基于MSS的三维分子结构形变过程演示方法技术

本发明专利技术公开了一种基于MSS的三维分子结构形变过程演示方法，通过图形处理器来构建三维分子皮肤表面，形成分子结构视图，利用皮肤流复合体拆分所述分子皮肤表面，以加速分子皮肤表面表面的形成，得到所述快速分子结构视图；采集分子结构样本，包括大量的低分子化合物的分子结构样本，根据所采集到的分子结构样本，对结构空间进行增采样，来构建以分子皮肤表面为基础的形状空间；将整个形变路径分为多个分路径，在每个分路径中，源形状和目标形状极为接近，产生诸多有效形变路径，在源文件和目标文件被指定的情况下，采用多种有效的形变路径来演示形变过程。采用本发明专利技术，提升了分子可视化的计算速度，并在此基础上实现了可控的形变过程。

【技术实现步骤摘要】
基于MSS的三维分子结构形变过程演示方法
本专利技术涉及计算机图形
，具体地说是一种基于MSS的三维分子结构形变过程演示方法。
技术介绍
分子可视化(molecularvisualization)作为科学可视化(scientificvisualization)的重要组成部分，在计算机辅助的生物信息学领域正发挥着重要的作用。分子可视化软件(如Pymol,VMD,chimera等等)运用计算机图形学技术将分子的三维立体模型显现在屏幕上,帮助人们更好的理解和学习不同分子结构在生物信息学中发挥的作用。分子结构的具体表现形式有很多种，常见的具现化形式包括球棍模型、丝带模型、分子表面模型等等。现有技术中，主流的分子可视化软件当中，分子表面模型往往采用溶剂排除表面，选择面狭窄而且溶剂排除表面计算复杂，该方式不利于后期处理(比如三维形变、曲面分析等等)。Molecularskinsurface(分子皮肤表面，MSS)作为一个在1999年才被专利技术的分子曲面模型在分子结构视图方面有着广阔的前景。作为分子结构的一种表示方法，MSS有着以下的优点：1.MSS是一种隐性曲面，作为二维的流形(2-manifold)MSS有着在曲面任意位置C2光滑的特性。2.MSS不会自我相交。3.MSS可以简单地被拆分为球形曲面和双曲面，这些曲面都可以用二次方程来表示，非常方便。4.MSS的三维网格具有最小角保证，利于一些后期处理，比如曲面分析等。5.MSS可以自由的形变。MSS的简单构造过程以及自由的形变特性很好地满足了高分子可视化以及快速形变的需求。现有的MSS由于起步较晚处于起步阶段，虽然能满足一些特定的市场需求，但是仍然存在着一些不足，MSS的分子形变过程仍然存在很大的计算量，虽然现有技术一直在进行形变路径可控的研究和努力，但还无法实现形变路径做出最优化判断和可行的形变路径。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术针对上述现有技术存在的无法实现可控形变路径的问题，提供了一种形变路径可控的基于MSS的三维分子结构形变过程演示方法，同时降低了三维分子结构形变过程的计算量。本专利技术的技术解决方案是，提供一种以下的基于MSS的三维分子结构形变过程演示方法，包括快速分子结构视图的构建、综合广泛的形状空间的构建和可控的形变过程；所述的快速分子结构视图的构建：通过图形处理器来构建三维分子皮肤表面，形成分子结构视图，利用皮肤流复合体拆分所述分子皮肤表面，以加速分子皮肤表面表面的形成，得到所述快速分子结构视图；所述综合广泛的形状空间的构建：采集分子结构样本，包括大量的低分子化合物的分子结构样本，根据所采集到的分子结构样本，对结构空间进行增采样，来构建以分子皮肤表面为基础的形状空间；所述可控的形变过程：将整个形变路径分为多个分路径，在每个分路径中，源形状和目标形状极为接近，在已经构建的综合广泛的形状空间中产生诸多有效形变路径，在源文件和目标文件被指定的情况下，采用多种有效的形变路径来演示形变过程。作为改进，对构建完成的以分子皮肤表面为基础的形状空间进行分类，使相似的形状分在同一类中，通过主成分分析法降维来实现；在每一类中对形状进行编号并在俩俩形体之间产生形变路径，产生部分合理的形变路径和一些不合理的形变路径，所述形变路径的合理与否由人工指定或自动生成；采用不同的分类方法或者不同的类别数量，以产生诸多有效形变路径。作为改进，根据对源形状和目标形状的编号，在源形状和目标形状之间设置或添加一层或多层中间形状，从源形状提供可变形的中间形状供选择，一直持续到达到目标形状为止。作为改进，所述形变路径的合理与否的判断采用机器学习方式进行筛选，在积累了一定量的训练集，经过训练后，由支持向量学习机或极限学习机自动识别合理与不合理的形变路径，并通过对所述支持向量学习机或极限学习机进行限定后，使得对未知的形变路径做出最优化判断，从而得到可行的优化形变路径。作为改进，基于有效形变路径{S1,…,Sn,True}和无效形变路径{S1,…,Sn,False}，将其作为训练集，在有支撑向量机中对测试集{S1,…,Sn}是否有效做出判断，并通过以下能量方程来判断最优形变其中，Ek代表每一个子形变中的能量变化，而E(t)代表了整个形变过程中的能量消耗。作为改进，所述利用皮肤流复合体拆分所述分子皮肤表面采用如下方式实现的：利用贝塞尔曲面，将分子皮肤表面拆分为贝塞尔三角曲面和贝塞尔四角曲面的集合。采用以上方法，本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：分子可视化对计算速度要求很高，本专利技术利用了对分子皮肤表面的降维拆分，降低了分子可视化的计算量，实现高效的计算速度，并在此基础上实现了可控的形变过程，在引入机器学习的技术后，能够自动选取有效形变路径。附图说明图1为本专利技术实施例中基于MSS的三维分子结构形变过程演示方法的示意图；图2为一个由四个球体形成的MSS模型；图3为基于MSS的三维分子结构的MSS拆分示意图；图4为本专利技术中一个咖啡因模型直接形变成为一个基因片段模型的示意图；图5为源形状和目标形状更加相似的形变示意图；图6为添加中间形状以完善形变过程的示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术涵盖任何在本专利技术的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本专利技术有彻底的了解，在以下本专利技术优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本专利技术。此外，本专利技术之附图中为了示意的需要，并没有完全精确地按照实际比例绘制，在此予以说明。如图1所示，本专利技术的一种基于MSS的三维分子结构形变过程演示方法，包括快速分子结构视图的构建、综合广泛的形状空间的构建和可控的形变过程；其中，MSS为Molecularskinsurface(分子皮肤表面，MSS)的简称。所述的快速分子结构视图的构建：通过图形处理器来构建三维分子皮肤表面，形成分子结构视图，利用皮肤流复合体拆分所述分子皮肤表面，以加速分子皮肤表面表面的形成，得到所述快速分子结构视图；所述综合广泛的形状空间的构建：采集分子结构样本，包括大量的低分子化合物的分子结构样本，根据所采集到的分子结构样本，对结构空间进行增采样，来构建以分子皮肤表面为基础的形状空间；所述可控的形变过程：将整个形变路径分为多个分路径，在每个分路径中，源形状和目标形状极为接近，在已经构建的综合广泛的形状空间中产生诸多有效形变路径，在源文件和目标文件被指定的情况下，采用多种有效的形变路径来演示形变过程。图1中所示，所述快速合理的机器学习方法，是在积累了一定的训练集(一些合理的形变路径(True)和一些不合理的形变路径(False)后，系统将自动识别合理与不合理的路径，可以运用到的机器学习方法包括贝叶斯网络、SVM等。快速合理只是本专利技术为了表达的需要而进行的限定，并不构成对本申请专业术语和保护范围的特殊限定。对构建完成的以分子皮肤表面为基础的形状空间进行分类，使相似的形状分在同一类中，通过主成分分析法降维来实现；在每一类中对形状进行编号并在俩俩形体之间产生形变路径，产生部分合理的形变路径和一些不合理的形变路径，所述形变路径的合理与否由人工指定或自动生成；采用不同的分类方法或者不同的类别数量，以产生诸多有效形变路径。根据对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于MSS的三维分子结构形变过程演示方法，包括快速分子结构视图的构建、综合广泛的形状空间的构建和可控的形变过程；所述的快速分子结构视图的构建：通过图形处理器来构建三维分子皮肤表面，形成分子结构视图，利用皮肤流复合体拆分所述分子皮肤表面，以加速分子皮肤表面表面的形成，得到所述快速分子结构视图；所述综合广泛的形状空间的构建：采集分子结构样本，包括大量的低分子化合物的分子结构样本，根据所采集到的分子结构样本，对结构空间进行增采样，来构建以分子皮肤表面为基础的形状空间；所述可控的形变过程：将整个形变路径分为多个分路径，在每个分路径中，源形状和目标形状极为接近，在已经构建的综合广泛的形状空间中产生诸多有效形变路径，在源文件和目标文件被指定的情况下，采用多种有效的形变路径来演示形变过程。

【技术特征摘要】
1.一种基于MSS的三维分子结构形变过程演示方法，包括快速分子结构视图的构建、综合广泛的形状空间的构建和可控的形变过程；所述的快速分子结构视图的构建：通过图形处理器来构建三维分子皮肤表面，形成分子结构视图，利用皮肤流复合体拆分所述分子皮肤表面，以加速分子皮肤表面表面的形成，得到所述快速分子结构视图；所述综合广泛的形状空间的构建：采集分子结构样本，包括大量的低分子化合物的分子结构样本，根据所采集到的分子结构样本，对结构空间进行增采样，来构建以分子皮肤表面为基础的形状空间；所述可控的形变过程：将整个形变路径分为多个分路径，在每个分路径中，源形状和目标形状极为接近，在已经构建的综合广泛的形状空间中产生诸多有效形变路径，在源文件和目标文件被指定的情况下，采用多种有效的形变路径来演示形变过程。2.根据权利要求1所述的基于MSS的三维分子结构形变过程演示方法，其特征在于：对构建完成的以分子皮肤表面为基础的形状空间进行分类，使相似的形状分在同一类中，通过主成分分析法降维来实现；在每一类中对形状进行编号并在俩俩形体之间产生形变路径，产生部分合理的形变路径和一些不合理的形变路径，所述形变路径的合理与否由人工指定或自动生成；采用不同的分类方法或者不同的类别数量，以产生诸多有效形变路径。3.根据权利要求1或2所述的基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：严珂，花君，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33