Shape Analysis und interaktive Exploration des Shape Space

Abstract

Details

Beschreibung

Das Projekt beschäftigt sich mit der morphologischen Analyse und Visualisierung-Methoden für vergleichende Morphologie von biologischen Strukturen. In diesem Kontext werden die Daten durch Micro-CT Scans erfasst, da diese hoch-auflösend sowie nicht-destruktiv sind und so ein reichhaltiges Ausgangsmaterial darstellen.

Die Aufgaben und Ziele des Projekts gliedern sich wie folgt:

  • Methoden zur Berechnung der Mean Shape. Dieser Teil beinhaltet automatische Techniken für die 3D Registrierung und das Dense Matching zwischen den individuellen Datensätzen. Neue Methoden werden benötigt um die variierenden Charakteristiken innerhalb der Datensätze mit einzubeziehen, z.B. sollten unterschiedlich abgenutzte Zähne innerhalb ein und derselben Klasse von Nagetieren keinen Einfluss auf die Mean Shape haben. Weil solche Aspekte hochgradig speziell für unsere Applikation sind, müssen die verwendeten Shape Metriken entsprechend angepasst werden. Hierfür sollen Benutzer-unterstützte sowie automatische Techniken untersucht werden.
  • Methoden zur visuellen Exploration des Shape Space. Um morphologische Studien durchzuführen, müssen Werkzeuge entwickelt werden, die eine interaktive, uneingeschränkte visuelle Navigation der, von der Gesamtheit der Shapes aufgespannten, hochdimensionalen Mannigfaltigkeit erlauben (ähnlich zu Techniken aus dem Bereich von Bilddatenbanken). Da Shapes eine sinnhafte und intuitive natürliche Form der Darstellung besitzen, ist eine solche Navigation sehr gut geeignet, um Korrelationen und Abhängigkeiten zu entdecken sowie auch um neue Hypothesen zu formen.
  • Visualisierungstechniken zur Darstellung der Shape Variation. Es soll die sehr komplexe Morphologie und Variation von Nagetier Schädeln visualisiert werden. Eine enge Verknüpfung dieser Techniken mit dem visuellen Explorations-Werkzeug  ist beabsichtigt, z.B. kann so die Varianz von beliebigen, im Explorations-Werkzeug selektierten, Teilmengen der Schädel-Exemplare untersucht werden.

Natürlich sind die entwickelten Methoden nicht auf das gegebene Anwendungsgebiet beschränkt, sondern können auch in allen anderen Gebieten angewendet werden, in denen Shape Analysis und Visualisierung benötigt wird.

Seit 2012 ist dieses Projekt Teil des externDFG SPP "Scalable Visual Analytics".

Von 2009 bis 2012 wurde diese Arbeit durch ein Stipendium der externB-IT Research School gefördert.

Publikationen

 
In: IEEE Trans. on Visualization and Computer Graphics (2016), 22:1(708-717)
 
In: Computers & Graphics (Sept. 2015), 53, Part A(63-71)
 
Max Hermann, Anja C. Schunke und Reinhard Klein
Poster at Symposium on Statistical Shape Models & Applications (SHAPE2014) in Delémont, Switzerland, Juni 2014
 
In proceedings of IEEE PacificVis 2014, März 2014
 
In proceedings of Central European Seminar on Computer Graphics for Students (CESCG'2013), pages 113-120, Apr. 2013
 
In proceedings of 2012 ACM SIGGRAPH/Eurographics Symposium on Computer Animation, Lausanne, Switzerland, Juli 2012
 
Max Hermann, Anja C. Schunke und Reinhard Klein
In proceedings of BioVis 2011: 1st IEEE Symposium on biological data visualization, Providence, Rhode Island, USA, pages 151-158, IEEE, Okt. 2011
 
Anja C. Schunke, Max Hermann und Reinhard Klein
Poster presentation at 9th Int. Congress of Vertebrate Morphology in Punta del Este, Uruguay, Juli 2010

Projects and Software

  • StarVis. StarVis is an application for explorative investigation of similarities in morphometric attributes between different geographical populations. Based on glyph visualization of morphometric attributes overlayed on a geographic map it features dynamic views and interactive filtering. Similar groups can be visually clustered on several scales using Voronoi diagrams.
    See StarVis project page details and software.

  • Semantically Steered Visual Analysis of Shape Space. Relying on densely registered volumetric shape datasets (such as acquired in modern micro CT) we developed interactive methods which, exploiting semantic knowledge, allow a meaningful investigation of shape space. The techniques are efficient and targeted at highly detailed morphometric shapes. First promising results are achieved in analysis of rodent mandibles which provide a challenging example regarding their high shape variability.
    See project page for details.
Screenshot of StarVis application.
Overview of visual analysis system for morphometric shape spaces.