生物大分子结构的计算机三维(three-dimensional,3D)图形可视化是结构生物信息学的重要研究内容,生物学家通过观察这些3D图形,可发现某些重要的生物学信息。一般而言,对这些大分子3D结构的观察需要特别专注于特定的局部对象,因为这些局部对象可能涉及一些重要的生物分子功能。然而,对于大多数普通用户而言,目前传统的分子3D结构可视化工具,在生物大分子局部结构3D观察方面往往还存在一定缺陷。例如,在球棍模型下对分子局部对象与相邻区域3D位置关系的辨别较为困难,对多个分子局部对象相应序列文本的参照不太方便,对同一分子局部对象的不同3D状态的观察有些繁琐,等等。为了克服这些缺陷,本研究开发了一个基于Web的可视化系统(网址:http://labsystem.scuec.edu.cn/pdblocal/),依托该系统设计了几种有关生物大分子3D结构局部观察研究的新的方法和技术路线。该系统的案例研究环境基于传统工具Jmol,采用浏览器/服务器(Browser/Server,B/S)模式体系结构,从而有助于对传统工具的部分缺陷的克服。第一,使本系统既能继承Jmol已有的强大功能,又能专注于通过Web技术进行分子局部3D结构交互观察功能的拓展;第二,支持将案例研究数据保存到服务器,以便让用户可以随时在不同的计算机终端暂停或继续其研究工作;第三,还能使用户通过诸如按钮、下拉菜单等熟悉、使用方便的图形化网页控件取代文本命令进行一些复杂的操作。为了协助用户观察3D场景中的分子局部对象,一方面,利用Web技术集成并优化了分子局部观察的传统交互方法;另一方面,设计了一种利用闪烁直观观察生物大分子3D结构局部对象的新的方法。该新方法基于人类观察事物的一种经验,即在繁杂的背景下人眼对动态变化的目标比对静止不变的目标更敏感,基本上克服了传统分子局部交互观察方式的缺陷。设计了一种利用序列文本动态参照协助生物分子局部3D结构交互观察的方法。生物分子序列文本与3D结构同时显示,且随着多种局部操作同步发生变化。对序列文本特定编排以方便对分子局部对象的查看和定位,且利用多种文本样式及其配色来直观地表示多种局部操作结果状态。此外,序列文本中不相邻的局部对象可以集中显示对照。该方法克服了传统工具在序列信息参照方式方面的缺陷,有助于提高分子序列和结构相关生物信息的整合、模拟和可视化水平。再者,设计了一种在生物大分子局部3D交互观察过程中通过树形结构组织所有历史操作状态的方法。该方法打破通过线性结构组织历史操作状态的传统模式,方便用户对同一3D场景初始状态经历不同操作后的多个结果状态的切换比较。该方法可以推广应用到其他基于人机交互的、较复杂的科学研究中。此外,还设计了一些辅助生物大分子3D结构局部观察研究的新的技术路线。其中,借助Web技术优势,案例研究所有历史操作状态(不仅仅是当前状态)能够实时地保存到服务器,用户下次登录系统进入该案例时能够完全恢复。通过场景复制,用户可以在主、辅两个场景中对同一分子局部对象的不同方位、颜色或模型等3D状态进行比较。用户可以对感兴趣的分子局部对象3D状态用文本进行注释(这些文本注释被集中管理),也可以方便地对被注释3D状态进行切换查看。本研究设计的各种新的方法和技术路线在实际应用中达到了预期的目标,对专家和新用户都表现出良好效果。