한글초록:분자 모델링은 분자의 3차원 구조 해석을 기반으로 수행되며 신소재 개발, 신약 개발, 환경 촉매 개발 등 여러 분야에서 필요한 중요한 연구이다. 본 논문에서는 바이러스와 같은 생화학 물질의 분자 구조를 3차원 모델로 시각화하여 관찰하고, 그 분자 모델을 직관적인 방법으로 조작하기 위한 가상 현실 분자 모델링 시스템을 제안한다. 이 시스템을 사용하면, 입체 영상 디스플레이 장치와 ...
한글초록:분자 모델링은 분자의 3차원 구조 해석을 기반으로 수행되며 신소재 개발, 신약 개발, 환경 촉매 개발 등 여러 분야에서 필요한 중요한 연구이다. 본 논문에서는 바이러스와 같은 생화학 물질의 분자 구조를 3차원 모델로 시각화하여 관찰하고, 그 분자 모델을 직관적인 방법으로 조작하기 위한 가상 현실 분자 모델링 시스템을 제안한다. 이 시스템을 사용하면, 입체 영상 디스플레이 장치와 데이터 글러브 및 동작 추적 장치를 사용하여 3차원 분자 모델을 실감나게 조작할 수 있어서 효율적으로 분자들을 관찰하고 결합, 분리, 회전 등의 분자 모델링 작업이 가능하다.본 논문에서는 일반적인 제스츄어를 사용한 3차원 인터페이스에서 사용하고있는 명령 위주의 고정 방식이 아닌 두 손을 자연스럽게 사용하는 동적 방식의 인터렉션 방법을 제안한다. 그리고, 가상 공간에서 분자 모델을 쉽게 조작하기 위해 자체 제작한 새로운 3차원 인터페이스를 기술을 제안한다. 이러한 방식과 기술은 분자 모델링 작업에 있어서 전체 분자 구조 뿐만 아니라 미세한 영역까지 자세히 관찰하고 조작을 할 수 있다. 본 논문에서 제안하는 제스츄어를 사용한 분자들의 결합을 화학적으로 정확하게, 그리고 실시간으로 시뮬레이션 하기 위해서 에너지 계산 알고리즘을 구현하였다. 에너지 계산 처리는 계산량이 많기 때문에 한대의 컴퓨터에서는 처리가 힘들며 이를 위해 자체적으로 분산 시스템을 구축하여 실시간으로 그 결과를 사용자가 확인 할 수 있도록 하였다. 본 연구에서 제안하는 동적 제스츄어 기반의 VR 분자 모델링 시스템의 타당성을 검증하기 위하여 HIV 바이러스 분자를 가지고 분자 모델링 작업을 수행하였다. 이는 사람의 직관적인 방식과 컴퓨터 시스템의 자동화된 분자 모델링 작업을 공동으로 사용한 방식과 컴퓨터 시뮬레이션만을 수행한 방식과의 비교 하였고, 사용자 테스트를 실시하여 기존의 방식과 작업 성능 및 사용자 만족도를 비교 하였다영문초록:Molecular modeling is based on analysis of three dimensional structures of molecules. It can be used in developing new materials, new drugs, and environmental catalyzers. We propose a gesture-based molecular modeling system which visualizes three dimensional models of molecules, presents them using a large stereoscopic display and allows scientists observe and manipulate the molecular models using their gestures using hands and arms. The system consists of a three dimensional stereoscopic display, data gloves, and motion tracking devices. Scientists can examine, magnify, translate, rotate, combine and split the molecular models in natural and convenient ways using gestures. This paper suggests that a “Dynamic Gesture-based System” which utilizes direct manipulation and reflects real-time behaviors of users using two hands. The dynamic gesture-based system can be distinguished from a conventional gesture-based system which requires gestures of commands in order to change states of the system. But the dynamic gesture-based system recognizes the intention of users and allows them to manipulate molecular models directly. The suggested system also allows us to observe and manipulate not only the whole structure of molecular but also detailed regions of molecular models.With the new system, we can rotate two chemically bonded molecular models in opposite directions simultaneously using two hands. However, typical input devices such as a mouse cannot allow us to perform and manipulate such models simultaneously and effectively. In order to simulate bonded molecular models precisely and in real-time using the dynamic gestured-based system, we implement a energy minimization algorithm and suggest a data structure for showing the three dimension molecular models. The proposed system was compared with the most popular molecular modeling tool called Insight II. For the comparison, HIV-1(Human Immunodeficiency Virus) was used as a receptor and fifteen candidate materials were used as ligands. No significant differences were found between Insight II and the proposed system in the results of the simulations. An experiment of measuring performances of the system showed that users of the proposed system improved their performance faster than those of Insight II as they learned and experienced more about the system. Another experiment of testing subjective satisfaction demonstrated that users preferred to use the proposed system
한글초록:분자 모델링은 분자의 3차원 구조 해석을 기반으로 수행되며 신소재 개발, 신약 개발, 환경 촉매 개발 등 여러 분야에서 필요한 중요한 연구이다. 본 논문에서는 바이러스와 같은 생화학 물질의 분자 구조를 3차원 모델로 시각화하여 관찰하고, 그 분자 모델을 직관적인 방법으로 조작하기 위한 가상 현실 분자 모델링 시스템을 제안한다. 이 시스템을 사용하면, 입체 영상 디스플레이 장치와 데이터 글러브 및 동작 추적 장치를 사용하여 3차원 분자 모델을 실감나게 조작할 수 있어서 효율적으로 분자들을 관찰하고 결합, 분리, 회전 등의 분자 모델링 작업이 가능하다.본 논문에서는 일반적인 제스츄어를 사용한 3차원 인터페이스에서 사용하고있는 명령 위주의 고정 방식이 아닌 두 손을 자연스럽게 사용하는 동적 방식의 인터렉션 방법을 제안한다. 그리고, 가상 공간에서 분자 모델을 쉽게 조작하기 위해 자체 제작한 새로운 3차원 인터페이스를 기술을 제안한다. 이러한 방식과 기술은 분자 모델링 작업에 있어서 전체 분자 구조 뿐만 아니라 미세한 영역까지 자세히 관찰하고 조작을 할 수 있다. 본 논문에서 제안하는 제스츄어를 사용한 분자들의 결합을 화학적으로 정확하게, 그리고 실시간으로 시뮬레이션 하기 위해서 에너지 계산 알고리즘을 구현하였다. 에너지 계산 처리는 계산량이 많기 때문에 한대의 컴퓨터에서는 처리가 힘들며 이를 위해 자체적으로 분산 시스템을 구축하여 실시간으로 그 결과를 사용자가 확인 할 수 있도록 하였다. 본 연구에서 제안하는 동적 제스츄어 기반의 VR 분자 모델링 시스템의 타당성을 검증하기 위하여 HIV 바이러스 분자를 가지고 분자 모델링 작업을 수행하였다. 이는 사람의 직관적인 방식과 컴퓨터 시스템의 자동화된 분자 모델링 작업을 공동으로 사용한 방식과 컴퓨터 시뮬레이션만을 수행한 방식과의 비교 하였고, 사용자 테스트를 실시하여 기존의 방식과 작업 성능 및 사용자 만족도를 비교 하였다영문초록:Molecular modeling is based on analysis of three dimensional structures of molecules. It can be used in developing new materials, new drugs, and environmental catalyzers. We propose a gesture-based molecular modeling system which visualizes three dimensional models of molecules, presents them using a large stereoscopic display and allows scientists observe and manipulate the molecular models using their gestures using hands and arms. The system consists of a three dimensional stereoscopic display, data gloves, and motion tracking devices. Scientists can examine, magnify, translate, rotate, combine and split the molecular models in natural and convenient ways using gestures. This paper suggests that a “Dynamic Gesture-based System” which utilizes direct manipulation and reflects real-time behaviors of users using two hands. The dynamic gesture-based system can be distinguished from a conventional gesture-based system which requires gestures of commands in order to change states of the system. But the dynamic gesture-based system recognizes the intention of users and allows them to manipulate molecular models directly. The suggested system also allows us to observe and manipulate not only the whole structure of molecular but also detailed regions of molecular models.With the new system, we can rotate two chemically bonded molecular models in opposite directions simultaneously using two hands. However, typical input devices such as a mouse cannot allow us to perform and manipulate such models simultaneously and effectively. In order to simulate bonded molecular models precisely and in real-time using the dynamic gestured-based system, we implement a energy minimization algorithm and suggest a data structure for showing the three dimension molecular models. The proposed system was compared with the most popular molecular modeling tool called Insight II. For the comparison, HIV-1(Human Immunodeficiency Virus) was used as a receptor and fifteen candidate materials were used as ligands. No significant differences were found between Insight II and the proposed system in the results of the simulations. An experiment of measuring performances of the system showed that users of the proposed system improved their performance faster than those of Insight II as they learned and experienced more about the system. Another experiment of testing subjective satisfaction demonstrated that users preferred to use the proposed system
주제어
#Virtual Human Bioinformatics 3D Gesture-based Molecular 3D Haptic Webservice
학위논문 정보
저자
박성준
학위수여기관
건국대학교 대학원
학위구분
국내박사
학과
컴퓨터.정보통신공학과 컴퓨터 정보통신공학 전공
발행연도
2005
총페이지
130 p.
키워드
Virtual Human Bioinformatics 3D Gesture-based Molecular 3D Haptic Webservice
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