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Automatische und manuelle Informationszusammenstellung in der Nachbearbeitung von Reality Szenarien
(2007)
Als thematische Fortsetzung der beiden vorangegangenen Diplomarbeiten "Abstrakte Interaktionskonzepte in Erweiterten Realitäten" von Philipp Schaer und "Vor- und Nachbereitung einer Augmented Reality Applikation" von Anke Schneider im Rahmen des Mitte 2005 gegründeten Forschungsprojektes "Enhanced Reality" an der Universität Koblenz, befasste sich diese Arbeit mit dem Aufbau und der Informationszusammenstellung in der Nachbereitungsphase eines Augmented Reality Szenarios. Als kurzen Einstieg in das Forschungsgebiet der Augmented Reality diente eine Einordnung und Begriffsklärung sowie die Vorstellung verschiedener Anwendungsfelder zu Beginn der Arbeit. Danach wurde die Bedeutung der einzelnen Phasen Vorbereitung, AR-Tour und Nachbereitung im allgemeinen Ablauf eines AR Szenarios erläutert und versucht, Parallelen zum dramaturgischen Konzept des Digital Storytelling herzustellen. Die Nachbereitung im Sinne einer neuen Vorbereitungsphase anzulegen, wurde dabei als entscheidender Faktor zur positiven Beeinflussung des Spannungsverlaufs innerhalb eines AR Szenarios bewertet. Anhand von drei aktuellen Beispielen zu AR Edutainment bzw. Eduventure Projekten konnte die Idee und die Art der Wissens- und Informationsvermittlung, die durch eine AR-Tour stattfinden soll, näher gebracht werden. Hauptaugenmerk lag dabei auf der Herausstellung eines Ansatzes für eine mögliche Nachbereitungsphase, die bei den vorgestellten Projekten bisher noch keine Berücksichtigung gefunden hat.
RMTI (RIP with Metric based Topology Investigation) wurde in der AG Rechnernetze an der Universität Koblenz-Landau entwickelt. RMTI stellt eine Erweiterung zum RIP (Routing Information Protocol) dar, die das Konvergenzverhalten bei Netzwerkveränderungen, insb. bei Routingschleifen, verbessern soll. Dies geschieht durch Erkennen von Routingschleifen und Reduzieren des Count-to-infinity Problems. Um dieses gewünschte Verhalten nachweisen zu können, bedarf eine reichhaltige Evaluierung des RMTI- Algorithmus. Hierzu wurde in der gleichen Arbeitsgruppe die Client-/Server-Applikation XTPeer entwickelt. In Kombination mit anderen Software wie VNUML und Quagga Routing Suite lässt sich per XT-Peer der Algorithmus evaluieren. Die Applikation XTPeer generiert durch die Simulationen Daten. Diese können in Form von XML konforme SDF-Dateien exportiert werden. Diese können ohne weitere Auswertungen wieder in die XTPeer Applikation importiert werden. Die Evaluierung der Simulationen findet automatisiert nur an der aktuellen Simulation statt. Evaluierung über mehrere Simulationen muss der Benutzer manuell berechnen. Um diese Evaluierungsarbeiten für den Benutzer zu vereinfachen, verfolgt die vorliegende Diplomarbeit daher das Ziel, die XTPeer Applikation mit einem Auswertungsmodul zu erweitern. Die Auswertungen soll sich über alle gespeicherten Simulationsdaten und nicht wie bisher nur über die aktuell laufende Simulation erstrecken. Dies ermöglicht bessere statistisch verwertbare Aussagen. Zusätzlich können diese Auswertungsergebnisse grafisch unterstrichen werden.
Quadrokopter sind Helikopter mit vier in einer Ebene angeordneten Rotoren. Kleine unbemannte Modelle, die oft nur eine Schubkraft von wenigen Newton erzeugen können, sind im Spielzeug- und Modellbaubereich beliebt, werden aber auch von Militär und Polizei als Drohne für Aufklärungs- und Überwachungsaufgaben eingesetzt. Diese Diplomarbeit befasst sich mit den theoretischen Grundlagen der Steuerung eines Quadrokopters und entwickelt darauf aufbauend eine kostengünstige Steuerplatine für einen Modellquadrokopter.
Die theoretischen Grundlagen enthalten eine Untersuchung der Dynamik eines frei fliegenden Quadrokopters, bei der Bewegungsgleichungen hergeleitet und mit den Ergebnissen verglichen werden, die in "Design and control of quadrotors with application to autonomous flying" ([Bou07]) vorgestellt wurden. Weiterhin wird die Funktionsweise verschiedener Sensoren beschrieben, die zur Bestimmung der aktuellen räumlichen Ausrichtung geeignet sind, und es werden Verfahren besprochen, mit denen die Ausrichtung aus den Messwerten dieser Sensoren abgeschätzt werden kann. Zusätzlich wird in den Schiefkörper der Quaternionen eingeführt, in dem dreidimensionale Rotationen kompakt dargestellt und effizient verkettet werden können.
Daran anschließend wird die Entwicklung einer einfachen Steuerplatine beschrieben, die sowohl einen autonomen Schwebeflug als auch Fernsteuerung ermöglicht. Die Platine wurde auf einem X-Ufo-Quadrokopter der Firma Silverlit entwickelt und getestet, der daher ebenfalls vorgestellt wird. Die eingesetzten Bauteile und deren Zusammenspiel werden besprochen. Dabei ist insbesondere die WiiMotionPlus hervorzuheben, die als kostengünstiges Gyrosensormodul verwendet wird. Daneben werden verschiedene Aspekte der Steuersoftware erläutert: die Auswertung der Sensordaten, die Zustandsschätzung mit Hilfe des expliziten komplementären Filters nach Mahony et al. ([MHP08]), die Umsetzung des Ausrichtungsreglers sowie die Erzeugung der Steuersignale für die Motoren. Sowohl die Steuersoftware als auch Schaltplan und Platinenlayout der Steuerplatine liegen dieser Arbeit auf einer CD bei. Schaltplan und Platinenlayout sind zusätzlich im Anhang der Arbeit abgedruckt.
Im Rahmen der Arbeit wurde ein mehrstufiger Algorithmus entwickelt, der es ermöglicht, aus Bildfolgen eine Trajektorie der Kamerabewegung zu rekonstruieren. Die Kalibrierung der Kamera beruht auf dem Verfahren von Zhang und ermöglicht den Ausgleich der durch das Objektiv entstehenden radialen Verzerrung der Bilder. Die sich anschließende Detektion prägnanter Merkmale wird durch den SIFT-Operator geleistet, welcher neben subpixelgenauer Lokalisation der Merkmale zusätzlich einen stark markanten Deskriptor zu deren Beschreibung liefert. Außerdem sind die Merkmale invariant gegenüber Rotationen, was für einige mögliche Anwendungsfälle sehr relevant ist. Die Suche nach Korrespondenzen wurde auf Basis der Distance Ratio ausgeführt. Hier wurde eine komplette Formalisierung der Korrelationsbeziehung zwischen Merkmalsvektoren präsentiert, welche eindeutig eine symmetrische Beziehung zwischen SIFT-Merkmalsvektoren definiert, die den an eine Korrespondenz gestellten Ansprüchen gerecht wird. Zusätzlich wurde motiviert, warum die sonst in der Bildverarbeitung gängige Methode der Hierarchisierung zur Reduktion des Aufwands in diesem speziellen Fall zu schlechteren Inlier-Raten in den gefundenen Korrespondenzen führen kann. Anschließend wurde ein genereller Überblick über den RANSAC-Algorithmus und die aus ihm entspringenden Derivate gegeben.
Das Wissen über die genaue Position und Lage eines unbemannten Luftfahrzeugs spielt während der Durchführung einer autonomen Mission eine dominante Rolle. Unbemannte Luftfahrzeuge sind daher mit einer Vielzahl an Sensoren ausgestattet. Jeder dieser Sensoren leistet einen Beitrag zu diesem Ziel, wobei ein Sensor entweder eine absolute oder eine relative Angabe über den derzeitigen Aufenthaltsort oder die Fluglage ermöglicht. Alle Sensoren werden zu einer Gesamtlösung verknüpft, der Navigationslösung. Das am häufigsten eingesetzte - und auch meistens einzige - Verfahren zur absoluten Positionsbestimmung ist die Satellitennavigation. Diese ist abhängig von einer direkten Sichtlinie der mitgeführten Empfangsantenne zu den Satelliten. Falls es zu einer Unterbrechung dieser Sichtlinie kommt, ist eine genaue, absolute Positionsangabe nicht mehr möglich. Die Navigationslösung hat somit nur noch Sensoren zur Verfügung, die eine relative Positions- bzw. Lageangabe ermöglichen. Hierzu gehören das mitgeführte Magnetometer und das Inertialmesssystem. Beide unterliegen dem Phänomen der Drift. Dieses bedeutet, dass die Genauigkeit der Positions- und Lageangabe bei einem Ausfall der Satellitennavigation mit fortschreitender Zeit zunehmend unzuverlässig wird. Um diese Drift in einem bestimmten Rahmen zu kompensieren, kann ein Bildsensor verwendet werden. Dieser ermöglicht eine bildbasierte Bewegungsschätzung und stellt somit einen zusätzlichen Sensor zur Messung von relativen Lage- und Positionsänderungen dar. Ziel der Arbeit ist es, ein Verfahren zur bildbasierten Bewegungsschätzung für einen unbemannten Helikopter zu entwickeln und zu evaluieren.
Die Selbstlokalisation von Robotern ist schon seit Jahren ein aktuelles Forschungsthema, das insbesondere durch immer weiterentwickelte Techniken und Verfahren verbessert werden kann. Insbesondere finden Laserscanner in der Robotik immer häufiger Anwendung. In dieser Arbeit wird untersucht, ob durch die Fusionierung von Kamerabildern und 3D-Laserscannerdaten eine robuste und schnelle Selbstlokalisation theoretisch sowie praktisch realisierbar ist.
Business continuity planning
(2008)
Unternehmenskrisen lassen die Weltwirtschaft aufhorchen - gerade in jüngster Zeit häufen sich die Nachrichten über Notfälle und folgenschwere Fehlentscheidungen in Organisationen aller Art. Vieles bekommt die Außenwelt aber gar nicht erst mit, wenn die Ausweitung von Störungen noch in letzter Sekunde verhindert werden kann. Und wenn das Ausmaß zu groß wird? Dann droht oft das wirtschaftliche Aus. Business Continuity Planning ist der Vorsorgeprozess, der eine Institution auf den Ausnahmefall vorbereitet und garantiert, dass deren Existenz zu jeder Zeit gesichert ist und alle geschäftskritischen Prozesse auch während einer Krise aufrecht erhalten werden können. Diese Diplomarbeit erleichtert den Einstieg in das Thema Business Continuity Planning und in die erfolgreiche Umsetzung von Notfallmaßnahmen. Aus dem Blickwinkel der IT werden wertvolle Definitionen und Abgrenzungen gegeben und die Problemstellungen und Lösungswege einer individuellen Notfallvorsorge aufgegriffen. Fokussiert wird ein umfassender Überblick über die zentralen Teilbereiche des Planungsprozesses (und ihrer Erfolgskriterien) und ein praktischer Einblick in das Krisenmanagement.
Augmented Reality bedeutet eine reale Umgebung mit, meistens grafischen, virtuellen Inhalten zu erweitern. Oft sind dabei die virtuellen Inhalte der Szene jedoch nur ein Overlay und interagieren nicht mit den realen Bestandteilen der Szene. Daraus ergibt sich ein Authentizitätsproblem für Augmented Reatliy Anwendungen. Diese Arbeit betrachtet Augmented Reality in einer speziellen Umgebung, mit deren Hilfe eine authentischere Darstellung möglich ist. Ziel dieserArbeitwar die Erstellung eines Systems, das Zeichnungen durch Techniken der Augmented Reality mit virtuellen Inhalten erweitert. Durch das Anlegen einer Repräsentation soll es der Anwendung dabei möglich sein die virtuellen Szeneelementemit der Zeichnung interagieren zu lassen. Dazu wurden verschiedene Methoden aus den Bereichen des Pose Tracking und der Sketch Recognition disktutiert und für die Implementierung in einem prototypischen System ausgewählt. Als Zielhardware fungiert ein Android Smartphone. Kontext der Zeichnungen ist eine Dungeon Karte, wie sie in Rollenspielen vorkommt. Die virtuellen Inhalte nehmen dabei die Form von Bewohnern des Dungeons an, welche von einer Agentensimulation verwaltet werden. Die Agentensimulation ist Gegenstand einer eigenen Diplomarbeit [18]. Für das Pose Tracking wurde ARToolkitPlus eingesetzt, ein optisches Tracking System, das auf Basis von Markern arbeitet. Die Sketch Recognition ist dafür zuständig die Inhalte der Zeichnung zu erkennen und zu interpretieren. Dafür wurde ein eigener Ansatz implementiert der Techniken aus verschiedenen Sketch Recognition Systemen kombiniert. Die Evaluation konzentriert sich auf die technischen Aspekte des Systems, die für eine authentische Erweiterung der Zeichnung mit virtuellen Inhalten wichtig sind.
Mit dem Projektpraktikum "MicSim" wurde 2004 der Grundstein für ein auf Java basierendes Mikrosimulationssystem gelegt. Für das gleichnamige Produkt diente UMDBS von Prof. Dr. Thomas Sauerbier, Fachhochschule Giessen-Friedberg als Vorlage, welche eine Modellimplementierung in MISTRAL vorsieht. Da MISTRAL eine veraltete prozedurale Programmiersprache ist und somit nicht mehr dem objektorientierten Zeitgeist entspricht, entschloss sich die Projektgruppe eine gänzlich neue objektorientierte Umgebung zu erstellen. Diese sollte sowohl den Funktionsumfang von UMDBS beinhalten, als auch eine bequeme Möglichkeit bieten, objektorientierte Modelle einer Mikrosimulation in Java zu erstellen. Das Projektpraktikum endete 2005 mit einem lauffähigen objektorientierten Nachfolger von UMDBS. Da jedoch MicSim noch einige Schwachstellen aufwies, wurde dieses System in der Studienarbeit "MicSim - Agentenbasierte Mikrosimulation" von Pascal Berger, Dennis Fuchs, Peter Hassenpflug und Christian Klein 2006 weiterentwickelt und zu dem heutigen "CoMICS" umbenannt. Jedoch konnten nicht alle Probleme der Software beseitigt werden. So blieb das schlecht skalierende Ablaufverhalten einer Simulation und die unzureichende Unterstützung des Benutzers bei syntaktischen Programmierfehlern weiterhin bestehen. Dies führte zu dem Entschluss, ausgehend von CoMICS, die Idee eines java-basierten Mikrosimulationssystems weiter auszubauen. Im Zuge einer Analyse dieses Systems kristallisierten sich sehr schnell einige Punkte heraus, die uns verbesserungswürdig erschienen. Die gravierendste Veränderung stellte hierbei die Umstellung auf eine event-orientierte Mikrosimulation dar. Hierzu mussten die komplette Modellstruktur, Ablauflogik und sogar jegliche Modellierungswerkzeuge neu entwickelt werden. All dies führte dazu, dass CoMICS II von Grund auf neu entwickelt werden musste.