ФизМатШкола № 30
 

ФизМатШкола № 30
ГРУППА КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ
ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОГО ЛИЦЕЯ № 30

Computer Graphics Support Group
of 30 Phys-Math Lyceum

Tough Protein Enhancer

Авторы:
1.Косуха АнатолийKosuha Anatoly10-1 класс
2.Логачев ФедорLogachev Fedor10-3 класс

Научный руководитель проекта: Галинский Виталий Александрович

Presentation

Введение и постановка задачи

Наш проект направлен на решение некоторых задач в области фармацевтики. В этой области важно рассчитать, что будет, когда к протеину (белку) приблизится какое-нибудь другое вещество. Самой распространенной задачей является узнать, как стороннее органическое вещество соединится с протеином. Для этого нужно подсчитать общую энергию протеина - энергию всех его химических связей. После этого необходимо минимизировать энергию связей в новом соединении или понять, что такого соединения нет. Это используется для создания антибиотиков - лекарство должно расщепить лишние протеины, не расщепив ничего лишнего. Образования нового вещества сопровождается в нашем проекте красивой трехмерной графикой.

Протеины

В мире существуют достаточно большие базы протеинов. Наша программа использует для первоначального протеина один из форматов хранения информации в таких базах - *.PDB (Protein Data Bank). Из файлов этого формата можно получить информацию о протеине. Для удобства хранения протеина был разработан специальный формат его представления. В нем хранится протеин в удобном для нас формате. Так как протеин имеет различные структуры - первичную, вторичную и третичную - то каждая из них хранится отдельно и возможен просмотр каждого. Из-за того, что протеин - белковое соединение, то он представляет собой цепочку аминокислот (вторичная структура). Существует всего 20 основных аминокислот, вид которых известен и хранится в специальных биологических справочников. При открытие протеина мы используем эти данные для восстановления связей. После получения информации о протеине, разработанная программа рассчитывает его энергию. Затем рассчитывается энергия стороннего вещества (лекарства), после чего минимизируется энергия соединения. Этот процесс требует много времени, поскольку в нем задействованы алгоритмы случайного подбора. Во время подсчета, созданная нами система визуализирует то, что вычисляется в данный момент - вещество, подлетающее к протеину с разных сторон.

Оконная система

Оконная система в рамках данного проекта была использована для реализации удобного и красивого интерфейса пользователя. Без удобного оформления использование проекта было бы крайне ограниченно, поскольку для создания у пользователя полноценной картины протеина необходима возможность просмотра всех типов информации, полученной в результате деятельности нашей системы. Построение происходит посредством использования библиотеки Microsoft Direct3D 9.0. При этом нами была разработана многофункциональная оконная система, которую можно использовать как в рамках этого проекта, так и в любой другой системе. Это было достигнуто из-за использования нами подходов объектно-ориентированного программирования. Эта система состоит из окон, которые могут обмениваться сообщениями, получать сообщения от главной системы. Идея построения оконной системы была заимствована из Win32API, но так как окна могут иметь любую трехмерную форму, то в результате в нашей системе оформления выглядит намного красивее, чем в операционной системе Windows. Это было одним из тех факторов, по которым нам понадобилась своя система окон. В ходе реализации оконной системы, мы столкнулись с некоторыми прикладными задачами компьютерной графики, такими как поиск столкновений курсора и окна, рисование примитивов, текстурирование и т.д.

Заключение

Данный проект был разработан авторами для визуализации и расчета химических процессов. На данный момент цели проекта затронули одни из самых актуальных проблем фармацевтики. Так как эта область достаточно нова, то реализовано достаточно мало программного обеспечения, и наша система в сравнение с остальными существующими программами обладает более простым и интуитивно понятным интерфейсом, при этом выполняя достаточно много функций работы с протеинами.

Литература

  • Frank D. Luna "Introduction to 3-D Game Programming with DirectX 9.0".
  • Historical copies of the PDB file format documentation from 1992 and 1996.
ФМЛ № 30
 
Сайт Физико-математического лицея № 30, Санкт-Петербург, Россия