蛋白质结构虚拟现实可视化和对接程序开发
发布时间：2022-01-02 02:42
目前已发布的针对生物大分子的可视化工具可以满足大多数研究者的需求,然而二维的媒介载体与交互方式的局限性使其难以为生物分子的结构和功能研究带来新的视角和思路,虚拟现实技术因其沉浸性和交互性可以弥补这类不足。本论文采用虚拟现实技术,主要开展了以下几方面的工作:第一,以紫细菌的光合作用体系为对象,开发了从生物分子结构与分子动力学模拟轨迹在虚拟现实中可视化的工作流程以实现在虚拟现实场景中分子的显示与交互。在虚拟现实场景中,用户可“拾取”蛋白分子和色素小分子进行观察。本研究为光合体系的研究成果提供了新的呈现方式。第二,我们开发了基于虚拟现实的蛋白质对接游戏平台。用户可以通过该平台对每一个游戏关卡中的蛋白质配体进行三维空间变换操作,使之与蛋白质受体形成蛋白质复合物;对接操作以原始蛋白质复合物构象的空间位置作为参考标准。本平台通过用户对蛋白质的对接操作可增进用户对蛋白质对接原理的学习与理解。第三,本论文初步开发了一套运行在Unreal Engine4虚拟现实引擎的插件——PDBTool,该插件可直接读取和解析蛋白质的PDB文件并构建出蛋白质的三维模型。在PDBTool插件基础上开发了Doc Kit生...
【文章来源】：华中农业大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
“虚拟现实之父”Sutherland提出的VR三个“I”特征：Immersion(沉浸感)，interaction（交互式），Imagination（构想性）(BurdeaandCoiffet2003)
华中农业大学2020届硕士研究生学位论文2图1.1“虚拟现实之父”Sutherland提出的VR三个“I”特征：Immersion(沉浸感)，interaction（交互式），Imagination（构想性）(BurdeaandCoiffet2003)。Figure1.1Three"I"featuresofVR:Immersion,interaction,Imagination(BurdeaandCoiffet2003).在上述的三个“I”特征中，交互性是VR相较于其他媒介形式突出的优点。在Chen等人的工作中，交互性的概念流程如图1.2所示，其中用户与计算机模拟的虚拟场景通过头戴显示器与控制器进行连接，虚拟世界通过头戴显示器将信息传递给用户，用户可以通过控制器改变虚拟世界中的相关状态(Chenetal.2017)。图1.2交互性概念流程图(Chenetal.2017)。Figure1.2Conceptualdiagramofinteractivity(Chenetal.2017).目前VR技术的实现主要依赖于计算机图形学、3D定位追踪、传感技术、高性能并行计算以及人类行为学等领域的发展(Sowizral1995)。计算机图形学是研究如何
蛋白质结构虚拟现实可视化和对接程序开发7图1.3Chimera（左上），Jmol（右上），VMD（左下）和Pymol（右下）软件渲染效果可视化比较。Figure1.3AvisualcomparisonoftypicalrenderingfeaturesforChimera(topleft),Jmol(topright),VMD(bottomleft)andPymol(bottomright)softwaretools总之，通过不同的方法，这些分子可视化工具都可以获得相似的3D可视化效果，并能进行一些桌面的交互式操作和结构信息分析，但这些工具不能提供给用户3D空间感知和沉浸式的体验，所以不会产生“真实的”3D空间感，也就是说，现阶段大多数时候我们还局限于在2D媒介中观察3D生物分子，如电子液晶屏幕，光学投影仪等(Johnstonetal.2018)。而VR可以让我们解决沉浸感缺乏的问题，同时也让分子可视化进入了人机交互式这一新的层面。VR在科学研究领域的应用起步并不落后，随着商用VR设备的普及，一些针对生物信息学和化学信息学的应用已经出现，例如Chempreview(ZhengandWaller2017)，3D-lab(Grebneretal.2016)，MolecularRift(Norrbyetal.2015)等，而NanoSIMBOX(O’Connoretal.2015)则是在VR中实时分子可视化模拟的先驱者，Johnston等人甚至通过连续扫描电子显微镜成像数据构
【参考文献】：
期刊论文
[1]原子的有效成键半径和键长经验公式以及对某些地球化学问题的讨论[J]. 温元凯,邵俊. 地球化学. 1977(01)
博士论文
[1]蛋白质二级结构指定和功能分析[D]. 曹晨.吉林大学 2016
硕士论文
[1]基于能量项的蛋白—蛋白打分方法HawkRank的开发[D]. 封婷.浙江大学 2018
本文编号：3563307
【文章来源】：华中农业大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
“虚拟现实之父”Sutherland提出的VR三个“I”特征：Immersion(沉浸感)，interaction（交互式），Imagination（构想性）(BurdeaandCoiffet2003)
华中农业大学2020届硕士研究生学位论文2图1.1“虚拟现实之父”Sutherland提出的VR三个“I”特征：Immersion(沉浸感)，interaction（交互式），Imagination（构想性）(BurdeaandCoiffet2003)。Figure1.1Three"I"featuresofVR:Immersion,interaction,Imagination(BurdeaandCoiffet2003).在上述的三个“I”特征中，交互性是VR相较于其他媒介形式突出的优点。在Chen等人的工作中，交互性的概念流程如图1.2所示，其中用户与计算机模拟的虚拟场景通过头戴显示器与控制器进行连接，虚拟世界通过头戴显示器将信息传递给用户，用户可以通过控制器改变虚拟世界中的相关状态(Chenetal.2017)。图1.2交互性概念流程图(Chenetal.2017)。Figure1.2Conceptualdiagramofinteractivity(Chenetal.2017).目前VR技术的实现主要依赖于计算机图形学、3D定位追踪、传感技术、高性能并行计算以及人类行为学等领域的发展(Sowizral1995)。计算机图形学是研究如何
蛋白质结构虚拟现实可视化和对接程序开发7图1.3Chimera（左上），Jmol（右上），VMD（左下）和Pymol（右下）软件渲染效果可视化比较。Figure1.3AvisualcomparisonoftypicalrenderingfeaturesforChimera(topleft),Jmol(topright),VMD(bottomleft)andPymol(bottomright)softwaretools总之，通过不同的方法，这些分子可视化工具都可以获得相似的3D可视化效果，并能进行一些桌面的交互式操作和结构信息分析，但这些工具不能提供给用户3D空间感知和沉浸式的体验，所以不会产生“真实的”3D空间感，也就是说，现阶段大多数时候我们还局限于在2D媒介中观察3D生物分子，如电子液晶屏幕，光学投影仪等(Johnstonetal.2018)。而VR可以让我们解决沉浸感缺乏的问题，同时也让分子可视化进入了人机交互式这一新的层面。VR在科学研究领域的应用起步并不落后，随着商用VR设备的普及，一些针对生物信息学和化学信息学的应用已经出现，例如Chempreview(ZhengandWaller2017)，3D-lab(Grebneretal.2016)，MolecularRift(Norrbyetal.2015)等，而NanoSIMBOX(O’Connoretal.2015)则是在VR中实时分子可视化模拟的先驱者，Johnston等人甚至通过连续扫描电子显微镜成像数据构
【参考文献】：
期刊论文
[1]原子的有效成键半径和键长经验公式以及对某些地球化学问题的讨论[J]. 温元凯,邵俊. 地球化学. 1977(01)
博士论文
[1]蛋白质二级结构指定和功能分析[D]. 曹晨.吉林大学 2016
硕士论文
[1]基于能量项的蛋白—蛋白打分方法HawkRank的开发[D]. 封婷.浙江大学 2018
本文编号：3563307
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