12.pdf

Rozdział 12

Przeglądarka cząsteczek

Wyświetlanie informacji przy użyciu trójwymiarowej grafiki jest zawsze

interesującym zagadnieniem. W rozdziale wykorzystamy GDK ( Graphics

Drawing Kit ) do napisania przeglądarki plików .pdb, która pozwoli oglą-

dać cząsteczki na kontrolce obszaru rysunkowego (patrz rysunek 12.1).

W programie wykorzystamy arytmetykę trójwymiarową; jeśli czytelnicy

nie czują się pewnie w tym temacie, mogą po prostu zapoznać się

z ogólnymi koncepcjami, ignorując mnożenie macierzy. Jeśli zaś chcieliby

dowiedzieć się więcej o obliczeniach trójwymiarowych, mogą sięgnąć po

jedną z wielu książek traktujących o grafice komputerowej.

Rysunek 12.1. Przeglądarka cząsteczek.

Oprócz samego wyświetlania cząsteczki, aplikacja będzie dysponowała

możliwością jej obracania. Użytkownik będzie także mógł wyświetlać

cząsteczkę w kolorze i z tekstem, opisującym poszczególne atomy. Aby

332

Część III Rysowanie, kolor i GDK

obracanie cząsteczki nie powodowało zakłóceń na ekranie, wykorzysta-

my podwójne buforowanie.

Format pliku

Aby wyświetlać pliki .pdb, musimy umieć je odczytać, a także zrozumieć

format opisu cząsteczek. Format pliku .pdb jest dość skomplikowany,

ponieważ zaprojektowano go do opisu złożonych cząsteczek. Na szczę-

ście możemy zignorować większość danych, przechowywanych w pliku

.pdb. Interesują nas tylko nazwy atomów, ich pozycje, oraz wiązania po-

między nimi. Pliki .pdb posiadają dwie części: pierwsza opisuje atomy,

a druga (opcjonalna) wiązania pomiędzy atomami. Pełen opis atomów

jest dość skomplikowany:

Format rekordu

KOLUMN

TYP DANYCH

POLE

OPIS

1 -6

Nazwa rekordu

"ATOM

07 - 11

Liczba całkowita

serial

Numer kolejny atomu

13 -16

Atom

name

Nazwa atomu

Znak

altLoc

Wskaźnik alternatywnego położenia

18 - 20

Nazwa pozostałości resName Nazwa pozostałości

Znak

chainID Identyfikator łańcucha

23 - 26

Liczba całkowita

resSeq

Numer kolejny pozostałości

Znak

iCode

Kod wstawiania pozostałości

31 - 38

L. rzeczywista (8.3) x

Ortogonalna współrzędna X

w angstremach.

39 - 46

L. rzeczywista (8.3) y

Ortogonalna współrzędna Y

w angstremach.

47 - 54

L. rzeczywista (8.3) z

Ortogonalna współrzędna

Z w angstremach.

55 - 60

L. rzeczywista (6.3) occupanc

Zajętość

61 - 66

L. rzeczywista (6.3) tempFact

Czynnik temperaturowy

73 - 76

LString(4)

segID

Identyfikator segmentu,

wyrównany do lewej

77 - 78

LString(2)

element Symbol pierwiastka, wyrównany do

prawej

79 - 80

LString(2)

charge Ładunek atomu

Przeglądarka cząsteczek

333

Najważniejszymi informacjami są nazwa rekordu, „Atom” i współrzędne

przestrzenne (x, y, z).

Druga część pliku .pdb jest opcjonalna i zawiera informacje, potrzebne do

wyświetlenia wiązań atomowych. Linie CONECT opisują atom

i wszystkie jego wiązania z innymi atomami. Pierwsza liczba po słowie

CONECT jest numerem kolejnym atomu w cząsteczce, a pozostałe są

numerami kolejnymi atomów, z którymi jest związany. Przykładowy plik

.pdb z danymi o wiązaniach wygląda następująco:

ATOM

1 O11

2.227 3.257 9.904

ATOM

2 O12

4.387 2.116 10.202

ATOM

3 O13

3.470 2.116 8.123

ATOM

4 N1

1.032 3.192 13.498

ATOM

5 C1

1.135 4.580 13.046

ATOM

6 C2

1.192 2.116 12.739

ATOM

7 C3

0.762 2.796 14.797

ATOM 8 C3' 1

0.507 3.783 15.877

ATOM

9 C11

2.759 4.526 9.626

ATOM

10 C12

4.372 2.116 11.603

ATOM

11 C13

2.451 2.116 7.171

ATOM

12 B1

3.078 2.116 9.530

ATOM

13 N1*

1.032 1.041 13.498

ATOM

14 C3*

0.762 1.437 14.797

ATOM

15 O11*

2.227 0.976 9.904

ATOM

16 C1*

1.135 -0.347 13.046

ATOM

17 C3'*

0.507 0.450 15.877

ATOM

18 C11*

2.759 -0.293 9.626

TER

CONECT 1 9 12

CONECT 2

CONECT 3

CONECT 4

CONECT 5

CONECT 6

CONECT 7

CONECT 8 7

CONECT 9 1

CONECT 10 2

CONECT 11 3

CONECT 12

CONECT 13 6 14 16

334

Część III Rysowanie, kolor i GDK

CONECT 14 7 13 17

CONECT 15 12

CONECT 16 13

CONECT 17 14

Przyjrzyjmy się pierwszej linii pliku. Zaczyna się od słowa ATOM, co

oznacza, że linia opisuje atom. Następny znak, 1, jest indeksem (nume-

rem kolejnym) atomu. Atomy powinny być uporządkowane. O11 jest

nazwą atomu - w tym przypadku O oznacza prawdopodobnie tlen.

Położenie atomu określają trzy ostatnie liczby w linii. Są to współrzędne

x, y i z atomu w cząsteczce.

ATOM 1 O11 1 2.227 3.257 9.904

Opis atomów kończy się na linii o etykiecie TER, po której następują

wiązania. Poszczególne linie zaczynają się od słowa CONECT, i zawierają

numer atomu oraz numery wszystkich atomów, z którymi łączą go

wiązania. Pierwsza linia opisu wiązań wygląda następująco:

CONECT 1 9 12

Oznacza ona, że atom 1 ma wiązania zatomami 9 i12. Atomy

niekoniecznie muszą mieć wiązania, ale zazwyczaj je mają.

Struktury danych

Struktura danych atomu (typAtom) przechowuje nazwę atomu, dwa

zbiory współrzędnych oraz listę atomów, z którymi atom jest połączony

wiązaniami. Struktura posiada dwa zbiory współrzędnych, ponieważ

przechowujemy wniej współrzędne pierwotne oraz współrzędne

przekształcone. Potrzebujemy przekształconych współrzędnych dlatego,

że cząsteczka będzie obracana wokół osi-a w miarę obrotu będzie

zmieniać się położenie atomów w trójwymiarowej przestrzeni. Określają

je przekształcone współrzędne, obliczane od nowa po każdym

przesunięciu cząsteczki. Przekształcone współrzędne odzwierciedlają

miejsce, w którym atom zostanie narysowany. Ponieważ każdy atom

może mieć wiązania z jednym lub wieloma atomami, struktura typAtom

przechowuje wszystkie wiązania w łączonej liście GSList.

typedef struct {

char *szNazwa; // --- Nazwa atomu

double x; // --- Pierwotne współrzędne

double y; //

double z; //

double tx; // --- Współrzędne po translacji

Przeglądarka cząsteczek

335

double ty; //

double tz; //

GSList *listaWiazan; // --- Atomy, z którymi atom ma wiązania

} typAtom;

Wiązania opisują związki, które umożliwiają połączenie atomów liniami.

Dodatkowy znacznik przyspiesza rysowanie-wiązanie powinno być ry-

sowane tylko raz dla każdej pary atomów.

typedef struct {

typAtom *atom1; /* --- Pierwszy atom we wiązaniu --- */

typAtom *atom2; /* --- Drugi atom we wiązaniu--- */

int bNarysowane; /* --- narysowane--- */

} typWiazanie;

Atomy i wiązania są przechowywane w statycznych tablicach (autor nad

tym ubolewa, ale dynamiczne przydzielanie pamięci oznaczałoby znacz-

nie więcej pracy). Tablice ułatwiają rysowanie atomów.

Rysowanie w trzech wymiarach

Ponieważ cząsteczka ma strukturę trójwymiarową, powinniśmy naryso-

wać ją tak, aby stworzyć iluzję trójwymiarowości. Podczas wyświetlania

cząsteczek należy unikać oczywistych błędów, jak na przykład rysowania

atomów bez uwzględnienia ich położenia w osi z. Spowodowałoby to, że

atomy znajdujące się dalej znalazłyby na ekranie przed atomami położo-

nymi bliżej oglądającego. Można uporać się z tym problemem, sortując

atomy według przekształconej współrzędnej z. Jeśli narysujemy najpierw

odległe atomy, mamy gwarancję, że atomy znajdujące się najbliżej oglą-

dającego pozostaną na szczycie, i nie zostaną przykryte przez inne. Algo-

rytm rysowania wyświetla najpierw najdalsze atomy, a potem przykrywa

je bliższymi.

Kod źródłowy

Cały kod służący do rysowania cząsteczek (z wyjątkiem procedur mate-

matycznych operujących na macierzach) znajduje się w pliku czasteczka.c.

Umieszczono tutaj procedury umożliwiające wczytywanie plików, ryso-

wanie cząsteczek i wykonywanie innych operacji na cząsteczkach; tego

rodzaju modularyzacja kodu pozwala na łatwe wykorzystanie go w innej

aplikacji. Ponieważ większość nowych funkcji znajduje się w pliku

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: