Virtuelle Blutplättchen

Hintergrund

Das Virtual Platelet Project kombiniert die Bereiche Systembiologie, translationale Bildgebung und Spieleentwicklung, um eine virtuelle Umgebung zu schaffen, die den natürlichen Lebensraum von Blut- und Immunzellen nachbildet. Mit dieser Umgebung sollen wichtige Aspekte des natürlichen Lebensraums von Blut- und Immunzellen simuliert werden:

• Blutgefäße: Simulation der Wege für den Blutfluss und den Zelltransport, die für das Verständnis der Zellbewegung und -funktion entscheidend sind.
• Zelluläre Interaktionen: Nachbildung der Interaktion von Blut- und Immunzellen untereinander und mit ihrer Umgebung, die für die Immunreaktion und andere Körperfunktionen entscheidend ist.
• Umgebung des Knochenmarks: Modellierung des Ortes, an dem Blutzellen produziert werden, ein wesentlicher Aspekt für das Verständnis von Zelllebenszyklen.
• Zellsignalisierungsnetzwerke: Simulation der Kommunikationswege zwischen Zellen, die für die Nachbildung des genauen Zellverhaltens entscheidend sind.

Dieses Projekt ist von großer Bedeutung, da es unser Verständnis von zellulärem Verhalten und Interaktionen in ihrem natürlichen Umfeld verbessern kann.

Kernkomponenten

• Systembiologie: Untersucht zelluläre Interaktionsnetzwerke und ihre Reaktionen auf Reize.
• Superauflösende 3D-Bildgebung: Liefert detaillierte 3D-Bilder von Zellen und ihrer Umgebung.
• Spieleentwicklung: Nutzt die Spieltechnologie, um dynamische, interaktive Simulationen zellulärer Prozesse zu erstellen.

Aufgabe

Als Teil des Virtual Platelet Project können Sie die folgenden kleineren Aufgaben als Ihre jeweilige Abschlussarbeit bearbeiten:

Option 1: Die Modell-Pipeline-Integration konzentriert sich auf die Überbrückung der hochauflösenden 3D-Bildgebung mit der Spiel-Engine, um eine optimale Leistung zu gewährleisten.

• Import-System: Erstellen Sie eine benutzerfreundliche Drag-and-Drop-Oberfläche für den Import von 3D-Modellen, die verschiedene Dateiformate unterstützt.
• Optimierungsfunktionen: Entwicklung von Schiebereglern zur dynamischen Änderung von Modellattributen wie Polygonanzahl und Texturauflösung sowie Implementierung von Level of Detail-Systemen.
• Modell-Informationen: Bieten Sie detaillierte Informationen (Textanzeige) über importierte Modelle und Prozessprotokolle.
• Textur-/Shader-Auswahl: Verfeinern Sie die visuelle Qualität der Modelle durch den Einsatz geeigneter Texturen und Shader, um ein Gleichgewicht zwischen visueller Wiedergabetreue und Leistungseffizienz zu erreichen.

Option 2: Dieses Teilprojekt widmet sich der Verbesserung der Realitätsnähe und Interaktivität von Thrombozytensimulationen, wobei der Schwerpunkt auf Verhaltensanimationen und der Simulation komplexer Interaktionen innerhalb von Blutgefäßen liegt.

• Verbesserung von Verhaltensanimationen und -simulationen: Verbesserung bestehender Animationen und Simulationen im Zusammenhang mit dem Verhalten von Blutplättchen mit Schwerpunkt auf der Verfeinerung von Objektkollisionen und der Strömungsdynamik in Gefäßsystemen.
• Generierung von Thrombozytenobjekten und Verhalten: Erstellen Sie virtuelle Blutplättchen mit spezifischen Verhaltensweisen wie Adhäsion, morphologische Veränderungen und Freisetzung sekundärer Botenstoffe.
• Input-Output-Verhaltensregeln: Erstellen Sie ein System zur Definition und Umsetzung von Eingabewerten in spezifisches Plättchenverhalten.
• Erkennungs- und Reaktionsmechanismen: Implementierung von Funktionen, die es Thrombozyten ermöglichen, Veränderungen in der Umgebung zu erkennen und darauf zu reagieren, z. B. Konzentrationsgradienten von Sekundärmetaboliten.
• Zusammenarbeit und API-Entwicklung: Arbeiten Sie eng mit dem Bioinformatik-Team zusammen, um die Netzwerkmodelle zu koordinieren und eine nahtlose API-Kommunikation für die zukünftige Integration sicherzustellen.
• Erweiterbarer Verhaltensrahmen: Entwicklung eines flexiblen Rahmens, um die einfache Hinzufügung neuer Thrombozyten-Verhaltensweisen in zukünftigen Updates zu erleichtern.

Option 3: Die Softbodies-Aufgabe konzentriert sich auf die realistische Simulation der physikalischen Eigenschaften zellulärer Komponenten und zielt insbesondere auf die Herausforderungen ab, die mit der genauen Darstellung der Dynamik weicher Körper in einer virtuellen Umgebung verbunden sind.

• Benennung von Entitäten: Entwicklung einer Funktion in Godot, die es den Benutzern ermöglicht, Entitäten auf einfache Weise als Softbodies zu identifizieren und zu klassifizieren, einschließlich einer klaren Rückmeldung bei erfolgreicher Benennung.
• Parameter-Konfiguration: Entwicklung einer Konfigurationsschnittstelle zur Manipulation der physikalischen Eigenschaften von Softbodies wie Steifigkeit und Elastizität, um realistische Simulationen zu gewährleisten.
• Interaktions-Mechanismus: Erstellen Sie Mechanismen für die Interaktion von Softbodies untereinander und mit ihrer Umgebung, einschließlich Aktionen wie Verschmelzung, Trennung und Verformung beim Aufprall, basierend auf etablierten Berechnungen und Modellen.
• Visualisierungsmodi: Implementieren Sie Modi, die die grafische Darstellung von Softbody-Strukturen ermöglichen und aufschlussreiches visuelles Feedback zu Spannungspunkten, Verformungsregionen usw. liefern, indem Sie Farbabstufungen oder Shader verwenden.

Option 4: Die VR-Toolbox ist für die Entwicklung interaktiver Werkzeuge und Umgebungen in der virtuellen Realität (VR) bestimmt.

• Modulare Toolbox: Entwerfen Sie eine modulare, VR-basierte Toolbox mit Drag-and-Drop-Prefabs und konfigurierbaren Parametern für verschiedene Interaktionswerkzeuge.
• Objekt-Interaktion: Implementieren Sie VR-Tools, mit denen Benutzer Objekte greifen, drehen und mit ihnen interagieren können, einschließlich einer "Cellular Zoom"-Funktion zur detaillierten Erkundung und einem "Info Tooltip" für objektbezogene Informationen.
• Manipulation der Umgebung: Entwickeln Sie VR-Schieberegler, um Umgebungsbedingungen wie pH-Wert und Temperatur einzustellen, und fügen Sie Beleuchtungsregler und Zeitraffer-Steuerungen zur Visualisierung biologischer Prozesse hinzu.
• Grundlegende Blutgefäßsimulation in VR: Erstellen Sie eine einfache VR-Simulation eines Blutgefäßes, um Zellbewegungen und -interaktionen zu veranschaulichen, wobei der Schwerpunkt eher auf einer einfachen visuellen Darstellung als auf biologischer Genauigkeit liegt.

Kontaktperson(en)

Sarah Hofmann (Hauptansprechperson)

Johannes Balkenhol