Visualisierung von Proteindynamik und Systembiologie: Institut für Visualisierung und Interaktive Systeme
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Visualisierung von Proteindynamik und Systembiologie

  • Molekulardynamik-Simulationen spielen in der biochemischen, pharmazeutischen und medizinischen Forschung eine große Rolle. Insbesondere die Analyse des Verhaltens von Proteinen in unterschiedlichen Lösungsmitteln ist für viele Vorgänge von Interesse. Bei der Simulation fallen große, zeitabhängige Datensätze - sogenannte Trajektorien - an. Die Visualisierung dieser Trajektorien ermöglicht es, das simulierte Verhalten interaktiv zu untersuchen. Darüber hinaus ist auch die automatische Extraktion von Merkmalen aus den Rohdaten und die geeignete Visualisierung dieser Merkmale ein wichtiges Thema. Hierbei spielt insbesondere die abstrakte Darstellung des Lösungsmittelverhaltens eine große Rolle. Um eine interaktive Analyse und eine qualitativ hochwertige Visualisierung zu gewährleisten werden insbesondere parallele Algorithmen entwickelt, welche die Fähigkeiten aktueller Multi-Core-CPUs und programmierbarere GPUs ausnutzen.
  • In der Systembiologie spielen Korrelationen eine bedeutende Rolle und Visualisierungen eignen sich hervorragend diese sichtbar zu machen. Deshalb liegt der Fokus des Projekts in der Visualisierung und interaktiven Exploration von Daten aus diesem Umfeld. Die zu visualisierenden Daten werden mittels in silico Simulationen erzeugt. Besonderen Wert wird auf die Entwicklung von Methoden gelegt, welche auf Grafikprozessoren (Graphic Processing Units, kurz GPU) ausgeführt werden. Die parallele Architektur von GPUs ist von Interesse, da sie ein großes Potential zur Beschleunigung von Berechnungen bietet.

    Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine mesoskopische Simulation von ausgewählten intra- und extrazellulären Prozessen zusammen mit einer Visualisierung zu entwickeln, welche die Simulationsergebnisse sinnvoll darstellen kann. Zelluläre Signaltransduktionsprozesse werden insbesondere untersucht.
Signal concentration of a virtual cell
Signal concentration of a virtual cell
Microscopic-like image for comparison with wet lab experiment
Microscopic-like image for comparison with wet lab experiment

Projekte

Publikationen

2014

Visual Analysis for Space-Time Aggregation of Biomolecular Simulations
Ertl, Thomas; Krone, Michael; Kesselheim, Stefan; Scharnowski, Katrin; Reina, Guido; Holm, Christian: Visual Analysis for Space-Time Aggregation of Biomolecular Simulations. In: Faraday Discussions (2014).
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MegaMol – A Prototyping Framework for Particle-based Visualization
Grottel, Sebastian; Krone, Michael; Müller, Christoph; Reina, Guido; Ertl, Thomas: MegaMol – A Prototyping Framework for Particle-based Visualization. In: IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics (2014).
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Visualising Intrinsic Disorder and Conformational Variation in Protein Ensembles
Heinrich, Julian; Krone, Michael; Weiskopf, Daniel; O'Donoghue, Seán: Visualising Intrinsic Disorder and Conformational Variation in Protein Ensembles. In: Faraday Discussions (2014).
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Line Integral Convolution for Real-Time Illustration of Molecular Surface Shape and Salient Regions
Lawonn, Kai; Krone, Michael; Ertl, Thomas; Preim, Bernhard: Line Integral Convolution for Real-Time Illustration of Molecular Surface Shape and Salient Regions. In: Computer Graphics Forum: Nr. 3 (2014), S. 181-190.
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Comparative Visualization of Molecular Surfaces Using Deformable Models
Scharnowski, Katrin; Krone, Michael; Reina, Guido; Kulschewski, Tobias; Pleiss, Jürgen; Ertl, Thomas: Comparative Visualization of Molecular Surfaces Using Deformable Models. In: Computer Graphics Forum: Nr. 3 (2014), S. 191-200.
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Visual Analysis of Dynamic Protein Cavities and Binding Sites
Krone, Michael; Kauker, Daniel; Reina, Guido; Ertl, Thomas: Visual Analysis of Dynamic Protein Cavities and Binding Sites. In: IEEE PacificVis - Visualization Notes, S. 301-305, 2014.
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Visualization of Molecular Structures using State-of-the-Art Techniques in WebGL
Mwalongo, Finian; Krone, Michael; Karch, Grzegorz K.; Becher, Michael; Reina, Guido; Ertl, Thomas: Visualization of Molecular Structures using State-of-the-Art Techniques in WebGL. In: International Conference on 3D Web Technology (Web3D'14), S. 133-141, 2014.
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Gesamtanzahl: 7

2013

Atomistic Visualization of Mesoscopic Whole-Cell Simulations using Ray-Casted Instancing
Falk, Martin; Krone, Michael; Ertl, Thomas: Atomistic Visualization of Mesoscopic Whole-Cell Simulations using Ray-Casted Instancing. In: Computer Graphics Forum: Nr. 8 (2013), S. 195-206.
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iVUN: interactive Visualization of Uncertain biochemical reaction Networks
Vehlow, Corinna; Hasenauer, Jan; Kramer, Andrei; Raue, Andreas; Hug, Sabine; Timmer, Jens; Radde, Nicole; Theis, Fabian J.; Weiskopf, Daniel: iVUN: interactive Visualization of Uncertain biochemical reaction Networks. In: BMC Bioinformatics (2013), S. S2.
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Visualization and mesoscopic simulation in systems biology
Falk, Martin: Visualization and mesoscopic simulation in systems biology. Diss., Visualization Research Center, Universität Stuttgart, 2013.
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Gesamtanzahl: 3

2012

An eQTL biological data visualization challenge and approaches from the visualization community
Bartlett, Christopher; Cheong, Soo; Hou, Liping; Paquette, Jesse; Lum, Pek; Jaeger, Guenter; Battke, Florian; Vehlow, Corinna; Heinrich, Julian; Nieselt, Kay; Sakai, Ryo; Aerts, Jan; Ray, William: An eQTL biological data visualization challenge and approaches from the visualization community. In: BMC Bioinformatics: Nr. 13 (2012), S. 1-16.
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iHAT: interactive Hierarchical Aggregation Table for Genetic Association Data
Heinrich, Julian; Vehlow, Corinna; Battke, Florian; Jaeger, Guenter; Weiskopf, Daniel; Nieselt, Kay: iHAT: interactive Hierarchical Aggregation Table for Genetic Association Data. In: BMC Bioinformatics: Nr. 13 (2012), S. 1-12.
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Atomistic Visualization of Mesoscopic Whole-Cell Simulations
Falk, Martin; Krone, Michael; Ertl, Thomas: Atomistic Visualization of Mesoscopic Whole-Cell Simulations. In: EG Workshop on Visual Computing for Biology and Medicine (VCBM), S. 123-130, 2012.
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Fast Visualization of Gaussian Density Surfaces for Molecular Dynamics and Particle System Trajectories
Krone, Michael; Stone, John E.; Ertl, Thomas; Schulten, Klaus: Fast Visualization of Gaussian Density Surfaces for Molecular Dynamics and Particle System Trajectories. In: EuroVis 2012 Short Papers, S. 67-71, 2012.
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Uncertainty-Aware Visual Analysis of Biochemical Reaction Networks
Vehlow, Corinna; Hasenauer, Jan; Kramer, Andrei; Heinrich, Julian; Radde, Nicole; Allgöwer, Frank; Weiskopf, Daniel: Uncertainty-Aware Visual Analysis of Biochemical Reaction Networks. In: IEEE Symposium on Biological Data Visualization, S. 91-98, 2012.
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Gesamtanzahl: 5

2011

Interactive Exploration of Protein Cavities
Krone, Michael; Falk, Martin; Rehm, Sascha; Pleiss, Jürgen; Ertl, Thomas: Interactive Exploration of Protein Cavities. In: Computer Graphics Forum: Nr. 3 (2011), S. 673-682.
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Modeling and Visualization of Receptor Clustering on the Cellular Membrane
Falk, Martin; Daub, Markus; Schneider, Guido; Ertl, Thomas: Modeling and Visualization of Receptor Clustering on the Cellular Membrane. In: IEEE Symposium on Biological Data Visualization (BioVis 2011), S. 9-15, 2011.
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Parallelized Agent-based Simulation on CPU and Graphics Hardware for Spatial and Stochastic Models in Biology
Falk, Martin; Klann, Michael; Ott, Michael; Koeppl, Heinz; Ertl, Thomas: Parallelized Agent-based Simulation on CPU and Graphics Hardware for Spatial and Stochastic Models in Biology. In: International Conference on Computational Methods in Systems Biology (CMSB 2011), S. 73-82, 2011.
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Hasenauer, Jan; Heinrich, Julian; Doszczak, Malgorzata; Scheurich, Peter; Allgöwer, Frank: Visualization methods and support vector machines as tools for determining markers in models of heterogeneous populations: Proapoptotic signaling as a case study. In: Proceedings Workshop on Computational Systems Biology, S. 61-64, 2011.
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BiCluster Viewer: A Visualization Tool for Analyzing Gene Expression Data
Heinrich, Julian; Seifert, Julian; Burch, Michael; Weiskopf, Daniel: BiCluster Viewer: A Visualization Tool for Analyzing Gene Expression Data. In: Proceedings of International Symposium on Visual Computing (ISVC), S. 641–652, 2011.
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Parallel Contour-Buildup Algorithm for the Molecular Surface
Krone, Michael; Grottel, Sebastian; Ertl, Thomas: Parallel Contour-Buildup Algorithm for the Molecular Surface. In: Proceedings of IEEE Symposium on Biological Data Visualization (biovis'11), S. 17-22, 2011.
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iHAT: interactive Hierarchical Aggregation Table
Vehlow, Corinna; Heinrich, Julian; Battke, Florian; Weiskopf, Daniel; Nieselt, Kay: iHAT: interactive Hierarchical Aggregation Table. In: IEEE Symposium on Biological Data Visualization, S. 63-69, 2011.
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Visualization of Anisotropic Contact Potentials within Protein Structures
Vehlow, Corinna; Preim, Bernhard; Lappe, Michael: Visualization of Anisotropic Contact Potentials within Protein Structures. In: IEEE Symposium on Biological Data Visualization, S. 31-38, 2011.
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Gesamtanzahl: 8

2010

Interactive Image-Space Volume Visualization for Dynamic Particle Simulations
Falk, Martin; Grottel, Sebastian; Ertl, Thomas: Interactive Image-Space Volume Visualization for Dynamic Particle Simulations. In: Proceedings of The Annual SIGRAD Conference, S. 35-43, 2010.
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3D Visualization of Concentrations from Stochastic Agent-based Signal Transduction Simulations
Falk, Martin; Klann, Michael; Reuss, Matthias; Ertl, Thomas: 3D Visualization of Concentrations from Stochastic Agent-based Signal Transduction Simulations. In: IEEE International Symposium on Biomedical Imaging: From Nano to Macro (ISBI '10), S. 1301-1304, 2010.
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Parallel Computation and Interactive Visualization of Time-varying Solvent Excluded Surfaces
Krone, Michael; Dachsbacher, Carsten; Ertl, Thomas: Parallel Computation and Interactive Visualization of Time-varying Solvent Excluded Surfaces. In: International Conference On Bioinformatics and Computational Biology, S. 402-405, 2010.
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Gesamtanzahl: 3

2009

Visualization of Signal Transduction Processes in the Crowded Environment of the Cell
Falk, Martin; Klann, Michael; Reuss, Matthias; Ertl, Thomas: Visualization of Signal Transduction Processes in the Crowded Environment of the Cell. In: IEEE Pacific Visualization Symposium (PacificVis 2009), S. 169-176, 2009.
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Gesamtanzahl: 1

2008

GPU-based Visualisation of Protein Secondary Structure
Krone, Michael; Bidmon, Katrin; Ertl, Thomas: GPU-based Visualisation of Protein Secondary Structure. In: Proceedings of TP.CG'08, S. 115-122, 2008.
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Gesamtanzahl: 1