VMD für Mac
Animieren biomolekularer Systeme (Beta).
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VMD Überblick
VMD ist ein molekulares Visualisierungsprogramm zum Anzeigen, Animieren und Analysieren großer biomolekularer Systeme mit 3D-Grafiken und integriertem Scripting. VMD unterstützt Computer mit Mac OS X, UNIX oder Windows, wird kostenlos verteilt und enthält Quellcode.
Was ist neu in Version 1.9.3
Version 1.9.3:
- Die Verbindung des benutzerfreundlichen molekularen Grafikprogramms VMD mit dem weit verbreiteten MD-Programm NAMD, führt das neue QwikMD-Plugin die Benutzer an, um gängige molekulare Simulationen in nur wenigen Minuten vorzubereiten, was eine schnelle Untersuchung von Punktmutationen, partiellen Löschungen oder sogar Steuerungsexperimenten ermöglicht. Während es neuen Benutzern erleichtert, Simulationen durchzuführen, fungiert QwikMD auch als Lernwerkzeug mit "Info-Schaltflächen", die den Benutzer anleiten und den theoretischen Hintergrund der durchgeführten Verfahren bereitstellen. Jede "Info-Schaltfläche" erzeugt ein Fenster, in dem der Benutzer grundlegende Informationen zu Molekulardynamik-Simulationen finden kann, wie die Beschreibung von Lösungsmittelmodellen und Proteinstrukturen sowie kurze Erklärungen zu den in der grafischen Benutzeroberfläche von QwikMD verfügbaren Optionen und den durch die Schaltflächen ausgelösten Aktionen. Für weitere Informationen wird der Benutzer über Links am unteren Rand des Informationsfensters auf Webseiten weitergeleitet. QwikMD integriert die Protokollierung von Verfahren zur Reproduzierbarkeit und ermöglicht es, Simulationsabläufe und -protokolle zwischen Benutzern zu teilen.
- Das Force Field Toolkit (ffTK)-Plugin bietet ein umfassendes Werkzeugset zur Entwicklung von CHARMM-kompatiblen (z.B. CGenFF) Kraftfeldparametern, einschließlich Ladungen, Bindungen, Winkel und Dihedralen. Zwei neue Hauptfunktionen wurden dem Force Field Toolkit für die VMD 1.9.3-Version hinzugefügt.
- Ein neues Werkzeug wurde zum BuildPar-Werkzeugset hinzugefügt, das Ausgaben vom CGenFF-Program-Webserver verarbeitet, um automatisch alle strukturellen und Parameter-Eingaben zu erstellen, die für den Eintritt in den ffTK-Parameterisierungsworkflow erforderlich sind, wodurch ein häufiges Hindernis bei der Strukturvorbereitung umgangen wird. Der CGenFF-Program-Webserver führt eine Analyse der molekularen Struktur durch und weist Parameter basierend auf Analogien zu Molekülen im Standard-CGenFF-Parametersatz zu. ffTK kann nun die Ausgaben dieser Ressource nutzen, um automatisch die PSF+PDB-Dateien vorzubereiten, die von ffTK benötigt werden, die Strafpunkte zu analysieren, die mit jedem zurückgegebenen Parameter verbunden sind, alle Instanzen eines bestimmten Parameters direkt innerhalb der molekularen Struktur zu visualisieren und eine Parameterdatei zu schreiben, die auf den CGenFF-Werten als Ausgangspunkt für die Verfeinerung initialisiert ist.
- Ein neues Analyse- und Plotting-Tool, genannt Torsion Explorer (erreichbar über den Tab Scan Torsions), wurde speziell entwickelt, um bei der Fehlersuche bei schwierigen dihedralen Parameteranpassungen zu helfen, indem visuelle und numerische Analysen der entspannten QM-Torsionsscans bereitgestellt werden. Die Hauptfunktion dieses Werkzeugs besteht darin, jede optimierte strukturelle Konformation in VMD zu laden und ein Farbdiagramm der zugehörigen potenziellen Energieoberfläche (PES) für den Seitenvergleich zu erstellen. Eine numerische Analyse kann ebenfalls durchgeführt werden, um detaillierte Informationen darüber bereitzustellen, wie sich alle Dihedralen während des Scans ändern, was hilft, stark gekoppelte Torsionen zu identifizieren, die oft die Parameteranpassung komplizieren.
- Neben den oben beschriebenen Hauptwerkzeugen enthält ffTK mehrere neue, aber kleinere Funktionen, wie die Möglichkeit, den MM-entspannten konformationalen Scan auszugeben, der als Basislinie bei der dihedralen Anpassung verwendet wird, sowie Fehlerbehebungen. Dokumentation und Screencast-Tutorials sind auf der Plugin-Website verfügbar.
- VMD 1.9.3 enthält mehrere Updates für die Molekulardynamik Flexible Fitting (MDFF)-Methode. Das MDFF-Setup-Plugin unterstützt jetzt die Verwendung mehrerer Dichtekarten in einer einzigen MDFF-Simulation. Die grafische Benutzeroberfläche (GUI) von MDFF im Modellierungsbereich des VMD-Erweiterungsmenüs wurde aktualisiert, um die Verwendung mehrerer Karten sowie viele andere Verbesserungen der Benutzerfreundlichkeit widerzuspiegeln. Die cispeptid, Chiralität und die neuen TorsionPlot- und QwikMD-Plugins verbinden sich jetzt mit der MDFF-GUI, um das Finden und Beheben von Fehlern oder das Einrichten Ihrer Struktur für MDFF zu vereinfachen. Sowohl die MDFF-GUI als auch die Befehlszeilen-Plugins verwenden jetzt CHARMM36 als Standardparametersatz.
- Das Modul für kollektive Variablen, das in VMD implementiert ist (und mit NAMD und LAMMPS geteilt wird), umfasst viele neue Funktionen und Verbesserungen, einschließlich: Histogramm-Berechnung für Ensembles von Variablen mit optionalen Gewichten; Analyse von Wahrscheinlichkeitsverteilungsbeschränkungen; neu beigetragene Variablentypen "dipoleAngle" (Alejandro Bernardin), "groupCoordNum" (Alan Grossfield); Scripting-Befehl "cvcflags" zur Optimierung der Leistung komplexer Colvars; und verbesserte Fehlerbehandlung bei Benutzereingaben und Scripting.
- VMD 1.9.3 enthält viele Funktionen zur Erstellung hochwertiger Renderings von molekularen Grafiken und zur Erstellung von Filmen sowohl statischer Strukturen als auch molekularer Dynamik-Simulationsverläufe.
- VMD umfasst eine verbesserte integrierte GPU-beschleunigte Version der Tachyon-Raytracing-Engine, die NVIDIA CUDA und OptiX verwendet, um interaktive Raytracing-Leistung zu erzielen, selbst für molekulare Systeme mit Zehntausenden bis Hunderten von Millionen von Partikeln. Der verbesserte GPU-beschleunigte "TachyonL-OptiX" Raytracer unterstützt die überwiegende Mehrheit der Tachyon-Rendering-Funktionen, mit Schwerpunkt auf Umgebungslicht, Schatten, Tiefenschärfe, hochwertigem transparentem Oberflächen-Rendering und parallelem Film-Rendering für große Komplexe wie Viren und zelluläre Organellen.
- Die neue GPU-Raytracing-Engine in VMD 1.9.3 unterstützt die Erstellung von omnidirektionalen stereoskopischen Bildern und Filmen, die für die Verwendung mit YouTube VR-Filmen geeignet sind, die auf einer Vielzahl von VR-Headsets basieren, die auf Telefonen und computerbasierten Head-Mounted-Displays basieren, einschließlich Google Cardboard, GearVR, Oculus Rift und anderen. Ein neues VMD VR-Film-Rendering-Minitutorial beschreibt die notwendigen Schritte zur Erstellung von VR-Film-Inhalten für YouTube und VR-Headsets.
- VMD 1.9.3 präsentiert auch eine neue integrierte interaktive CPU-basierte Raytracing-Engine, die auf Intel OSPRay basiert und es Systemen, die auf Intel x86-CPUs basieren, insbesondere den neuen Xeon Phi Knight's Landing-Prozessoren, ermöglicht, VMD-Szenen interaktiv mit Umgebungslicht, Schatten und Tiefenschärfe anzuzeigen, mit Unterstützung für paralleles Film-Rendering. Der neue "TachyonL-OSPRay" Renderer in VMD 1.9.3 erreicht eine höhere Leistung als der Standard-Tachyon-Renderer und unterstützt viele der am häufigsten verwendeten VMD-Materialien und Schattierungsfunktionen. Die neue OSPRay-basierte Raytracing-Engine in VMD wird in diesem aktuellen Artikel umrissen.
- Das aktualisierte ViewChangeRender-Plugin bietet eine benutzerfreundliche grafische Oberfläche zur Verwaltung mehrerer VMD-Kameraperspektiven und zur Erstellung von Filmen, die die Kamera zwischen mehreren Perspektiven fliegen lassen. Die neueste Version von ViewChangeRender unterstützt auch verbessertes paralleles Film-Rendering auf Clustern und Supercomputern.
- Die Geschwindigkeit der neuen interaktiven Raytracing-Engines in VMD 1.9.3 ermöglicht es Benutzern, moderate molekulare Komplexe mit einigen Millionen Atomen interaktiv zu visualisieren, einschließlich Schatten und Umgebungslicht. Selbst der Tiefenschärfe-Fokuseffekt kann in Echtzeit auf aktueller Hardware gerendert werden. Die interaktiven Raytracing-Engines verwenden progressive Verfeinerung, um es Benutzern zu ermöglichen, die Ansicht mit der Maus zu manipulieren, und sobald die Maus losgelassen wird, wird das Bild mit Monte-Carlo-Sampling von Licht, Fokussierung usw. verfeinert. Die interaktiven Raytracing-Engines ermöglichen es, mehrere Ansichten jederzeit zu speichern, sowie das Standardverhalten, das endgültige Bild zu speichern, das angezeigt wird, wenn der Benutzer den Viewer verlässt. Zukünftige Versionen von VMD werden interaktives Raytracing enger integrieren, um interaktives Raytracing im Haupt-VMD-Fenster zu ermöglichen, als Alternative zur traditionellen OpenGL-basierten Visualisierungsengine in VMD.
- Wie in mehreren Publikationen berichtet, verwendet VMD GPUs, um viele der rechnerisch anspruchsvollsten Visualisierungs- und Analysefunktionen zu beschleunigen, die für biomedizinische Forscher von Interesse sind. VMD 1.9.3 verbessert diese Fähigkeiten weiter, indem es Unterstützung für die neueste Generation von NVIDIA "Pascal" GPUs hinzufügt. Die neue Version enthält eine verbesserte GPU-beschleunigte Implementierung der QuickSurf-molekularen Oberflächenrepräsentation, die jetzt die Darstellung großer biomolekularer Komplexe und zellulärer Organellen mit mehreren Hundert Millionen Partikeln bewältigen kann, mit erheblichen Verbesserungen für die Anzeige von grobkörnigen Modellen wie Protozellmembranen. Die QuickSurf-Darstellung ermöglicht eine reibungslose interaktive Animation moderater biomolekularer Komplexe, die aus einigen Hunderttausend bis einer Million Atomen bestehen, und die interaktive Anzeige molekularer Oberflächen für multimillionenatomare Komplexe wie Virus-Kapsiden. Der Grad der Beschleunigung, der von GPUs bereitgestellt wird, hängt von den Fähigkeiten der spezifischen GPU-Geräte ab, die installiert sind, und den Details der Berechnung. Typische (ungefähre) Beschleunigungsfaktoren für die Algorithmen in VMD, die eine einzelne High-End-GPU mit einer einzelnen Quad-Core-CPU vergleichen, sind: molekulare Oberflächendarstellung 2,5x bis 11x, Elektrostatik 5x bis 11x, implizite Ligandenproben 4x bis 7,5x, Berechnung von radialen Verteilungsfunktionen 7,5x bis 22x, molekulare Orbitalberechnung 10x bis 30x.
- VMD 1.9.3 fügt Unterstützung für den neuen Cray XC50-Supercomputer mit Compute-Knoten hinzu, die die neuesten Intel Xeon-CPUs und NVIDIA P100-GPU-Beschleuniger mit gestapeltem Speicher kombinieren. Die neue Version von VMD fügt auch Unterstützung für Workstations, Cluster und Supercomputer hinzu, die auf den neuen IBM POWER8 (OpenPOWER) und Intel Xeon Phi (Knight's Landing) CPUs basieren, die im DOE/ORNL Crest (OpenPOWER/NVLink/Tesla P100), NSF/TACC Stampede-2 (Dell/Intel KNL) und DOE/ALCF Theta (Cray/Intel KNL) Systemen verwendet werden. Neue handvektorisierte CPU-Kerne für häufig verwendete VMD-Analyse- und Visualisierungsalgorithmen erhöhen die Leistung erheblich über das Standard-C++ auf beiden Plattformen und nutzen vorteilhaft die nativen VSX- und AVX-512-Vektor-Befehlssätze auf jedem Prozessor.
- Die neue OpenPOWER-Version von VMD unterstützt CUDA-GPU-Beschleunigung für wichtige Analysekerne und profitiert von der großen Speicherkapazität und dem Speicherbandbreite, die auf diesen Systemen verfügbar sind, wie hier berichtet. VMD nutzt die Hochleistungs-NVLink-CPU-GPU-Interkonnektivität auf der neuen IBM "Minsky"-Plattform, die POWER8-CPUs mit NVIDIA Tesla P100-GPUs kombiniert.
- Die neue Intel Xeon Phi AVX-512-Version von VMD wurde entwickelt, um die breiten 16-Elemente-SIMD-Einheiten für wichtige Analyse- und Visualisierungsaufgaben auszunutzen, indem neue handgeschriebene AVX-512-Analysekerne und Unterstützung für die Intel OSPRay-Raytracing-Engine integriert werden, die für die neuen Xeon Phi-Prozessoren optimiert ist.
- VMD 1.9.3 umfasst die erste Unterstützung für eine Vielzahl von ARM-Prozessoren, die mit GPU-Beschleunigern (On-Chip und/oder Add-In-Board) kombiniert sind. Aufgrund des Fehlens von Standards unter ARM-Betriebssystemverteilungen erfordern ARM-Plattformen derzeit eine Kompilierung aus dem VMD-Quellcode.
- Eine der Funktionen von VMD 1.9.3 ist die Unterstützung für Off-Screen-Rasterisierung in Clouds, Clustern und Supercomputern, durch die Verwendung der neuesten Embedded GL (EGL)-Grafik-APIs zur Verwaltung von OpenGL-Kontexten und Rendering-Oberflächen. Mit EGL ist es nicht mehr erforderlich, dass ein Compute-Knoten eine vollständige Fenster-Systeminstallation hat, um routinemäßige post-hoc-molekulare Visualisierungsaufgaben an den Compute-Knoten durchzuführen, an denen die Daten generiert und gespeichert werden, wodurch die Notwendigkeit für zeitaufwändige Datenstaging- und Dateiübertragungsaktivitäten entfällt. Die Verwendung von EGL beseitigt die Notwendigkeit für spezielle Kompilierungen von VMD für GPU-beschleunigte oder softwarebasierte Rasterisierung, wodurch viele der technischen Hürden und administrativen Aufgaben, die zuvor für die Bereitstellung einer vollständigen OpenGL-fähigen VMD-Installation auf großen Parallelcomputern erforderlich gewesen wären, beseitigt werden. Die neue EGL-basierte Grafikfunktion in VMD unterstützt alle Standard-VMD-OpenGL-Funktionen, einschließlich Pixelrate-Beleuchtung, Multisample-Antialiasing, hochwertige Transparenz, Textdarstellung und alle Standard-VMD-Materialien und Schattierungsfunktionen.
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