新的开源软件 tomviz—tomographic visualization（断层可视化）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，该软件分析类似于医学CT扫描的3D断层数据，但尺度为纳米级。
康奈尔大学物理学博士候选人 Yi Jiang 说：“当你可以拿起一个纳米粒子或生物分子，旋转它、切片它、观察它的内部并对其进行定量分析时，你就可以从各个角度获得完整的图像。”
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对于纳米科学来说，在所有维度上观察都是一件大事。未来的科技正在微小尺度上构建，现在需要用于3D设计和分析的工具，以便他们能够深入观察复杂的结构。人们只需要看看曼哈顿的摩天大楼，就能体会到3D建筑的指数级优势——美国最大的城市挤在一个小岛上。人口密度的增加只有通过更多地利用第三维度来建造更高的建筑物才有可能实现，这些建筑物可以在相对较小的土地面积上容纳大量人口。
你的下一代计算机处理器将利用强大的3D设计，将数十亿个纳米器件挤压到一个小芯片上。这已经在存储器市场开始发生，在存储器市场中，多层存储器堆叠在一起，互连提供的存储器带宽/存储密度比以前更高。材料断层扫描是3D器件结构设计、测试和验证中的一项使能技术，它支持进一步的小型化。
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起来。Yi Jiang 说：“我们在 tomviz 中开发的算法可以处理大数据集，并使科学家能够理解跨维度的纳米尺度宇宙。”
tomviz 与电子显微镜配合使用，提供纳米材料的 3D 图像。（Robert Hovden，CC BY）
现在，科学家可以通过利用从电子显微镜获得的数据并将数据加载到 tomviz 软件中，以最高分辨率快速研究 3D 纳米尺度。“使用现代电子显微镜，你可以看到单个原子的图像——这太不可思议了。但这只是一张 2D 图像，而跳到 3D 是一个极其复杂的过程。我们用我们的软件简化了这个复杂的过程，”伯克利实验室科学家 Peter Ercius 博士说。从原始数据到可视化再到统计分析的整个数据处理流程都在 tomviz 1.0 中得到简化。
更好的工具；尽在一个地方。
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 Elliot Padgett 可视化用于清洁能源汽车的复杂纳米粒子，以确定石墨缠绕管内部或外部的粒子。这些纳米粒子的设计和位置直接影响未来清洁汽车的性能；这需要 3D 分析。清洁能源只是众多使用 3D 纳米材料设计未来技术的行业中的一个例子。
3D 科学迫切需要开放工具来满足可重复科学的要求——这是科学哲学的基石。tomviz 团队构建了一个坚决支持开放科学并推动 3D 数据科学边界的平台。该平台方便研究人员开发自己的 Python 算法，只需单击一下即可在 3D 数据上运行。
最近的 3D 革命跨越了生物学、医学和材料科学等多个研究领域，但所有领域都受到缺乏功能强大、开放和协作的软件工具的瓶颈。这个问题现在有了一个解决方案。Kitware 的科学程序员 Marcus Hanwell 博士说：“今天的 v1.0 版本发布 是该项目的一个重要里程碑，它提供了一个全面的产品，可以推动科学家在纳米尺度上进行三维工作时向前发展。”
该项目从一开始就公开开发，主要侧重于 C++ 代码库，使用宽松的 3 条款 BSD 许可证，在 GitHub 上。它利用了最好的开源，包括 Python、NumPy、SciPy、Qt、ITK、VTK 和 ParaView。其中一些是为通用应用程序开发的，而另一些则非常关注科学数据，从处理到可视化。
Elliot Padget（康奈尔大学）在 tomviz 1.0 中可视化的用于清洁能源汽车的 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）的粒子。（Elliot Padget CC BY）
该项目的设计考虑到了研究社区；向这些工具包添加新的文件格式，以支持数据的应用程序内外传输。使用公共问题跟踪器、代码审查和持续集成，使贡献过程尽可能透明和协作。
数据操作主要在 Python 中开发，可以在应用程序中直接编辑/执行。这些操作保存在应用程序状态文件中，使用 XML 格式，可以恢复和共享。数据管道的开发旨在共享、保存、编辑和重新分发，不仅实现了开放数据的共享，而且实现了以该领域前所未有的可编辑形式获得数据的所有步骤。
一个在 Hovden 实验室萌芽的想法，通过包括密歇根大学、康奈尔大学、伯克利实验室和 Kitware 在内的多个机构的协作团队而成熟。并且由于该工具是开源的，因此更多有才华的 开发人员也做出了贡献。
tomviz 项目不仅是科学工具，也是开放科学软件的典范。最棒的是，任何人今天都可以获取 tomviz 并探索纳米世界。
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