Visual Verification and Analysis of Cluster Detection for Molecular Dynamics

Im Zeitraum 2007 bis 2012 war ich am Visualisierungsinstitut der Universität Stuttgart, bzw. am Institut für Visualisierung und Interaktive Systeme. Der Kernbereich meiner Arbeit war die Forschung und Entwicklung von Visualisierungen für Datensätze aus Molekulardynamiksimulationen, finanziert durch den Sonderforschungsbereich 716 der DFG. Einerseits ging es darum mit immer größeren Datensatzen umgehen zu können und andererseits ging es darum eine effiziente visuelle Analyse zu unterstützen, indem sinnvolle Darstellungen von den Originaldaten abgeleitet werden. 2007 stellte ich auf der IEEE VIS Konferenz in Sacramento hierzu meine erste Arbeit vor, dieses Paper mit dem Titel „Visual Verification and Analysis of Cluster Detection for Molecular Dynamics“ [1]. In dieser Arbeit geht es darum Algorithmen zu Detektion von Molekülcluster, z. B. Vorläufer von Tropfen in Gasen, zu untersuchen. Jeder solcher Algorithmus hat seine Schwächen und Stärken, je nach Anwendungsfall, und so spielt die visuelle Untersuchung der Ergebnisses eine wichtige Rolle. Vor allem die Stabilität der gefundenen Cluster über die Zeit, sowie ihre Interaktion sind hier ausschlaggebend.

Daher habe wir (meine Kollegen und ich) in diesem Paper zunächst unterschiedliche Definitionen aufgestellt, um wichtige Teile des Datensatzen zu identifizieren. Die vielleicht wichtigste ist die der „Flussgruppe“: eine Gruppe von Molekülen, die zusammen, zu einem Zeitpunkt einen Molekülcluster verläßt und zu einem späteren Zeitpunkt zusammen, gleichzeitig einem zweiten gemeinsamen Molekülcluster wieder beitreten. Es sind also alle Moleküle die gemeinsam, gleichzeitig den Cluster wechseln. Diese Definition erlaubt, visualisiert in unterschiedlichen Ansichten, die Stabilität eines Algorithmus zur Clustererkennung zu beurteilen und sogar unterschiedliche Algorithmen miteinander zu vergleichen. Diese Arbeit war dann auch der Grundstein für meine Dissertation zum Thema Visualisierung von Molekulardynamikdaten.

[1] S. Grottel, G. Reina, J. Vrabec, and T. Ertl, „Visual Verification and Analysis of Cluster Detection for Molecular Dynamics,“ Visualization and Computer Graphics, IEEE Transactions on, vol. 13, iss. 6, pp. 1624-1631, 2007.
[Bibtex]

@article{Grottel2007nucleation,
  author = {Grottel, Sebastian and Reina, Guido and Vrabec, Jadran and Ertl, Thomas},
  journal={Visualization and Computer Graphics, IEEE Transactions on}, 
  number = 6,
  pages = {1624--1631},
  title = {{Visual Verification and Analysis of Cluster Detection for Molecular Dynamics}},
  volume = 13,
  year = 2007,
  doi={10.1109/TVCG.2007.70614},
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