基于分子力学的蛋白质分子场可视化

分子场是研究分子结构与功能的重要工具之一,已经成为药物设计和分子对接的常规方法。分子间作用力分布在3维空间,现有的蛋白质显示方法,如范德华表面,分子表面,球棍模型等,都难以对分子间作用力进行空间可视化分析。分子间各种相互作用中,静电力和范德华力在许多生物过程中都扮演着重要的角色,对蛋白质静电相互作用和范德华相互作用的正确计算模拟有着重要的理论和实践意义。分子场的计算分析从蛋白质分子结构出发,先经过分子模拟采样计算得到分子场,再对分子场进行可视化分析,提出针对分子场特点的分步式传输函数设计法,直观地反映了分子场在空间的分布,对于分析蛋白质结构功能、了解分子间相互作用机理以及进行药物设计和分子对接都有重要作用。     

生物大分子可视化技术综述

生物大分子,如蛋白质、核酸,影响着生命体的微观行为,直接决定了物种的生命功能.生物大分子可视化技术,对分子生物学和生物化学领域具有重要的研究意义,是计算机辅助药物设计的重要研究方向.文中对近年来生物大分子可视化进行深入的分析.首先从分子结构的空间形态定义出发,概述分子骨架、表面、空腔3种基本空间形态的概念和可视化方法;然后论述近年来大规模生物分子场景可视化技术,包括分子组装、多细节层次和GPU加速;再阐述动态分子可视分析技术,包括分子轨迹和空腔可视分析,进而介绍面向虚拟现实的生物分子可视化交互技术;最后,总结生物大分子可视化研究面临的挑战,并对其未来发展趋势进行展望.     

基于分子矩阵的炼油过程物流组成表达及转换

分子模拟用于炼油生产的建模和优化能比传统集总方法提供更多分子信息。用以烃类同系物为基础的分子矩阵描述炼油过程中的各种物流，提出一种用于物流物性和分子组成的转换方法，据此可对炼油过程建立分子模型，并将过程分子模型与全厂优化相结合。每个过程的建模都要用到相关物流的分子矩阵，分子矩阵可由物流的物性关联得到，本文将阐述如何实现物流的分子矩阵和物性之间的转化。     

分子对接技术在化学生物传感领域中的应用

分子对接技术是一种广泛应用于化学生物传感以及制药领域的理论计算方法。基于对分子之间亲和力的预测和评估,为传感器设计、揭示信号转导机制、性能优化和传感器构建提供了有力的工具。该文对不同分子对接方法进行了说明和比较,并概述了分子对接技术为构建高效、高灵敏和高选择性的化学传感器提供了理论指导,重点阐述了分子对接技术在电化学传感、光学传感和气体传感中的研究进展和应用,表明了分子对接技术对化学传感器的构建具有十分重要的意义。     

高性能计算环境下陆面建模系统的关键技术

为了从多角度精确评估陆面特征,改善陆面过程模型的模拟性能,并为研究者提供一套完整的从数据处理到模拟分析的陆面建模系统.采用多种脚本语言和模型数据融合方法来构建陆面建模系统.此建模系统集成观测数据、陆面过程模型、高性能计算、数据处理和分析方法,以及可视化等技术手段.在此系统内针对两种不同的陆面过程模型进行了应用示范,证明了不同脚本语言的建模系统在目前高性能计算环境中的应用潜力,以及不同可视化方案在陆面建模系统的作用.     

分子三维结构可视化软件建模的研究与实现

本文针对生物信息学中的分子三维结构显示软件的建模问题进行了分析和研究，介绍了Java3D技术中关于场景图等概念以及基于Web的可视化系统的分析和设计方法。在此基础上，我们详细讨论了分子的几何模型和运动模型，提出了一种基于Java3D的交互式分子三维结构显示软件的建模方法。最后，在相应软件系统HJMV的实现中，给出了几种提
高该软件运行速度的方法。     

基于仿真与遗传算法的液压控制系统优化研究

文章采用“模块化建模”方法,将每个子系统应用键合图-状态空间法建立起相应的数学模型,分别对其进行实验仿真计算分析,再根据它们之间的功率传递关系由程序将这些子系统衔接起来,建立了整个起升液压系统仿真模型,给出并分析了液压控制系统动态特性的仿真结果;通过采用实数编码、精英选择、白适应交叉和变异概率策略的遗传算法,将系统仿真模型与遗传优化算法有机结合起来,实现基于仿真模型的参数优化,并对优化计算进行可视化编程,实现优化过程的信息处理可视化;仿真结果表明,优化后系统的动态性能得到了较大的改善。     

GridMol:一个基于网格的分子可视化系统

介绍了一个基于网格环境、支持大分子显示的远程可视化系统GridMol。系统采用Browser-Server结构,客户端采用Java3D实现,服务器端使用面向对象方法实现了支持多种文件格式的数据处理,同时采用了特定的数据格式以减小网络数据传输。整个系统置于网格环境下,用户通过ChinaGrid的VisPortal进行访问。     

UML在数字图书馆系统中的应用

简述了高校图书馆的基本现状及运作过程。引入了一种可视化建模工具——统一建模语言(UML)，阐述了它的要点和特点与可视化建模的方法，围绕高校数字化图书馆的系统予以相应建模分析。这些模型将有利于系统的设计和开发人员对目标系统进行需求分析、系统设计以及源代码的自动生成，并部署到相关合适的硬件环境中，通过往返工程修改、优化，满足了需求的变化要求，提高系统的性能，缩短了开发周期。     

用Java 3D技术开发基于网络的分子模拟可视化系统

分子模拟的可视化在分子模拟系统中具有重要的现实意义,本文在分析了网络环境下Java3D的图形处理优势之后,就开发基于网络环境的分子模拟可视化系统中的三维图形的结构表示、生成、显示、控制以及模拟结果的动态显示等问题进行了探讨,这些方法已成功地用于基于网络环境的分子模拟可视化系统。     

VCMM: A visual tool for continuum molecular modeling

This paper describes the design and function of a visualization tool, VCMM, for visualizing and analyzing data, and interfacing solvers for generic continuum molecular modeling. In particular, an emphasis of the program is to treat the data set based on unstructured mesh as used in finite/boundary element simulations, which largely enhances the capabilities of current visualization tools in this area that only support structured mesh. VCMM is segmented into molecular, meshing and numerical modules. The capabilities of molecular module include molecular visualization and force field assignment. Meshing module contains mesh generation, analysis and visualization tools. Numerical module currently provides a few finite/boundary element solvers of continuum molecular modeling, and contains several common visualization tools for the numerical result such as line and plane interpolations, surface probing, volume rendering and stream rendering. Three modules can exchange data with each other and carry out a complete process of modeling. Interfaces are also designed in order to facilitate usage of other mesh generation tools and numerical solvers. We develop a technique to accelerate data retrieval and have combined many graphical techniques in visualization. VCMM is highly extensible, and users can obtain more powerful functions by introducing relevant plug-ins. VCMM can also be useful in other fields such as computational quantum chemistry, image processing, and material science.     

三维分子结构的制作、显示和格式转换

本文总结了各种三维分子结构在计算机和网络上显示与制作的方法,包括三维动画如3D Studio MAX、VRML、化学结构插件如MDL Chime Plugin、CS ChemOffice Plugin和HyperChem Plugin等、CML、Flash 3D动画、JAVA动画等,比较了他们制作和显示三维分子的优缺点,同时总结了各种三维分子结构格式的相互关系及转换方法,认为以通用的“mol”格式可以作中介可以较好地实现格式转换。     

分子结构与基因序列数据综合可视化方法研究

随着系统生物学的兴起和迅速发展,为了探索不同生物层次信息之间的关联关系,对不同层次生物科学计算数据综合可视化的需求日益迫切。不同层次的生物数据的组织管理是实现综合可视化的基础和关键技术,因此文中面向生物信息可视化领域的需求,基于综合可视化集成框架,提出了一种分子结构与基因序列数据的元数据组织模型与关联数据自动生成方法。该方法通过定义包括分子结构、基因序列以及分子结构/基因序列关联信息三类数据的元数据模型,建立了该两个层次和领域数据的关联关系,确定了关联数据描述格式;利用先进的XML技术实现了分子领域和基因序列领域元数据的自动提取和转换。在此基础之上开发了一个分子结构数据与基因序列数据综合可视化原型系统,取得了良好的试用效果。     

Using VisTrails and Provenance for Teaching Scientific Visualization

Over the last 20 years, visualization courses have been developed and offered at universities around the world. Many of these courses use established visualization libraries and tools (e.g. VTK, ParaView, AVS, VisIt) as a way to provide students a hands‐on experience, allowing them to prototype and explore different visualization techniques. In this paper, we describe our experiences using VisTrails as a platform to teach scientific visualization. VisTrails is an open‐source system that was designed to support exploratory computational tasks such as visualization and data analysis. Unlike previous scientific workflow and visualization systems, VisTrails provides a comprehensive provenance management infrastructure. We discuss how different features of the system, and in particular, the provenance information have changed the dynamics of the Scientific Visualization course we offer at the University of Utah. We also describe our initial attempts at using the provenance information to better assess our teaching techniques and student performance.     

分子结构网络三维可视化系统的设计与实现

生物学数据的复杂性导致针对生物信息的可视化研究的不断深入,而网络是新兴的可视化工作的媒介,因此针对异地生物学数据设计网络三维可视化系统十分必要.该文研究网络环境下如何异地调用原始数据以及可视化工具,制定分子结构网络三维可视化系统的设计方案,实现网络环境下的分子结构可视化模型.该可视化系统在客户端仅仅需要一个标准浏览器而非胖客户端,使用户能方便地使用个人电脑远程浏览蛋白质分子结构图.通过不同原子个数的蛋白质分子在不同显示模式下的性能测试,表明了该系统的可行性.该系统有助于可视化地分析和利用生物学数据.     

基于粒子系统的大分子三维常规表达可视化

随着众包成为大数据问题的流行解决方案,虚拟社区逐渐被应用到科学研 究中,并借助手机交互,人们在追求高质量渲染的同时也开始探索渲染方法的普适性。本文 研究一种蛋白质大分子三维可视化方法,该方法通过粒子系统管理大量原子,改进着色方法 减少每个原子渲染时间,可以表达甘草和范德华模型,二级结构等常规表达。选取从103 至 105 尺度的分子作为用例,与流行方法比较静止和交互时的效率,均具有更高效率,更适于移 动平台。对分子结构进行域分解优化,进一步提高交互性能。成果发布至手机,可流畅运行。     

Visualization of Biomolecular Structures: State of the Art Revisited

Structural properties of molecules are of primary concern in many fields. This report provides a comprehensive overview on techniques that have been developed in the fields of molecular graphics and visualization with a focus on applications in structural biology. The field heavily relies on computerized geometric and visual representations of three‐dimensional, complex, large and time‐varying molecular structures. The report presents a taxonomy that demonstrates which areas of molecular visualization have already been extensively investigated and where the field is currently heading. It discusses visualizations for molecular structures, strategies for efficient display regarding image quality and frame rate, covers different aspects of level of detail and reviews visualizations illustrating the dynamic aspects of molecular simulation data. The survey concludes with an outlook on promising and important research topics to foster further success in the development of tools that help to reveal molecular secrets.     

Evaluating the use of data transformation for information visualization

Data transformation, the process of preparing raw data for effective visualization, is one of the key challenges in information visualization. Although researchers have developed many data transformation techniques, there is little empirical study of the general impact of data transformation on visualization. Without such study, it is difficult to systematically decide when and which data transformation techniques are needed. We thus have designed and conducted a two-part empirical study that examines how the use of common data transformation techniques impacts visualization quality, which in turn affects user task performance. Our first experiment studies the impact of data transformation on user performance in single-step, typical visual analytic tasks. The second experiment assesses the impact of data transformation in multi-step analytic tasks. Our results quantify the benefits of data transformation in both experiments. More importantly, our analyses reveal that (1) the benefits of data transformation vary significantly by task and by visualization, and (2) the use of data transformation depends on a user’s interaction context. Based on our findings, we present a set of design recommendations that help guide the development and use of data transformation techniques.