本發(fā)明涉及計算機輔助，尤其涉及一種分子動力學軌跡基于超算平臺的并行渲染方法和系統(tǒng)。

背景技術：

1、隨著生物醫(yī)學和藥物開發(fā)領域的快速發(fā)展，傳統(tǒng)實驗方法存在周期長、成本高和成功率低等問題，計算機輔助藥物設計已成為藥物研發(fā)的重要手段之一。分子動力學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)境的運動，用于分析生物分子結構和模擬數據。隨著病毒和光合細胞器等大型生物分子復合物的實驗成像、結構細化和模擬技術的不斷進步，對可視化的效率與數據量提出了越來越高的要求。實際工作中，分子根據軌跡數據生成的動畫以10-9s-10-12s為幀數，為了保證觀測尺度足夠長，軌跡文件數據動輒數十吉字節(jié)(gb，gigabyte)，總數據量往往達到數百太字節(jié)(tb，terabyte)乃至數拍字節(jié)(pb，petabyte)。軌跡數據的增大又會導致圖片渲染耗增長，影響整個藥物設計周期。這對生物分子系統(tǒng)的結構和動力學的常規(guī)可視化是個一個巨大的挑戰(zhàn)，使用高性能圖形硬件和軟件進行并行繪制是發(fā)展趨勢。然而，在現(xiàn)有計算機輔助藥物設計應用中，仍存在著不同架構底層兼容性不足、本地渲染時間過長且效率低、并行程度不高等技術問題。

技術實現(xiàn)思路

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

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

3、步驟s1、獲取用戶針對當前超算環(huán)境做適配對應的分子動力學可視化相關組件的部署，所述可視化應用組件包括gromacs、vmd和ffmpeg；

4、步驟s2、主節(jié)點針對大數據軌跡文件使用gromacs進行拆分，生成與任務需要相關的子任務軌跡文件，并將各子任務軌跡文件分發(fā)給相應節(jié)點；

5、步驟s3、得到子任務軌跡文件的各節(jié)點并行執(zhí)行非交互式vmd任務，并調用渲染器進行渲染操作，然后將渲染結果以tga文件格式存入共享存儲器中各個節(jié)點任務所對應的文件夾中；

6、步驟s4、所述主節(jié)點對渲染子任務生成tga文件進行重編號，隨后通過ffmpeg將渲染tga進行圖片處理，生成動畫視頻文件。

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)點通過slurm管理系統(tǒng)獲取空閑節(jié)點編號，使用salloc申請計算資源，并對申請成功的節(jié)點進行計算命令測試，將成功通過測試的計算節(jié)點編號放入輸入參數之中；一個節(jié)點對應所述超算平臺所部署服務器集群中的一個服務器；

9、步驟s22、所述主節(jié)點讀取trr軌跡文件，并輸入預設參數，所述預設參數至少包括軌跡總幀數和計算節(jié)點資源數，然后通過任務編號將任務分發(fā)到通過測試的各個計算節(jié)點執(zhí)行gromacs拆分軌跡任務，生成軌跡文件按照軌跡幀數切分編號進行排序。

10、優(yōu)選地，在所述步驟s2中，拆分策略包括：

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

12、優(yōu)選地，在所述步驟s4中，所述主節(jié)點對各組后各重復幀所對應的渲染結果實現(xiàn)跳幀處理。

13、為達上述目的，本發(fā)明公開一種分子動力學軌跡基于超算平臺的并行渲染系統(tǒng)，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)上述基于超算平臺的分子動力學大規(guī)模軌跡并行渲染方法所對應的步驟。

14、可選地，在所述超算平臺的所搭建的超算環(huán)境中，用于協(xié)同實現(xiàn)分子動力學軌跡并行渲染的各節(jié)點基于arm架構或x86架構。

15、本發(fā)明具有以下有益效果：

16、通過對任務計算流程進行深度優(yōu)化，充分利用了超算平臺的并行處理能力，可自動分配渲染任務到各個計算節(jié)點，顯著提升了分子動力學可視化流程的效率；其中，設計的任務資源分配策略，可以根據任務的實時需求調整計算資源的分配，確保每計算資源能夠得到有效的利用，避免資源浪費并確保高效并行渲染。最終為超算平臺提供一種高效可靠的分子動力學大規(guī)模軌跡并行渲染方案，以支持和指導藥物的高效發(fā)現(xiàn)。

17、下面將參照附圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

技術特征：

1.一種分子動力學軌跡基于超算平臺的并行渲染方法，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟s2中，具體包括：

3.根據權利要求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.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步驟s4中，所述主節(jié)點對各組后各重復幀所對應的渲染結果實現(xiàn)跳幀處理。

5.一種分子動力學軌跡基于超算平臺的并行渲染系統(tǒng)，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)權利要求1至4任一項所述的基于超算平臺的分子動力學大規(guī)模軌跡并行渲染方法所對應的步驟。

6.根據權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述超算平臺的所搭建的超算環(huán)境中，用于協(xié)同實現(xiàn)分子動力學軌跡并行渲染的各節(jié)點基于arm架構或x86架構。

技術總結
本發(fā)明涉及計算機輔助技術領域，公開一種分子動力學軌跡基于超算平臺的并行渲染方法和系統(tǒng)，以提高渲染效率。方法包括：獲取用戶針對當前超算環(huán)境做適配對應的分子動力學可視化相關組件的部署；主節(jié)點針對大數據軌跡文件使用Gromacs進行拆分，生成與任務需要相關的子任務軌跡文件，并將各子任務軌跡文件分發(fā)給相應節(jié)點；得到子任務軌跡文件的各節(jié)點并行執(zhí)行非交互式VMD任務，并調用渲染器進行渲染操作，然后將渲染結果以tga文件格式存入共享存儲器中各個節(jié)點任務所對應的文件夾中；主節(jié)點對渲染子任務生成tga文件進行重編號，隨后通過FFmpeg將渲染tga進行圖片處理，生成動畫視頻文件。

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