基于Flare3D的DNA分子模擬展示

聶雷華

摘 要：隨著互聯網的日益普及和虛擬現實技術的迅猛發展，應用軟件模擬實驗室，成為一種不可阻擋的趨勢。伴隨著分子模擬和計算生物學的發展，計算機分子模擬，現在是一個炙手可熱的研究方法，已逐步變成與理論研究平行的一種方法。它利用計算機來構造、實現、分析和儲存分子模型，提供直觀的分子立體圖像。隨著Flare3D的不斷發展，由于該引擎方便的接口和全面的功能，基于Flare3D的3D環境越發的成熟全面、功能強大。文章所描述的就是基于Flare3D的DNA分子模型交互功能，通過ActionScript3.0與Flare3D的結合，創建一個虛擬的實驗環境，在該環境中可以實現DNA分子模型的創建、展示。

關鍵詞：Flare3D；DNA分子模擬；展示

1 引言

分子模擬，是上世紀80年代興起的一種計算機輔助實驗技術，是指利用理論方法與計算技術，模擬或仿真分子運動的微觀行為，通過以原子水平的分子模型來模擬分子的結構與行為，進而模擬分子體系的各種物理化學性質，廣泛的應用于計算化學，計算生物學，材料科學領域，小至單個化學分子，大至復雜生物體系或材料體系都可以是它用來研個小的對象。其研究成果可以用于教學方面，對于DNA分子的介紹和認識，以及對DNA分子結構的深入了解都有所幫助，可以免去制作實體模型的過程，降低成本，還可以模擬一些簡單的實驗，從而能減少在實驗室中進行真實實驗所帶來的時間長、成本高、危險大等問題。

2 相關研究工作綜述

Flare3D 是一個可以創建基于Adobe Flash 的交互式3D內容的平臺。它具有強大的渲染引擎和直觀的集成開發環境，是一款功能強大的3D引擎。Flare3D具有強大的類庫，里面的功能非常全面，同時再配合上它與3DS MAX的完美結合，足以讓我們創建一個完美的三維空間。Flash作為普及率最高的平臺，短小精悍，能夠在各種瀏覽器、操作系統和移動設備上使用，功能強大，兼容性高。Flash被稱為是“最具靈活性的前臺”，ActionScript是Adobe的Flash平臺的官方編程語言，用于為Web、移動設備和桌面計算機創建內容和應用程序，可以被許多不同的制作者用于許多不同的途徑。利用Flare3D為Flash創建的內容無需任何額外的插件，可直接通過Flash呈現出來。而且Flare3D可以與ActionScript3.0完全結合，所以通過Flare3D創建的基于Flash的場景及3D內容，可以在ActionScript3.0的協調下，契合而便捷的通過網絡展現在用戶面前。

3 本文的技術路線

首先要為其提供一個可以呈現對象并對目標可以實施操作的一個3D舞臺。通過SWF創建3D場景，然后在其中用private var scene：Scene3D；創建一個作為我們所有對象的基本容器。有了舞臺之后就開始考慮模型了。Flare3D可以與3DS MAX很好的結合做出非常逼真的模型，可以將兩者的優勢最大化。在這里我們只用3DS MAX做好幾個常用的基本模型，然后通過Flare3D將其組合起來形成DNA分子。做好的這些模型以.f3d的形式存在數據庫里，使用時只需要在需要之時通過簡單的代碼將其加載到舞臺中即可。Var singleBase：Pivot3D=scene.addChildFromFile（“singleBase.f3d”）；

basePair模型為我們創建DNA分子的基本元素，通過對該元素的按坐標加載可以構建出一個完整的DNA鏈段。首先我們要選擇坐標，此坐標原點即為分子最低層堿基對的中心位置，以此點為中心向上延伸并旋轉從而構建出DNA分子。加載了堿基對元素，并設置了其坐標以及角度，并將它添加到舞臺中從而可以顯示出來。Position為對象的坐標原點，也就是對象的幾何中心所在的位置。在確定了整個DNA分子的坐標原點（也就是第一個堿基對的坐標原點）之后，后面每個新加載的堿基對都是在原基礎上上升15個坐標，即Z軸坐標值增加15，同時Rotate為目標的旋轉角度，rotateY說明目標是圍繞Y軸旋轉15度。為所有的堿基對元素設置一個整體CONTAINER容器，使其可以作為一個整體響應操作之后，就可以進行下一步的展示工作了。

在舞臺中已經有了對象，想要讓對象通過旋轉的方式將結構呈現給用戶時，可以為其添加一個舞臺繞指定軸旋轉的功能：

var _parent：Pivot3D = new Pivot3D（）；

camera.parent = this._parent；

if（Input3D.keyDown（Input3D.R））_parent.rotateY（1）；

如此設置之后，若想要展示分子的結構，只需按住R鍵，整個場景便會圍繞Y軸以每秒一度的速度旋轉。

4 結束語

本文提出了一種基于Flare3D的DNA分子的模型模擬以及展示的功能，用于創建3D的DNA分子模型，并將其以旋轉的形式展現給用戶。可用于教學中對于DNA分子機構更深刻的理解和認識。在此研究基礎上，可以為模型添加更多互動功能從而達到模擬實驗室的功能，使得研究可以更全面的為科研工作提供便利。

參考文獻

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[3]李昌國，朱福全，楊宇科.基于WEB的三維虛擬分子實驗室的設計與實現[J].計算機應用與軟件，2011，28（8）：173-176.

[4]an open-source Java viewer for chemical structures in 3D： http：//jmol.sourceforge.net/.