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新的开源软件tomviz (层析成像可视化的缩写)使研究人员能够交互式地理解大型3D数据集。 更具体地说,该软件可分析3D断层图像数据,类似于医学CT扫描,但具有纳米级。
物理学博士Yi Jiang表示:“当您可以获取纳米粒子或生物分子并将其旋转,切片,观察并定量分析时,您会从各个角度获得完整的图像。” 康奈尔大学的候选人。
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对于纳米科学而言,全方位观察是一件大事。 未来的技术正在以最小的规模构建,现在需要用于3D设计和分析的工具,以便它们可以窥视复杂的结构。 只需要看一下曼哈顿的摩天大楼就可以欣赏3D建筑的指数优势-3D建筑是美国最大的城市,被挤成一个小岛。 只有由于越来越多地使用三维空间在相对较小的土地上建造可容纳大量建筑物的更高的建筑物,才能实现更高的人口密度。
您的下一个计算机处理器将利用强大的3D设计将数十亿个纳米设备压缩到一个小芯片上。 这种情况已经在存储器市场上开始发生,那里的存储器是多层的,而互连提供了比以前更大的存储器带宽/存储密度。 材料断层扫描是支持进一步小型化的3D设备结构的设计,测试和验证中的一项启用技术。
tomviz 1.0是用于处理和可视化3D数据的新软件,使其立即在纳米科学家中流行。 “我们在tomviz中开发的算法可以处理大型数据集,并使科学家能够了解各个维度的纳米级宇宙,” Yi Jiang说。

tomviz 与电子显微镜一起提供纳米材料的3D图像。 (罗伯特·霍夫登(Robert Hovden,CC BY)
现在,科学家们可以利用从电子显微镜获得的数据并将其加载到tomviz软件中,从而以最高分辨率快速研究3D纳米级。 彼得博士说:“使用现代电子显微镜,您可以看到单个原子的图像,这是令人难以置信的。但这只是2D图像,而跳到3D是一个极其复杂的过程。我们已经使用我们的软件使这一复杂过程民主化了。”伯克利实验室科学家Ercius。 在tomviz 1.0中简化了从原始数据到可视化再到统计分析的整个数据处理流程。
更好的工具; 全部集中在一处。
最引人注目的是,tomviz 1.0中的可视化效果非常出色。 研究人员埃利奥特·帕吉特(Elliot Padgett)可视化了清洁能源汽车中使用的复杂纳米颗粒,以确定石墨缠绕管内部或外部的颗粒。 这些纳米颗粒的设计和位置直接影响未来清洁车辆的性能。 这需要3D分析。 清洁能源只是许多使用3D纳米材料设计未来技术的行业之一。
3D科学迫切需要开放的工具来满足可再现科学(科学哲学的基础)的要求。 tomviz团队构建了一个平台,该平台坚定地支持开放科学并突破了3D数据科学的界限。 该平台可帮助研究人员开发自己的Python算法,并一键执行即可在3D数据上运行。
最近的3D革命涵盖了生物学,医学和材料科学的许多研究领域,但由于缺乏功能强大,开放和协作的软件工具,所有这些都成为瓶颈。 现在,该问题已解决。 科学程序员,Kitware的Marcus Hanwell博士说:“今天的tomviz v1.0 版本是该项目的重要里程碑,它提供了一种全面的产品,可以推动科学家在纳米级的三个维度上进行研究。”
该项目从一开始就公开开发,主要使用GitHub上允许的三子句BSD许可证,重点关注C ++代码库。 它利用了最好的开源资源,包括Python,NumPy,SciPy,Qt,ITK,VTK和ParaView。 其中一些是为通用应用开发的,而其他一些则非常关注从处理到可视化的科学数据。

Elliot Padget(康奈尔大学) 在 tomviz 1.0中 可视化了用于清洁能源车辆的3D纳米材料 。 性能的关键取决于碳结构(灰色)内部(蓝色)或外部(红色)的颗粒。 (艾略特Padget CC BY)
该项目在设计时就考虑了研究社区。 向这些工具箱中添加新的文件格式,以支持将数据传入和传出应用程序。 使用公共问题跟踪工具,代码审查和持续集成,可以使贡献过程尽可能透明和协作。
数据操作主要是用Python开发的,可以直接在应用程序中进行编辑/执行。 它们使用XML格式保存在应用程序状态文件中,可以还原和共享。 通过设计用于共享,保存,编辑和重新分配的数据管道,不仅可以共享开放数据,而且还可以以可编辑的形式到达该区域所需要的所有步骤,这在该领域是前所未有的。
最初的想法始于霍夫登实验室 ( Hovden Lab) ,通过跨密歇根大学, 康奈尔大学 , 伯克利实验室和Kitware等多家机构的合作团队逐渐成熟。 并且由于该工具是开源的,因此,更多的有才华的开发人员社区做出了贡献 。
tomviz项目不仅充当科学工具,而且充当开放科学软件的模型。 最重要的是,任何人今天都可以获取,创建和探索纳米世界。
翻译自: https://opensource.com/article/17/3/tomviz-large-3D-datasets
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