基于Marching Cubes的分子体积高效计算法

本文主要探讨了"基于Marching Cubes方法计算分子体积"这一主题，它是结合分子形貌理论的一种创新方法。Marching Cubes算法是一种经典的表面重建算法，常用于医学图像处理和计算机图形学中，但在这篇文章中被应用于计算分子的体积。作者杨忠志和马丽针对辽宁师范大学化学化工学院的研究背景，提出了一种新的体积计算公式。 首先，他们利用二进制和十进制的转换关系为体元的顶点赋予独特的标号，以便对分子表面与其相交的体元进行分类。这些体元被划分为16种不同的构型，包括基本构型和特殊构型，每种构型对应一种特定的体积计算方式。这种方法避免了传统的分子表面重建步骤，直接从已知的网格数据和预设阈值出发，提高了计算效率。 分子形貌理论在本文中起着关键作用，它通过电子运动的转折点来确定分子的表面。作者设定一个能量条件，当电子的势能等于其第一电离能的负值时，该点被认为是分子表面。通过对三维空间中的PAEM值和电子密度值进行计算，构建出等值面模型，进而计算体积。 由于实际获取连续的分子形貌测量数据困难，文章采用网格化的方法，将测量数据均匀分布于三维空间中的网格点上。这种方法的优点不仅在于计算简便，易于理解，而且在处理规则网格数据的等值面模型体积时，展现出较高的通用性和准确性。 通过对比几个典型分子的体积计算结果，作者验证了该方法的有效性和可靠性。这篇文章提供了一种在无需重建分子表面的情况下，高效计算分子体积的新方法，这对于分子科学、药物设计等领域具有重要意义，也为从规则网格数据中提取等值面模型的体积提供了实用工具。