Den framväxande tekniken för automatisk tillverkning av datorer ("3-D-printing") gör det nu möjligt att producera fysiska modeller för komplexa biologiska molekyler och sammansättningar. Vi rapporterar om en ansökan som visar användningen av auto-fabricerade konkreta modeller och förstärkt verklighet för forskning och utbildning inom molekylärbiologi, samt för att förbättra den vetenskapliga miljön för samarbete och prospektering. Vi har anpassat ett förstärkt verklighetssystem så att virtuella 3D-representationer (genererade av Python Molecular Viewer) kan läggas över på en konkret molekylär modell. Användarna kan enkelt ändra den överlagrade informationen, växla mellan olika representationer av molekylen, displayer av molekylära egenskaper såsom elektrostatiska, eller dynamisk information. Den fysiska modellen ger ett kraftfullt, intuitivt gränssnitt för att manipulera datormodellerna, effektivisera gränssnittet mellan människans avsikter, den fysiska modellen och beräkningsaktiviteten.  Med förekomsten av strukturella och genomiska data har molekylärbiologin blivit en mänsklig, datorstödd strävan. Datorn bistår den grundläggande mänskliga funktionen på två sätt: vid undersökning av vetenskapliga data, sökande efter och testning av vetenskapliga hypoteser, och i samarbete mellan två eller flera forskare, för att dela med sig av kunskap och expertis. Allteftersom databaserna växer, i takt med att våra struktur- och processmodeller blir mer komplexa, och i takt med att mjukvarumetoderna blir mer mångsidiga, blir tillgång till och manipulation av digital information allt viktigare för forskningen inom molekylärbiologi. För närvarande domineras undersökande forskning inom strukturell molekylärbiologi av 3D-representationer via datorgrafik. Samarbete, både på distans och lokalt, underlättas av delad visning av dessa interaktiva visuella representationer av molekylära data. Men de senaste framstegen inom området gränssnitt mellan människa och dator har inte tillämpats på den teknik som används av molekylärbiologer -- det mesta arbetet inom biomolekylär struktur och genomik utförs framför en arbetsstation med hjälp av en mus och tangentbord som inmatningsenheter. De taktila och kinetiska sinnena ger viktiga perceptuella signaler till vår förmåga att förstå 3D-form och att utföra fysiska manipulationer, men är för närvarande underutnyttjade inom molekylärbiologi. Tidig strukturforskning förlitade sig starkt på fysiska modeller: Pauling använde sina nyuppfinnade rymdfyllningsmodeller för att förutsäga de grundläggande hopfällbara enheterna av proteinstrukturer [1] och Watson och Crick använde mässingstrådsmolekylära modeller för att hjälpa dem att bestämma strukturen av DNA [2], som försonade årtionden av genetiska data. Dessa forskare "tänkte med sina händer" för att producera viktiga vetenskapliga resultat. Nuvarande forskning inom molekylärbiologi fokuserar nu på större sammansättningar och mer komplexa interaktioner, för vilka traditionella atommodeller är otillräckliga. Sammanfogning av fysiska och virtuella objekt till en "förutsedd verklighetsmiljö" (AR) [3] möjliggör nya former av interaktion genom manipulering av konkreta modeller och den komplexa information de representerar [4]. Den föränderliga tekniken för automatisk tillverkning av datorer ("3D-printing") gör det nu möjligt att producera fysiska modeller för komplexa molekylära sammansättningar. I den här artikeln rapporterar vi om en ansökan som visar användningen av auto-fabricerade konkreta modeller och AR för forskning inom molekylärbiologi för att förbättra den vetenskapliga miljön för samarbete och prospektering. De fysiska modellerna är integrerade i en förstärkt verklighetsmiljö för att effektivisera gränssnittet mellan människans intention, den fysiska modellen och beräkningsaktiviteten. Vi har utvecklat ett AR-system som gör det möjligt att lägga virtuella 3D-representationer som genereras av vår Python Molecular Viewer (PMV) [5] på en autofabricerad modell av molekylen. Den exakta registreringen av de virtuella objekten med den verkliga världen görs med hjälp av ARTOOLKit biblioteket som utvecklats vid University of Washington [6]. När du använder systemet kan användarna enkelt ändra den representation som visas, och till exempel få tillgång till information om molekylernas molekylära egenskaper. Vi kommer först att beskriva hur vi skapar 3D konkreta modeller av en molekylär struktur från en känd atomstruktur, sedan förklara integrationen av ARTOOLKit i vårt Python ramverk, och slutligen presentera några exempel. Vi använder PMV [5] både för att skapa våra virtuella objekt och för att designa våra konkreta modeller, vilket förenklar integrationen av modellerna i den virtuella miljön. PMV är en modulär programvaruram för att designa och specificera ett brett spektrum av molekylära modeller, inklusive molekylära ytor, strängpressade volymer, ryggradsband och atomkulor-och-stick representationer. Det gör det möjligt att utforma modeller på olika abstraktionsnivåer för olika behov: med hjälp av representationer som fokuserar på molekylär form när stora system och interaktioner presenteras, och med atomära detaljer när det behövs för att titta på funktionen på atomnivå. 10–10 oktober,
Inom molekylärbiologi, Gillet et al. REF-förstärkta fysiska molekylära modeller med ett virtuellt överlägg: Användaren kan ändra representationen av det digitala skiktet eller skapa nya kombinationer av molekyler.
Augmented Reality with Tangible Auto-Fabricated Models for Molecular Biology Applications
{'venue': 'IEEE Visualization 2004', 'journal': 'IEEE Visualization 2004', 'mag_field_of_study': ['Computer Science']}