikt, kan een goed gecodeerd oplossing bieden tot doorvoer versnelling tegen de meeraderige tegenhanger 1000x . Hoewel niet elk probleem is zeer geschikt voor deze aanpak, zijn huidige MD simulaties up zien tot 15x doorvoercapaciteit krijgt 9. Details over de 3D / VR visualisatie systeem MD-GPU verbetering is te vinden in aanvullende materialen.

<table><tbody><tr><td>Samsung 61" 3D-capable high definition DLP TV</td><td>Samsung</td><td><a href="http://www.samsung.com/us/video/tvs">http://www.samsung.com/us/video/tvs</a></td><td>Zie Protocol Sectie 3 (Stap 3.2)&nbsp; (Grootformaat 3D-capable TV)</td></tr><tr><td>Alienware Area51 750i modelcomputer</td><td>Alienware</td><td><a href="http://www.alienware.com/">http://www.alienware.com</a></td><td>Zie Protocol Sectie 1 (Stap 1.1)&nbsp; (Modelcomputer)</td></tr><tr><td>HP EliteBook 8530w trackingcomputer</td><td>HP</td><td><a href="http://www.hp.com/">http://www.hp.com</a></td><td>Zie Protocol Sectie 2 (Stap 2.3)&nbsp; (Trackingcomputer)</td></tr><tr><td>V100:R2 IR trackingcamera's (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>Zie Protocol Sectie 2 (Stap 2.1) en Referentie [4]&nbsp; (Trackingcamera's)</td></tr><tr><td>OptiTrack Tracking Tools IR trackingsoftware</td><td>Naturalpoint</td><td><a href="http://www.naturalpoint.com/optitrack/software/">http://www.naturalpoint.com/optitrack/software/</a></td><td>Zie Protocol Sectie 2 (Stap 2.3) en Referentie [4]&nbsp; (Trackingsoftware)</td></tr><tr><td>3D-bril en 3D TV IR sync-emitter</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>Zie Protocol Sectie 3 (Stap 3.2) en Referentie [5]&nbsp; (3D-bril)</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>Zie Protocol Sectie 3 (Stap 3.2)&nbsp; (Wiimote)</td></tr><tr><td>VRUI, NCK en bijbehorende 3D/VR-modelleringssoftware</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>Zie Protocol Sectie 1 (Stap 1.3) en Referenties [1,6]&nbsp; (VRUI, NCK)</td></tr><tr><td>LAMMPS moleculaire dynamicasoftware</td><td>Open source software</td><td><a href="http://lammps.sandia.gov/">http://lammps.sandia.gov/&nbsp;</a></td><td>Zie Protocol Sectie 5 (Stap 5.2) en Referentie [12]&nbsp; (LAMMPS)</td></tr><tr><td>NanospringCarver programmacode en -bestanden</td><td>UC Merced - open source</td><td><a href="http://tinyurl.com/qame8dj">http://tinyurl.com/qame8dj</a></td><td>Zie Protocol Sectie 5 (Stap 5.4) en Referenties [16-17]&nbsp; (NanospringCarver)</td></tr><tr><td>MATLAB GUI-bestanden</td><td>UC Merced - open source</td><td><a href="http://tinyurl.com/qame8dj">http://tinyurl.com/qame8dj</a></td><td>Zie Protocol Sectie 5 (Stap 5.4) en Referenties [16-17]&nbsp; (NanospringCarver)</td></tr><tr><td>Atomistic bulk glass inputbestand</td><td>UC Merced - open source</td><td><a href="http://tinyurl.com/qame8dj">http://tinyurl.com/qame8dj</a></td><td>Zie Protocol Sectie 5 (Stap 5.4) en Referenties [16-17]&nbsp; (NanospringCarver)</td></tr></tbody></table>

nieuw 3d / vr interactieve omgeving voor md simulaties, visualisatie en analyse

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

De toenemende ontwikkeling van de informatica (hardware en software) in de laatste decennia heeft wetenschappelijk onderzoek beïnvloed op vele gebieden, waaronder materiaalkunde, biologie, scheikunde en natuurkunde onder vele anderen. Een nieuwe computationele systeem voor de accurate en snelle simulatie en 3D / VR visualisatie van nanostructuren wordt hier gepresenteerd, met behulp van de open-source moleculaire dynamica (MD) computerprogramma LAMMPS. Deze alternatieve rekenmethode gebruikt moderne grafische processors, NVIDIA CUDA technologie en gespecialiseerde wetenschappelijke codes om verwerkingssnelheid barrières gemeen met de traditionele rekenmethoden te overwinnen. In combinatie met een virtual reality systeem gemodelleerd om materialen, deze uitbreiding kan een extra versnelde MD simulatie vermogen. De motivatie is om een ​​nieuwe onderzoeksomgeving die tegelijkertijd maakt visualisatie, simulatie, modellering en analyse. Het onderzoek doel is om de structuur en eigenschappen van anorganische n onderzoekenanostructures (bijvoorbeeld silica glas nanosprings) onder verschillende omstandigheden met behulp van deze innovatieve computationele systeem. De gepresenteerde werk schetst een beschrijving van de 3D / VR Visualisatie Systeem en basiscomponenten, een overzicht van belangrijke overwegingen zoals de fysieke omgeving, details over de installatie en gebruik van het nieuwe systeem, een algemene procedure voor de versnelde MD enhancement, technische informatie en relevante opmerkingen. De impact van dit werk is de creatie van een uniek computationele systeem combineren nanoschaal materialen simulatie, visualisatie en interactiviteit in een virtuele omgeving, die zowel een onderzoek en onderwijs instrument op UC Merced.

Deze 3D / VR Visualisatie Systeem biedt nieuwe mogelijkheden voor het uitvoeren van de materiaalkunde studies. Aangezien dit immersieve omgeving werkt in real-time, in de vorm van 3D-input en weergave, de onderzoeker wordt gepresenteerd met een volledig interactieve nanometerschaal instrument 2. Door het volgen van het protocol hier gepresenteerde werd een silica schroeflijnvormige nanoribbon die in deze stap voor stap manier. Een momentopname van deze structuur geproduceerd LAMMPS MD wordt getoond in <strong...

Een nieuw computationeel systeem met GPU-versnelde moleculaire dynamica simulatie en 3D/VR visualisatie, analyse en manipulatie van nanostructuren is geïmplementeerd, wat een nieuwe aanpak vertegenwoordigt om materiaalonderzoek te bevorderen en innovatief onderzoek en alternatieve methoden te promoten om te leren over materiaalstructuren met afmetingen die onzichtbaar zijn voor het menselijk oog.

Nieuw 3D / VR interactieve omgeving voor MD simulaties, visualisatie en analyse

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

Het algemene doel van deze procedure is het visualiseren en analyseren van het driedimensionale gedrag van nanostructuren in de echte wereld. Dit wordt bereikt door eerst een interactief 3D-visualisatiesysteem met simulatiecapaciteit te creëren. De tweede stap bestaat uit het construeren en onderzoeken van 3D-nanostructuren in deze interactieve omgeving.Vervolgens wordt een 3D nano-helicale structuur geprepareerd uit een gekozen bulkmateriaal en wordt het systeem gebruikt om trektesten of andere simulaties uit te voeren. De laatste stap is het visualiseren en analyseren van het resulterende 3D real-world atomistische gedrag van de nanostructuur. Uiteindelijk kan het 3D-visualisatiesysteem in dit werk worden gebruikt voor het onderzoeken van realistische nanostructuren via moleculaire dynamica of MD-simulaties voor onderzoek naar materiaalinnovatie.Ik kreeg het idee voor deze methode destijds aan de UC Davis, toen ik samenwerkte met Dr. Oliver K. Craigo aan het gebruik van deze technologie voor onderzoek en onderwijs, specifiek in het vakgebied van de materiaalkunde. 3D-visualisatie en interactie zijn belangrijke instrumenten voor de computationele exploratie en analyse van materialen. We hopen daarom dat dit initiatief anderen zal helpen dit verder uit te breiden. Miguel Diaz, een promovendus uit mijn laboratorium, zal deze procedure verder demonstreren.Begin met het maken van een star camera-ophangframe direct boven de voorrand van de 3D-compatibele televisie, nabij het plafond, voor een optimale dekking. Monteer drie infrarood- of IR-camera's op draaibare bevestigingen direct boven de voorhoeken en het midden van de voorzijde van de 3D-tv.Zorg ervoor dat de dekshoek van elke camera het vooroppervlak van de tv net raakt. Assembleer en configureer vervolgens de apparatuur en software voor het 3D virtual reality- of 3D VR-visualisatiesysteem zoals beschreven in het tekstprotocol; plaats de controller zorgvuldig op een plek waar deze gemakkelijk vanaf de modelleringscomputer bereikbaar is, waarbij u erop let de sferische IR-trackingsensoren die eraan zijn bevestigd niet aan te raken of te verplaatsen. Plaats daarnaast de 3D-bril voorzichtig op de tv-standaard, waarbij u voorkomt dat de reflecterende markers na de aanvullende installatie worden geraakt.Zoals beschreven in het tekstprotocol, opent u een terminalvenster met meerdere tabbladen op het bureaublad van de modelleringscomputer op de trackingcomputer. Verifieer het IP-adres van de ethernetadapter door IP config te typen in een opdrachtvenster op de modelleringscomputer. Open een tabblad in het terminalvenster en controleer in het VR devices dot cfg-bestand of de servernaam het IP-adres van de ethernetadapter van de trackingcomputer op de trackingcomputer specificeert.Wacht tot de software van de OptiTrack rigid body tool volledig is geopend. Klik vervolgens op de grote knop in het bovenmenu met het label load calibration result. Zoek het betreffende camerakalibratiebestand op en open dit.Nadat het bestand is geladen, klikt u op het bestandsmenu en selecteert u 'load rigid body definitions'. Zoek het juiste rigid body-definitiebestand voor de gevolgde controller en de 3D-bril op en open dit in het meest rechtse paneel van de trackingsoftware. Zoek de sectie met het label 'streaming' en vouw deze sectie uit onder de categorie 'VRPN streaming'.Verifieer dat het vermelde poortnummer 3 8 8 3 is, en controleer het vak voor broadcast frame-gegevens binnen de categorie VRPN streaming engine op de modelleringscomputer. Open een tabblad in het terminalvenster dat eerder in deze sessie is aangemaakt. Navigeer naar de VR-apparaatdemon-software en start deze op.Volg vervolgens de aanwijzing om knop één en twee op de WiMo gelijktijdig in te drukken. Als de handeling is geslaagd, verschijnt in het eerder gemaakte terminalvenster van de modelleringscomputer nu de melding VR device server waiting for client connection. Selecteer het derde tabblad om de NCK-software te starten.Navigeer naar de installatiemap van NCK en typ het commando dat hier wordt getoond en dat ook in het tekstprotocol staat, waarbij u er zeer zorgvuldig op toeziet dat de bevestigde trackingmarkers niet worden aangeraakt of losgekomen raken. Zet de 3D-bril op en pak de controller. Pas de kijkpositie van de bril aan om er zeker van te zijn dat de 3D-bril het synchronisatiesignaal van de IR-emitter van de 3D-tv ontvangt, zodat het tv-scherm in 3D-VR kan worden bekeken om toegang te krijgen tot een toolset voor het toevoegen, verplaatsen en verwijderen van atomen.Wijs NCK-commandoassociaties toe aan knoppen op de controller door eerst de home-knop van de wiimote ingedrukt te houden, waardoor het hoofdmenu van NCK op het scherm verschijnt. Navigeer naar het menu-item voor override-tools en selecteer dit, en laat vervolgens de home-knop los. Hierdoor kunnen commando's onafhankelijk van elkaar aan verschillende knoppen op de controller worden toegewezen.Om de WiMo-triggerknop te koppelen aan de actie voor het manipuleren van atomen binnen NCK, houdt u de triggerknop ingedrukt. Navigeer in het NCK-menu op het scherm naar dragger en selecteer six degree of freedom dragger voordat u de trigger loslaat. De trigger is nu gekoppeld aan de actie voor het manipuleren van de atomen.Om de functie voor het toevoegen van een atoom aan de plustoets van de wiimote toe te wijzen, opent u het hoofdmenu door de home-toets ingedrukt te houden. Navigeer naar structural unit types en selecteer triangle voordat u de home-toets loslaat. Houd vervolgens de plustoets ingedrukt en selecteer six DOF dragger op dezelfde wijze als hiervoor.Laat vervolgens de plustoets los. De plustoets is nu gekoppeld aan het maken van nieuwe atomen van het in dit geval geselecteerde type: koolstofatomen, weergegeven door driehoeken. Om de functie voor het verwijderen van een atoom toe te wijzen aan de mintoets op de wiimote, opent u het hoofdmenu door de home-toets ingedrukt te houden.Navigeer vervolgens naar structural unit types en selecteer delete selected units. Voordat u de home-knop loslaat, houdt u de min-knop ingedrukt en selecteert u zes DOF dragger zoals voorheen. Laat daarna de min-knop los.De min-knop is nu gekoppeld aan het verwijderen van atomen. Volg een vergelijkbare procedure om de functies voor het vergrendelen van geselecteerde eenheden toe te wijzen aan de eerste WiMo-knop en het ontgrendelen van geselecteerde eenheden aan de tweede controllerknop. Zodra de controllerknoppen zijn geconfigureerd, maakt u een koolstofnanobuisje met NCK door eerst de plus-knop te gebruiken om twee drie-bindings driehoekige koolstofatomen aan de NCK-werkruimte toe te voegen.Manipuleer deze met de triggerknop totdat ze bij een hoekpunt samenkomen. Voeg vervolgens vier koolstofatomen toe om een zeskantige stervorm te creëren. Navigeer via het hoofdmenu naar de input-outputmenu's en vervolgens naar het opslaan van eenheden, en verplaats de zespuntige structuur weg van de huidige positie.Gebruik nu het hoofdmenu om opnieuw naar de invoer- en uitvoermenu's te navigeren en vervolgens naar 'load units'. Herhaal de laatste twee stappen totdat er een blad van zes bij zes hexagonale ringen van zes atomen is gecreëerd.Gebruik de vergrendelknop om één atoom in de bovenste rij en een tegenoverliggend atoom in de onderste rij te selecteren; de vergrendelde atomen worden roze gemarkeerd. Beweeg met de triggerknop voorzichtig een van de vergrendelde atomen in een cirkelvormige boog totdat het vrij is. De vertex nadert de vrije vertex van het tegenoverliggende vergrendelde atoom.Zodra ze succesvol zijn verbonden, worden beide atomen ontgrendeld met behulp van de twee knoppen. Ga op soortgelijke wijze verder met het vergrendelen, verbinden en ontgrendelen van tegenoverliggende hoekpunten in het koolstofvel. Hierdoor wordt het vel effectief dichtgeritst tot een uiteindelijke koolstofnanobuis.Importeer een initieel kristalijn siliciumdioxide-kubusmodel in de 3D VR NCK-software en onderzoek de initiële structuur. Voer een gesimuleerde melt-quench-procedure uit op deze initiële geordende structuur om een amorfe siliciumdioxide-structuur te produceren. Importeer vervolgens het resulterende nieuwe ongeordende siliciumdioxide-model in de 3D VR NCK-software en onderzoek de structuur.Creëer een siliciumdioxide nanoveer of nanoband uit de nieuwe amorfe vaste stof. Maak hiervoor gebruik van de open-source code, de nano springing carver en de bijbehorende instructiedocumentatie. Gebruik het moleculaire dynamica-pakket LAMMPS om treksimulaties uit te voeren op de nanoveer of nanoband, zoals elders gerapporteerd.Gebruik tot slot de opensource softwaretools visualize molecular dynamics, image magic en FF m peg om snapshots en animaties van de helicale nanostructuur gedurende deze simulatie of presentatie in het 3D VR-visualisatiesysteem te maken. Het hier beschreven protocol demonstreert hoe een geïntegreerd laboratoriumsysteem kan worden gecreëerd voor hoogwaardige atomistische simulatie en interactieve 3D-visualisatie van nanostructuren. Met behulp van het 3D VR-visualisatiesysteem kunnen complexe nanostructuren, zoals een koolstofnanobuis met realistisch atomair gedrag, worden geconstrueerd en onderzocht.Vervolgens is een helixvormig siliciumdioxide-nanoribbon gecreëerd en onderworpen aan gesimuleerde trekbelastingen, waarna de resultaten van de simulatie in drie dimensies zijn gevisualiseerd om de structurele transformatie en het falen van de nanostructuur onder dergelijke trekcondities te onderzoeken. Na het bekijken van deze video moet u in staat zijn om het gedrag van elk nanostructuurmodel te analyseren en te visualiseren met behulp van een 3D-visualisatiesysteem zoals dat wij in het laboratorium hebben.

novel-3dvr-interactive-environment-for-md-simulations-visualization

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Klassieke vreesconditionering paradigma werd aangepast voor de menselijke deelnemers in een volledig immersive virtual reality omgeving. Met behulp van een discriminatie paradigma, geconditioneerde angst, cue en context geheugen retentie, en uitsterven werd gemeten met huidgeleiding respons op dynamische virtuele slangen en spinnen (de geconditioneerde stimuli) in twee verschillende virtuele contexten.

Human vreesconditionering Uitgevoerd in Full Immersion 3-Dimensionale Virtual Reality

In deze studie, melden de auteurs voor het eerst een nieuwe 3D-Immersive &amp; Interactive Neuronavigatie (3D-IIN) door de impact van een spontane migraine-aanval in de μ-opioïde systeem van de hersenen van een patiënt in vivo.

3D-Neuronavigatie<em&gt; In Vivo</em&gt; Door middel van de hersenen van een patiënt tijdens een spontane migraine

We demonstreren de nauwkeurige manipulatie van individuele organische moleculen op een metalen oppervlak met de punt van een rastersondeboogmicroscoop, aangestuurd in 3D door de hand van de onderzoeker met behulp van een motion capture-systeem en volledig immersieve virtual reality-bril.

Hand Gecontroleerde Manipulatie van enkele moleculen via een Scanning Probe Microscope met een 3D Virtual Reality Interface

De beschreven pijplijn is ontworpen voor de segmentatie van elektronenmicroscopie datasets groter dan gigabytes, om hele celmorfologieën te extraheren. Zodra de cellen zijn gereconstrueerd in 3D, kan aangepaste software die is ontworpen rond individuele behoeften worden gebruikt om een kwalitatieve en kwantitatieve analyse rechtstreeks in 3D uit te voeren, ook met behulp van Virtual Reality om de zicht occlusie te overwinnen.

Een methode voor 3D reconstructie en Virtual Reality analyse van gliale en neuronale cellen

Hier presenteren we een vereenvoudigde open-source hardware- en software-opstelling voor het onderzoeken van ruimtelijk leren van muizen met behulp van virtual reality (VR). Dit systeem toont een virtueel lineair spoor naar een hoofd-ingetogen muis die op een wiel draait door gebruik te maken van een netwerk van microcontrollers en een single-board computer met een eenvoudig te gebruiken Python grafisch softwarepakket.

Een open-source virtual reality-systeem voor het meten van ruimtelijk leren bij hoofdremmende muizen

Visual Dynamics is een open-source tool die implementaties en leren versnelt in moleculaire dynamica-simulatie met behulp van Gromacs. Het gepresenteerde protocol leidt u door de stappen om met gemak een eiwit-ligandsimulatie uit te voeren die is voorbereid in ACPYPE en algemene stappen naar andere simulatiemodellen.

Nieuwe functies in Visual Dynamics 3.0

Cryo-elektronentomografie (cryo-ET) maakt 3D-visualisatie van cellulaire ultrastructuur met nanometerresolutie mogelijk, maar handmatige segmentatie blijft tijdrovend en complex. We presenteren een nieuwe workflow die geavanceerde virtual reality-software integreert voor het segmenteren van cryo-ET-tomogrammen, waarbij de effectiviteit ervan wordt aangetoond door de segmentatie van mitochondriën in zoogdiercellen.

Gebruikmaken van virtual reality voor meeslepende segmentatie en analyse van cryo-elektronentomografiegegevens

Dit artikel presenteert een systeem voor fotorealistische 3D-reconstructie met behulp van 360-gradenbeelden, Gaussiaanse Splatting en virtual reality-integratie. De aanpak kan worden toegepast op verschillende toepassingen, zoals onderwijs, het simuleren van leeromgevingen; constructie, om werken off-sites te simuleren en statistieken op te halen; of gezondheidszorg, om autistische mensen te trainen in dagelijkse taken.

Fotorealistische geleerde landschappen voor augmented reality

Een gegeneraliseerde, FAIR-conforme methode wordt gepresenteerd voor domeinexpertonderzoekers die simulatie- en dataverwerkingstools willen integreren in geautomatiseerde workflows voor 3D-virtuele experimenten. Een voorbeeld van Neutronics laat zien hoe je een lokale Galaxy-instantie opzet, OpenMC en bestandsconversietools ompakt, workflows vanuit Omniverse opstart en de geconverteerde 3D-uitvoeren visualiseert.

Integratie van geautomatiseerde simulatieworkflows met 3D-visualisatie voor virtuele experimenten in de metaverse

In deze video beschrijven we eerst de fabricage en de werking procedures van een surface acoustic wave (SAW) akoestische tegenstroom apparaat. Vervolgens tonen een experimentele situatie dat zowel stromingsvisualisatie kwalitatieve en kwantitatieve analyse van complexe stromen binnen de SAW pompinrichting.

Fabricage, bediening en Flow Visualization in Surface-akoestische-wave-driven Acoustic-tegenstroom Microfluidics

Verken een nieuwe 3D/VR-omgeving voor moleculaire dynamica-simulaties van nanostructuren. Dit systeem maakt interactieve visualisatie en analyse van materiaalgedrag op nanoschaal mogelijk voor innovatief materiaalonderzoek.

Nieuw 3D / VR interactieve omgeving voor MD simulaties, visualisatie en analyse

Meer video's verkennen