Ứng dụng trực tuyến mô phỏng cấu trúc phân tử trong không gian ba chiều (Web-based molecular modeling application) Chem3D

Năm học 2008 – 2009 78 ỨNG DỤNG TRỰC TUYẾN MÔ PHỎNG CẤU TRÚC PHÂN TỬ TRONG KHÔNG GIAN BA CHIỀU (WEB-BASED MOLECULAR MODELING APPLICATION) CHEM3D Huỳnh Thị Bạch Vân Phạm Hồng Nam Sinh viên năm 4, Khoa Toán - Tin GVHD: ThS.Ngô Quốc Việt 1. Mở đầu Hiện nay, trên các website và diễn đàn về hóa học, chủ đề đang được độc giả quan tâm là các chủ đề về chia sẻ hình ảnh các cấu trúc phân tử và các phần mềm vẽ cấu trúc phân tử (molecular modeling software). Đa số các thành viên trong các diễn đàn này là học sinh, sinh viên và giáo viên yêu thích và muốn hiểu biết kỹ về hóa học. Như vậy, có thể thấy, nhu cầu về ứng dụng molecular modeling trong giáo dục là rất lớn. Tuy hiện nay phần mềm molecular modeling rất phong phú và đa dạng nhưng để trở thành một công cụ hỗ trợ đắc lực trong việc dạy và học môn hóa thì vẫn còn tồn tại nhiều vấn đề. 2. Tổng quan Như đã đề cập ở mục 1, hiện có khá nhiều phần mềm molecular modeling. Xét về mức độ phổ biến trong cộng đồng người dùng Việt Nam, có thể liệt kê một vài phần mềm thông dụng như sau:  HyperChem của Hypercube, Inc.  Chem3D của CambridgeSoft.  Chemsite của ChemInnovation Software, Inc. Đây là các phần mềm với nhiều tính năng chuyên ngành do các công ty chuyên sản xuất các phần mềm phục vụ cho ngành hóa học viết ra. Cho nên không thể đánh giá thấp chất lượng của nhưng phần mềm này. Tuy nhiên, việc Kỷ yếu Hội nghị sinh viên NCKH 79 phổ biến rộng rãi các phần mềm này như là một công cụ hỗ trợ cho giáo dục ở Việt Nam tồn tại những vấn đề sau: 2.1. Bản quyền và giá cả Bảng 1: So sánh giá bán của một số phần mềm molecular modeling Tên sản phẩm Dùng cho giáo dục Dùng cho thương mại HyperChem Release 8.0 Professional 995$ 1495$ Chem3D Pro 11.0 Download Edition 150$ 799$ Chem3D Ltd 10.0 Download Edition 99$ 299$ Chemsite 99$ 199$ HyperChem 8.0 Student Edition 89$ - HyperChem 2.0 Lite 69$ 69$ Có thể thấy, mức giá của các sản phẩm phần mềm trên vượt quá khả năng chi trả của nhiều người dùng Việt Nam nhất là học sinh, sinh viên và giáo viên – đối tượng có nhu cầu sử dụng các phần mềm molecular modeling đông đảo và thường xuyên nhất. Thực tế hiện nay, các phần mềm này được đều được lưu hành và sử dụng ở Việt Nam bất hợp pháp dưới dạng bẻ khóa. 2.2. Cấu hình cài đặt Đa số các phần mềm molecular modeling phổ biến hiện nay đều được viết để chạy trên hệ điều hành Windows. Hầu như không có phần mềm nào có thề chạy trên hệ điều hành UNIX hay LINUX. Với chủ trương bào vệ quyền sở hữu trí tuệ của Nhà nước, Chính phủ, xu hướng của ngành giáo dục nước ta trong thời gian gần đây là chuyển dần sang sử dụng các sản phẩm tin học mã nguồn mở. Tiêu biểu trong xu hướng đó là việc khuyến khích các trường học chuyển dần sang sử dụng hệ điều hành LINUX. Như vậy, việc sử dụng các phần mềm molecular modeling cũng như các phần mềm khác chạy trên nền Windows sẽ không còn phù hợp nữa trong tương lai gần. Các vấn đề tồn tại như đã nêu làm cho việc phổ biến các phần mềm molecular modeling trong môi trường giáo dục Việt Nam gặp nhiều khó khăn. Để giải quyết các vấn đề này, ta cần một ứng dụng molecular modeling thỏa mãn các yêu cầu sau:  Giá thành phù hợp với người dùng Việt Nam.  Vấn đề bản quyền phải tuân thủ theo chủ trương bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ và xu hướng mã nguồn mở của ngành giáo dục. Năm học 2008 – 2009 80  Vận hành được trên nhiều hệ điều hành khác nhau.  Gọn, nhẹ, chiếm ít tài nguyên hệ thống để có thể vận hành trên các máy có cấu hình thấp.  Có đủ tính năng đáp ứng cho nhu cầu của đối tượng sử dụng mục tiêu là học sinh, sinh viên và giáo viên. 3. Kết quả nghiên cứu Với các yêu cầu đặt ra để giải quyết các vấn đề đã nêu trong mục 2, qua quá trình khảo sát, tìm hiểu các công nghệ hiện có, nhóm thực hiện đã đề xuất phương án và xây dựng thành công ứng dụng Chem3D. Hình 1: Giao diện của ứng dụng Chem3D 3.1. Giải pháp công nghệ Với mục đích là khả năng phổ biến rộng rãi và nhanh chóng đến số lượng lớn người dùng mục tiêu là học sinh, sinh viên và giáo viên, nhóm thực hiện đã quyết định xây dựng ứng dụng thành một ứng dụng Web. Ngày nay, ứng dụng Web đã có nhiều bước tiến về công nghệ. Tiêu biểu là công nghệ Rich Internet Application (RIA). Ứng dụng RIA là những ứng dụng Web nhưng lại mang những đặc trưng của ứng dụng để bàn. Các RIA framework tiêu biểu hiện nay có Adobe Flex, JavaFX, Microsoft Silverlight. Kỷ yếu Hội nghị sinh viên NCKH 81 Tuy nhiên, xét về khía cạnh đồ họa ba chiều, Adobe Flex nổi trội hơn hẳn với lợi thế về Adobe Flash platform và hàng loạt thư viện đồ họa ba chiều viết bằng Actionscript như Papervision 3D, Away3D, Sandy Hơn nữa Adobe Flex hỗ trợ việc truyền dữ liệu giữa server và client theo kiểu nhị phân thông qua Action Message Format (AMF) giúp cho tốc độ truyền tải nhanh hơn kiểu text truyền thống. 3.2. Đặc điểm, chức năng  Cung cấp các công cụ cho phép người dùng vẽ được các cấu trúc phân tử từ đơn giản đến phức tạp.  Hỗ trợ xuất các cấu trúc phân tử đã vẽ thành các file ảnh định dạng JPEG hay PNG để chèn vào các ứng dụng khác như Word hay PowerPoint.  Các công nghệ được sử dụng hoàn toàn là mở nguồn mở, được cung cấp miễn phí nên chi phí sản xuất là tối thiểu và không vi phạm các vấn đề về bản quyền.  Không cần cài đặt, có thể chạy trực tuyến bằng cách truy cập vào trang Web thông qua Web Browser. Hoặc download về chạy trực tiếp trên máy client bằng Web Browser hay Adobe Flash Player.  Chạy trên mọi hệ điều hành có hỗ trợ Adobe Flash Player.  Cực kỳ gọn nhẹ. Tổng dung lượng của ứng dụng chỉ 2 MB. Dễ dàng mang theo và sử dụng ở bất cứ máy vi tính nào. 4. Kết luận Ứng dụng Chem3D hiện tại có quy mô còn khá nhỏ do sự hạn chế về thời gian và nhân lực. Tuy nhiên, khả năng phát triển và mở rộng là rất khả thi. Sau đây là các hướng phát triển của Chem3D trong tương lai.  Xây dựng một cơ sở dữ liệu các cấu trúc phân tử. Hiện tại các cấu trúc phân tử vẽ ra chưa được mã hóa để lưu trữ trong cơ sở dữ liệu. Việc chuyển các cấu trúc này thành một cấu trúc XML để lưu trữ là có thể thực hiện được. Khi đó, người dủng chỉ cần nhập vào công thức hóa học, cấu trúc phân tử sẽ được hiển thị và cho phép chỉnh sửa theo nhu cầu.  Mở rộng thành một dịch vụ trực tuyến cho mọi người upload và chia sẻ các cấu trúc phân tử của mình, tạo thành một cộng đồng mạng. Như vậy, nếu gặp Năm học 2008 – 2009 82 một công thức hóa học chưa có trong cơ sở dữ liệu, người dùng có thể tự vẽ hoặc tìm kiếm trong các cấu trúc được người khác chia sẻ.  Bổ sung chức năng lập kịch bản phản ứng hóa học. Với chức năng này, người dùng có thể dùng các cấu trúc nguyên tử đã có cho chúng tương tác với nhau và lưu lại dưới dạng một movie clip. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. [2]. [3]. ml [4].