We wish to gratefully acknowledge the original inspiration and extensive support provided to us toward the creation of this system from Dr. Oliver Kreylos of the UC Davis Institute for Data Analysis and Visualization. His advice and assistance were instrumental to our success.
We also wish to thank the NSF BRIGE program for providing funding for this project. This material is based upon work supported by the National Science Foundation under Grant No. 1032653.

1. Modelleme PC&#39;de 3D / VR Modelleme Yazılımı Yükle <ol><li> (Ubuntu x86 / AMD64 donanım bağlı) modelleme PC&#39;de Linux tabanı işletim sistemini yükleyin. </li><li> Linux tabanı işletim sistemini değiştirin. <ol><li> Kütüphaneler kurun ve gerektiği gibi işlevler eklemek. </li></ol></li><li> VRUI ve NCK 3D / Modelleme PC 6 VR modelleme yazılımı yükleyin. <ol><li> Tüm modelleme yazılım bileşenlerinin en son sürümlerini edinmek için ilgili web sitelerini 1,6 edin. </li><li> Derlemek yapılandırmak ve VRUI test edin. </li><li> Yükleme ve NCK test edin. </li></ol></li></ol> 2. Takip Sistemi 1 Kurma <ol><li> Montaj IR İzleme Kameralar 4 <ol><li> En iyi kapsama alanı için tavana yakın 3D TV ön kenarı üzerinde doğrudan bir sert kamera süspansiyon çerçevesini oluşturun. Doğrudan ön köşeleri ve 3D TV ön orta yukarıdaki döner bağlar Mount 3 kameralar. Emin olun her kameranın kapsama açısı sadece gTV&#39;nin ön yüzeyini Razes. </li><li> 3D TV karşısında en geniş kapsama açısı (45 derece) paralel olması kameraları hedefleyin. 3D TV karşısında dik bir dar kapsama açısı (30 derece) kullanın. İstenen 3D çalışma alanı içinde maksimum örtüşme için izin verin. Emin olun nesneleri başarıyla takip edilecek en az iki kamera (Şekil 3) görünümünde. <img alt="Şekil 3," fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51384/51384fig3highres.jpg" width="500" /> Şekil 3. IR izleme kamera kapsama TV önünde 3D ​​çalışma alanını maksimize etmek. Parçalar (A) ve (B) 3D / VR Görselleştirme Sistemi saygı ile ön ve yan görünümü göstermek. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51384/51384fig3highres.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayınız .</a> </li></ol></li><li> Yeterli oluşturmak için gerekirse alternatif kamera yerleştirme ile deneme3D çalışma alanı. Dikey kamera montaj mesafesi kısıtlı ise bu gerekli olabilir. </li><li> Yükleme ve Kalibre Takip Yazılımı <ol><li> Verilen kurulum kılavuzu kullanarak izleme bilgisayarda OptiTrack Katı Cisim Toolkit takın. </li><li> Set Eşik, Pozlama, Işık çevreye bağımlı değerleri ve izleme yazılımı talimatlarında ayrıntılı olarak, yüksek Yakalama Kalite ayarlayın. </li><li> Değnek Yakalama için, 3D çalışma alanından diğer tüm yansıtıcı malzeme çıkarmak için dikkatli olun. Yansıtıcı değnek ile kamera örtüşme çalışma alanı boyunca düzgün hareket. Standart kadar tekrarlayın ve &quot;0.5&quot; Aşağıdaki hataları anlamına ardından kalibrasyon dosyasını kaydetmek elde edilir. </li><li> Bir izlenen 3D çalışma alanı koordinat sistemi kökenli kurmak için zemin düzlemini ayarlayın. Izleme yazılımı talimatlarında ayrıntılı olarak tanımlayın Wiimote ve 3D gözlük nesneleri paletli. </li></ol></li><li> Komple VRUI Kalibrasyon <ol><li> Trackin kabul VRUI ayarlamaizleme bilgisayardan g bilgiler. </li><li> DeviceTest kalibrasyon programını kullanarak VRUI işlevselliği izleme doğrulayın. </li><li> Koordinat sistemleri VRUI 3D ekran ve izleme yazılımı hizalayın. </li><li> AlignTrackingMarkers hizalama yazılımı kullanılarak izlenir Wiimote ve 3D gözlük seti yönelim. </li></ol></li></ol> 3. Kullanım 3D Modelleme Sistemi hazırlayın <ol><li> Başlamadan önce, tüm yansıtıcı takı (yani, saatler, küpe, metal, vb) çıkarın. Ekranda odaklanmak için gerekli düzeltici gözlük çıkarmayın. </li><li> 3D / VR Görselleştirme Sistemi için ekipman monte: <ol><li> Modelleme Bilgisayar </li><li> Takip bilgisayar </li><li> Geniş formatlı 3D özellikli TV </li><li> Modelleme bilgisayar ve 3D TV arasındaki video kablosu </li><li> 3D TV için 3D IR verici </li><li> Modelleme ve izleme bilgisayarlar için Ethernet kabloları </li><li> Izleme boynuzları ile Wiimote (kontrolör) </li><li>Izleme boynuzları ile 3D gözlük (3D gözlük) 5 </li></ol></li><li> Dikkatle dokunmak veya ona bağlı küresel IR izleme işaretçileri hareket özen, modelleme bilgisayardan kolayca ulaşılabilir denetleyicisi yerleştirin. </li><li> Dikkatle (daha önce olduğu gibi yansıtıcı belirteçleri dokunmamak için emin olun) TV standı 3D gözlük yerleştirin. </li><li> OFF açıkken, izleme bilgisayarda 3 adet USB portu 3D TV üzerine monte kızılötesi kameralardan üç USB kablolarını bağlayın. </li><li> 3D TV uzaktan kumanda bulun ve 3D televizyonun önünde yerleştirin. </li><li> Modelleme bilgisayarda ekran kartı ve 3D TV&#39;nin video girişine video kablosunu bağlayın. Ayrıca 3D TV 3D senkronizasyon çıkış için 3D IR verici bağlamak ve TV verici gözlük kullanılacak yere doğru yukarı işaret TV&#39;nin yakın tarafı durmak yerleştirin. Kalibre TV&#39;nin konumunu kaydırmaya DEĞİL ÇOK DİKKATLİ OLUN. </li><li> Tr modelleme bilgisayarda açmadan önce 3D TV AÇINbilgisayar tarafından emin doğru tanıma. </li><li> Modelleme bilgisayarı açın. Bir oturum açma istemine modelleme bilgisayar çizmeler sonra, uygun bir hesaba modelleme, bilgisayar Linux sistemine giriş. </li><li> Modelleme bilgisayar masaüstü kullanılabilir olduğunda, &quot;bilgi / i&quot; düğmesine basarak video kablosu bağlantısının durumunu kontrol etmek 3D TV uzaktan kumandasını kullanın. Emin olun sol üst köşesinde TV ekranı &quot;1920x1080 @ 60hz&quot;. Değilse, 3D TV doğru tanınmasını kurmak için modelleme bilgisayarı yeniden başlatın. Ayrıca TV uzaktan kumanda kurulum menüleri kullanarak, 3 boyutlu çıkış MODE 2 olduğundan emin olun. </li><li> Modelleme Bilgisayar masaüstünde, çeşitli sekmeler ile bir terminal penceresi açın. </li><li> Izleme bilgisayarda, bir komut penceresinde &quot;ipconfig&quot; yazarak ethernet adaptörü IP adresini doğrulayın. </li><li> Modelleme bilgisayarda, bir terminal penceresi sekmesini açın ve VRDevices.cfg dosya içinde kontrol edin &quot;sunucuAdı&quot; tanımlarizleme, bilgisayar ethernet adaptörü IP adresi. </li><li> Gerekirse, izleme, bilgisayar ethernet adaptörü maç VRDevices.cfg içinde &quot;sunucuAdı&quot; IP adresini değiştirebilir ve VRDevices.cfg kaydedin. </li><li> Izleme bilgisayarda, OptiTrack Katı Cisim Aracı yazılımı başlatmak. </li><li> Yazılım sonra, tamamen açık &quot;Yük Kalibrasyon Sonucu&quot; etiketli üst menüden yakın büyük düğmesini tıklatın izin verin. </li><li> Göz atın ve uygun kamera kalibrasyon dosyasını açın. </li><li> Dosya yüklendikten sonra, &quot;Dosya&quot; menüsünü tıklatın ve &quot;Yük katı cisim tanımları&quot; seçeneğini seçin. </li><li> Gidin ve paletli kontrolör ve 3D gözlük için uygun rijit gövde tanım dosyasını açın. </li><li> Izleme yazılımı sağdaki bölmesinde, ardından &quot;Geniş kontrol listelenen port numarası 3883 olduğunu doğrulayın,&quot; Akış &quot;etiketli bölümünü bulun&quot; VRPN izle &quot;kategorisinde bölümü ve genişletmekVRPN Akış Motor &quot;kategorisinde&quot; içinde kutuyu &quot;çerçeve verileri attı. </li><li> Modelleme Bilgisayarda, kontrolör doğrudan el ya da (2 sn uzakta en) hemen ulaşılabilir ya olduğundan emin olun. </li><li> Modelleme bilgisayarda, daha önce bu oturumda oluşturulan terminal penceresinde bir sekme açın ve gidin ve ardından &quot;./VRDeviceDaemon&quot; yazarak, örneğin, VRDeviceDaemon yazılımını başlatmak. </li><li> Istemini takip etkinlik başarılı olursa, pencere şimdi gösterecektir &quot;basın düğmeleri aynı anda Wiimote 1 &amp; 2.&quot; &quot;VRDeviceServer: istemci bağlantısı için bekliyorum&quot;. </li></ol> NCK Yazılım Kullanma 4. Test 3D / VR Görüntüleme Sistemi Aşağıdaki talimatlarda oluşturmak ve bir karbon nanotu işlemek nasıl kontrolör aracı işlevlerini kurmak için NCK yazılımı ekrandaki menüleri kullanın ve nasıl özetliyorkurucu karbon atomları (Şekil 4) 3D / VR çalışma alanında olmak. Elde edilen bağ açıları ve mesafeleri (Adım 4.4.10) ölçmek için nasıl talimatlar 10 çevrimiçi mevcuttur. <img alt="Şekil 4," fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51384/51384fig4highres.jpg" width="500" /> Karbon nanotüpler çalışma 3D / VR Görselleştirme Sistemi (CNT) kullanarak Şekil 4. Lisans öğrenci Fotoğraflar (A) -.. (F) bir tek-duvarlı CNT bina sürecini göstermek <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51384/51384fig4highres.jpg" target="_blank">, bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayınız .</a> <ol><li> Adım 3.11 oluşturulan modelleme bilgisayar terminal penceresinde içinde, üçüncü sekmesini seçin. NCK kurulum dizini ve türü gidin, NCK yazılımını başlatmak için: &quot;./NanotechConstructionKit -rootSection localhost -domainsize 36 &quot;. </li><li> Dokunmayın veya ekli izleme işaretçileri gevşetmek için çok dikkatli olmak, 3D gözlük koymak ve denetleyici pick up. 3D gözlük sağlamak için kafa / goggle izleme konumunu ayarlayın TV ekranının 3D / VR görüntüleme sağlayan, senkron sinyali vericisi 3D TV IR alıyorsunuz. </li><li> Amacıyla aşağıdaki gibi kumanda üzerindeki düğmeleri NCK komut dernekleri, atomları hareket ve silme, ekleme atamak için bir araç seti var: <ol><li> Daha sonra Home tuşuna bırakmadan, presleme ve Wiimote Home tuşuna basılı tutarak, gezinme ve &quot;Araçlar geçersiz kıl&quot; menü öğesini seçerek ana NCK ekran menüsünü getirmek. Bu birbirinden bağımsız denetleyici üzerinde farklı düğmelere komutlar atanmasına olanak verir. </li><li> NCK&#39;nın, basın içindeki atomları manipüle eylem ile (kontrolör altındaki) Wiimote tetik düğmesine ilişkilendirmek ve tetikleyici düğmesini basılı tutun, # için &amp; ekrandaki NCK menüsünde gezinmek8220, Dragger &quot;ve&quot; 6 serbestlik dereceli Dragger, &quot;sonra tetiği bırakın. Tetik şimdi atomları manipüle eylem ile ilişkilidir. </li><li> Wiimote üzerinde &quot;+&quot; düğmesine bir atom ekleme işlevini atamak için, presleme ve Home tuşuna basılı tutarak ana menü yukarı getirmek için &quot;Yapısal Birim Tipleri&quot; gezinmek ve &quot;Üçgen&quot; seçeneğini, ardından Ana düğmesini bırakın . </li><li> Sonraki basın ve &quot;+&quot; düğmesini basılı tutun &quot;Dragger,&quot; gidin ve &quot;6 serbestlik dereceli Dragger,&quot; sonra &quot;+&quot; düğmesini bırakın. &quot;+&quot; Düğmesi artık seçilen Çeşidi yeni atomları (bu durumda üçgen tarafından temsil karbon atomu) oluşturma ile ilişkilidir. </li><li> &quot;-&quot; Bir atom silme işlevini atamak için Wiimote düğmesini, &quot;Yapısal Birim Tipleri&quot;, sonra gidin, presleme ve &quot;Ev&quot; düğmesine basılı tutarak Ana menüyü ekrana getirmek ve &amp; #8220; Seçili Birimleri Sil, &quot;daha sonra Ana düğmesini bırakın. </li><li> Sonraki, basın ve basılı tutun - &quot;Dragger,&quot; sonra &quot;6 serbestlik dereceli Dragger,&quot; gidin ve bırakın, lütfen &quot;-&quot; butonuna &quot;&quot;. &quot;-&quot; Düğmesi artık silme atomları ile ilişkilidir. </li><li> &quot;1&quot; Wiimote butonu &quot;Lock Seçilen Birimleri&quot; nin işlevlerini atamak için benzer bir prosedür takip ve &quot;2&quot; denetleyici butonu &quot;Seçili Birimleri kilidini&quot;. </li></ol></li><li> Kumanda düğmeleri yapılandırılmış edildikten sonra, aşağıdaki gibi NCK kullanarak karbon nanotüp oluşturun: <ol><li> &quot;+&quot; Düğmesini kullanarak, NCK çalışma alanına iki 3-bağ üçgen karbon atomu ekleyin. Onlar bir köşenin de katılmak kadar bu tetikleyici düğmesini kullanarak işleyin. </li><li> Bir altıgen yıldız şekli oluşturmak için 4 daha fazla karbon atomu ekleyin. </li><li> &quot;Ev&quot; menüsünü kullanarak, &quot;I / O Menüler&quot;, ardından &quot;Kaydet Birimleri gidin. </li><li> Uzakta bugünkü konumundan 6 sivri yapı taşı. </li><li> &quot;Ev&quot; menüsünü kullanarak, &quot;I / O Menüler&quot;, daha sonra &quot;Load Birimleri gidin. </li><li> Altıgen 6-atom halkalar 6 6 sayfalık (Şekil 5A) oluşturuluncaya kadar, son 2 adımları tekrarlayın. </li><li> &quot;1&quot; düğmesini kullanarak, bir üst satırda atomu ve alt satırda bir karşıt atom kilitleyin. kilitli atomlar bir pembe renk (Şekil 5B) ile işaretlenmiş olacaktır. </li><li> Serbest köşe karşı kilitli atomun serbest köşe yaklaşımlar kadar tetik düğmesini kullanarak, dikkatli bir dairesel yay kilitli atomların birini taşımak. Onlar atom cazibe onları bir bağ (Şekil 5C) ile katılmak neden olacağını yeterince yakın olduğunda bir yeşil hat köşe arasındaki görünür. Bir kez başarıyla katıldı, &quot;2&quot; düğmesini kullanarak atomların ikisi kilidini. </li><li> Benzer şekilde, kilitleme katılmadan, ve açma atom Sür karşı devamgöçmenlik ve karbon levha, etkili bir şekilde nihai karbon nanotüp (Şekil 5D-5F) içine levha &quot;sıkıştırma&quot;. <img alt="Şekil 5," fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51384/51384fig5highres.jpg" width="500" /> Şekil 5. Adım-bilge yaratılışı tek duvarlı CNT gösteren karşı daha kolay manipülasyon izin (pembe üçgen olarak gösterilen) &quot;kilitli&quot; (A) karbon atomu karşı altıgen karbon halkaları 6 x 6 levha (grafen), (B) gerçekçi arası kuvvetler, karşılıklı yanları üzerinde atomları arasındaki bağ izin vermek için dikkatli bir şekilde kavisli bir karbon (C) (grafin) tabaka (D), bundan başka, karbon tabaka eğrilik yardımcı olmak için kilitli iki ek karşıt C-atomlu alkil, (e) ek karşı C-atomuna karbon devam bağlanmış Bir nanotüp ve (F) son CNT içine sac eğriliği orijinal c karşıt atomların sıralı bağ sonra oluşanarbon levha (grafen). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51384/51384fig5highres.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> </li><li> Nanotüp tamamlandığında, yapısal açıları ve mesafeleri 10 onaylamak için ekrandaki ölçüm araçlarını kullanın. </li></ol></li></ol> Moleküler Dinamik Simülasyon Modelleri 5. Görselleştirme <ol><li> (Şekil 2A bakınız) 3D / VR NCK yazılımı içine bir başlangıç ​​kristal SiO 2 kübik modeli İthalat ve ilk yapıyı araştırmak. </li><li> Açık kaynak programları 11 ve LAMMPS 12 çünkü bu araştırma odak için çok uygundur özelliklerin hedeflenmiştir MDCASK. İkinci program kendi çeşitli atomlar potansiyeller ve GPU hesaplama yeteneği verilen bu çalışmada kullanılmıştır. LAMMPS MD paketi 12 kullanılarak, / bir simüle eriyik çalıştırmak amorf bir SiO 2 st üretmek için bu ilk yapıya prosedürü gidermek<html> kezlerinin. Bu taklit prosedür Detaylar önceki yayınlarda 13-15 bulunabilir. </li><li> 3D / VR NCK yazılımı içine sonuçlanan yeni amorf (düzensiz) SiO 2 modeli İthalat ve yapısını araştırmak (Şekil 2B bakınız). </li><li> Yeni amorf katı kullanılarak açık kaynak kodu NanospringCarver 16 ve ilgili öğretim belgeler 17 (Şekil 6) dışında bir SiO 2 nanospring / nanoribbon oluşturun. <img alt="Şekil 6," fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51384/51384fig6highres.jpg" width="500" /> NanospringCarver programını kullanarak bir nanospring oluşturulmasında farklı aşamalarında adım adım atomu seçim süreci Şekil 6. Çizim parçaları. (A - B) işaret etmektedir,% 25,% 50, bu işlemin% 75 ve% 100 tamamlama 17.target = &quot;_ blank&quot;&gt; bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için burayı tıklayınız. </li><li> Nanospring / nanoribbon (Şekil 7) çekme simülasyonları gerçekleştirmek için LAMMPS MD paketini kullanın. Bu prosedür Ayrıntılar önceki yayında 15 bulunabilir. <img alt="Şekil 7," fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51384/51384fig7highres.jpg" width="500" /> LAMMPS MD silika sarmal nanoyapı (nanoribbon) gerilme simülasyon sonuçlarından Şekil 7. Anlık görüntü. </li><li> 3D / VR Görselleştirme Sistemde sunum için, bu simülasyon (Animasyonlu Şekil 1) boyunca anlık ve sarmal nano animasyon oluşturmak için açık kaynak yazılım araçları VMD (Visualize Molecular Dynamics) 18 ImageMagick 19, ve FFmpeg 20 kullanın. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51384/51384fig7highres.jpg" target="_blank">tıklayınız Daha büyük bir v görüntülemek için</a>Bu rakamın ersion. </li></ol> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51384/Animated_Fig1-movie NR-0140_frames.mov" target="_blank">Hareketli Şekil 1</a> sarmal nanoyapı çekme simülasyon. Animasyon.

<ol>
	<li>Doblack, B. N., Flores, C., Matlock, T., D&#225;vila, L. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+emergence+of+immersive+low-cost+3D+virtual+reality+environments+for+interactive+learning+in+materials+science+and+engineering.">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., D&#225;vila, L. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhancing+materials+research+through+innovative+3D+environments+and+interactive+manuals+for+data+visualization+and+analysis.">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>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+goggle+source.">3D goggle source.</a> , (2013).</li><li>. &#8220;3D/VR Visualization System - Startup and Shutdown Protocol&#8221; and &#8220;3D/VR Visualization System &#8211; CNT Modeling Example&#8221; documents 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 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>Feuston, B. P., Garofalini, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Empirical+three-body+potential+for+vitreous+silica.">Empirical three-body potential for vitreous silica.</a> J. Chem. Phys. 89 (9), 5818-5824 (1988).</li><li>D&#225;vila, L. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transformations+in+the+medium-range+order+of+fused+silica+under+high+pressure.">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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The structure and properties of silica glass nanostructures using novel computational systems. , (2013).</li><li>Meagher, K. A., Doblack, B. N., Ramirez, M., D&#225;vila, L. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scalable+nanohelices+for+predictive+studies+and+enhanced+3D+visualization.">Scalable nanohelices for predictive studies and enhanced 3D visualization.</a> J. Vis. Exp. In-Press, .</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=University+of+California+Television+(UCTV).">University of California Television (UCTV).</a> Our Digital Life series: The Future: Teaching and Life-Saving Tools episode. , (2013).</li></ol>

Yazarlar hiçbir rakip mali çıkarlarını olduğunu beyan ederim.

3D / VR Görselleştirme Sistemi başarılı kurulum ve kullanım Kritik elemanlar Fiziksel Çevre ve Tasarım Hususlar ve ek malzemelerin özel Hususlar ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Önemli Montaj hususlar rahat uzun süreli ayakta veya oturarak kullanım için 3D görüntü yüksekliği dahil, IR-yansıtıcı unsurların geniş bir 3D çalışma alanı, istikrarlı izleme kamera ve zamanla yapılandırmasını korumak için 3D ekran desteği, ve kaldırma oluşturmak için ...

Malzeme bilimi bilim ve mühendislik birçok alanda uygulama için maddenin yapı-özellik ilişkileri inceleyen disiplinler arası bir alandır. Yapı-özellik ilişkileri deneylere ek olarak bilgisayar simülasyonları ile incelenmiştir gibi, hesaplama araçları araştırma çabalarını artırabilir tamamlayıcı özellikler sunuyor. Nano bilim adamlarının ilgi ve onların potansiyel sosyal etkileri için kurtarıcı değere sahip iken, bu boyut rejimi, özellikle deney bulunan birçok zorluklarla doludur. Bilgisayar simülasyonları bilim adamları ve mühendisler sadece zaman ve hesaplama kaynaklarla sınırlı ortamlarda çok çeşitli uzman testlerini gerçekleştirmek için izin verir. Moleküler dinamik (MD) simülasyonları uygun zamanı vermek ve uzunluğu birçok nanomateryallerin ilgi fenomenleri incelemek için ölçekler. Simülasyonlar t kısıtlamaları kaldırarak malzemelerin çalışma genişletmekO, ancak birçok hesaplama araçları araştırma için erişilebilir, sezgisel arayüzleri fiziksel laboratuvar eksikliği. Modellerin grafik ekran, etkin hesaplama algoritmaları, grafik ve işlem birimi (GPU) tabanlı hesaplama ile Geliştirme mevcut simülasyon çalışmalarını tamamlayacak. Bu yeni grafik cihazlar matematiksel yoğun hesaplama GPU gerçekleştirilebilir izin vermek için etkili bir merkezi işlem birimleri ile birleşir. Sonuç 20x&#39;e kadar güç tüketiminde bir azalma eşlik 10x sırasına hesaplama etkili bir hızlanma olduğunu. Bu araştırma projesinin amacı geliştirmek ve doğrudan MD simülasyonları, malzeme bilimi analizi ve 3 boyutlu görselleştirme için interaktif bir arayüz bağlayan nanobilim soruşturma için yeni bir araç uygulamak oldu. Benzersiz ve güçlü analiz yetenekleri ile bu yenilikçi sistem, diğer rel doğrudan etkileri olan, UC Merced de nano araştırma ve eğitim için kullanılır olmuştur<html> eğitim ve topluma nanoteknoloji, fizik, biyoloji, jeoloji ve, ve nihai fayda olarak bir- KÖK alanları. 3D / VR Görüntüleme Sistemi hem de oluşturulmasını ve bir etkileşimli 3D sanal gerçeklik (VR) ortamında atomik yapıların manipülasyon sağlayan bir araştırma ve öğretim aracı uygulanmıştır. Sistem başlangıçta UC Davis 1 Dr. Oliver Kreylos tarafından geliştirilen modelin şu nispeten düşük maliyetli ve erişilebilir bileşenlerin bir dizi oluşturuldu. Aşağıda etiketli önemli bileşenler (Şekil 1) ile nihai 3D / VR Görüntüleme Sistemi düzeni fotoğraf, olduğunu. Bu sistem aslında orijinal 3D / VR sisteminin uygulanması hakemli yayınlarda sonuçlandı 2009 yılında UC Merced de eğitim amaçlı kurulmuştur 2-3. Aşağıdaki Tablo 1 3D / VR Görselleştirme Sistemi her elemanı için anahtar özelliklerini özetlemektedir. ntent &quot;fo: keep-together.within sayfa =&quot; always &quot;&gt; <img alt="Şekil 1," fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51384/51384fig1highres.jpg" width="500" /> Şekil 1. 3D / VR Görüntüleme Sistemi ve UCM ve görselleştirme cihazlar (sağda) ile Davila Araştırma Laboratuarında ana bileşenleri (solda). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51384/51384fig1highres.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td> Madde </td><td> Bileşen </td><td> Sistemde İşlevsellik </td></tr><tr><td> Bir </td><td> 3D TV </td><td> Modellenen moleküler yapıların 3 boyutlu ekran ve ekran menüleri. </td></tr><tr><td> B </td><td> Kızılötesi (IR) izleme kameraları 4 </td><td> IR kameralar 3D TV önünde kullanıcı çalışma alanında Wiimote ve 3D görüntüleme gözlük parça pozisyonları, izin virGörüntülenen yapıların dilen 3D manipülasyon. </td></tr><tr><td> C </td><td> Takip PC </td><td> IR kamera izleme yazılımı çalıştırır ve modelleme bilgisayara Wiimote ve 3D gözlük pozisyonları iletir. </td></tr><tr><td> D </td><td> Wiimote </td><td> Modelleme yazılımı ekran yönetimi için kullanılan ve 3D sanal ortamda yapıları işlemek için. </td></tr><tr><td> E </td><td> 3D gözlük 5 </td><td> 3D TV IR sinyali ile senkronize, yapının 3D görünüm sağlar. Doğru 3D görünüm IR kameralar tarafından izlenen Pozisyon. </td></tr><tr><td> F </td><td> Modelleme Bilgisayar </td><td> , NCK / VRUI 3D modelleme ve görüntüleme yazılımı 6 çalıştırır doğru 3D moleküler yapı görünümü oluşturmak için gözlük / Wiimote pozisyonu ve kontrol sinyallerini kabul eder. </td></tr></tbody></table> UCM 3D / VR Görselleştirme Sistemi&#39;nin ana unsurları Tablo 1. İşlevsellik. Descriptio3D / VR Görüntüleme Sistemi ve Temel Bileşenleri n: 3D / VR Görüntüleme Sistemi Genel Bakış - 3D / VR Görüntüleme Sistemi kızılötesi kameralar ve kullanıcı etkileşimli 3D moleküler yapıları oluşturmak için izin 3D modelleme yazılımı ile birlikte çalışan izleme yazılımı bir dizi oluşur. IR kameralar ve yazılım IR işaretlerini kullanarak bir Wiimote ve 3D görüntüleme gözlük 3D konumunu izlemek ve modelleme yazılımı bu geçmek. modelleme yazılımı senkronize ve paletli 3D gözlük ile 3D özellikli geniş formatlı televizyon kombinasyonunu kullanarak görüntülenebilir 3D moleküler yapıları oluşturmak için Wiimote kontrol sinyalleri ve hareket kullanır. Bu kullanıcı dinamik oluşturmak ve modelleme yazılımı kullanılan arası atom güçlerine dayalı (Şekil 2) gerçek dünya fizik davranışı yansıtan sanal moleküler yapıları manipüle hangi içinde 3D ​​sanal gerçeklik çalışma alanında sonuçlanır. Özel consideratiBu sistemi kurmak için ons tamamlayıcı malzemeler bulunabilir. <img alt="Şekil 2," fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51384/51384fig2highres.jpg" width="500" /> Şekil 3D / VR Görselleştirme Sistemi kullanılarak silika nanomalzemeleri incelenmesi 2.. (A) Bir araştırmacı GPU tabanlı simülasyonlar önce ilk kristobalit modeli (kristal) oluşturur. (B) (a), başka bir araştırmacı, bir silis cam modeli (kristal olmayan) elde gösterilen model üzerinde simüle MD eritmek-söndürme işlemi gerçekleştirmeden üzerine. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51384/51384fig2highres.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> 3D / VR Görüntüleme Sistemi Geliştirme - MD Simülasyon Yeteneği: Simülasyon sistemleri yaygın bir uygulanan Moleküler dinamikÇok düğüm moda, yani, büyük bir iş yükü işlemci binlerce onlarca arasında dağıtılır veya paralelleştiriliyor. Son zamanlarda, hızlandırılmış bilimsel hesaplama için ek fırsatlar bilgisayar grafikleri işleme gelişmelerin dışında ortaya çıkmıştır. Bu gelişmeler bilim adamları grafik yongaları içsel işlem gücü son derece paralel doğa yararlanmak için izin bir yazılım arayüzü vardır. Compute Unified Cihaz Mimarlık veya CUDA 7 gelişiyle birlikte, bilim adamları altyapı maliyetini azaltırken sorunlar çözüldü hızını artırmak için GPU&#39;ları 8 kullanabilirsiniz. Tipik bir GPU bilgileri işlemek için çekirdek binlerce ya da &quot;düğümler&quot; için yüzlerce eşdeğer olabilir ve bunlar her paralel olarak kullanılabildiği gibi, bir de-kodlu çözüm, çok çekirdekli karşısında çıktı ivme 1,000x kadar sağlayabilir . Her sorunun bu yaklaşım çok uygundur olmasa da, mevcut MD simülasyonları 15 kadar gördükx verim performansı 9 kazanır. 3D / VR görüntüleme sistemi MD-GPU donanıma Detaylar tamamlayıcı malzemeler bulunabilir.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Samsung 61&#34; 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>See Protocol Section 3 (Step 3.2)&#160; (Large format 3D-capable TV)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alienware Area51 750i modeling computer</td>
			<td>Alienware</td>
			<td><a href="http://www.alienware.com/">http://www.alienware.com</a></td>
			<td>See Protocol Section 1 (Step 1.1)&#160; (Modeling computer)</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>See Protocol Section 2 (Step 2.3)&#160; (Tracking computer)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>V100:R2 IR tracking cameras (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>See Protocol Section 2 (Step 2.1) and Reference [4]&#160; (Tracking cameras)</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>See Protocol Section 2 (Step 2.3) and Reference [4]&#160; (Tracking software)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D Goggles and 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>See Protocol Section 3 (Step 3.2) and Reference [5]&#160; (3D goggles)</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>See Protocol Section 3 (Step 3.2)&#160; (Wiimote)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VRUI, NCK and associated 3D/VR modeling software</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>See Protocol Section 1 (Step 1.3) and References [1,6]&#160; (VRUI, NCK)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LAMMPS molecular dynamics software</td>
			<td>Open source software</td>
			<td><a href="http://lammps.sandia.gov/">http://lammps.sandia.gov/&#160;</a></td>
			<td>See Protocol Section 5 (Step 5.2) and Reference [12]&#160; (LAMMPS)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NanospringCarver program code and files</td>
			<td>UC Merced - open source</td>
			<td><a href="http://tinyurl.com/qame8dj">http://tinyurl.com/qame8dj</a></td>
			<td>See Protocol Section 5 (Step 5.4) and References [16-17]&#160; (NanospringCarver)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB GUI files</td>
			<td>UC Merced - open source</td>
			<td><a href="http://tinyurl.com/qame8dj">http://tinyurl.com/qame8dj</a></td>
			<td>See Protocol Section 5 (Step 5.4) and References [16-17]&#160; (NanospringCarver)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Atomistic bulk glass input file</td>
			<td>UC Merced - open source</td>
			<td><a href="http://tinyurl.com/qame8dj">http://tinyurl.com/qame8dj</a></td>
			<td>See Protocol Section 5 (Step 5.4) and References [16-17]&#160; (NanospringCarver)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

novel 3d/vr interactive environment for md simulations, visualization and analysis

Son yıllarda bilgisayar (donanım ve yazılım) artan gelişimi diğerleri arasında malzeme bilimi, biyoloji, kimya ve fizik gibi birçok alanda bilimsel araştırma etkiledi. Doğru ve hızlı simülasyon ve nanoyapılarda 3D / VR görselleştirme için yeni bir hesaplama sistemi moleküler dinamik (MD) bilgisayar programı LAMMPS açık kaynak kullanarak, burada sunulmaktadır. Bu alternatif hesaplama yöntemi, geleneksel işlem yöntemleri için ortak işlem hızı engelleri aşmak için modern grafik işlemcileri, NVIDIA CUDA teknolojisi ve uzman bilimsel kodları kullanır. Malzemeleri modellemek için kullanılan bir sanal gerçeklik sistemi ile birlikte, bu geliştirme hızlandırılmış MD simülasyon yeteneği eklenmesine izin verir. motivasyon eş zamanlı görselleştirme, simülasyon, modelleme ve analiz izin veren yeni bir araştırma ortamı sağlamaktır. Araştırma amacı inorganik n yapısını ve özelliklerini incelemek içinanostructures (örneğin, silika, cam nanosprings) bu yeni hesaplama sistemi kullanılarak hazırlanabilmektedir. sunulan iş gibi fiziksel çevre gibi 3D / VR Görüntüleme Sistemi ve temel bileşenleri, önemli hususlar bir bakış açıklamasını özetliyor, yeni sistemin kurulumu ve kullanımı ile ilgili detaylar, hızlandırılmış MD geliştirme için genel bir prosedür, teknik bilgiler ve ilgili açıklamalar. Bu çalışmanın etkisi UC Merced bir araştırma ve öğretim aracı hem de bir sanal ortamda, nano malzemeler simülasyon, görselleştirme ve etkileşim birleştiren eşsiz bir hesaplama sistemi oluşturulmasıdır.

Bu 3D / VR Görüntüleme Sistemi malzeme bilimi çalışmaları yürütmek için yeni fırsatlar sunuyor. Bu sürükleyici ortamda gerçek zamanlı olarak çalışır gibi, 3D giriş ve ekran şeklinde, araştırmacı tamamen interaktif nano skalasındaki alet 2 ile sunulmaktadır. Burada sunulan protokolü takip ederek, bir silika sarmal nanoribbon bu adım-adım moda kuruldu. LAMMPS MD üretilen bu yapının bir anlık Şekil 7 &#39;de gösterilmiştir. Bu yapı, simüle gerilme testine ta...

Watch this Scientific Journal Video about Novel 3D/VR Interactive Environment for MD Simulations, Visualization and Analysis at JoVE.com

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

A new computational system featuring GPU-accelerated molecular dynamics simulation and 3D/VR visualization, analysis and manipulation of nanostructures has been implemented, representing a novel approach to advance materials research and promote innovative investigation and alternative methods to learn about material structures with dimensions invisible to the human eye.

Roman 3D / MD Simülasyonlar, Görselleştirme ve Analiz VR İnteraktif Çevre

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

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

Research

JoVE Journal

Engineering

11.8K Görüntüleme.  University of California Merced. A new computational system featuring GPU-accelerated molecular dynamics simulation and 3D/VR visualization, analysis and manipulation of nanostructures has been implemented, representing a novel approach to advance materials research and promote innovative investigation and alternative methods to learn about material structures with dimensions invisible to the human eye.

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

Fabrication, Operation and Flow Visualization in Surface-acoustic-wave-driven Acoustic-counterflow Microfluidics

Surface acoustic waves (SAWs) can be used to drive liquids in portable microfluidic chips via the acoustic counterflow phenomenon. In this video we present the fabrication protocol for a multilayered SAW acoustic counterflow device. The device is fabricated starting from a lithium niobate (LN) substrate onto which two interdigital transducers (IDTs) and appropriate markers are patterned. A polydimethylsiloxane (PDMS) channel cast on an SU8 master mold is finally bonded on the patterned substrate. Following the fabrication procedure, we show the techniques that allow the characterization and operation of the acoustic counterflow device in order to pump fluids through the PDMS channel grid. We finally present the procedure to visualize liquid flow in the channels. The protocol is used to show on-chip fluid pumping under different flow regimes such as laminar flow and more complicated dynamics characterized by vortices and particle accumulation domains.

In this video we first describe fabrication and operation procedures of a surface acoustic wave (SAW) acoustic counterflow device. We then demonstrate an experimental setup that allows for both qualitative flow visualization and quantitative analysis of complex flows within the SAW pumping device.

Yüzey-akustik dalga odaklı Akustik-ters akışlı Mikroakiskan Fabrikasyon, İşletme ve Akış Görselleştirme

Surface acoustic waves (SAWs) can be used to drive liquids in portable microfluidic chips via the acoustic counterflow phenomenon. In this video we ...

Mühendislik

Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization

Spring-like materials are ubiquitous in nature and of interest in nanotechnology for energy harvesting, hydrogen storage, and biological sensing applications.&#160; For predictive simulations, it has become increasingly important to be able to model the structure of nanohelices accurately.&#160; To study the effect of local structure on the properties of these complex geometries one must develop realistic models.&#160; To date, software packages are rather limited in creating atomistic helical models.&#160; This work focuses on producing atomistic models of silica glass (SiO2) nanoribbons and nanosprings for molecular dynamics (MD) simulations. Using an MD model of &#8220;bulk&#8221; silica glass, two computational procedures to precisely create the shape of nanoribbons and nanosprings are presented.&#160; The first method employs the AWK programming language and open-source software to effectively carve various shapes of silica nanoribbons from the initial bulk model, using desired dimensions and parametric equations to define a helix.&#160; With this method, accurate atomistic silica nanoribbons can be generated for a range of pitch values and dimensions.&#160; The second method involves a more robust code which allows flexibility in modeling nanohelical structures.&#160; This approach utilizes a C++ code particularly written to implement pre-screening methods as well as the mathematical equations for a helix, resulting in greater precision and efficiency when creating nanospring models.&#160; Using these codes, well-defined and scalable nanoribbons and nanosprings suited for atomistic simulations can be effectively created.&#160; An added value in both open-source codes is that they can be adapted to reproduce different helical structures, independent of material.&#160; In addition, a MATLAB graphical user interface (GUI) is used to enhance learning through visualization and interaction for a general user with the atomistic helical structures.&#160; One application of these methods is the recent study of nanohelices via MD simulations for mechanical energy harvesting purposes.

Accurate modeling of nanohelical structures is important for predictive simulation studies leading to novel nanotechnology applications.&#160; Currently, software packages and codes are limited in creating atomistic helical models.&#160; We present two procedures designed to create atomistic nanohelical models for simulations, and a graphical interface to enhance research through visualization.

Öngörülü Çalışmaları Ölçeklenebilir Nanohelices ve Geliştirilmiş 3D Görselleştirme

Spring-like materials are ubiquitous in nature and of interest in nanotechnology for energy harvesting, hydrogen storage, and biological sensing ...

Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of biosensing devices. We report on a protocol of using KrF and ArF lasers irradiating Si (001) samples immersed in a liquid environment with low number of pulses and operating at moderately low pulse fluences to induce Si wettability modification. Wafers immersed for up to 4 hr in a 0.01% H2O2/H2O solution did not show measurable change in their initial contact angle (CA) ~75&#176;. However, the 500-pulse KrF and ArF lasers irradiation of such wafers in a microchamber filled with 0.01% H2O2/H2O solution at 250 and 65 mJ/cm2, respectively, has decreased the CA to near 15&#176;, indicating the formation of a superhydrophilic surface. The formation of OH-terminated Si (001), with no measurable change of the wafer&#8217;s surface morphology, has been confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy and atomic force microscopy measurements. The selective area irradiated samples were then immersed in a biotin-conjugated fluorescein-stained nanospheres solution for 2 hr, resulting in a successful immobilization of the nanospheres in the non-irradiated area. This illustrates the potential of&#160;the method for selective area biofunctionalization and fabrication of advanced Si-based biosensing architectures. We also describe a similar protocol of irradiation of wafers immersed in methanol (CH3OH) using ArF laser operating at pulse fluence of 65 mJ/cm2 and in situ formation of a strongly hydrophobic surface of Si (001) with the CA of 103&#176;. The XPS results indicate ArF laser induced formation of Si&#8211;(OCH3)x compounds responsible for the observed hydrophobicity. However, no such compounds were found by XPS on the Si surface irradiated by KrF laser in methanol, demonstrating the inability of the KrF laser to photodissociate methanol and create -OCH3 radicals.

We report on a process of in situ alteration of HF treated Si (001) surface into a hydrophilic or hydrophobic state by irradiating samples in microfluidic chambers filled with&#160;H2O2/H2O solution (0.01%-0.5%) or methanol solutions using pulsed UV laser of a relative low pulse fluence.

Sıvı Ortamda Darbeli UV Lazer Radyasyonla Silikon Yüzey Islanabilirliği Seçici Alan Değişikliği

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of ...

Plasmonic Trapping and Release of Nanoparticles in a Monitoring Environment

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few can observe immobilized particles. Moreover, a limited number of studies have experimentally measured the exertable forces on the particles. The designs can be classified as the protruding nanodisk type or the suppressed nanohole type. For the latter, microscopic observation is extremely challenging. In this paper, a new plasmonic tweezer system is introduced to monitor particles, both in directions parallel and orthogonal to the symmetric axis of a plasmonic nanohole structure. This feature enables us to observe the movement of each particle near the rim of the nanohole. Furthermore, we can quantitatively estimate the maximal trapping forces using a new fluidic channel.

A microchip fabrication process that incorporates plasmonic tweezers is presented here. The microchip enables the imaging of a trapped particle to measure maximal trapping forces.

Bir İzleme Ortamında plasmonik Yakalama ve Nanopartiküller Yayın

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few ...

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) scaffolds with tunable specific surface areas up to 80 m2&#183;g-1. An aqueous solution of a zirconium salt, yttrium salt, and glucose is mixed with propylene oxide (PO) to form a gel. The gel is dried under ambient conditions to form a xerogel. The xerogel is pressed into pellets and then sintered in an argon atmosphere. During sintering, a YSZ ceramic phase forms and the organic components decompose, leaving behind amorphous carbon. The carbon formed in situ serves as a hard template, preserving a high surface area YSZ nanomorphology at sintering temperature. The carbon is subsequently removed by oxidation in air at low temperature, resulting in a porous, nanostructured YSZ scaffold. The concentration of the carbon template and the final scaffold surface area can be systematically tuned by varying the glucose concentration in the gel synthesis. The carbon template concentration was quantified using thermogravimetric analysis (TGA), the surface area and pore size distribution was determined by physical adsorption measurements, and the morphology was characterized using scanning electron microscopy (SEM). Phase purity and crystallite size was determined using X-ray diffraction (XRD). This fabrication approach provides a novel, flexible platform for realizing unprecedented scaffold surface areas and nanomorphologies for ceramic-based electrochemical energy conversion applications, e.g. solid oxide fuel cell (SOFC) electrodes.

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia YSZ Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

A protocol for fabricating porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ) scaffolds at temperatures between 1,000 &#176;C and 1,400 &#176;C is presented.

tarafından Nano yapılı yitriya stabilize-Zirkonyum (YSZ) iskelelerinin Yüksek Sıcaklık Fabrikasyon<em&gt; Situ</em&gt; Karbon şablonu Kserojeller

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) ...

Guidelines and Experience Using Imaging Biomarker Explorer (IBEX) for Radiomics

Imaging Biomarker Explorer (IBEX) is an open-source tool for medical imaging radiomics work. The purpose of this paper is to describe how to use IBEX's graphical user interface (GUI) and to demonstrate how IBEX calculated features have been used in clinical studies. IBEX allows for the import of DICOM images with DICOM radiation therapy structure files or Pinnacle files. Once the images are imported, IBEX has tools within the Data Selection GUI to manipulate the viewing of the images, measure voxel values and distances, and create and edit contours. IBEX comes with 27 preprocessing and 132 feature choices to design feature sets. Each preprocessing and feature category has parameters that can be altered. The output from IBEX is a spreadsheet that contains: 1) each feature from the feature set calculated for each contour in a data set, 2) image information about each contour in a data set, and 3) a summary of the preprocessing and features used with their selected parameters. Features calculated from IBEX have been used in studies to test the variability of features under different imaging conditions and in survival models to improve current clinical models.

Guidelines and Experience Using Imaging Biomarker Explorer IBEX for Radiomics

We describe IBEX, an open-source tool designed for medical imaging radiomics studies, and how to use this tool. In addition, some published works that have used IBEX for uncertainty analysis and model building are showcased.

Yönergeler ve biyomarker Explorer (IBEX) görüntüleme için Radiomics kullanarak deneyimi

Imaging Biomarker Explorer (IBEX) is an open-source tool for medical imaging radiomics work. The purpose of this paper is to describe how to use IBEX's ...

Applicability Analysis of Assessment Methods for Morphological Parameters of Corroded Steel Bars

The irregular and uneven residual sections along the length of a corroded steel bar substantially change its mechanical properties and significantly dominate the safety and performance of an existing concrete structure. As a result, it is important to measure the geometry and amount of corrosion of a steel bar in a structure properly to assess the residual bearing capacity and service life of the structure. This paper introduces and compares five different methods for measuring the geometry and amount of corrosion of a steel bar. A single 500 mm long and 14 mm diameter steel bar is the specimen that is subjected to accelerated corrosion in this protocol. Its morphology and the amount of corrosion were carefully measured before and after using mass loss measurements, a Vernier caliper, drainage measurements, 3D scanning, and X-ray micro-computed tomography (XCT). The applicability and suitability of these different methods were then evaluated. The results show that the Vernier caliper is the best choice for measuring the morphology of a non-corroded bar, while 3D scanning is the most suitable for quantifying the morphology of a corroded bar.

This paper measures the geometry and the amount of corrosion of a steel bar using different methods: mass loss, calipers, drainage measurements, 3D scanning, and X-ray micro-computed tomography (XCT).

Değerlendirme yöntemleri aşınmış çelik barlar morfolojik parametreleri için uygulanabilirlik Analizi

The irregular and uneven residual sections along the length of a corroded steel bar substantially change its mechanical properties and significantly ...

Crack Monitoring in Resonance Fatigue Testing of Welded Specimens Using Digital Image Correlation

A procedure using digital image correlation (DIC) to detect cracks on welded specimens during fatigue tests on resonance testing machines is presented. It is intended as a practical and reproducible procedure to identify macroscopic cracks at an early stage and monitor crack propagation during fatigue tests. It consists of strain field measurements at the weld using DIC. Images are taken at fixed load cycle intervals. Cracks become visible in the computed strain field as elevated strains. This way, the whole width of a small-scale specimen can be monitored to detect where and when a crack initiates. Subsequently, it is possible to monitor the development of the crack length. Because the resulting images are saved, the results are verifiable and comparable. The procedure is limited to cracks initiating at the surface and is intended for fatigue tests under laboratory conditions. By visualizing the crack, the presented procedure allows direct observation of macrocracks from their formation until rupture of the specimen.

Digital image correlation is used in fatigue tests on a resonance testing machine to detect macroscopic cracks and monitor crack propagation in welded specimens. Cracks on the specimen surface become visible as increased strains.

Dijital Görüntü Korelasyonkullanılarak Kaynaklı Örneklerin Rezonans Yorulma Testinde Çatlak İzleme

A procedure using digital image correlation (DIC) to detect cracks on welded specimens during fatigue tests on resonance testing machines is presented. It ...

Surgery and Sample Processing for Correlative Imaging of the Murine Pulmonary Valve

The underlying causes of heart valve related-disease (HVD) are elusive. Murine animal models provide an excellent tool for studying HVD, however, the surgical and instrumental expertise required to accurately quantify the structure and organization across multiple length scales have stunted its advancement. This work provides a detailed description of the murine dissection, en bloc staining, sample processing, and correlative imaging procedures for depicting the heart valve at different length scales. Hydrostatic transvalvular pressure was used to control the temporal heterogeneity by chemically fixing the heart valve conformation. Micro-computed tomography (&#181;CT) was used to confirm the geometry of the heart valve and provide a reference for the downstream sample processing needed for the serial block face scanning electron microscopy (SBF-SEM). High-resolution serial SEM images of the extracellular matrix (ECM) were taken and reconstructed to provide a local 3D representation of its organization. &#181;CT and SBF-SEM imaging methods were then correlated to overcome the spatial variation across the pulmonary valve. Though the work presented is exclusively on the pulmonary valve, this methodology could be adopted for describing the hierarchical organization in biological systems and is pivotal for the structural characterization across multiple length scales.

Here, we describe a correlative workflow for the excision, pressurization, fixation, and imaging of the murine pulmonary valve to determine the gross conformation and local extracellular matrix structures.

Murine Pulmoner Kapakçığın Korelatif Görüntülemesi için Cerrahi ve Örnek İşleme

The underlying causes of heart valve related-disease (HVD) are elusive. Murine animal models provide an excellent tool for studying HVD, however, the ...

Interactive and Visualized Online Experimentation System for Engineering Education and Research

Experimentation is crucial in engineering education. This work explores visualized experiments in online laboratories for teaching and learning and also research. Interactive and visualizing features, including theory-guided algorithm implementation, web-based algorithm design, customizable monitoring interface, and three-dimensional (3-D) virtual test rigs are discussed. To illustrate the features and functionalities of the proposed laboratories, three examples, including the first-order system exploration using a circuit-based system with electrical elements, web-based control algorithm design for virtual and remote experimentation, are provided. Using user-designed control algorithms, not only can simulations be conducted, but real-time experiments can also be conducted once the designed control algorithms have been compiled into executable control algorithms. The proposed online laboratory also provides a customizable monitoring interface, with which users can customize their user interface using provided widgets such as the textbox, chart, 3-D, and camera widget. Teachers can use the system for online demonstration in the classroom, students for after-class experimentation, and researchers to verify control strategies.

This work describes an online experimentation system that provides visualized experiments, including the visualization of theories, concepts, and formulas, visualizing the experimental process with three-dimensional (3-D) virtual test rigs, and visualizing the control and monitoring system using widgets such as charts and cameras.

Mühendislik Eğitimi ve Araştırması için İnteraktif ve Görselleştirilmiş Online Deney Sistemi

Experimentation is crucial in engineering education. This work explores visualized experiments in online laboratories for teaching and learning and also ...