В конце 1997 г. на основе возникших первых средств разработки интерактивных Интернет-ресурсов была задумана и реализована база данных WWW-MINCRYST, ставшая одним из первых интерактивных Интернетресурсов в области наук о Земле в России и в мире [1]. Инициатором работ был заведующий группой рентгеноспектрального анализа ИЭМ РАН выдающийся кристаллограф А.В. Чичагов (увы, безвременно ушедший от нас в 2010 году). Целью ресурса стало обеспечение интерактивного Интернет-доступа пользователям к большим массивам минералого-кристаллохимической информации. Фактологической основой WWW-MINCRYST послужили накопленные с 1985 года литературные данные по кристаллическим структурам минералов, сведенные в локальную базу данных Mincryst-PC (на основе литературных источников и авторских аналитических данныхвсего около 3500 объектов на момент старта проекта). Далее, на основе базы данных была создана Информационно-вычислительная система (ИВС) WWW-MINCRYST (http://mincryst.iem.ac.ru, http://database.iem.ac.ru/mincryst) с инструментами по интерактивной обработке данных и их анализу. Основы идеологии и технологии ИВС описаны здесь [2][3]. ИВС WWW-MINCRYST изначально опиралась на использование Интернет-технологий и стала одним из пионерских интерактивных научных Интернет-ресурсов как в России, так и в мире (в области наук о Земле). Первый полностью работоспособный вариант WWW интерфейса был создан в рамках гранта РФФИ № 96-07-89162 и представлен пользователям в декабре 1997 года, т.е. ИВС функционирует, развивается и активно востребована пользователями более 20 лет.
Цель создания ИВС WWW-MINCRYST и сопровождающего интерактивного инструментарияобеспечить максимально широкий круг пользователей во всех областях науки, оперирующих с кристаллическим веществом (геология, геохимия, кристаллография, физика твердого тела, физика поверхности, материаловедение и т.д.) наиболее достоверной и актуальной информацией в области структурной кристаллохимии минералов, их синтетических аналогов и элементов, а также дать дополнительный толчок в развитии методов обработки и визуализации кристаллоструктурных данных.
В ходе проекта в состав ИВС вводились программные разработки по обработке кристаллоструктурных и кристаллохимических данных, их анализу и мультимедийной визуализации. За это время ИВС WWW-MINCRYST нарастил свой информационный фонд почти в 3 раза (почти на 7000 объектов) и по праву вошел в первые ряды рентгеноструктурных и кристаллохимических баз данных, связанных с изучением минерального вещества, как по оценкам пользователей, так и по мнению составителей отраслевых каталогов информационных ссылок. Технологически ИВС WWW-MINCRYST как web-сервис реализована на "классической" связке Apache-Mysql-PHP (LAMP) с использованием JavaScript и (для интерактивных апплетов) Java (на базе Sun/Oracle JDK). Размещена ИВС на сервере баз данных ИЭМ РАН, доступ не лимитирован. На старте проекта ИВС WWW-MINCRYST стала в 1998 году (в реализации на ОС Digital Unix) одной из первых интернет-ориентированных баз данных в России, использовавших данную технологию, причем до сих пор она нисколько не потеряла свою технологичность на стороне сервера. В 2004 году ИВС была реализована в среде Linux, в 2015 проведена миграция базы данных с проприетарной СУБД MySQL на свободно распространяемую СУБД MariaDB (https://mariadb.org) для сохранения свободного статуса ИВС. В настоящее время ИВС размещена на сервере со следующими параметрами -CPU Intel Core i5-2400@3.10GHz х 4 ядра, RAM 24 Gb, disk array SSD 128 Gb + 2х2 Tb WD RE 2000, GPU Nvidia Kepler GTX 770, программно -Apache HTTPD server 2.4.6, PHP script language 5.4.16, MariaDB database 5.5.40.
Изначально в теоретической основе ИВС WWW-MINCRYST был положен ряд принципиальных на тот момент "идеологических" моментов. Ввиду нехватки аналитической информации по поликристаллам минералов был использован синтез информации о кристаллической фазе, рассматриваемой как "монокристалл" и/или "поликристалл" с заменой экспериментальных поликристалл-стандартов расчетными. Это стало базовой идеей WWW-MINCRYST, существенно расширившей информационную базу сравнительно с чисто аналитической. На базе введенной внешней аналитической информации программный пакет эксперта-разработчика позволяет автоматически сформировать вторую, производную от первой (аналитической), базу расчетных поликристалл-стандартов, проводя синтез двух типов информации о кристаллической фазе. Связка "Кристаллическая структура фазы и ее расчетная поликристалл-рентгенограмма" является информационной основой ИВС WWW-MINCRYST и служит важнейшим инструментарием в руках пользователя. Стержневая идея WWW-MINCRYST о синтезе двух типов кристаллоструктурной информации о кристаллической фазе реализует принципиально новый подход к формированию всей кристаллоструктурной информации о веществе и организации доступа к ней (в отличие от работы только с монокристальной информацией). По результатам поиска пользователь получает ссылку на список фаз, отвечающих поисковым критериям, с указанием ID записи, названия фазы, формулы и пространственной группы с возможностью последующего перехода по гиперссылке. В случае единичного успешного ответа пользователь сразу автоматически переводится на найденный объект, если найдена группа объектовпредлагается список выбора.
В «карте» найденного объекта представлены основные данные (как хранимые в БД, так и динамически рассчитываемые при формировании «карты») название, формула, параметры ячейки, различные кристаллографические данные (кол-во рефлексов, рентгеновские плотности, коэффициенты поглощения); CPDS карта -20 максимальных рефлексов, их hkl позиции и интенсивности; базовые атомные позиции и их заселенности; полная информационно-расчетная карта (рентгеновские плотности, все рефлексы и т.п.); рассчитанные энергии решетки; принадлежность к различным классификационным схемам; источники данных (ссылки на публикации, поправки и т.п.); автоматически формируемые ссылки на внешние ресурсы и поисковые запросы.
Для всех записей через апплет WWW-Crystpic (пока -Java-3D с использованием библиотек OpenGL) доступны динамически создаваемые интерактивные изображения моделей кристаллических структур в шарахсферах и в полиэдрических проекциях (до 138 позиций и до 1500(!) атомов на структуру). Программа позволяет делать всевозможные манипуляции с моделью структуры, включая масштабирование, непрерывное и/или автоматическое дискретное вращение вокруг "экранных" осей X,Y,Z; ориентацию по кристаллографическим осям, hkl-фрагментацию структуры (на hkl-ориентированные фрагменты толщиной d(hkl)), наращивание элементарных ячеек вдоль любых выбранных направлений для формирования "сверхструктур" и мотивов, а также прямой "ручной" и автоматизированный для малых полиэдров (тетраэдров и октаэдров) расчет любых межатомных расстояний и углов (плоских и телесных) в структуре. Программа изображает любые полиэдры, включая "дефектные" с необычно малыми ("плохими") межатомными расстояниями. Примеры моделей кристаллических структур (до 600 атомов) приведены на рис.1.
В настоящее время существуют проблемы с работой с внешними библиотеками OpenGL (на которых реализован апплет) и параноидальными настройками безопасности Java 8, которые решаются вмешательством пользователя. Однако из-за этого сейчас крайне необходим перенос апплета на новые программные платформы типа встроенных средств HTML5 или WebGL.
Модуль в виде апплета WWW-Mixipol предназначен для графического представления полных расчетных спектральных профилей поликристаллрентгенограмм с возможностями манипулирования спектрами для разных источников излучения и разных типов спектральных шкал. Также модуль способен формировать рентгенограммы смесей фаз (до 6 фаз одновременно) при возможности варьирования относительными содержаниями компонентов смеси. Пример расчетных спектров смеси шести фаз приведен на рис.2. Как для структур, так и для спектров минералов предусмотрены «упрощенные» варианты представления в виде интерактивных традиционных шаровых структур и линейчатых спектров.
Одной из первых среди научных интернет-ориентированных баз данных для ИВС WWW-MINCRYST была разработана система динамически формируемых перекрестных веб-ссылок для связи объектов с записями для конкретных минералов в ведущих минералогических базах данных в Интернете. Система генерации динамических гиперссылок на внешние информационные ресурсы (на минералогические базы данных и поисковые системы) позволяет "прозрачно" для пользователя подключать внешние массивы данных, используя метод "генеральных" запросов [4]. При этом пользователь сразу получает доступ к информации по интересующему его объекту, минуя стадии поиска или просмотра всей внешней базы. Кроме того, данный механизм реализует обратную связь, позволяя таким же образом ссылаться этим базам уже на наши информационные объекты, что резко повышает востребованность ИВС внешними пользователями.
Наличие в ИВС WWW-MINCRYST данных по 10300 кристаллическим структурам, встроенного расчетного комплекса и развитых средств визуализации позволили помимо возможностей, ориентированных на поиск и предоставление информации, использовать ИВС в разработке нетрадиционных научных подходов к интерпретации и представлению некоторых кристаллических структур. О перспективах развития WWW-MINCRYST следует сказать отдельно. В связи с очень быстрым развитием web-технологий и (соответственно) браузеров, необходима кардинальная переработка нынешнего клиентского интерфейса, во многом уже не отвечающего новым технологиям и зачастую неполностью совместимого с новым клиентским ПО (особенно в области websecurity и мультимедиа-технологий), а также возросшим требованиям пользователей и возможностям конкурирующих баз данных. Проводится изменение способов представления записей путем сведения разобщенных сейчас полей (основные данные, CPDS карта, атомные позиции, структура, спектры, ссылки и др.) в единое информационное пространство, формируемое на базе динамического HTML. Предусматривается либо переделка и рекомпиляция Java апплетов (в связи с устареванием и неполной совместимостью кода с последними реализациями Java VM и из-за параноидальной, на наш взгляд, модели безопасности Java 8), так и их замена на модули, использующие мультимедийные технологии стандартов Javascript, WebGL из-за прекращения автоматической поддержки Java в браузерах (на основе авторского расчетного кода). Также изменяются в сторону повышения дружелюбности и простоты дизайн и элементы управления предоставляемой информации. Проводится пополнение базы данных дополнительной геологоминералогической информацией (реальные составы минералов, фото минералов, рисунки кристаллографических форм, геоинформационные данные). Проходит усовершенствование интерфейса разработчиков для ввода, проверки и редактирования исходных данных для упрощения пополнения и ревизии данных. Также в процессе создания единый поисковый интерфейс в отличие от ныне разобщенных поисковых страниц (химический состав, кристаллографические параметры, имена минералов и т.п.), с возможностью создания комплексных запросов с включением /исключением поисковых критериев, а также потенциально новых типов поисковых запросов.
ИВС WWW-MINCRYST является общедоступным, дружелюбным пользователю интерфейсом к большому массиву кристаллоструктурной и кристаллохимической информации с развитыми средствами поиска, представления и обработки и может служить мощным инструментарием для всех исследователей в минералогии, кристаллографии, физике твердого тела, материаловедении и прочих смежных областях науки.