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Lehrstuhl für Praktische Informatik / Grafische
Systeme
Brandenburgische Technische Universität Cottbus
Winfried Kurth, Erwin Roth, Thomas Mangoldt, Ole
Kniemeyer, Gerhard Buck-Sorlin Brandenburgische
Technische Universität Cottbus, Fakultät für
Naturwissenschaften, Mathematik und
Informatik, Institut für Informatik
Ewald-Haase-Str. 12/13, Cottbus
http//www-gs.informatik.tu-cottbus.de/wwwgs
wk_at_informatik.tu-cottbus.de

• Lehre
• Vorlesungen
• Computergrafik
• Grundzüge der Computergrafik
• Bildanalyse und Bildverstehen
• Algorithmische Geometrie
• Interaktive Grafik
• Grundlagen der digitalen
• Druckvorstufe und Drucktechnik
• Artificial Life
• Grundlagen des Data Mining
• Algorithmieren und Programmieren
• (Informatik I für Ingenieurstudiengänge)
• Computer Science for Environmental
• and Resource Management
• Seminare und Praktika
• Auswertung von 3D-Daten
• Mustererkennung in Bildern und
• 3D-Daten

• Forschungsschwerpunkte
• 1. Graph-Grammatiken als Werkzeuge zur
  Modellspezifikation in der Biologie
• ? DFG-Projekt Techniken der Informatik für
  Struktur-Funktions-Modelle von Pflanzen (3 Jahre)

Kooperation mit Institut für Pflanzengenetik und
Kulturpflanzen-forschung (IPK), Gatersleben, und
Universität Halle-Wittenberg, Institut für Acker-
und Pflanzenbau

• Ausgangspunkt unterschiedliche, z.T.
  inkonsistente Modellkonzepte für verschiedene
  Gegenstände / auf unterschiedlichen Skalenebenen
• Die systembiologische Herangehensweise verlangt
  nach Integration der Skalenebenen / der Modelle
• gebraucht werden intuitiv anwendbare, auf
  biologische Fragestellungen zugeschnittene
  Modellspezifikationssprachen
• Berücksichtigung dreidimensionaler Strukturen
  von Pflanzen und Pflanzenbeständen (u.a. auch zum
  Zweck der Visualisierung)
• Graph-Grammatiken
• verbinden Universalität mit Problem-Angemessenhe
  it für einen großen Kreis biologischer
  Fragestellungen
• verallgemeinern die aus der Pflanzenvisualisieru
  ng bekannten Lindenmayer-Systeme
• im Projekt entwickelte Variante von
  Graph-Grammatiken mit edge labels und node
  labels "Relationale Wachstumsgrammatiken" (RGG)

Formalismus Relationale Wachstums- grammatiken
(RGG)
Sprache XL
Modell
Software GroIMP
j k, l m gt j m, l k

• Beispielanwendung
• BarleyBreeder Modellierung und Simulation von
  Pflanzenzüchtung in einem Genotyp-Phänotyp-Modell
  der Gerste
• Crossing-over als Funktion des Rekombinations-
• abstandes zweier Gene
• Mutation
• interaktive Selektion der Eltern (sexuelle und
• asexuelle Reproduktion)
• Wachstum und dreidimensionale Pflanzenarchitektur

Detail Kontrolle der Internodien-streckung durch
ein regulatorisches Netzwerk, welches im selben
Formalismus einen Teilaspekt der
Gibberellinsäure-Biosynthese abbildet.
virtuelle Gerste

• 3. Automatische Interpretation grafischer
  Informationen (im Kontext von textuellen
  Informationen) aus dem Web
• Arbeiten gerade erst begonnen
• Hintergrund Informationsfülle im Web
• intelligente Web-Mining-Techniken
• als Werkzeuge für Information Retrieval
• und wissenschaftliches Arbeiten
• (Sozial-, Kulturwissenschaften,
• Marktforschung, Trendforschung,
• Medien-Inhaltsanalyse, Monitoring
• öffentlicher Stimmungen, Friedens-
• forschung...)

siehe auch http//www.grogra.de

• 2. Aufnahme von 3D-Daten für virtuelle Szenen,
  Flächenrekonstruktion, Mustererkennung
• Kooperation mit DLR (Institut für
  Weltraumsensorik und
• Planetenerkundung, Berlin-Adlershof)
• und Universität Halle-Wittenberg

• Ziele
• kostengünstiges Verfahren
• keine gesonderte
• Kalibrierungsprozedur
• Robustheit gegen kleine
• Bewegungen der Objekte
• speichereffiziente Struktur-
• Repräsentation
• Erkennung problem-
• spezifischer (Sub-)Objekte
• (z.B. Pflanzenorgane)

Aufbau eines 3D-Aufnahmesystems mit
strukturiertem Licht

• Geplante Entwicklungen
• Modellierung des Kohlenstoff- und
  Stickstoff-Metabolismus in Gerste mittels
  relationaler Wachstumsgrammatiken
• Ausbau der Sprache zwecks Modellierung von
  Zellverbänden und Gewebe
• Erweiterung um Formalismen zur Einbettung und
  impliziten Lösung von Differentialgleichungs-syste
  men
• Erweiterung um selbstreferenzielle Elemente
• weitere Visualisierungsmöglichkeiten

• Beispiel einer studentischen Arbeit
• im Zusammenhang mit Schwerpunkt 3
• "Cartoon-Extrahierer" aus Webseiten
• (Meyer, Kamdem, Qian, Wu)

Flächenrückführung aus Punktwolken (gewonnen mit
Aufnahmeverfahren mit strukturiertem Licht
DigiScan (Koop. Univ. Halle) sowie
Eigenentwicklung) Probleme sehr große Zahl von
Punkten (bis zu 400 000) Inkonsistenzen durch
Blattbewegungen während der Aufnahme Okklusionen
? 23327 Punkte
Lösungsansatz (Masterarbeit A. Bucksch) Punktredu
ktion in 3 Schritten (1) Zusammenführen der
Punktwolke (2) Auffinden von Quadriken zur
Punktapproximation (3) Adaptive Reduktion /
Reduktion der Ebenen (Voronoi-Diagramm)
Ergebnis für Blattspreite
409 Vertices ?
Publikationen (Auswahl)
Programmiersprachen und Modellspezifikation Winfri
ed Kurth, Relational growth grammars a graph
rewriting approach to dynamical systems with a
dynamical structure. To appear in Workshop
"Unconventional Programming Paradigms 2004" (UPP
2004), September 15-17, 2004, Mont Saint-Michel
(France), Lecture Notes in Computer
Science. Winfried Kurth, Spatial structure,
sensitivity and communication in rule-based
models. In Franz Hölker (ed.), Scales,
Hierarchies and Emergent Properties in Ecological
Models. Reihe "Theorie in der Ökologie", Bd. 6.
Peter Lang, Frankfurt a. M. 2002, 29-46. Ole
Kniemeyer, Rule-based modelling with the
XL/GroIMP software. In Harald Schaub, Frank
Detje, Ulrike Brüggemann (eds.), The Logic of
Artificial Life. Proceedings of 6th GWAL, Bamberg
14.-16. 4. 2004, AKA Akademische Verlagsges.
Berlin 2004, 56-65.
Artificial Life Ole Kniemeyer, Gerhard
Buck-Sorlin, Winfried Kurth, A graph grammar
approach to Artificial Life. Artificial Life,
10(4) 413-431 (2004) Ole Kniemeyer, Gerhard
Buck-Sorlin, Winfried Kurth, Representation of
genotype and phenotype in a coherent framework
based on extended L-systems. In Wolfgang
Banzhaf, Thomas Christaller, Peter Dittrich, Jan
T. Kim, Jens Ziegler (eds.), Advances in
Artificial Life. Proceedings of ECAL 2003,
Dortmund 14.-17. 9. 2003, Lecture Notes in
Artificial Intelligence 2801, Springer, Berlin
2003, 625-634.
Modelle der pflanzlichen Morphogenese und
Genetik Gerhard Buck-Sorlin, Ole Kniemeyer,
Winfried Kurth, Integrated grammar representation
of genes, metabolites and morphology The example
of hordeomorphs. Proceedings of the 4th
International Workshop on Functional-Structural
Plant Models (FSPM04), 7-11 June, 2004,
Montpellier (France), pp. 386-389. Gerhard
Buck-Sorlin, Ole Kniemeyer, Winfried Kurth, An
approach towards virtual barley. New Phytologist
(in press).
3D-Datenanalyse Thomas Mangoldt, Winfried Kurth,
Alexander Bucksch, Peter Wernecke, A system for
recording 3D information with applications in the
measurement of plant structure. Proceedings of
the 4th International Workshop on
Functional-Structural Plant Models (FSPM04), 7-11
June, 2004, Montpellier (France).