基于Flare3D的DNA分子模擬展示

聶雷華

摘 要：隨著互聯(lián)網(wǎng)的日益普及和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的迅猛發(fā)展，應(yīng)用軟件模擬實(shí)驗(yàn)室，成為一種不可阻擋的趨勢(shì)。伴隨著分子模擬和計(jì)算生物學(xué)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)分子模擬，現(xiàn)在是一個(gè)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(jì)算機(jī)來構(gòu)造、實(shí)現(xiàn)、分析和儲(chǔ)存分子模型，提供直觀的分子立體圖像。隨著Flare3D的不斷發(fā)展，由于該引擎方便的接口和全面的功能，基于Flare3D的3D環(huán)境越發(fā)的成熟全面、功能強(qiáng)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(jié)合，創(chuàng)建一個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在該環(huán)境中可以實(shí)現(xiàn)DNA分子模型的創(chuàng)建、展示。

關(guān)鍵詞：Flare3D；DNA分子模擬；展示

1 引言

分子模擬，是上世紀(jì)80年代興起的一種計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)技術(shù)，是指利用理論方法與計(jì)算技術(shù)，模擬或仿真分子運(yùn)動(dòng)的微觀行為，通過以原子水平的分子模型來模擬分子的結(jié)構(gòu)與行為，進(jìn)而模擬分子體系的各種物理化學(xué)性質(zhì)，廣泛的應(yīng)用于計(jì)算化學(xué)，計(jì)算生物學(xué)，材料科學(xué)領(lǐng)域，小至單個(gè)化學(xué)分子，大至復(fù)雜生物體系或材料體系都可以是它用來研個(gè)小的對(duì)象。其研究成果可以用于教學(xué)方面，對(duì)于DNA分子的介紹和認(rèn)識(shí)，以及對(duì)DNA分子結(jié)構(gòu)的深入了解都有所幫助，可以免去制作實(shí)體模型的過程，降低成本，還可以模擬一些簡單的實(shí)驗(yàn)，從而能減少在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)所帶來的時(shí)間長、成本高、危險(xiǎn)大等問題。

2 相關(guān)研究工作綜述

Flare3D 是一個(gè)可以創(chuàng)建基于Adobe Flash 的交互式3D內(nèi)容的平臺(tái)。它具有強(qiáng)大的渲染引擎和直觀的集成開發(fā)環(huán)境，是一款功能強(qiáng)大的3D引擎。Flare3D具有強(qiáng)大的類庫，里面的功能非常全面，同時(shí)再配合上它與3DS MAX的完美結(jié)合，足以讓我們創(chuàng)建一個(gè)完美的三維空間。Flash作為普及率最高的平臺(tái)，短小精悍，能夠在各種瀏覽器、操作系統(tǒng)和移動(dòng)設(shè)備上使用，功能強(qiáng)大，兼容性高。Flash被稱為是“最具靈活性的前臺(tái)”，ActionScript是Adobe的Flash平臺(tái)的官方編程語言，用于為Web、移動(dòng)設(shè)備和桌面計(jì)算機(jī)創(chuàng)建內(nèi)容和應(yīng)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(chuàng)建的內(nèi)容無需任何額外的插件，可直接通過Flash呈現(xiàn)出來。而且Flare3D可以與ActionScript3.0完全結(jié)合，所以通過Flare3D創(chuàng)建的基于Flash的場(chǎng)景及3D內(nèi)容，可以在ActionScript3.0的協(xié)調(diào)下，契合而便捷的通過網(wǎng)絡(luò)展現(xiàn)在用戶面前。

3 本文的技術(shù)路線

首先要為其提供一個(gè)可以呈現(xiàn)對(duì)象并對(duì)目標(biāo)可以實(shí)施操作的一個(gè)3D舞臺(tái)。通過SWF創(chuàng)建3D場(chǎng)景，然后在其中用private var scene：Scene3D；創(chuàng)建一個(gè)作為我們所有對(duì)象的基本容器。有了舞臺(tái)之后就開始考慮模型了。Flare3D可以與3DS MAX很好的結(jié)合做出非常逼真的模型，可以將兩者的優(yōu)勢(shì)最大化。在這里我們只用3DS MAX做好幾個(gè)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(shù)據(jù)庫里，使用時(shí)只需要在需要之時(shí)通過簡單的代碼將其加載到舞臺(tái)中即可。Var singleBase：Pivot3D=scene.addChildFromFile（“singleBase.f3d”）；

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

在舞臺(tái)中已經(jīng)有了對(duì)象，想要讓對(duì)象通過旋轉(zhuǎn)的方式將結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)給用戶時(shí)，可以為其添加一個(gè)舞臺(tái)繞指定軸旋轉(zhuǎn)的功能：

var _parent：Pivot3D = new Pivot3D（）；

camera.parent = this._parent；

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

如此設(shè)置之后，若想要展示分子的結(jié)構(gòu)，只需按住R鍵，整個(gè)場(chǎng)景便會(huì)圍繞Y軸以每秒一度的速度旋轉(zhuǎn)。

4 結(jié)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(chuàng)建3D的DNA分子模型，并將其以旋轉(zhuǎn)的形式展現(xiàn)給用戶。可用于教學(xué)中對(duì)于DNA分子機(jī)構(gòu)更深刻的理解和認(rèn)識(shí)。在此研究基礎(chǔ)上，可以為模型添加更多互動(dòng)功能從而達(dá)到模擬實(shí)驗(yàn)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(xiàn)

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