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Transparente Einblicke ins Innere von Molekülen

15.05.13

Neue Technik ermöglicht transparente Visualisierungen

Visualisierung eines Proteins. Die transparente Darstellung zeigt gleichzeitig Oberfläche sowie den Atomaufbau (Stäbchen-Modell) im Innenraum.

Chemiker, Physiker und Biomediziner arbeiten oft mit molekularen Daten, etwa aus Messungen (Röntgenkristallographie, Rastertunnelmikroskopie) oder aus Computer-Berechnungen (Molekulardynamik-Simulationen). Für ihre Untersuchungen sind oft umfangreiche und komplexe Daten zu analysieren. Virtuelle Bilder, die konkret auf die Fragestellung zugeschnitten sind, spielen hier eine bedeutende Rolle. Möchte beispielsweise ein Biochemiker untersuchen, wie sich ein Biomolekül in verschiedenen Lösungsmitteln verhält, benötigt er Informationen über dessen Oberflächenstrukturen und atomaren Aufbau. Transparenzen ermöglichen es, verschiedene Darstellungsformen miteinander zu kombinieren und so zeitgleich mehrere Aspekte abzubilden. So können Form und Aufbau des Moleküls zeitgleich betrachtet und analysiert werden.

Wissenschaftler des Visualisierungsinstitutes der Universität Stuttgart haben nun im Rahmen des Sonderforschungsbereiches (SFB) 716 eine Technik entwickelt, die Moleküle transparent darstellen kann und so einen Blick in deren Innenleben ermöglicht. Was im Ergebnis simpel aussieht, stellt einige Herausforderungen an die Algorithmen, die es zur Erzeugung der Bilder benötigt. Die Schwierigkeit liegt vor allem darin, ungewünschte Artefakte im Inneren eines Objektes zu vermeiden. Hierzu wurde die Raycasting-Methode für opake Moleküloberflächen mit einer reduzierten Darstellung des Moleküls kombiniert. Die entwickelte Methode ermöglicht eine konsistente Darstellung und ist trotz ihres komplexen Aufbaus wesentlich effizienter als bisherige Verfahren.

Anfang Mai stellte der SFB-Wissenschaftler Daniel Kauker seine Ergebnisse auf der internationalen Visualisierungskonferenz EGPGV 2013 (Eurographics on Parallel Graphics and Visualization) in Girona (Spanien) vor. Der nächste Schritt ist es, die neue Technik in die Visualisierungssoftware MegaMol zu integrieren.

 

Originalveröffentlichung:
Kauker, Daniel; Krone, Michael; Panagiotidis, Alexandros; Reina, Guido; Ertl, Thomas:
Rendering Molecular Surfaces using Order-Independent Transparency

In: Eurographics Symposium on Parallel Graphics and Visualization (EGPGV) 13 (2013).