Вы правы, но опять же подгрузка модели на «графически слабый» клиент не решает проблему скорости визуализации. Рендерить надо много кадров и быстро, что пока невозможно. Кроме того возникает вопрос защиты моделей от копирования. Просто для справки один из поставщиков моделей того же уровня научной достоверности, который выбрали мы, пердлагает свои серийные модели по 25 т. долл. И тут речь именно о серийных, что говорить об уникальных.
Для чего-то попроще, вроде анатомии — возможно да. Если нет задачи сделать приличную графику. Проблема с уровенем визуализации вопрос актуальный даже при нынешем развитии графических карт тач-устойств и компьютеров. Чтобы обеспечить высокое качество и адекватную частоту смены кадров, модели должны быть низко-полигональными. Пример из современных онлайн-атласов, которые так и рендерятся на стороне пользователя.
Мы изначально выбрали более высокие стандарты визуализации, т.к. считаем что уровень подачи материала не менее важен, чем научная достоверность.
Визуализация одного такого кадра модели мозга человека на одном из самых мощных сейчас компьютеров (dual xeon 2687w) занимает минуты, в то время как для плавного вращения модели пользователем нужно «выдавать» минимум 15 кадров в секунду. Чуть лучше обстоят дела с рассчетом на профессиональных графических картах, а не на ЦП. Но все это решения стоимостью в десятки тысяч долларов, которых нет на стороне пользователя. Именно поэтому для онлайн виджетов и приложений мы выбрали вариант с предварительным рассчетом и отправкой пользователю без задержки уже готовой графики. Минусы, разумеется, есть — ограничение степеней свободы вращения моделей, большой объем трафика на передачу изображений при больших разрешениях. Но если логика приложения продумана хорошо, то первый «минус» можно обратить в плюс, зашив изменения прозрачности, появлений нужных подписей, срезов в саму визуализацию, что здорово насытит информацией конечный продукт.
Если говорить о вирусах, то например в модели вируса Эбола более 2 000 000 молекул, каждая из которых существенно сложнее поверхности полушарий головного мозга. А размер модели ВИЧ около 1,5 Гб. Думаю тут ответ на ваш вопрос очевиден.
Похоже слишком долго писал ответ, и коллеги все рассказали. Можем в одном из постов разобрать этот случай или похожие и предложить вариант решения таких задач.
Мы занимаемся научной визуализацией в сфере т.н. life sciences и биомедицинской визуализацией для мед, фарм био и нанотехнологических компаний. Что касается результатов работ биоинформатиков, то в основном, это результаты специалистов нашего отдела молекулярного моделирования в рамках собственых проектов (например Зоопарк вирусов, о котором тут много говорится), или задач, с которыми обращаются ученые при подготовке графики на конференции, для публикаций (не только иллюстрации), cover proposal.
О вашем ролике. Все зависит от задачи, которую он должен решать. Насколько могу судить цель-показать образование шпильки РНК, он сделан встроенными средствами VMD.
Прямо там же можно:
— улучшить акцент за счет более продуманного кадрирования (суть — образование пар оснований занимает лишь незначительную площадь кадра)
— попробовать изменить вариант отображения с ball&stick на stick, чтобы уменьшить визуальный шум.
— отказаться от окраски по CPK всех атомов сахарофосватного остова, заменив их одним нейтральным тоном или введя чередование двух близких тонов серого для соседних, чтобы опять же уменьшить визуальный шум, а в случае с чередованием сохранить визуальную границу нуклеотидов в пределах цепи.
— попробовать совмещенное отображение оснований как stick и полупрозрачных плоскостей (кажется такая опция называется pipes and planks. Не могу точно сказать есть ли это в VMD т.к. обычно делали это уже в 3D программах). При этом плоскости пуриновых и пиримидиновых оснований будут выглядеть как отдельные сущности, а не как облако атомов со связями, и для неподготовленного глаза.
— более сложными будут настройка тайминга (ролик выглядит затянутым) и более плавного продуманного движения камеры (частично это можно решить на уровне постобработки в большинстве любительских программ редактирования видео).
— для удобства восприятия можно попробовать заменить фон с черного на белый.
— распростаненная проблема рендеринга в научном ПО — плохая передача глубины, из-за чего объекты разных планов могут сливаться в «кашу». Частично это решается перспективными искажениями как у вас и затемнением по глубине. Но 3D пакеты и современные системы рендеринга дают возможность решить эту проблему на качественно более высоком уровне.
— в зависимости от задачи можно настроить вывод ярлыков-подписей оснований, что улучшит понимание контекста.
Если же ваша задача это подготовка ролика для презентации на хорошем уровне — этапы визуализации, постобработки в среде 3D наверное не обойти. При таком сценарии работа в научном ПО сводится к подготовке анимации процесса, а все вопросы настройки отображения, анимацию камеры и визуализацию можно вынести в более пригодную для этого среду 3D анимации.
К слову, и in vitro эксперименты не отражают влияния окружения в реальной клетке. Например группа Эдриана Элкока смоделировала т.н. молекулярный краудинг в клетках E.coli www.cellimagelibrary.org/images/28235 (анимация). Легко предположить что поведение молекул в таком плотном окружении будет отличаться от разбавленных «растворов» в пробирке.
Пример приятной научной визуализации собственными силами ученых.
Конечно, на скринах их программ это просто контрастные цветовые схемы для удобства работы. Могут быть покрашены любые фрагменты, цепи, аминокислотные остатки или атомы. Для окраски атомов также существуют стандартные схемы — вроде CPK, где большинству распростаненных элементов присвоен отдельный цвет.
Для наших моделей вирусов мы выбрали другое цветовое кодирование. Все компоненты оттенков серого были взяты вирусом из клетки хозяина. Все окрашенные — конируются геномом самого вируса. Это позволяет сравнить насколько вирус использует компоненты клетки для своего воспроизводства.
Orashpere по задумке отличао, но реализация еле-еле на 3.
Действительно, разобраться на наглядном примере, а не на пальцах, это удобно и правильно! Кстати такой подход к разъяснении пациенту сути предстоящих процедур, та самая особенность коммерческой медицины США, в реализации которой заняты многие медицинские иллюстраторы, выпускники соотвествующих вузов США и Канады. И только сейчас понял, что в посте мы полностью обошли вопрос подготовки таких специалистов, а ведь многие курпные университеты имеют кафедры и отделения медицинской иллюстрации. Наверное расскажем уже в отдельном посте.
Наверно не совсем точно сформулировал вопрос. Какие потребности и возможности есть у преподавателей? Например, с образовательными плакатами все ясно, их можно постепенно заменять и дополнять новыми. Вспоминаю, когда мы учились на биофке МГУ, плакаты были по словам преподавателей ровесниками здания на Воробъевых горах, к открытию которого их и сделали. А вот ваш тезис про невозможность использования в презентациях онлайн материалов для меня стал неожиданностью. Хотя легко могу себе представить что вообще показ с проектора на лекциях анимации, иллюстраций или других пособий может быть сложным во многих старых вузах, где аудитории проектировались без учета необходимости в затемении. Другими словами, мой вопрос скорее о реалиях нынешнего образовательного процесса, как, например нет интернета в аудитории, а значит нужны локальные версии вижетов, нет возможности показывать что-то на большом экране — надо делать приложения для смартфонов прямо студентам и плакаты преподавателям.
Также о самих курсах. Помню у нас в курсе биохимии, была очевидная проблема — полная потеря актуальности отечественными учебниками и отличие в методике преподавания в России и США. Наш преподаватель решал эту задачу, заказывая сотни лучших учебников и составляя из их фрагментов на ксероксе коллаж. На каждый семинар получалась стопка из 10-20 листов с такой мозаикой. И как сейчас понимаю, это был оптимальный путь — максимальная гибкость подачи информации, близкая к нулю стоимость производства, возможность использовать те же листы для пометок во время лекции. Получается, что и придумывать ничего не надо, просто можно дополнить.
Но допускаю, что в других областях, вроде анатомии и антропологии мможет быть более очевидная потребность в 3D и современных технологиях. Тут очень интересно ваше мнение и наблюдения ваших коллег.
Иван, напишите, пожалуйста какие потребности есть у ваших коллег, какие ограничения и трудности. Может кто-то из других профильных ВУЗов также дополнит картину в комментариях, и у нас будет лучше понимание того, как можно помочь нашему образованию в этой области. У меня, к сожалению, есть опыт общения преимущественно с западными университетами, где задчи поставлены предельно четко, и нет проблем с финансированием. И к огромному сожалению практически не встречал инициативы что-то улучшать в подаче материала в тех московских ВУЗах, с которыми приходилось общаться.
Разумеется, если такая потребность есть у ваших колег, и существуют ограничения по доступности интернета во время лекций — стоит обсудить возможное решение. Онлайн решения, конечно, прежде всего для индивидуального использования. Локальные решения мы делали для нескольких зарубежных ВУЗов, но поскольку это коммерческие организации, и их задачи не были стандартными, то там были другие условия. С плакатами все гораздо проще, можно сделать.
Такая история уже в процессе — первая часть про создание 3d моделей вирусов была в первом посте. Конечно, приходится обобщать, т.к. несмотря на общий алгоритм для всех моделей вирусов, детали процесса могут сильно отличаться. Или вы хотите увидеть step by step инструкцию на каком-то примере? В таком формате мне бы хотелось разобрать несколько научных иллюстраций или постеров, и помочь их улучшить. Но тут ждем ученых с их работами на почту mailbox@
Политика вполне стандартная для отрасли. Часть материалов создается под конкретную задачу и заказчика, и в этом случае стоимость определеятся затратами на создание моделей, анимации или образовательных приложений. Для некоторых работ, которые универсальны практически для любого курса анатомии, биохимиии, физики, химии, например для биохимии — связывание кислорода гемоглобином, действует система лицензий. Большая часть веб-приложений (пока это простые крутилки и иллюстрации с зумами-подписями) будет общедоступна на сайте, и их свободно можно использовать как в университетах так и в школах. Пример таких приложений в полном смысле этого слова мы покажем через неделю-полторы. Как уже писал ранее, это будут кроссбраузерные, кроссплатформенные виджеты с возможностью вращать модель, на которой размечены все элементы и зоны. Система мультиязычная и и дает возможность по списку найти нужную зону и или фрагмент, или прямо на модели выделить интересующий участок и получить его описание, рассмотреть со всех сторон.
Отличием от зарубежных компаний может быть наша политика работы со студентами и некоммерческими организациями. Для студенческих работ мы предоставляем иллюстрации среднего размера бесплатно, единственое условие — выслать копию работы, которая получилась. Для некоммерческих организаций, прежде всего в сфере образования есть система скидок до 70%.
Верно, первая часть аннотация и о науке, а биоинформатика среди прочего в следующих постах, которые пойдут в соотвующие хабы.
К сожалению, у наших биоинформатиков нет аккаунтов на Хабре, будем как-то выкручиваться в комментариях сами :)
На рабочий стол, пожалуй и я бы не поставил. А на обложку научного журнала, например к годовщине открытия ВИЧ — вполне. Спрос на качественную научно достоверную графику такой высокой детализации большой, а качество предложения по рынку очень низкое. Например по теме, научный фотобанк №1 (да, есть и такие; если не ошибаюсь аудитория ококло 1 млн человек в мес.) выдает в среднем такое:
Визуальное оформление можно оставить за скобками, т.к. это во многом «вкусовщина», но о качестве научной экспертизы коллег по профессии мы обязательно поговорим в одном из постов.
Мы изначально выбрали более высокие стандарты визуализации, т.к. считаем что уровень подачи материала не менее важен, чем научная достоверность.
Визуализация одного такого кадра модели мозга человека на одном из самых мощных сейчас компьютеров (dual xeon 2687w) занимает минуты, в то время как для плавного вращения модели пользователем нужно «выдавать» минимум 15 кадров в секунду. Чуть лучше обстоят дела с рассчетом на профессиональных графических картах, а не на ЦП. Но все это решения стоимостью в десятки тысяч долларов, которых нет на стороне пользователя. Именно поэтому для онлайн виджетов и приложений мы выбрали вариант с предварительным рассчетом и отправкой пользователю без задержки уже готовой графики. Минусы, разумеется, есть — ограничение степеней свободы вращения моделей, большой объем трафика на передачу изображений при больших разрешениях. Но если логика приложения продумана хорошо, то первый «минус» можно обратить в плюс, зашив изменения прозрачности, появлений нужных подписей, срезов в саму визуализацию, что здорово насытит информацией конечный продукт.
Если говорить о вирусах, то например в модели вируса Эбола более 2 000 000 молекул, каждая из которых существенно сложнее поверхности полушарий головного мозга. А размер модели ВИЧ около 1,5 Гб. Думаю тут ответ на ваш вопрос очевиден.
О вашем ролике. Все зависит от задачи, которую он должен решать. Насколько могу судить цель-показать образование шпильки РНК, он сделан встроенными средствами VMD.
Прямо там же можно:
— улучшить акцент за счет более продуманного кадрирования (суть — образование пар оснований занимает лишь незначительную площадь кадра)
— попробовать изменить вариант отображения с ball&stick на stick, чтобы уменьшить визуальный шум.
— отказаться от окраски по CPK всех атомов сахарофосватного остова, заменив их одним нейтральным тоном или введя чередование двух близких тонов серого для соседних, чтобы опять же уменьшить визуальный шум, а в случае с чередованием сохранить визуальную границу нуклеотидов в пределах цепи.
— попробовать совмещенное отображение оснований как stick и полупрозрачных плоскостей (кажется такая опция называется pipes and planks. Не могу точно сказать есть ли это в VMD т.к. обычно делали это уже в 3D программах). При этом плоскости пуриновых и пиримидиновых оснований будут выглядеть как отдельные сущности, а не как облако атомов со связями, и для неподготовленного глаза.
— более сложными будут настройка тайминга (ролик выглядит затянутым) и более плавного продуманного движения камеры (частично это можно решить на уровне постобработки в большинстве любительских программ редактирования видео).
— для удобства восприятия можно попробовать заменить фон с черного на белый.
— распростаненная проблема рендеринга в научном ПО — плохая передача глубины, из-за чего объекты разных планов могут сливаться в «кашу». Частично это решается перспективными искажениями как у вас и затемнением по глубине. Но 3D пакеты и современные системы рендеринга дают возможность решить эту проблему на качественно более высоком уровне.
— в зависимости от задачи можно настроить вывод ярлыков-подписей оснований, что улучшит понимание контекста.
Если же ваша задача это подготовка ролика для презентации на хорошем уровне — этапы визуализации, постобработки в среде 3D наверное не обойти. При таком сценарии работа в научном ПО сводится к подготовке анимации процесса, а все вопросы настройки отображения, анимацию камеры и визуализацию можно вынести в более пригодную для этого среду 3D анимации.
Пример приятной научной визуализации собственными силами ученых.
Для наших моделей вирусов мы выбрали другое цветовое кодирование. Все компоненты оттенков серого были взяты вирусом из клетки хозяина. Все окрашенные — конируются геномом самого вируса. Это позволяет сравнить насколько вирус использует компоненты клетки для своего воспроизводства.
Orashpere по задумке отличао, но реализация еле-еле на 3.
Действительно, разобраться на наглядном примере, а не на пальцах, это удобно и правильно! Кстати такой подход к разъяснении пациенту сути предстоящих процедур, та самая особенность коммерческой медицины США, в реализации которой заняты многие медицинские иллюстраторы, выпускники соотвествующих вузов США и Канады. И только сейчас понял, что в посте мы полностью обошли вопрос подготовки таких специалистов, а ведь многие курпные университеты имеют кафедры и отделения медицинской иллюстрации. Наверное расскажем уже в отдельном посте.
Также о самих курсах. Помню у нас в курсе биохимии, была очевидная проблема — полная потеря актуальности отечественными учебниками и отличие в методике преподавания в России и США. Наш преподаватель решал эту задачу, заказывая сотни лучших учебников и составляя из их фрагментов на ксероксе коллаж. На каждый семинар получалась стопка из 10-20 листов с такой мозаикой. И как сейчас понимаю, это был оптимальный путь — максимальная гибкость подачи информации, близкая к нулю стоимость производства, возможность использовать те же листы для пометок во время лекции. Получается, что и придумывать ничего не надо, просто можно дополнить.
Но допускаю, что в других областях, вроде анатомии и антропологии мможет быть более очевидная потребность в 3D и современных технологиях. Тут очень интересно ваше мнение и наблюдения ваших коллег.
Отличием от зарубежных компаний может быть наша политика работы со студентами и некоммерческими организациями. Для студенческих работ мы предоставляем иллюстрации среднего размера бесплатно, единственое условие — выслать копию работы, которая получилась. Для некоммерческих организаций, прежде всего в сфере образования есть система скидок до 70%.
К сожалению, у наших биоинформатиков нет аккаунтов на Хабре, будем как-то выкручиваться в комментариях сами :)
Визуальное оформление можно оставить за скобками, т.к. это во многом «вкусовщина», но о качестве научной экспертизы коллег по профессии мы обязательно поговорим в одном из постов.