392179 CELLmicrocosmos Cell Modeling (Pj) (WiSe 2013/2014)

Projekt zum neuen Modul: Interdisziplinäre ZellVisualisierung für Naturwissenschaftliche Informatik, Bioinformatik und Genomforschung, Molekulare Biotechnologie, Medienwissenschaften, Medieninformatik und Gestaltung

• Vorlesung: Interdisziplinäre ZellVisualisierung (3CP, SS2012)
• Seminar: Cell Visualization (2 CP, SS2012)
• Projekt: CELLmicrocosmos Cell Modelling (5 CP, SS2012 oder WS2012-13)

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(Kann auch unabhängig vom Modul belegt werden.)

Abstract

Das CELLmicrocosmos Projekt beschäftigt sich mit der drei-dimensionalen Modellierung und 3D-stereoskopischen Visualisieren von Zellen. Zwei Hauptanwendungen sind aus diesem Projekt bisher hervorgegangen:

Der CELLmicrocosmos CellExplorer (CmCX) bietet eine virtuelle interaktive Zellumgebung, die sowohl für wissenschaftliche als auch edukative Zwecke eingesetzt wird. Dabei wird sowohl auf mikroskopische als auch abstrakt modellierte Zellkomponenten zurückgegriffen, die bedarfsweise mit biologischen Netzwerken verknüpft werden können. Touren durch die Zelle können erstellt sowie HTML-Informationsseiten hinzugefügt werden.

Der CELLmicrocosmos MembraneEditor (CmME) ermöglicht die Generierung von biologischen Membranen basierend auf PDB-Struktur-Dateien. Neben der Entwicklung neuer Algorithmen für den CmME ist es auch möglich, sich an unseren Ausflügen ins Reich der Molekular Dynamischen Simulationen zu beteiligen. Hier werden die in CmME generierten Membranen als Grundlage für die Berechnung einer möglichst realistischen atomaren Struktur mit Hilfe externer Programme genutzt.

From R.L. to Molecular Level

Im letzten Semester wurden mehrere 3D-stereoskopische Szenarien mit Blender entworfen, die den Blick aus einem Fenster in die Natur möglichst realistisch nachbilden sollen. Diese werden nun als Ausgangspunkt für eine Reise vom „Real Life“ (repräsentiert durch den Fensterausschnitt) zur molekularen Ebene genutzt werden. Dabei kann auf Zell- und Membranmodelle zurückgegriffen werden, die mit Hilfe von unterschiedlichen CELLmicrocosmos-Tools erstellt worden sind.

Des Weiteren ist im Kontext dieses Themas das Freistellen von zellmikroskopischen Aufnahmen möglich, die im Anschluss in 3D-Modelle umgewandelt werden können und in die Blender-Szenarien integriert werden können.

Zu Beginn wird erneut ein kleiner Blender-Workshop stattfinden.

Wie jedes Semester ist es auch möglich, in den oben genannten Projekten sich programmiertechnisch zu engagieren. Mögliche Aufgaben gibt es hier en masse.

Ablauf

Die genauen Inhalte werden sich nach dem Kenntnisstand der Teilnehmer richten. Der zeitliche Ablauf des Projektseminars wird in den ersten Sitzungen festgelegt werden.
Möglicher Ablauf:

• Recherche und Analyse zu bereits vorhandenen Ansätzen
• Präsentation der Ergebnisse (Referate)
• Konzeption des Projektes
• Programmieren/Visualisierung in Gruppen
• Abschlusspräsentation

Programmierung/Modellierung

Als Programmiersprache kommt eine Kombination aus Java und Java3D zum Einsatz. Für die Modellierung mit ImageJ und den CELLmicrocosmos Tools wird keine Programmierung benötigt. Für die 3D-Stereoskopische Visualisierung stehen mehrere Workstations mit entsprechenden Monitoren zur Verfügung.

Formate

Die Zellkomponenten liegen im VRML97/WRL-Format vor. Zell-Editor-Dateien werden per XML verwaltet. Die Membranen liegen sowohl im PDB-Format als auch in einem projekt-eigenen XML-Format vor.

Vorbesprechung

Mittwoch, 16.04.2012, 14:00 Uhr c.t., Raum C5-151

Teilnahmevoraussetzungen, notwendige Vorkenntnisse

Die Teilnehmer werden in alle Arbeitsprozesse wie Entwurf, Konzeption, Realisierung, Kommentierung etc. involviert sein. Eigeninitiative und -organisation sind wichtige Eigenschaften, die jeder Teilnehmer mit- und einbringen sollte.

Zellbiologische oder stoffwechsel-bezogene Vorkenntnisse sind sehr hilfreich, aber nicht obligatorisch für die Teilnahme. Erste programmierpraktische Erfahrungen sind diesmal nicht unabdingbar. Voraussetzung ist natürlich die Bereitschaft, sich in das jeweilige Themengebiet einzuarbeiten.

Externe Kommentarseite

http://www.CELLmicrocosmos.org