本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)輔助，尤其涉及一種分子動(dòng)力學(xué)軌跡基于超算平臺(tái)的并行渲染方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著生物醫(yī)學(xué)和藥物開發(fā)領(lǐng)域的快速發(fā)展，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法存在周期長、成本高和成功率低等問題，計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)已成為藥物研發(fā)的重要手段之一。分子動(dòng)力學(xué)模擬可視化作為面向用戶的窗口，能夠直觀表現(xiàn)分子微觀環(huán)境的運(yùn)動(dòng)，用于分析生物分子結(jié)構(gòu)和模擬數(shù)據(jù)。隨著病毒和光合細(xì)胞器等大型生物分子復(fù)合物的實(shí)驗(yàn)成像、結(jié)構(gòu)細(xì)化和模擬技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)可視化的效率與數(shù)據(jù)量提出了越來越高的要求。實(shí)際工作中，分子根據(jù)軌跡數(shù)據(jù)生成的動(dòng)畫以10-9s-10-12s為幀數(shù)，為了保證觀測(cè)尺度足夠長，軌跡文件數(shù)據(jù)動(dòng)輒數(shù)十吉字節(jié)(gb，gigabyte)，總數(shù)據(jù)量往往達(dá)到數(shù)百太字節(jié)(tb，terabyte)乃至數(shù)拍字節(jié)(pb，petabyte)。軌跡數(shù)據(jù)的增大又會(huì)導(dǎo)致圖片渲染耗增長，影響整個(gè)藥物設(shè)計(jì)周期。這對(duì)生物分子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)的常規(guī)可視化是個(gè)一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，使用高性能圖形硬件和軟件進(jìn)行并行繪制是發(fā)展趨勢(shì)。然而，在現(xiàn)有計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)應(yīng)用中，仍存在著不同架構(gòu)底層兼容性不足、本地渲染時(shí)間過長且效率低、并行程度不高等技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于公開一種分子動(dòng)力學(xué)軌跡基于超算平臺(tái)的并行渲染方法及系統(tǒng)，以提高渲染效率。

2、為達(dá)上述目的，本發(fā)明公開的分子動(dòng)力學(xué)軌跡基于超算平臺(tái)的并行渲染方法包括：

3、步驟s1、獲取用戶針對(duì)當(dāng)前超算環(huán)境做適配對(duì)應(yīng)的分子動(dòng)力學(xué)可視化相關(guān)組件的部署，所述可視化應(yīng)用組件包括gromacs、vmd和ffmpeg；

4、步驟s2、主節(jié)點(diǎn)針對(duì)大數(shù)據(jù)軌跡文件使用gromacs進(jìn)行拆分，生成與任務(wù)需要相關(guān)的子任務(wù)軌跡文件，并將各子任務(wù)軌跡文件分發(fā)給相應(yīng)節(jié)點(diǎn)；

5、步驟s3、得到子任務(wù)軌跡文件的各節(jié)點(diǎn)并行執(zhí)行非交互式vmd任務(wù)，并調(diào)用渲染器進(jìn)行渲染操作，然后將渲染結(jié)果以tga文件格式存入共享存儲(chǔ)器中各個(gè)節(jié)點(diǎn)任務(wù)所對(duì)應(yīng)的文件夾中；

6、步驟s4、所述主節(jié)點(diǎn)對(duì)渲染子任務(wù)生成tga文件進(jìn)行重編號(hào)，隨后通過ffmpeg將渲染tga進(jìn)行圖片處理，生成動(dòng)畫視頻文件。

7、優(yōu)選地，在所述步驟s2中，具體包括：

8、步驟s21、所述主節(jié)點(diǎn)通過slurm管理系統(tǒng)獲取空閑節(jié)點(diǎn)編號(hào)，使用salloc申請(qǐng)計(jì)算資源，并對(duì)申請(qǐng)成功的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算命令測(cè)試，將成功通過測(cè)試的計(jì)算節(jié)點(diǎn)編號(hào)放入輸入?yún)?shù)之中；一個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)所述超算平臺(tái)所部署服務(wù)器集群中的一個(gè)服務(wù)器；

9、步驟s22、所述主節(jié)點(diǎn)讀取trr軌跡文件，并輸入預(yù)設(shè)參數(shù)，所述預(yù)設(shè)參數(shù)至少包括軌跡總幀數(shù)和計(jì)算節(jié)點(diǎn)資源數(shù)，然后通過任務(wù)編號(hào)將任務(wù)分發(fā)到通過測(cè)試的各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)執(zhí)行g(shù)romacs拆分軌跡任務(wù)，生成軌跡文件按照軌跡幀數(shù)切分編號(hào)進(jìn)行排序。

10、優(yōu)選地，在所述步驟s2中，拆分策略包括：

11、所述主節(jié)點(diǎn)按幀序以每m+1幀作為一組，余數(shù)所對(duì)應(yīng)的剩余部分再作為一組；且從第二組開始，任一組內(nèi)的第一幀與上一組的最后一幀相同，為后續(xù)將各組所對(duì)應(yīng)的渲染結(jié)果恢復(fù)為trr軌跡文件中原始幀序的重復(fù)幀。

12、優(yōu)選地，在所述步驟s4中，所述主節(jié)點(diǎn)對(duì)各組后各重復(fù)幀所對(duì)應(yīng)的渲染結(jié)果實(shí)現(xiàn)跳幀處理。

13、為達(dá)上述目的，本發(fā)明公開一種分子動(dòng)力學(xué)軌跡基于超算平臺(tái)的并行渲染系統(tǒng)，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述基于超算平臺(tái)的分子動(dòng)力學(xué)大規(guī)模軌跡并行渲染方法所對(duì)應(yīng)的步驟。

14、可選地，在所述超算平臺(tái)的所搭建的超算環(huán)境中，用于協(xié)同實(shí)現(xiàn)分子動(dòng)力學(xué)軌跡并行渲染的各節(jié)點(diǎn)基于arm架構(gòu)或x86架構(gòu)。

15、本發(fā)明具有以下有益效果：

16、通過對(duì)任務(wù)計(jì)算流程進(jìn)行深度優(yōu)化，充分利用了超算平臺(tái)的并行處理能力，可自動(dòng)分配渲染任務(wù)到各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，顯著提升了分子動(dòng)力學(xué)可視化流程的效率；其中，設(shè)計(jì)的任務(wù)資源分配策略，可以根據(jù)任務(wù)的實(shí)時(shí)需求調(diào)整計(jì)算資源的分配，確保每計(jì)算資源能夠得到有效的利用，避免資源浪費(fèi)并確保高效并行渲染。最終為超算平臺(tái)提供一種高效可靠的分子動(dòng)力學(xué)大規(guī)模軌跡并行渲染方案，以支持和指導(dǎo)藥物的高效發(fā)現(xiàn)。

17、下面將參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

技術(shù)特征：

1.一種分子動(dòng)力學(xué)軌跡基于超算平臺(tái)的并行渲染方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟s2中，具體包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步驟s2中，拆分策略包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步驟s4中，所述主節(jié)點(diǎn)對(duì)各組后各重復(fù)幀所對(duì)應(yīng)的渲染結(jié)果實(shí)現(xiàn)跳幀處理。

5.一種分子動(dòng)力學(xué)軌跡基于超算平臺(tái)的并行渲染系統(tǒng)，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的基于超算平臺(tái)的分子動(dòng)力學(xué)大規(guī)模軌跡并行渲染方法所對(duì)應(yīng)的步驟。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述超算平臺(tái)的所搭建的超算環(huán)境中，用于協(xié)同實(shí)現(xiàn)分子動(dòng)力學(xué)軌跡并行渲染的各節(jié)點(diǎn)基于arm架構(gòu)或x86架構(gòu)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)領(lǐng)域，公開一種分子動(dòng)力學(xué)軌跡基于超算平臺(tái)的并行渲染方法和系統(tǒng)，以提高渲染效率。方法包括：獲取用戶針對(duì)當(dāng)前超算環(huán)境做適配對(duì)應(yīng)的分子動(dòng)力學(xué)可視化相關(guān)組件的部署；主節(jié)點(diǎn)針對(duì)大數(shù)據(jù)軌跡文件使用Gromacs進(jìn)行拆分，生成與任務(wù)需要相關(guān)的子任務(wù)軌跡文件，并將各子任務(wù)軌跡文件分發(fā)給相應(yīng)節(jié)點(diǎn)；得到子任務(wù)軌跡文件的各節(jié)點(diǎn)并行執(zhí)行非交互式VMD任務(wù)，并調(diào)用渲染器進(jìn)行渲染操作，然后將渲染結(jié)果以tga文件格式存入共享存儲(chǔ)器中各個(gè)節(jié)點(diǎn)任務(wù)所對(duì)應(yīng)的文件夾中；主節(jié)點(diǎn)對(duì)渲染子任務(wù)生成tga文件進(jìn)行重編號(hào)，隨后通過FFmpeg將渲染tga進(jìn)行圖片處理，生成動(dòng)畫視頻文件。

技術(shù)研發(fā)人員：張錦,黃浩煒,劉慧玲,魏明
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長沙理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19