[发明专利]一种基于增强现实技术的3D分子交互对接系统及实现方法

权利要求书

1.一种基于增强现实技术的3D分子交互对接系统，其特征在于，所述3D分子交互对接系统包括相互连接的用户端和服务器端；

所述用户端包括增强现实模块和用户管理模块；所述增强现实模块包括标识识别模块、分子三维显示模块以及能量显示模块；所述用户管理模块包括构象提交、构象检索和用户排名查询模块；

所述服务器端包括打分函数模块、传递分数的消息中间件、排名系统以及分子数据库；

所述打分函数模块用来实现分子对接过程中的显示构象的实时打分，评价当前构象的结合能力，确定构象是否合理；

所述打分函数模块与所述能量显示模块通过所述消息中间件完成所述用户端与所述服务器端的实时通讯，提供快速可靠的消息传递机制；

所述排名系统对用户和用户提交的构象进行排名，并且保存相关信息，供所述排名查询模块进行查询和统计；

所述分子数据库提供相关受体和配体结构，并对受体和配体进行一定的预处理，供用户对接时选择；所述标识识别模块通过用户授权后调用其浏览器摄像头，在摄像头捕获的视频元素中识别用户设定的标志，来确定用户选择的配体与受体分子；所述分子三维显示模块在Web浏览器端显示分子三维结构，帮助用户确认配体与受体之间的位置关系；所述能量显示模块用来获得用户当前构象的评价，并显示产生的虚拟的配体与受体分子对接过程中实时打分的结果，帮助用户继续搜寻更好的构象。

2.一种基于增强现实技术的3D分子交互对接实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)利用图形引擎建模和绘制已知的生物大分子，存入分子数据库；用户从所述分子数据库中选择配体和受体结构；根据所述配体和受体结构初始化标识卡的标识信息；

(2)通过用户端的摄像头对所述标识卡进行识别，以获取虚拟三维分子的构象，并将该虚拟三维分子与真实场景中的标识卡叠加，在所述用户端的显示屏上显示增强现实的分子构象，得到所述增强现实的分子构象中配体和受体的相对坐标矩阵；

(3)所述用户端将所述相对坐标矩阵通过服务器端的消息中间件发送至打分函数模块，评价当前构象的结合能力，确定构象是否合理，进行实时打分；并通过所述消息中间件将实时打分结果传回所述用户端的能量显示模块，所述能量显示模块显示所述实时打分结果，供用户判断是否为最佳构象或继续搜寻更好的构象；

(4)所述服务器端的排名系统对用户和用户提交的所有构象所获得的实时打分进行排名，并将排名信息传送至所述用户端的用户管理模块，用于后续的构象检索、排名查询或统计分析。

3.根据权利要求2的3D分子交互对接实现方法，其特征在于，步骤(2)中用户通过移动标识改变所述显示屏上显示的三维分子的位置，其当前位置构象的分数也实时地显示在所述显示屏上。

4.根据权利要求2所述的3D分子交互对接实现方法，其特征在于，步骤(3)中所述打分函数模块的实时打分方法为：根据分子生物学理论，利用基于GPL协议的开源分子对接软件Autodock现有的打分函数，并使用相关的算法对其进行优化，具体如下：

首先，采用格点法，对蛋白质进行预处理，先计算出接近蛋白质区域的各点内的范德华作用、静电相互作用、氢键相互作用和溶剂化效应；

其次，得到所有能量之后，在每次计算能量打分时候，利用三线插值法，将范德华作用、静电相互作用、氢键相互作用和溶剂化效应加权求和，再加上自由度能量，得到相应的结合自由能；

最终，实现基于配位点局部范围搜索的打分函数，获取交互式对接的分数，依据该分数评价交互过程中的分子对接效果。

5.根据权利要求2所述的3D分子交互对接实现方法，其特征在于，将步骤(4)中实时打分结果传送至成绩排行网站并进行显示，系统根据所有用户的分数建立一个排行榜，以激励用户对分子对接游戏的兴趣。

6.根据权利要求2所述的3D分子交互对接实现方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)的所述标识卡上集成了便于图像识别的特征元素；所述用户端通过调用自身集成的摄像头采集该标识卡上的图像信息，并通过自身集成的标识识别模块对所述特征元素进行识别，获取所述标识卡中的二维图像信息，以调取相对应的虚拟三维分子。

7.根据权利要求6所述的3D分子交互对接实现方法，其特征在于，所述标识卡具有黑色边框，所述黑色边框的内部是白底黑色字符的标识。