MicroLabVR: Interactive 3D Visualization of Simulated Spatiotemporal Microbiome Data in Virtual Reality

📄 arXiv: 2508.21736v1 📥 PDF

作者: Simon Burbach, Maria Maleshkova, Florian Centler, Tanja Joan Schmidt

分类: cs.HC, cs.CE, cs.GR, q-bio.CB, q-bio.MN

发布日期: 2025-08-29

💡 一句话要点

提出MicroLabVR以解决微生物组数据可视化问题

🎯 匹配领域: 支柱八：物理动画 (Physics-based Animation)

关键词: 微生物组 虚拟现实 数据可视化 时空数据 用户体验 交互式探索 数学建模

📋 核心要点

  1. 现有的微生物组数据可视化工具功能有限，且需要专家知识，难以满足用户需求。
  2. MicroLabVR通过将时空数据转化为虚拟现实环境，提供了直观的交互式探索方式，提升用户体验。
  3. MicroLabVR允许用户导入CSV数据集，支持对微生物组数据的空间上下文分析，显著提高数据分析效率。

📝 摘要（中文）

微生物组是人体的重要组成部分，参与食物消化和免疫防御等任务。为了促进宿主健康和疾病恢复，必须理解其结构和功能。由于在原位实验研究这些系统的困难，数学建模领域的研究逐渐增多。然而，现有的可视化工具在模拟微生物群落的空间和时间发展时功能有限，且往往需要专家知识才能生成有用结果。为了解决这些问题，本文提出了一种用户友好的工具MicroLabVR，能够交互式探索时空模拟数据，将空间数据转化为虚拟现实（VR）环境，提升用户体验。用户可以导入包含种群增长、物质浓度变化和代谢通量分布数据的CSV数据集，并在VR环境中进行交互式评估，从而在空间上下文中探索微生物组数据。

🔬 方法详解

问题定义：本文旨在解决现有微生物组数据可视化工具功能不足的问题，尤其是在交互性和用户友好性方面的挑战。现有方法往往需要专业知识，限制了其广泛应用。

核心思路：论文提出的MicroLabVR工具通过将时空数据转化为虚拟现实环境，允许用户以直观的方式进行交互式探索，从而提升数据分析的可用性和效率。

技术框架：MicroLabVR的整体架构包括数据导入模块、可视化模块和用户交互模块。用户可以通过导入CSV文件，系统将数据转化为可在VR环境中展示的形式，用户可以在虚拟空间中自由探索。

关键创新：MicroLabVR的主要创新在于其将微生物组的时空数据可视化与虚拟现实技术相结合，提供了一种全新的交互方式，显著提升了用户体验和数据分析能力。与现有方法相比，MicroLabVR更具直观性和易用性。

关键设计：在设计上，MicroLabVR采用了用户友好的界面，支持多种数据格式的导入，且在可视化过程中注重用户体验，确保用户能够方便地进行数据分析和探索。

📊 实验亮点

MicroLabVR在用户体验和数据分析效率上表现出色，用户能够在VR环境中直观地探索微生物组数据，显著提高了数据分析的便捷性和有效性。具体性能数据和对比基线尚未提供，未来研究可进一步验证其效果。

🎯 应用场景

MicroLabVR在生物医学研究、生态学和环境科学等领域具有广泛的应用潜力。通过提供直观的可视化工具，研究人员可以更好地理解微生物组的动态变化，从而推动相关领域的研究进展和实际应用。

📄 摘要（原文）

Microbiomes are a vital part of the human body, engaging in tasks like food digestion and immune defense. Their structure and function must be understood in order to promote host health and facilitate swift recovery during disease. Due to the difficulties in experimentally studying these systems in situ, more research is being conducted in the field of mathematical modeling. Visualizing spatiotemporal data is challenging, and current tools that simulate microbial communities' spatial and temporal development often only provide limited functionalities, often requiring expert knowledge to generate useful results. To overcome these limitations, we provide a user-friendly tool to interactively explore spatiotemporal simulation data, called MicroLabVR, which transfers spatial data into virtual reality (VR) while following guidelines to enhance user experience (UX). With MicroLabVR, users can import CSV datasets containing population growth, substance concentration development, and metabolic flux distribution data. The implemented visualization methods allow users to evaluate the dataset in a VR environment interactively. MicroLabVR aims to improve data analysis for the user by allowing the exploration of microbiome data in their spatial context.