基于OpenGL的DNA建模与展示

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随着DNA技术的不断发展,如何高效的生成新型的DNA模型也成为科学家迫切需要解决的问题,随着三维建模、信息可视化技术和人机交互技术的不断发展,迫切需要科学家首先要对其相应的DNA进行设计和运算,这就带来了新的DNA建模和交互问题。由此产生的如何高效的计算DNA模型,便捷的进行DNA模型设计和人机交互,以及如何展示相应的DNA模型并进一步进行相应的组装运算,促进DNA折纸术的快速发展。传统的DNA纳米技术往往需要科学家手工进行设计其相应的模型结构,而随着三维DNA纳米技术的不断发展,传统的手工和二维设计软件已经无法满足用户的需求,首先传统的手工运算效率低下,其运算过程费时费力。其次,传统的二维设计软件只能够在二维平面上进行相应的DNA模型设计,其空间结构无法清楚的进行人机展示,不能满足其相应的需求。最后无论是传统手工运算和二维设计软件,都不能直观的展示其相应的DNA模型的组装过程,其相应的组装成型需要进行人工进行划分。这就需要建立一个能够灵活进行DNA三维模型的设计、交互、展示的平台。本文综合分析和研究基于OpenGL的DNA三维模型的建立与展示面临问题,针对这些问题提出了解决方案,根据整体的DNA模型设计流程,通过建立OpenGL的下的封闭空间体,结合亚利桑那州立大学生物化学实验室的需求和应用背景,研究并实现了基于OpenGL的DNA三维建模与展示的应用平台。针对三维建模和展示研究平台存在的问题,给出了基于三维空间模型的自动生成算法,利用碱基对和碱基链对其进行相应的模型表示。通过统一数据认证进行整体的DNA模型变换,方便整体的模型人机交互展示。通过流程中的参数化关键点控制,利用了参数可配置性的研究方法,实现了DNA模型自动生成器,完成DNA整体模型的绘制和渲染。运用OpenGL管线技术实现了模型的纹理贴图,解决复杂DNA模型的绘制和渲染,确保用户对DNA模型的建模和展示的应用。基于OpenGL的DNA建模与展示平台提供了参数化模型生成DNA模型实例模式,保证了用户按需使用。对于纳米技术开发的用户来说,他们只需要根据其相应设计的参数化空间体方程,给出其设计过程中相应的控制参数。平台会自动生成相应的三维DNA模型,节省了大量手工计算和绘制的时间。并给出了其模型的三维展示,便于用户的观察和再设计。当然,基于OpenGL的DNA建模和展示平台保证用户能够快速独立的进行DNA建模。为用户提供了“高效”、“快捷”的DNA建模展示平台,确保了相关DNA碱基数据的安全、共享和统一管理。
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