Visualisation de Molécules

Tombé par hasard sur VMD – Visual Molecular Dynamics, un logiciel scientifique Open Source disponible sur Windows, Linux et MacOS-X. Il permet de visualiser en 3D temps réel des molécules complexes et se combine avec de nombreux plugins et autres logiciels pour réaliser des rendus assez spectaculaires :

La modélisation des molécules demande énormément de puissance de calcul car il faut simuler les attractions/répulsions électrostatiques entre de très nombreux atomes pour trouver les positions de chacun. L’équipe de développement de VMD a beaucoup utilisé les GPU pour accélérer ces simulations, et CUDA en particulier (seulement sur Linux pour l’instant).

L’article « GPGPUs: Neat Idea or Disruptive Technology? » sur ce sujet est très intéressant : l’auteur montre que les GPU peuvent apporter un gain d’un facteur 10 en puissance de calcul, mais que ce n’est pas suffisant pour changer radicalement la face de l’informatique.

VMD supporte une ribambelle de formats de fichier de représentation des molécules dont certains, comme PDB, sont des fichiers textes, donc potentiellement importables dans d’autres logiciels …

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Progrès en mécanique des fluides

La mécanique des fluides est l’un des domaines de la physique classique les plus difficiles, et des plus utiles.

Utile parce que l’écoulement d’un fluide intervient dans de très nombreuses applications de l’ingénierie, par exemple:

• pour créer la force de portance qui soulève les avions et certains bateaux
• dans le refroidissement des circuits électroniques avec des ventilateurs et des radiateurs
• dans les prévisions météo
• dans les problèmes de tuyauterie, etc etc.

Difficile parce que les équations de Navier-Stokes qui permettent de calculer le mouvement des fluides sont relativement simples à écrire, mais qu’on ne savait pas les résoudre sans faire faire énormément de calculs à de gros ordinateurs jusqu’à il y peu. Ce qu’il y a de nouveau récemment, c’est que:

1. La puissance des PC actuels permet désormais de simuler des fluides en temps réel en 2 dimensions.
   Après l’excellent petit jeu « The Odyssey : Winds of Athena » qui m’avait déjà étonné, Liquid Studios présente sa technologie « Splash » par une vidéo spectaculaire, surtout après la 1ère minute:
   
   voir aussi cette les vidéos sur cette page
2. Keenan Crane a écrit un solveur des équations Navier-Stokes 3D tournant entièrement sur le GPU (voir « GPUs et physique« ), permettant de réaliser des animations réalistes, basées sur la physique, d’eau et de fumée en temps réel !
   

   
   cliquer sur l’image pour une vidéo (8.7 Mb )

3. Penny Smith, une mathématicienne géniale pourrait bien avoir gagné 1 million de dollars en ayant résolu l’un des « problèmes du millénaire » : trouver une solution aux équations de Navier-Stokes ! Si quelqu’un parvient à corriger ou contourner des erreurs trouvées dans des résultats précédents sur lesquelles elle s’est basée, on pourrait bientôt voir apparaitre de nouvelles méthodes de calcul beaucoup plus rapides. Voir:
   • Navier-Stokes: Another Historic Problem Solved!? sur « Good Math, Bad Math »
   • Smith’s Work on the Navier-Stokes Equation : A Description for Mathematicians, très technique mais qui décrit les difficultés rencontrées lors de la vérification des résultats de Mme Smith.

GPUs et Physique

Dans votre ordinateur, il y a un CPU (Central Processing Unit) de chez Intel ou AMD communément appelé « processeur », et un GPU (Graphics Processing Unit) de chez nVidia ou ATI. Il n’y a pas si longtemps, le GPU était un circuit « fermé », non programmable par le commun des mortels, entièrement dédié à la production de belles images sur votre écran. Depuis quelques années, ces circuits sont devenus programmables pour permettre de produire de très beaux effets graphiques, et leur puissance à augmenté, augmenté… A tel point qu’aujourd’hui, votre GPU contient probablement plus de transistors que votre CPU, et est certainement capable de résoudre certains problèmes plus rapidement !

Hyperion

Hypergraphics-3D est une entreprise genevoise en création qui va « faire très fort ». Son produit « Hyperion » est une version « professionnelle et facile à utiliser » des moteurs 3D utilisés dans les jeux pour faire du rendu et de l’animation en temps réel.

Par « professionnelle », il faut comprendre qu’Hyperion vise le réalisme et la qualité d’image pour la visualisation de produits industriels ou de constructions.

Exemple de rendu en temps réel obtenu avec Hyperion !

Hyperion est « facile à utiliser » car toute la scène à représenter, les informations d’éclairage, de matière (texture) , l’interactivité, les effets visuels spéciaux et bien d’autres choses sont décrites dans un seul fichier XML, éditable avec un éditeur de texte comme PsPad par exemple.