Автор: AlexeySolodovnikov. Драфт этой статьи был написан почти два месяца назад. Затем я заболел ковидом, а потом долго восстанавливал свои когнитивные способности, изгоняя из себя древесину. Предполагаю, что многие из нас видели фокусы. Волшебство. Когда хочется воскликнуть: — Да как ты это сделал! Это же невозможно! Давайте посмотрим, какие возможности предоставляет Houdini (софт назван в честь Гарри Гудини, да) для работы с разным количеством объектов/данных/точек.

Где есть место фокусам. И как они могут помочь при работе с большими и тяжёлыми сценами. И не забываем, что наша конечная наша цель — визуальное представление этих данных.

Чем больше биологических объектов мы показываем, тем сложнее сцена. Один иммуноглобулин IgG – это 13 тысяч атомов. А если мы показываем вирус SARS-CoV-2, облепленный антителами и двигающийся по поверхности клетки, то это порядка 50 миллионов атомов.

Расшифрованные структуры всех белков (и не только), которые учёные хотят сделать общественным достоянием, передаются в глобальную базу — PDB (Protein Data Bank). И любой школьник/студент/аспирант/профессор/велосипедист может свободно использовать какую угодно структуру, ссылаясь на источник. Изумительный случай человеческого единства.

Данные хранятся в формате файла PDB/CIF. Это облако точек/атомов с координатами. Информации достаточно, чтобы описать структуру объекта в пространстве. Хотя данных там больше — есть информация о химических элементах, аминокислотах и прочем. Для нас сейчас важны только атомы и их координаты.

1 VDB (воксели/кубики)

Воксели позволяют представлять модель/точки в виде кубиков. Они могут быть больше или меньше. Воксели не используются в чистовом производстве, т.к. криволинейную поверхность (например, сферу) сложно представить кубами. Чтобы сгладить воксели их конвертируются в полигоны. Обратный процесс тоже возможен. Воксели занимают много места. При линейном увеличении размера объём вокселей увеличивается в кубической зависимости. Тогда зачем нам воксели?

Если у нас есть множество взаимно пересекающихся объектов, например, сферы, которыми мы изображаем атомы, то после конвертации в воксели мы получим однородную поверхность с единой плотностью и единой внешней поверхностью. Все внутренние пересечения будут удалены. Именно воксели лежат в основе всех молекулярных поверхностей, которые можно видеть на иллюстрациях PyMol и множестве другого софта. Также воксели используются в медицине (метод МРТ), при создании спецэффектов в кино и играх. Подробнее можно почитать в Википедии.

Фрагмент РНК генома SARS-CoV-2. Каждая точка – атом. Houdini любезно сообщает, что здесь 1665 атомов

Мы видим небольшой фрагмент РНК в виде точек/атомов. Давайте преобразуем точки в VDB и чуть приблизимся. Что мы увидим?