一个高效三维模型在蛋白质可视化中的应用

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蛋白质结构的研究已经成为了生物信息学中的一个重要课题。作为一个强有力的工具,计算机在这个研究领域扮演着越来越重要的角色。不容置疑,如果能够将蛋白质分子的三维结构直接展现在研究人员的面前,并提供相应的辅助功能,将会大大方便其研究工作。HJMV(HUST Java Molecular Viewer)是863计划“硒相关蛋白二级数据库构建”中的一个部分。主要研究目的是让用户可以通过Web页直接观察蛋白质的三维结构。并在此基础上提供较为丰富的辅助功能。为此,HJMV采用Java3D技术实现,通过Applet小程序直接把蛋白质的三维结构通过Web页展示在用户面前。但是,由于Java3D固有的性能问题,和大部分同样基于Java3D的可视化工具一样,HJMV的初期版本能够加载和显示的蛋白质分子大小受到了极大的限制。后期,HJMV主要在数据读入和三维渲染方面对程序进行了改良。在三维渲染方面,对于不同的显示模式比如球棍模型,填充模型,管状模型等,HJMV依据不同的策略设计了不同的三维场景图,主要是为了减小对象创建的数目,特别注意了对象的重用,比如合并了大量的具有同样外观属性的原子,自定义了具有位置属性的球体对象,大大减少了变换矩阵的乘法运算。同时,为了增大程序的响应速度,HJMV特别设计了基于哈希表的策略用于存储先前已经绘制过的蛋白质结构,由于大部分用户都会在各种显示模式下频繁切换用于比较,所以当多次绘制三维结构时,程序的响应速度会获得极大的提高。实验数据表明,HJMV在显示性能上远远优于其他几款同样基于Java3D的显示工具比如JMVS,FPV。目前HJMV已知的可读取的最大分子是1GQ2(含67729个原子),远远强于其他几种工具,并且在载入时间上也有明显优势。
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