Illinois team significantly improves BioCro software for growing virtual crops

ENG: A team from the University of Illinois has revamped the popular crop growth simulation software BioCro, making it a more user-friendly and efficient way to predict crop yield. The updated version, BioCro II, allows modelers to use the technology much more easily and includes faster and more accurate algorithms.

Credit: University of Illinois

“In the original BioCro, all the math that the modelers were using was mixed into the programming language, which many people weren’t familiar with, so it was easy to make mistakes,” said Justin McGrath, a Research Plant Physiologist for the U.S. Department of Agriculture, Agricultural Research Service (USDA-ARS) at Illinois. “BioCro II separates those so modelers can do less programming and can instead focus on the equations.”

Separating the equations from the programming language allows researchers to try new simulations more easily. For example, if a project is looking at how a gene can help plants to use light more efficiently, the equations for that specific gene can be added to existing models, rather than having to change the entire model to include the new information. This development also allows for the software to operate well with other models, a large improvement from the original BioCro.

RO: O echipă de la Universitatea din Illinois a modernizat popularul software de simulare a creșterii culturilor BioCro, făcându-l mai ușor de utilizat și mai eficient în prezicerea randamentului culturilor. Versiunea actualizată, BioCro II, permite modelatorilor să utilizeze tehnologia mult mai ușor și include algoritmi mai rapizi și mai preciși.

“În versiunea originală a BioCro, toate calculele matematice pe care le foloseau modelatorii erau amestecate în limbajul de programare, cu care mulți oameni nu erau familiarizați, astfel încât greșelile se făceau ușor”, a declarat Justin McGrath, cercetător în domeniul fiziologiei plantelor pentru Departamentul de Agricultură al SUA, Serviciul de Cercetare Agricolă (USDA-ARS) din Illinois. “BioCro II le separă pe acestea, astfel încât modelatorii pot face mai puțină programare și se pot concentra în schimb pe ecuații.”

Separarea ecuațiilor de limbajul de programare le permite cercetătorilor să încerce mai ușor noi simulări. De exemplu, dacă un proiect analizează modul în care o genă poate ajuta plantele să utilizeze lumina mai eficient, ecuațiile pentru acea genă specifică pot fi adăugate la modelele existente, în loc să fie nevoie să se modifice întregul model pentru a include noile informații. Această dezvoltare permite, de asemenea, ca software-ul să funcționeze bine cu alte modele, ceea ce reprezintă o mare îmbunătățire față de BioCro original.

Source (RIPE, Illinois team significantly improves BioCro software for growing virtual crops, 28.02.2022)

Paper: Lochocki, E.B., Rohde, S., Jaiswal, D., Matthews, M.L., Miguez, F., Long, S.P. and McGrath, J.M., 2022. BioCro II: a software package for modular crop growth simulations. in silico Plants4(1), p.diac003.

DIY Digital Archaeology: New Methods for Visualizing Small Objects and Artefacts

ENG: The ability to visually represent artefacts, whether inorganics like stone, ceramic and metal, or organics such as bone and plant material, has always been of great importance to the field of anthropology and archaeology. Digital photography is the most commonly used method of visual representation, but despite its speed and efficiency, it often fails to faithfully represent the artefact being studied. In recent years, 3-D scanning has emerged as an alternative source of high-quality visualizations, but the cost of the equipment and the time needed to produce a model are often prohibitive.

Credit: Jacopo Niccolò Cerasoni

Now, a paper published in PLOS ONE presents two new methods for producing high-resolution visualizations of small artefacts, each achievable with basic software and equipment. Using expertise from fields which include archaeological science, computer graphics and video game development, the methods are designed to allow anyone to produce high-quality images and models with minimal effort and cost.

The first method, Small Object and Artefact Photography or SOAP, deals with the photographic application of modern digital techniques. The protocol guides users through small object and artefact photography from the initial set up of the equipment to the best methods for camera handling and functionality and the application of post-processing softwares.

The second method, High Resolution Photogrammetry or HRP, is used for the photographic capturing, digital reconstruction and three-dimensional modelling of small objects. This method aims to give a comprehensive guide for the development of high-resolution 3D models, merging well-known techniques used in academic and computer graphic fields, allowing anyone to independently produce high resolution and quantifiable models.

The SOAP and HRP protocols were developed using Adobe Camera Raw, Adobe Photoshop, RawDigger, DxO Photolab, and RealityCapture.

RO: Capacitatea de a reprezenta vizual artefacte, fie ele anorganice, cum ar fi piatra, ceramica și metalul, sau organice, cum ar fi osul și materialul vegetal, a fost întotdeauna de mare importanță pentru domeniul antropologiei și arheologiei. Fotografia digitală este cea mai frecvent utilizată metodă de reprezentare vizuală, dar deseori nu reușește să reprezinte cu fidelitate artefactul studiat în ciuda vitezei și eficienței sale. În ultimii ani, scanarea 3D a apărut ca o sursă alternativă de vizualizări de înaltă calitate, dar costul echipamentului și timpul necesar pentru a produce un model sunt adesea prohibitive.

Acum, o lucrare publicată în PLOS ONE prezintă două noi metode pentru producerea de vizualizări de înaltă rezoluție ale artefactelor mici, fiecare dintre ele realizabilă cu ajutorul unui software și al unui echipament de bază. Folosind expertiză din domenii care includ știința arheologică, grafica pe calculator și dezvoltarea de jocuri video, metodele sunt concepute pentru a permite oricui să producă imagini și modele de înaltă calitate cu efort și costuri minime.

Prima metodă, “Small Object and Artefact Photography” sau SOAP, se referă la aplicarea fotografică a tehnicilor digitale moderne. Protocolul îi ghidează pe utilizatori prin fotografierea obiectelor și artefactelor de mici dimensiuni, de la configurarea inițială a echipamentului până la cele mai bune metode de manipulare a aparatului foto și aplicarea softurilor de postprocesare.

Cea de-a doua metodă, fotogrammetria de înaltă rezoluție sau HRP, este utilizată pentru captarea fotografică, reconstrucția digitală și modelarea tridimensională a obiectelor mici. Această metodă își propune să ofere un ghid cuprinzător pentru dezvoltarea modelelor 3D de înaltă rezoluție, îmbinând tehnici bine cunoscute utilizate în domeniul academic și în cel al graficii computerizate, permițând oricui să producă în mod independent modele de înaltă rezoluție și cuantificabile.

Protocoalele SOAP și HRP au fost dezvoltate cu ajutorul Adobe Camera Raw, Adobe Photoshop, RawDigger, DxO Photolab și RealityCapture.

Source (Max Planck Institute, “DIY Digital Archaeology: New Methods for Visualizing Small Objects and Artefacts”, 13.04.2022)

Virtual reality tool to be used in the fight against disease

ENG: Advanced techniques in DNA and RNA sequencing have opened up the possibility of studying individual cells in tissue in a more comprehensive way than was previously possible. The big challenge with these sequencing techniques is that they lead to large amounts of data. To make this data comprehensible, each cell is mathematically positioned in three-dimensional space to form a “roadmap” of the cells, and how they relate to each other. However, these maps can be difficult to navigate using a regular desktop computer.

The Lund University team have developed the software CellexalVR; a virtual reality environment that enables researchers to use intuitive tools to explore all their data in one place. 3D maps of cells that have been calculated from gene activity and other information captured from individual cells can be displayed, and the researcher can clearly see which genes are active when certain cell types are formed. Using a VR headset, the user has a complete universe of cell populations in front of them, and can more accurately determine how cells relate to one another. Using two hand controllers, they can select cells of interest for further analysis with simple hand gestures as if they were physical objects. Since space is not an issue, it is possible to have several cellular maps in the same “room” and compare them side by side, something that is difficult on a traditional computer screen. Researchers can also meet in this VR world to analyse data together, despite being in different places geographically.

“Even if you are not familiar with computer programming, this type of analysis is open to everyone. A virtual world is a fast developing area of research that has enormous potential for scientists that need to access and process big-data in a more interactive and collaborative way”, concludes Shamit Soneji, researcher in computational biology at Lund University.

RO: Tehnicile avansate de secvențiere a ADN-ului și ARN-ului au deschis posibilitatea de a studia celulele individuale din țesuturi într-un mod mai cuprinzător decât era posibil până acum. Marea provocare a acestor tehnici de secvențiere este că ele conduc la cantități mari de date. Pentru a face aceste date inteligibile, fiecare celulă este poziționată matematic în spațiul tridimensional pentru a forma o “hartă” a celulelor și a modului în care acestea relaționează între ele. Cu toate acestea, aceste hărți pot fi dificil de navigat cu ajutorul unui calculator obișnuit.

Echipa de la Universitatea Lund a dezvoltat software-ul CellexalVR; un mediu de realitate virtuală care permite cercetătorilor să utilizeze instrumente intuitive pentru a explora toate datele într-un singur loc. Pot fi afișate hărți 3D ale celulelor care au fost calculate pe baza activității genelor și a altor informații capturate de la celule individuale, iar cercetătorul poate vedea clar ce gene sunt active atunci când se formează anumite tipuri de celule. Cu ajutorul unui set de căști VR, utilizatorul are în față un univers complet de populații de celule și poate determina cu mai multă precizie modul în care celulele relaționează între ele. Cu ajutorul a două controllere de mână, aceștia pot selecta celulele de interes pentru o analiză ulterioară cu ajutorul unor gesturi simple ale mâinilor, ca și cum ar fi obiecte fizice. Deoarece spațiul nu este o problemă, este posibil să existe mai multe hărți celulare în aceeași “cameră” și să fie comparate una lângă alta, ceea ce este dificil pe un ecran de computer tradițional. De asemenea, cercetătorii se pot întâlni în această lume virtuală pentru a analiza datele împreună, în ciuda faptului că se află în locuri diferite din punct de vedere geografic.

“Chiar dacă nu sunteți familiarizați cu programarea pe calculator, acest tip de analiză este disponibilă tuturor. O lume virtuală este un domeniu de cercetare în plină dezvoltare care are un potențial enorm pentru oamenii de știință care au nevoie să acceseze și să proceseze data într-un mod mai interactiv și mai colaborativ”, conchide Shamit Soneji, cercetător în domeniul biologiei computaționale la Universitatea Lund.

Source (Lund University, “WATCH: Virtual reality tool to be used in the fight against disease”, 23.11.2021)

Paper: Legetth, O., Rodhe, J., Lang, S., Dhapola, P., Wallergård, M. and Soneji, S., 2021. CellexalVR: A virtual reality platform to visualize and analyze single-cell omics data. IScience24(11), p.103251.