CELLmicrocosmos III. CELLeditor. Olga Mantler und Ufuk Aydin

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1 CELLmicrocosmos III CELLeditor Olga Mantler und Ufuk Aydin 1

2 Inhalt Ziel Zelltypen Zellorganellen Problemen bei der Visualisierung Mögliche Lösungsansätze Kollisionserkennung Automatische Modellierung Vorgehen 2

3 Ziel Entwicklung eines Zelleditors Zellmodellierung durch den Nutzer Unterstützung bei der Wahl des Zelltyps 3

4 Zelltypen Prokariotische Zellen Bakterien Blaugrüne Algen Eukariotische Zellen Tierische Zellen Pflanzliche Zellen Pilze Grüne Algen 4

5 Prokariotische Zelle Größe Kapsel Zellwand Zellmembran Cytoplasma Nukleotid Ribosomen Pilli/Geißel 1-10μm 5

6 Eukariotische Zelle Größe µm 6

7 Zellmembran LipidDoppelschicht Lateralbewegliche Proteine 7

8 Eukariotische Zelle Größe µm 8

9 Kern Ort der DNAVerdopplung Ort der Zusammensetzung der RibosomenUntereinheiten Größe 5μm 9

10 Eukariotische Zelle Größe µm 10

11 Ribosomen Größe 30nm Ort der Proteinsynthese Vorkommen Endoplasmatisch es Retikulum Cytosol Mitohondrien Chloroplasten Anzahl: >

12 Eukariotische Zelle Größe µm 12

13 Endoplasmatisches Retikulum Größe ca. 10% der Zelle Raues ER Ort der Proteinsynthese Glattes ER Ort der Membranlipidsynthese 13

14 Eukariotische Zelle Größe µm 14

15 Vesikel Membranabschnürungen Transport Nährstoffe Proteine 15

16 Eukariotische Zelle Größe µm 16

17 Golgi-Apparat Versandhaus der Zelle Empfängt Sortiert Proteine Schickt sie an Bestimmungsort Größe 1-2µm 17

18 Eukariotische Zelle Größe µm 18

19 Lysosomen Größe 1µm Verdauungsapparat der Zelle Zerlegung von Makromolekülen in Monomere Besitzen Verdauungsenzyme Anzahl: mehrere Dutzend 19

20 Eukariotische Zelle Größe µm 20

21 Peroxisom Abbau von Giften Fetten Vorkommen Leberzellen Nierenzellen Nervenzellen Größe 0,2-0,5µm 21

22 Eukariotische Zelle Größe 30-40µm 22

23 Mitochondrien Kraftwerke der Zelle Bildung von ATP aus Nährstoffen und Sauerstoff Besitzen eigene DNA Anzahl: Größe 0,5-10µm 23

24 Pflanzliche Zelle Zellwand Vakuole Chloroplasten 24

25 Chloroplasten Kraftwerke der pflanzlichen Zelle Orte der Photosynthese Besitzen eigene DNA Anzahl:????? Größe 0,2x0,5µm 25

26 Pflanzliche Zelle Zellwand Vakuole Chloroplasten 26

27 Vakuole Funktionen Speicherung Stabilität Verdauung Anzahl: 1+ Größe 10-90% der Zelle 27

28 Eukariotische Zelle Größe µm 28

29 Centrosom Zellteilung Skelett Vorkommen: Tierische Zelle Pflanzliche Zelle (niedere Pflanzen) Größe 170x150nm 29

30 Eukariotische Zelle Größe µm 30

31 Cytoskelett 31

32 Mikrotubuli 32

33 Intermediärfilamente 33

34 Aktinfilamente 34

35 Problemen bei der Visualisierung Komplexe Struktur der Zellkompartimente Unterschiedliche Größen Variable Anzahl Zufallsverteilung Berührungspunkte Kollisionsprobleme Zelldifferenzierung 35

36 Zelldifferenzirungen 36

37 THE INNER LIFE OF THE CELL 37

38 3 dimensionale Darstellung von Zellen Problemen bei der Visualisierung Topologie und Physiologie Kollisionsbehandlung 38

39 Was man beachten muss Aufbau einer Zelle z.b. liegt um den Zellkern das enodoplasmatische Retikulum Erscheinungsbild einer Zelle Oberflächenbeschaffenheit und Farbwahl 39

40 Mögliche Lösungsansätze Zweiphasige Algorithmen Bounding Volumes (Sphäre, AABB, OBB, k-dop) Bounding Volume Hierarchien Räumliche Zerlegung von Objekten oder Szenen Einphasige Algorithmen BSB-Bäume Hubbard s Methode 40

41 Bounding Volumes Sphäre Axis Alignet Bounding Box Oriented Bounding Box Oriented Polytopes (k-dop) 41

42 Kollisionserkennung Teile Kollisionserkennung in zwei Phasen auf Broad-Phase, Objekte die sich nicht treffen werden aussortiert Nahphase, die verbleibenden Objekte werden auf überlappung getestet 42

43 Kollisionserkennung Y Dimensionen Reduktion - Darstellung der Dimensionen in einem x-y-koordinatensystem Überlappungen auf der xachse: grün-rot, rot-blau Überlappungen auf der yachse: orange-rot, orangegrün, rot-grün, blau-grün 2D-Überlappung: grün-rot X Falls N Objekte gegeben sind, so sind N² N Schnitttest durchzuführen 2 43

44 Sweep and Prune Algorithmus Sortiere die Intervalle aufsteigend nach ihren linken Intervallgrenzen in einer Liste Sortierte Liste: L = [ I3, I1, I2] 44

45 Kollisionserkennung Durchlaufe die Liste L mit einer Sweep-Line Ein Intrevall wird A zugeordnet, wenn die Sweep-Line die linke Seite des Intervalls erreicht hat s3 s1 e3 s2 Sortierte Liste: L = [I3, I1, I2] Aktiv: A=[ I3] e1 e2 45

46 Kollisionserkennung Alle in A liegenden Intervalle überschneiden sich 46

47 Kollisionserkennung Ein Intervall wird aus der Liste A gelöscht, sobald die Sweep-Line die rechte Grenze des Intervalls erricht hat 47

48 Kollisionserkennung Sweep and Prune für alle Ebenen Zwei Objekte kollidieren Überlappung auf allen drei Ebenen 48

49 Automatische Modellierung Idee: Darstellung von innen nach außen Erstellen von großen Elementen Rest kann in der Zelle verteilt werden 49

50 Vorgehen Was möchte der Benutzer erzeugen Eingabemöglichkeiten Prüfe ob in Abhängigkeit der gewählten Größe die Darstellung möglich ist Reserviere einen kleinen Teil für eventuelle Probleme 50

51 Literatur Neil A.Campbell, Biologie, Spektrum Müller-Esterl, Biochemie, Elsevier GmbH 51

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