目前已發(fā)布的針對生物大分子的可視化工具可以滿足大多數(shù)研究者的需求,然而二維的媒介載體與交互方式的局限性使其難以為生物分子的結(jié)構(gòu)和功能研究帶來新的視角和思路,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)因其沉浸性和交互性可以彌補(bǔ)這類不足。本論文采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),主要開展了以下幾方面的工作:第一,以紫細(xì)菌的光合作用體系為對象,開發(fā)了從生物分子結(jié)構(gòu)與分子動(dòng)力學(xué)模擬軌跡在虛擬現(xiàn)實(shí)中可視化的工作流程以實(shí)現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實(shí)場景中分子的顯示與交互。在虛擬現(xiàn)實(shí)場景中,用戶可“拾取”蛋白分子和色素小分子進(jìn)行觀察。本研究為光合體系的研究成果提供了新的呈現(xiàn)方式。第二,我們開發(fā)了基于虛擬現(xiàn)實(shí)的蛋白質(zhì)對接游戲平臺。用戶可以通過該平臺對每一個(gè)游戲關(guān)卡中的蛋白質(zhì)配體進(jìn)行三維空間變換操作,使之與蛋白質(zhì)受體形成蛋白質(zhì)復(fù)合物;對接操作以原始蛋白質(zhì)復(fù)合物構(gòu)象的空間位置作為參考標(biāo)準(zhǔn)。本平臺通過用戶對蛋白質(zhì)的對接操作可增進(jìn)用戶對蛋白質(zhì)對接原理的學(xué)習(xí)與理解。第三,本論文初步開發(fā)了一套運(yùn)行在Unreal Engine4虛擬現(xiàn)實(shí)引擎的插件——PDBTool,該插件可直接讀取和解析蛋白質(zhì)的PDB文件并構(gòu)建出蛋白質(zhì)的三維模型。在PDBTool插件基礎(chǔ)上開發(fā)了Doc Kit生... 

【文章來源】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

“虛擬現(xiàn)實(shí)之父”Sutherland提出的VR三個(gè)“I”特征：Immersion(沉浸感)，interaction（交互式），Imagination（構(gòu)想性）(BurdeaandCoiffet2003)

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)2020屆碩士研究生學(xué)位論文2圖1.1“虛擬現(xiàn)實(shí)之父”Sutherland提出的VR三個(gè)“I”特征：Immersion(沉浸感)，interaction（交互式），Imagination（構(gòu)想性）(BurdeaandCoiffet2003)。Figure1.1Three"I"featuresofVR:Immersion,interaction,Imagination(BurdeaandCoiffet2003).在上述的三個(gè)“I”特征中，交互性是VR相較于其他媒介形式突出的優(yōu)點(diǎn)。在Chen等人的工作中，交互性的概念流程如圖1.2所示，其中用戶與計(jì)算機(jī)模擬的虛擬場景通過頭戴顯示器與控制器進(jìn)行連接，虛擬世界通過頭戴顯示器將信息傳遞給用戶，用戶可以通過控制器改變虛擬世界中的相關(guān)狀態(tài)(Chenetal.2017)。圖1.2交互性概念流程圖(Chenetal.2017)。Figure1.2Conceptualdiagramofinteractivity(Chenetal.2017).目前VR技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要依賴于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、3D定位追蹤、傳感技術(shù)、高性能并行計(jì)算以及人類行為學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展(Sowizral1995)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究如何

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)虛擬現(xiàn)實(shí)可視化和對接程序開發(fā)7圖1.3Chimera（左上），Jmol（右上），VMD（左下）和Pymol（右下）軟件渲染效果可視化比較。Figure1.3AvisualcomparisonoftypicalrenderingfeaturesforChimera(topleft),Jmol(topright),VMD(bottomleft)andPymol(bottomright)softwaretools總之，通過不同的方法，這些分子可視化工具都可以獲得相似的3D可視化效果，并能進(jìn)行一些桌面的交互式操作和結(jié)構(gòu)信息分析，但這些工具不能提供給用戶3D空間感知和沉浸式的體驗(yàn)，所以不會產(chǎn)生“真實(shí)的”3D空間感，也就是說，現(xiàn)階段大多數(shù)時(shí)候我們還局限于在2D媒介中觀察3D生物分子，如電子液晶屏幕，光學(xué)投影儀等(Johnstonetal.2018)。而VR可以讓我們解決沉浸感缺乏的問題，同時(shí)也讓分子可視化進(jìn)入了人機(jī)交互式這一新的層面。VR在科學(xué)研究領(lǐng)域的應(yīng)用起步并不落后，隨著商用VR設(shè)備的普及，一些針對生物信息學(xué)和化學(xué)信息學(xué)的應(yīng)用已經(jīng)出現(xiàn)，例如Chempreview(ZhengandWaller2017)，3D-lab(Grebneretal.2016)，MolecularRift(Norrbyetal.2015)等，而NanoSIMBOX(O’Connoretal.2015)則是在VR中實(shí)時(shí)分子可視化模擬的先驅(qū)者，Johnston等人甚至通過連續(xù)掃描電子顯微鏡成像數(shù)據(jù)構(gòu)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]原子的有效成鍵半徑和鍵長經(jīng)驗(yàn)公式以及對某些地球化學(xué)問題的討論[J]. 溫元?jiǎng)P,邵俊.  地球化學(xué). 1977(01)

博士論文
[1]蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)指定和功能分析[D]. 曹晨.吉林大學(xué) 2016

碩士論文
[1]基于能量項(xiàng)的蛋白—蛋白打分方法HawkRank的開發(fā)[D]. 封婷.浙江大學(xué) 2018



本文編號：3563307