계산화학이란 컴퓨터를 이용한 계산을 통하여 이론 화학의 문제를 다루는 화학의 한 분야로 화학실험실을 컴퓨터로 옮겨 놓은 것이라고 말할 수 있다. 컴퓨터 처리 능력이 향상됨에 따라 거대 분자 구조의 복잡한 계산과 시뮬레이션을 수행하여야 하는 계산화학분야에서의 고성능 컴퓨터 활용은 매우 중요하다. 분자 구조 계산과 시뮬레이션 등의 작업을 위하여 고성능 컴퓨터를 이용하려면 Unix 명령어와 콘솔을 활용하여야 하는데 화학과목을 배우는 이공계 학생들 대부분은 컴퓨터 비전공자로서 Unix에 관하여 모르는 경우가 대부분이다. 그래서 Unix 명령어를 모르더라도 계산화학 실습이 가능한 웹 기반 계산화학 실습 교육 지원 시스템이 필요하다. 본 논문에서 개발한 웹 기반 계산화학 실습 교육 지원 시스템(e-Chem)은 다른 웹 포털 플랫폼보다 표준 지향적이고 콘텐츠 관리 및 협업 기능이 뛰어난 자바 오픈소스인 Liferay 포털 플랫폼을 활용하여 개발하였다. 본 시스템을 활용하면 컴퓨터 비전공자들도 쉽게 계산화학 실습 수업에 참여할 수 있고, Unix 명령어 등을 배우는 시간을 절약할 수 있으며, 친숙한 웹 인터페이스로 학습 효과도 높아질 것으로 기대된다.
계산화학이란 컴퓨터를 이용한 계산을 통하여 이론 화학의 문제를 다루는 화학의 한 분야로 화학실험실을 컴퓨터로 옮겨 놓은 것이라고 말할 수 있다. 컴퓨터 처리 능력이 향상됨에 따라 거대 분자 구조의 복잡한 계산과 시뮬레이션을 수행하여야 하는 계산화학분야에서의 고성능 컴퓨터 활용은 매우 중요하다. 분자 구조 계산과 시뮬레이션 등의 작업을 위하여 고성능 컴퓨터를 이용하려면 Unix 명령어와 콘솔을 활용하여야 하는데 화학과목을 배우는 이공계 학생들 대부분은 컴퓨터 비전공자로서 Unix에 관하여 모르는 경우가 대부분이다. 그래서 Unix 명령어를 모르더라도 계산화학 실습이 가능한 웹 기반 계산화학 실습 교육 지원 시스템이 필요하다. 본 논문에서 개발한 웹 기반 계산화학 실습 교육 지원 시스템(e-Chem)은 다른 웹 포털 플랫폼보다 표준 지향적이고 콘텐츠 관리 및 협업 기능이 뛰어난 자바 오픈소스인 Liferay 포털 플랫폼을 활용하여 개발하였다. 본 시스템을 활용하면 컴퓨터 비전공자들도 쉽게 계산화학 실습 수업에 참여할 수 있고, Unix 명령어 등을 배우는 시간을 절약할 수 있으며, 친숙한 웹 인터페이스로 학습 효과도 높아질 것으로 기대된다.
Computational chemistry is one of the chemistry fields that deals with the theoretical chemistry problem using computer calculations and can be described as the chemistry lab moved on computer space. In line with recent enhancement of processing capability of computers, utilization of high performan...
Computational chemistry is one of the chemistry fields that deals with the theoretical chemistry problem using computer calculations and can be described as the chemistry lab moved on computer space. In line with recent enhancement of processing capability of computers, utilization of high performance computer cannot be overemphasized in the field of computational chemistry in performing complex calculation of huge molecular structure and simulation. While they have to use commands and consoles for high performance computer to execute complex calculation of huge molecular structure and simulation, most of students in natural science and engineering, who are not experts in computer technically, are likely to be unaware of UNIX. Under the circumstances, web-based educational support system for computational chemistry is needed to enable them to practice computational chemistry, even not knowing UNIX command. In this study, e-Chem, one of such educational support systems, is developed by using Liferay portal platform, which is a Java open source more oriented to standard and outstanding in its content management and collaboration function than other web portals. By using this system, even students who are not familiar with computer, are expected to take part in lab classes and save time learning Unix command and also enhance the learning efficiency by using familiar interface.
Computational chemistry is one of the chemistry fields that deals with the theoretical chemistry problem using computer calculations and can be described as the chemistry lab moved on computer space. In line with recent enhancement of processing capability of computers, utilization of high performance computer cannot be overemphasized in the field of computational chemistry in performing complex calculation of huge molecular structure and simulation. While they have to use commands and consoles for high performance computer to execute complex calculation of huge molecular structure and simulation, most of students in natural science and engineering, who are not experts in computer technically, are likely to be unaware of UNIX. Under the circumstances, web-based educational support system for computational chemistry is needed to enable them to practice computational chemistry, even not knowing UNIX command. In this study, e-Chem, one of such educational support systems, is developed by using Liferay portal platform, which is a Java open source more oriented to standard and outstanding in its content management and collaboration function than other web portals. By using this system, even students who are not familiar with computer, are expected to take part in lab classes and save time learning Unix command and also enhance the learning efficiency by using familiar interface.
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문제 정의
KISTI에서 개발한 워크플로우 기반의 계산화학 실습 프로그램인 Chemworks의 UI를 개선하여 효율적인 워크플로우 편집, 직관적인 정보 표기로 인한 실험 설계의 용이성을 위하여 아래와 같은 부분을 개선하는 것을 목적으로 UI 설계를 진행하였다.
이에, KISTI에서 보유하고 있는 고성능 컴퓨팅 자원과 계산화학 도구를 활용하여 국내 계산화학 실습 환경의 개선을 통하여 정보기술 지식이 부족한 화학 과목을 이수해야 하는 이공계 관련 학과 학생이나 교수에게 접근하기 쉬운 Liferay 포털 플랫폼에 기반한 계산화학 실습 교육 지원 시스템(e-Chem)을 개발하여 제공하려고 한다.
제안 방법
2장의 이론적 배경과 3장의 관련 연구현황을 종합하여 요구분석과 수업절차 분석, 시스템 구조 설계 등의 시스템 설계를 수행하였다.
Process Module Node 개발에 있어서는 기존 Drag 가능한 node의 크기를 확장하여 편집 용이성을 개선하였으며, Output node를 드래그하여 Input node에 연결하면 해당 node가 highlight되어 어떤 node에 link하는지 바로 파악 가능하게 개발하였다. Process Module Node의 직관적인 Data format 표기를 위하여 Input/output node의 Data format을 Process Module에 바로 표시, 직관적인 정보 표기를 통한 workflow 편집 UX의 depth를 줄여 계산화학 실험 설계의 효율성을 고려하였다.
e-Chem을 개발하기 위하여 포틀릿 표준을 사용하는 오픈 소스 포털 플랫폼인 Liferay의 기본 아키텍처 및 포틀릿 숙련을 통해 기존 오프라인/로컬 PC 환경에서 진행되었던 계산화학 실습을 on-line/web server-client 환경에서 실행 가능한 최소한의 실습과 관련된 사용자 인증, 사용자별 권한 제어, 서버에서 구동되는 계산용 슈퍼컴퓨터/그리드 시스템과의 연산 정보 연계, web/server단에서의 사용자 DB 형상 연동 등 주요 기능 개발하였다. 또한, KISTI에서 개발한 워크플로우 기반의 Computational Chemistry 실습 프로그램인 Chemworks의 UI를 개선하여 효율 적인 워크플로우 편집, 직관적인 정보표기로 인한 실험 설계의 용이성을 위하여 UI 설계를 진행하였다.
계산화학 포털(e-Chem) 개발과 관련하여 4개 분야, 계산화학 통합분석시스템(Chemworks) UI 개발과 관련하여 3개 분야로 세부 구분하여 범위를 설정하였다. 포틀릿 표준을 사용하는 오픈소프 포털 프레임웍인 Liferay의 기본 architecture 및 포틀릿 숙련을 통해, 기존 오프라인/로컬 PC 환경에서 진행되었던 계산화학 실습을 on-line/web server-client환경에서 실행 가능한 최소한의 실습과 관련된 사용자 인증, 유저별 권한 제어, 서버에서 구동되는 계산용 슈퍼컴퓨터와의 연산정보 연계, web/server단에서의 사용자 DB 형상 연동 등 주요 기능을 정의하였다.
그래서 기존 보다 균등한 폭의 모듈 디자인과 진행 상황에 따라 상단 Process Name Bar만 색이 변하도록 디자인 하여 보다 통일된 Look & Feel을 제공하는 UI를 기획, 개발하였다.
e-Chem을 개발하기 위하여 포틀릿 표준을 사용하는 오픈 소스 포털 플랫폼인 Liferay의 기본 아키텍처 및 포틀릿 숙련을 통해 기존 오프라인/로컬 PC 환경에서 진행되었던 계산화학 실습을 on-line/web server-client 환경에서 실행 가능한 최소한의 실습과 관련된 사용자 인증, 사용자별 권한 제어, 서버에서 구동되는 계산용 슈퍼컴퓨터/그리드 시스템과의 연산 정보 연계, web/server단에서의 사용자 DB 형상 연동 등 주요 기능 개발하였다. 또한, KISTI에서 개발한 워크플로우 기반의 Computational Chemistry 실습 프로그램인 Chemworks의 UI를 개선하여 효율 적인 워크플로우 편집, 직관적인 정보표기로 인한 실험 설계의 용이성을 위하여 UI 설계를 진행하였다.
본 논문에서 개발한 웹 기반 계산화학 실습 교육 지원 시스템(e-Chem)은 다른 웹 포털 플랫폼보다 표준지향적이고 콘텐츠 관리 및 협업 기능이 뛰어난 자바 오픈 소스인 Liferay 플랫폼을 활용하여 개발하였다. Liferay Portal플랫폼은 다른 포털과 비교하여 가볍고 표준지향적이며 Java 기반의 포털을 제공한 다.
본 시스템을 사용할 서울대, 서강대 등에서 계산화학을 강의하는 교수와 조교들을 대상으로 면담을 실시하여 요구사항 조사를 실시하였다.
jQuery는 가장 많이 사용되며 잘 만들어진 오픈소스 자바스크립트 라이브러리이다. 분자의 편집과 실험결과를 보여주는 뷰어는 JMOL을 사용하고자 한다. Jmol은 오픈소스 자바기반의 화학구조 3D 뷰어 프로그램이다.
계산화학 포털(e-Chem) 개발과 관련하여 4개 분야, 계산화학 통합분석시스템(Chemworks) UI 개발과 관련하여 3개 분야로 세부 구분하여 범위를 설정하였다. 포틀릿 표준을 사용하는 오픈소프 포털 프레임웍인 Liferay의 기본 architecture 및 포틀릿 숙련을 통해, 기존 오프라인/로컬 PC 환경에서 진행되었던 계산화학 실습을 on-line/web server-client환경에서 실행 가능한 최소한의 실습과 관련된 사용자 인증, 유저별 권한 제어, 서버에서 구동되는 계산용 슈퍼컴퓨터와의 연산정보 연계, web/server단에서의 사용자 DB 형상 연동 등 주요 기능을 정의하였다.
대상 데이터
NBCR에서는 2004년부터 2010년까지 게재되었던 논문 총 319편을 조사하였다. NBCR은 국가적인 생물의학 계산 자원으로 다중 척도의 생물의학 연구가 가능하도록 계산 자원 및 커뮤니티를 구성하여 연구자들을 지원하고 있다.
요구분석을 위한 조사는 계산화학 연구자와 교수 커뮤니티인 MCI 연구회를 대상으로 하였다. 요구분석 조사에서는 KISTI에서 개발하여 서비스 중인 Bioworks를 기반으로 Chemworks라는 워크플로우 기반 응용 환경을 개발하는 것이 어떤지에 관한 내용도 포함되었다.
후속연구
CICC와 같은 화학적인 정보 처리가 가능한 사이트를 통해 신약개발과 화학적 조를 컴퓨터를 통해 예측하는 QSAR(Quantitative Structure Activity Relationship) 학문이 더 발전할 수 있을 것이다.
e-Chem은 계산화학 실습환경을 개선하고 정보기술 지식이 부족한 이공계 관련 화학 관련학과 학생과 교수들에게 접근하기 쉬운 인터페이스를 제공하기 때문에, e-Chem을 통해 어려운 화학 과목을 접근하기 쉽게 하여 학습에 관한 흥미 및 효율성 향상, 슈퍼컴퓨터의 잠재적 사용자층 확보, 향후 전문 연구용으로의 발전에 기여할 것이다.
국내 교육 환경에서도 이와 동일한 문제를 겪고 있는데, KISTI의 고성능 컴퓨팅 자원을 Bioworks의 경험을 이용하여 e-Chem이라는 통합 플랫폼을 개발 한다면 이러한 문제들을 완화하는데 큰 역할을 할수 있을 것이다. 이러한 환경이 구축될 경우, 라이센스 문제를 손쉽게 해결 할 수 있을 뿐만 아니라 학생의 입장에서 보다 쉽고 직관적으로 접근할 수 있는 워크플로우를 제공함으로써 학생들이 계산화학을 배우는데 필요한 진입장벽을 낮출 수 있을 것으로 기대한다.
더불어 계산화학 실습수업 시스템 개발을 통한 화학과 정보기술이 융합된 고등교육용 교육 도구를 각대학에 보급함으로써 상업용 교육 도구 대체에 따른각 교육기관의 비용 절감과 효율적인 예산활용이 가능해질 것이다. 이를 통해 국산의 고등교육용 도구의 국내외 보급 및 활용 확대를 통한 국가경쟁력 향상이 기대된다.
국내 교육 환경에서도 이와 동일한 문제를 겪고 있는데, KISTI의 고성능 컴퓨팅 자원을 Bioworks의 경험을 이용하여 e-Chem이라는 통합 플랫폼을 개발 한다면 이러한 문제들을 완화하는데 큰 역할을 할수 있을 것이다. 이러한 환경이 구축될 경우, 라이센스 문제를 손쉽게 해결 할 수 있을 뿐만 아니라 학생의 입장에서 보다 쉽고 직관적으로 접근할 수 있는 워크플로우를 제공함으로써 학생들이 계산화학을 배우는데 필요한 진입장벽을 낮출 수 있을 것으로 기대한다.
GridChem 프로젝트는 화학분야에서의 연구 및 교육의 지원뿐만 아니라 타 분야 커뮤니티에 적용 가능한 기능을 배포할 수 있는 선도적인 사례가 될 것이다. 향후 GridChem 기능들은 전기전자, 생물공학, 의학 등의 분야에서 중요한 신물질을 생산하는 산업에 잠재적으로 영향을 미칠 것으로 예상된다[6]. 특히 나노공학과 의약품 개발에 계산화학이 매우 중요한 분야이기에 국가 경제와 융합 기술의 가용성을 전제로 GridChem의 개발을 지원할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
계산과학이란?
계산과학(Computational Science)은 과학이나 공학에서 수치적 방법과 컴퓨터 계산을 이용하여 문제를 해결하는 분야이다. 계산과학은 계산과 컴퓨터 그리고 정보처리 자체에 관해 연구하는 전산학과는 구분된다.
사이버 인프라스트럭처란 어떤 측면에서 설명되는가?
계산과학 중에서 계산화학(Computational Chemistry)이란 컴퓨터를 이용한 계산으로 이론화학의 문제를 다루는 화학의 분야 중 하나이다. 사이버 인프라스트럭처란 다양한 컴퓨팅 자원과 서비스를 상호 이용 가능하도록 제공하는 과학과 공학 연구를 지원하는 측면에서 설명된다. 정보기술의 발전은 거대과학 및 공학 사업을 위해 필요한 사이버인프라스 트럭처의 개발을 가져왔다.
CICC는 어떤 체계가 잘 갖추어져 있는가?
CICC는 오픈 웹 서비스 기반 구조를 이용하여 NIH Molecular Libraries Initiative 및 PubChem으로 부터 받아오는 데이터를 통합할 수 있는 인터페이스와 애플리케이션 및 데이터베이스를 개발하여 제공하고 있다[7]. 또한 화학정보학 교실이라는 가상의 교실을 웹사이트에 구축하여 인디애나대학교의 학부생과 대학원생들이 어디서든 바로 접속할 수 있는 사이버 교육의 체계가 잘 갖추어져 있다[7].
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