CN114220491A - 基于三维重建的实验模拟系统及方法 - Google Patents

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袁琴
张艺川
李欣
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Abstract

本发明涉及数据处理技术领域，具体为一种基于三维重建的实验模拟系统及方法，该系统包括：服务器，用于获取分子信息，分子信息包括分子图像，根据多个分子结构图像构建多个分子模型，计算分子模型之间的差异值，分别统计各分子模型与其余分子模型的差异总值，筛选出差异总值最小的分子模型，根据分子模型生成实验数据；还用于获取真实数据，根据真实数据和实验数据生成修正模型；还用于根据分子模型和修正模型生成模拟实验结果。采用本方案，能够提高分子模型的模拟精度。

Description

基于三维重建的实验模拟系统及方法
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，具体为一种基于三维重建的实验模拟系统及方法。
背景技术
为便于对分子结构进行观察，现有技术中通过三维重建技术构建分子结构的三维模型，通过展示三维模型，实现对分子结构的再现。三维重建技术主要是指根据单视图或多视图的图像重建三维信息，即通过二维图像构建三维结构，其构建过程中会自动填充部分数据，因此使得构建的三维模型往往与分子结构的真实情况存在差异，在实验过程中难以实现分子结构的准确再现。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种基于三维重建的实验模拟系统，能够提高分子模型的模拟精度。
本发明提供的基础方案一：基于三维重建的实验模拟系统，包括：
服务器，用于获取分子信息，根据分子信息构建分子模型，根据分子模型生成实验数据；还用于获取真实数据，根据真实数据和实验数据生成修正模型；还用于根据分子模型和修正模型生成模拟实验结果。
基础方案一的有益效果：通过服务器获取分子信息构建分子模型，根据分子模型获取实验数据，同时获取真实数据，通过导入大量的真实数据，与实验数据进行比对生成修正模型，在实验过程中，通过修正模型对分子模型输出的结果进行修正得到模拟实验结果。
与现有技术中，直接通过分子模型输出模拟实验结果相比，通过修正模型进行修正，提高模拟实验结果的精度，从而实现分子结构的准确再现。
进一步，服务器包括：
模型模拟模块，用于获取分子模型在预设条件下输出的实验数据；
数据获取模块，用于获取相同预设条件下的真实数据。
有益效果：模型模拟模块和数据获取模块的设置，获取相同预设条件下的实验数据和真实数据，比对同一预设条件下的实验数据和真实数据，以此实现修正模型的构建。
进一步，服务器包括：
模型模拟模块，用于获取实验条件，获取分子模型在实验条件下输出的模拟实验结果；
实验修正模块，用于获取修正模型在实验条件下输出的修正数据，根据修正数据对模拟实验结果进行修正。
有益效果：在实验过程中，需获取相应的实验条件，模型模拟模块的设置，获取实验条件下分子模型输出的模拟实验结果，实验修正模块的设置，获取相同实验条件下修正模型输出的修正数据，同一条件下所获取的修正数据，能够更准确的对模拟实验结果进行修正，从而提高最终输出的模拟实验结果的准确性。
进一步，分子信息包括分子图像；服务器包括：
三维重建模块，用于根据分子图像进行三维重建构建分子模型。
有益效果：三维重建模块的设置，通过对分子图像进行图像分析和计算，从而通过二维图像进行三维重建获得三维的分子模型，以此得知分子结构。
进一步，分子图像的数量为多个，三维重建模块用于根据多个分子结构图像构建多个分子模型；服务器还包括：
模型筛选模块，用于计算分子模型之间的差异值，分别统计各分子模型与其余分子模型的差异总值，筛选出差异总值最小的分子模型。
有益效果：在采集分子信息时，采集多张分子图像，并基于三维重建模块构建同一分析对象的多个分子模型。模型筛选模块的设置，基于分子模型之间的差异，对分子模型进行筛选，通过差异总值筛选出与其余分子模型差异最小的分子模型，该分子模型与分析对象的真实分子结构更为相似，因此筛选该分子模型作为最终的分子结构分析结果，从而提高后续实验结果的模拟准确度。
本发明的目的之二在于提供一种基于三维重建的实验模拟方法。
本发明提供基础方案二：基于三维重建的实验模拟方法，包括以下内容：
获取分子信息，根据分子信息构建分子模型，根据分子模型生成实验数据；
获取真实数据，根据真实数据和实验数据生成修正模型；
根据分子模型和修正模型生成模拟实验结果。
基础方案二的有益效果：
获取分子信息构建分子模型，根据分子模型获取实验数据，同时获取真实数据，通过导入大量的真实数据，与实验数据进行比对生成修正模型，在实验过程中，通过修正模型对分子模型输出的结果进行修正得到模拟实验结果。
与现有技术中，直接通过分子模型输出模拟实验结果相比，通过修正模型进行修正，提高模拟实验结果的精度，从而实现分子结构的准确再现。
进一步，根据分子模型生成实验数据；获取真实数据，根据真实数据和实验数据生成修正模型；具体包括以下内容：
获取分子模型在预设条件下输出的实验数据；获取相同预设条件下的真实数据；根据相同预设条件下的实验数据和真实数据生成修正模型。
有益效果：实验数据和真实数据为相同预设条件获取的，比对同一预设条件下的实验数据和真实数据，以此实现修正模型的构建。
进一步，根据分子模型和修正模型生成模拟实验结果，具体包括以下内容：
获取实验条件，获取分子模型在实验条件下输出的模拟实验结果；
获取修正模型在实验条件下输出的修正数据，根据修正数据对模拟实验结果进行修正。
有益效果：在实验过程中，需获取相应的实验条件，获取实验条件下分子模型输出的模拟实验结果，并获取相同实验条件下修正模型输出的修正数据，同一条件下所获取的修正数据，能够更准确的对模拟实验结果进行修正，从而提高最终输出的模拟实验结果的准确性。
进一步，分子信息包括分子图像；根据分子信息构建分子模型包括以下内容：
根据分子图像进行三维重建构建分子模型。
有益效果：通过对分子图像进行图像分析和计算，从而通过二维图像进行三维重建获得三维的分子模型，以此得知分子结构。
进一步，分子图像的数量为多个，根据分子信息构建分子模型，还包括以下内容
根据多个分子结构图像构建多个分子模型；
计算分子模型之间的差异值，分别统计各分子模型与其余分子模型的差异总值，筛选出差异总值最小的分子模型。
有益效果：在采集分子信息时，采集多张分子图像，构建同一分析对象的多个分子模型。基于分子模型之间的差异，对分子模型进行筛选，通过差异总值筛选出与其余分子模型差异最小的分子模型，该分子模型与分析对象的真实分子结构更为相似，因此筛选该分子模型作为最终的分子结构分析结果，从而提高后续实验结果的模拟准确度。
附图说明
图1为本发明基于三维重建的实验模拟系统实施例的逻辑框图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
实施例
基于三维重建的实验模拟系统，如附图1所示，包括服务器，服务器用于获取分子信息，根据分子信息构建分子模型，根据分子模型生成实验数据；还用于获取真实数据，根据真实数据和实验数据生成修正模型；还用于根据分子模型和修正模型生成模拟实验结果。具体的，服务器包括数据获取模块、三维重建模块、模型筛选模块、模型模拟模块、模型构建模块和实验修正模块。
数据获取模块用于获取分子信息，分子信息包括分子图像。分子信息可提前预存在数据库中，也可通过冷冻电镜设备对生物样本进行冷冻后获取分子信息，上传分子信息。在本实施例中，分子信息为包含分子结构的二维图像，分子信息通过冷冻电镜设备上传。
分子图像的数量为多个，三维重建模块用于根据多个分子结构图像进行三维重建构建多个分子模型。模型筛选模块用于计算分子模型之间的差异值，分别统计各分子模型与其余分子模型的差异总值，筛选出差异总值最小的分子模型。具体的：
模型筛选模块用于根据分子模型计算分子模型的中心，计算中心距分子模型边缘的距离。为简化计算，在分子模型的边缘上选取预设数量的特征点，预设数量不少于六个。在本实施例中，预设数量为六个，以中心为原点构建三维坐标，三维坐标与分子模型边缘的六个交点即为特征点，在其他实施例中，预设数量为八个，除三维坐标与分子模型边缘的六个交点以外，在分子模型的边缘随机选择两个点作为特征点。
模型筛选模块还用于对比两分子模型所计算出的距离生成分子模型之间的差异值。模型筛选模块还用于分别统计各分子模型与其余分子模型的差异总值，具体的，累计分子模型与其余分子模型的差异值生成该分子模型的差异总值。模型筛选模块还用于筛选出差异总值最小的分子模型。
在其他实施例中，分子图像的数量为一个，三维重建模块用于根据分子图像进行三维重建构建分子模型。
模型模拟模块用于获取分子模型在预设条件下输出的实验数据；数据获取模块还用于获取相同预设条件下的真实数据，真实数据由用户通过用户终端进行导入。
模型构建模块用于比对相同预设条件下的真实数据和实验数据生成修正模型。
模型模拟模块还用于获取实验条件，实验条件为分子结构模拟实验所提前设定的条件，由用户通过用户终端进行上传。
模型模拟模块还用于获取分子模型在实验条件下输出的模拟实验结果；实验修正模块用于获取修正模型在实验条件下输出的修正数据，根据修正数据对模拟实验结果进行修正，输出修正后的模拟实验结果即为最终结果。
基于三维重建的实验模拟方法，使用上述基于三维重建的实验模拟系统，包括以下内容：
S1：获取分子信息，根据分子信息构建分子模型。分子信息包括分子图像。分子信息可提前预存在数据库中，也可通过冷冻电镜设备对生物样本进行冷冻后获取分子信息，上传分子信息。在本实施例中，分子信息为包含分子结构的二维图像，分子信息通过冷冻电镜设备上传。
分子图像的数量为多个，根据分子信息构建分子模型，还包括以下内容根据多个分子结构图像进行三维重建构建多个分子模型；计算分子模型之间的差异值，分别统计各分子模型与其余分子模型的差异总值，筛选出差异总值最小的分子模型。具体的：
根据分子模型计算分子模型的中心，计算中心距分子模型边缘的距离。为简化计算，在分子模型的边缘上选取预设数量的特征点，预设数量不少于六个。在本实施例中，预设数量为六个，以中心为原点构建三维坐标，三维坐标与分子模型边缘的六个交点即为特征点，在其他实施例中，预设数量为八个，除三维坐标与分子模型边缘的六个交点以外，在分子模型的边缘随机选择两个点作为特征点。
对比两分子模型所计算出的距离生成分子模型之间的差异值，分别统计各分子模型与其余分子模型的差异总值，具体的，累计分子模型与其余分子模型的差异值生成该分子模型的差异总值，筛选出差异总值最小的分子模型作为最终的分子模型。
在其他实施例中，分子图像的数量为一个，三维重建模块用于根据分子图像进行三维重建构建分子模型。
S2：根据分子模型生成实验数据；获取真实数据，根据真实数据和实验数据生成修正模型。具体包括以下内容：
获取分子模型在预设条件下输出的实验数据；获取相同预设条件下的真实数据，真实数据由用户通过用户终端进行导入。
根据相同预设条件下的实验数据和真实数据生成修正模型。具体的，比对相同预设条件下的真实数据和实验数据生成修正模型。
S3：根据分子模型和修正模型生成模拟实验结果。具体包括以下内容：
获取实验条件，获取分子模型在实验条件下输出的模拟实验结果。实验条件为分子结构模拟实验所提前设定的条件，由用户通过用户终端进行上传。
获取修正模型在实验条件下输出的修正数据，根据修正数据对模拟实验结果进行修正，输出修正后的模拟实验结果即为最终结果。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.基于三维重建的实验模拟系统，其特征在于，包括：
服务器，用于获取分子信息，根据分子信息构建分子模型，根据分子模型生成实验数据；还用于获取真实数据，根据真实数据和实验数据生成修正模型；还用于根据分子模型和修正模型生成模拟实验结果。
2.根据权利要求1所述的基于三维重建的实验模拟系统，其特征在于：服务器包括：
模型模拟模块，用于获取分子模型在预设条件下输出的实验数据；
数据获取模块，用于获取相同预设条件下的真实数据。
3.根据权利要求1所述的基于三维重建的实验模拟系统，其特征在于：服务器包括：
模型模拟模块，用于获取实验条件，获取分子模型在实验条件下输出的模拟实验结果；
实验修正模块，用于获取修正模型在实验条件下输出的修正数据，根据修正数据对模拟实验结果进行修正。
4.根据权利要求1所述的基于三维重建的实验模拟系统，其特征在于：分子信息包括分子图像；服务器包括：
三维重建模块，用于根据分子图像进行三维重建构建分子模型。
5.根据权利要求4所述的基于三维重建的实验模拟系统，其特征在于：分子图像的数量为多个，三维重建模块用于根据多个分子结构图像构建多个分子模型；服务器还包括：
模型筛选模块，用于计算分子模型之间的差异值，分别统计各分子模型与其余分子模型的差异总值，筛选出差异总值最小的分子模型。
6.基于三维重建的实验模拟方法，其特征在于，包括以下内容：
获取分子信息，根据分子信息构建分子模型，根据分子模型生成实验数据；
获取真实数据，根据真实数据和实验数据生成修正模型；
根据分子模型和修正模型生成模拟实验结果。
7.根据权利要求6所述的基于三维重建的实验模拟方法，其特征在于：根据分子模型生成实验数据；获取真实数据，根据真实数据和实验数据生成修正模型；具体包括以下内容：
获取分子模型在预设条件下输出的实验数据；获取相同预设条件下的真实数据；根据相同预设条件下的实验数据和真实数据生成修正模型。
8.根据权利要求6所述的基于三维重建的实验模拟方法，其特征在于：根据分子模型和修正模型生成模拟实验结果，具体包括以下内容：
获取实验条件，获取分子模型在实验条件下输出的模拟实验结果；
获取修正模型在实验条件下输出的修正数据，根据修正数据对模拟实验结果进行修正。
9.根据权利要求6所述的基于三维重建的实验模拟方法，其特征在于：分子信息包括分子图像；根据分子信息构建分子模型包括以下内容：
根据分子图像进行三维重建构建分子模型。
10.根据权利要求9所述的基于三维重建的实验模拟方法，其特征在于：分子图像的数量为多个，根据分子信息构建分子模型，还包括以下内容
根据多个分子结构图像构建多个分子模型；
计算分子模型之间的差异值，分别统计各分子模型与其余分子模型的差异总值，筛选出差异总值最小的分子模型。
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