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In Silico simulation of biological systems is an important sub area of computational biology (system biology), and becomes more and more an inherent part for research. Therefore, different kinds of software tools are required. At present, a multitude of tools for several areas exists, but the problem is that most of the tools are essentially application specific and cannot be combined. For instance, a software tool for the simulation of biochemical processes is not able to interact with tools for the morphology simulation and vice versa. In order to obtain realistic results with computer-aided simulations it is important to regard the biological system in its entirety. The objective is to develop a software framework, which provides an interface structure to combine existing simulation tools, and to offer an interaction between all affiliated systems. Consequently, it is possible to re-use existing models and simulation programs. Additionally, dependencies between those can be defined. The system is designed to interoperate as an extendable architecture for various tools. The thesis shows the usability and applicability of the software and discusses potential improvements.
Rescueanalyser
(2007)
Im Forschungsgebiet der Künstlichen Intelligenz und Multiagenten-Systeme stellt die Erkennung von Plänen eine besondere Herausforderung dar. Es gilt aus einer Menge von Beobachtungen Agentenpläne effektiv, zuverlässig und eindeutig zu identifizieren. Im Bereich des RoboCup ist es von entscheidender Bedeutung, dass Agenten über die Pläne und Intensionen anderer Agenten schlussfolgern können, um gemeinsame Ziele zu erreichen. Diese Diplomarbeit umfasst die Konzeption und Entwicklung eines Werkzeugs für die RoboCupRescue-Simulation, welches die Abläufe einer Rescue-Simulation analysiert und die beobachteten Aktionsfolgen Plänen einer vorspezifizierten Planbibliothek zuordnet. Das entwickelte Analysewerkzeug zeichnet sich einmal durch seine Unabhängigkeit von den verschiedenen Rescue-Agententeams aus, sowie durch die Verwendung neuester Methoden zur effektiven Planerkennung. Damit ermöglicht der entwickelte Rescueanalyser sowohl die Fehlersuche und Optimierung des eigenen Agententeams als auch die Erforschung und Auswertung unterschiedlicher Strategien der Rescue-Agenten konkurrierender Teams. Neben der Visualisierung der Ergebnisse mittels eines optimierten Monitors des Rescue-Simulators, können die Resultate und Auswertungen der Planerkennung auch durch textbasierte Ausgaben detailliert eingesehen werden.
Die Computergrafik befasst sich mit der Erzeugung von virtuellen Bildern. Im Bereich der 3D-Computergrafik werden die dargestellten Objekte im dreidimensionalen Raum beschrieben. Dazu bedient man sich diverser Generierungsverfahren. Einer dieser so genannten Renderer ist das Raytracing-Verfahren. Es erfreut sich in der Computergrafik wegen der erreichten Bildqualität bei ueberschaubarer Komplexität großer Beliebtheit. Dabei wird versucht, immer realistischere Ergebnisse zu erreichen. In der Vergangenheit wurde Raytracing deswegen beispielsweise um globale Beleuchtungsmodelle oder um reflektierende beziehungsweise um transparente Objekte erweitert. Dabei wurde aber ein wichtiger Punkt häufig vernachlässigt, welcher ebenfalls den Grad an Realismus deutlich erhöhen kann: die Kamera. Meistens geht man auch heutzutage von einem vereinfachten Lochkameramodell aus. Aus diesem Grund genügen solche Modelle nicht den Ansprüchen physikalisch-korrekter Renderingverfahren. Eine wirklich umfassend korrekte Abbildung von Szenen darf also nicht vernachlässigen, dass ein generiertes Bild durch ein Linsensystem noch einmal entscheidend beeinflusst wird. In dieser Arbeit wird deswegen ein physikalisch korrektes Kameramodell vorgestellt, welches die geometrischen Eigenschaften des Linsensystems berücksichtigt und die Belichtung auf der Bildebene korrekt berechnet.
In der vorliegenden Diplomarbeit wurde gezeigt, wie sich Ambient Occlusion in einer Szene aus frei transformierbaren Starrkörpern unter Verwendung von Coherent Shadow Maps in interaktiven Frameraten berechnen und darstellen lässt. Die Vorteile von Ambient Occlusion im Vergleich zu klassischen lokalen Beleuchtungsmodellen wurden aufgezeigt - den Ansatzpunkt bildet die Approximation von Umgebungslicht und indirekter Beleuchtung durch einen konstanten Farbwert - und die vereinfachenden Annahmen, die im Vergleich zu einer Simulation globaler Beleuchtung gemacht werden, wurden nachgezeichnet - Die Gültigkeit von Ambient Occlusion beschränkt sich demnach eigentlich auf eine direkte Beleuchtung diffuser Materialien mit konstanter Leuchtdichte. Um einen umfassenden Überblick zu gewährleisten, wurden zahlreiche existierende Ansätze zur Berechnung von Ambient Occlusion ausführlich vorgestellt. Anschließend wurde auf die Berechnung der Visibilität mittels CSMs eingegangen. Es wurde gezeigt wie sich die Komprimierungsrate von CSMs durch eine gleichmäßige Verteilung der zu komprimierenden Depth Maps deutlich erhöhen lässt und ein XML-konformes Dateiformat, das die beliebige Wiederverwendung einmal komprimierter Depth Maps erlaubt, wurde eingeführt.
QEMU ist eine Open-Source Virtualisierungssoftware, durch die Computersysteme simuliert werden können. Durch VDE (Virtual Distributed Ethernet) ist es möglich, mehrere durch QEMU virtualisierte Computer miteinander zu verbinden und so ein virtuelles Netzwerk zu erzeugen. Mithilfe von Virtualisierung können Netze zum Testen von Netzwerkanwendungen und -protokollen erzeugt werden, deren Aufbau oder Nutzung ohne Virtualisierung impraktikabel oder schlicht unerschwinglich wäre. Ziel dieser Arbeit ist es, ein Programm zu entwickeln, welches eine in einer Szenario-Datei hinterlegte Netzwerktopologie mit QEMU und VDE-Switches aufbauen kann. Es soll ein Vergleich angestellt werden zwischen Netzen, die mit QEMU aufgebaut wurden und solchen, die über VNUML aufgebaut wurden.
Distanzvektor-Routing-Protokolle sind Interior-Gateway-Protokolle, bei denen jeder Router anhand der Informationen, die er von seinen Nachbarn erhält, eine Routingtabelle mit den kürzesten Wegen und dazugehörigen Kosten zu allen anderen Routern des Netzwerks aufbaut. Distanzvektor-Routing-Protokolle sehen jedoch nur unzureichende Mechanismen vor, um die Sicherheit ihrer Operationen zu gewährleisten. Es wird vielmehr einfach davon ausgegangen, dass die Umgebung vertrauenswürdig ist. Router können sich aber aus verschiedenen Gründen böswillig verhalten und falsche Routingupdates einschleusen um das Routing zu manipulieren. Authentizität und Integrität der übermittelten Routinginformationen müssen daher sichergestellt werden; dabei soll eine Balance zwischen Nutzen und Performance gefunden werden.
Diese Arbeit untersucht verschiedene Lösungsansätze, die sich die Erfüllung dieser Anforderungen zum Ziel gesetzt haben, und stellt deren Vor- und Nachteile einander gegenüber.
Terrainklassifikation mit Markov-Zufallsfeldern auf Basis von fusionierten Kamera- und Laserdaten
(2011)
Ein mobiles System, das sich automatisiert im Outdoor-Bereich fortbewegen soll, muss dafür über ausreichende Kenntnisse des umliegenden Terrains verfügen. Zur Analyse des Terrains werden hierbei häufig ein oder mehrere Laserentfernungsmesser, teilweise auch in Kombination mit Kameras verwendet. Probleme entstehen bei lückenhaften oder verrauschten Daten, da dies zu einer fehlerhaften Bestimmung des Geländes führen kann.
Diese Arbeit hat das Ziel ein bereits vorhandenes Verfahren zu erweitern. Dieses basiert auf 3D-Daten, ermittelt durch einen 3D-Laserscanner und soll um eine kontextsensitive Komponente und Daten anderer Sensoren ergänzt werden. Die erste Erweiterung besteht aus einem Markov-Zufallsfeld, welches zum Modellieren der Nachbarschaftsbeziehungen der einzelnen Terrainabschnitte verwendet wird und somit zur Segmentierung eingesetzt werden kann.
Als zweite Erweiterung werden die Laserdaten mit Kamerabildern fusioniert,um so die Verwendung zusätzlicher Terrainmerkmale zu ermöglichen.
Der neue Personalausweis bietet mit der eID-Funktion die Möglichkeit sich online gegenüber anderen auszuweisen. Dafür ist eine Software notwendig, die auf dem lokalen Computer installiert ist. Diese Arbeit zeigt eine mögliche Vorgehensweise beim Entwurf und der Implementierung der notwendigen Funktionen solch einer Software.
In dieser Arbeit wird ein skelettbasiertes Matching-Verfahren für 2D-Objekte vorgestellt. Zunächst werden aktuelle Ansätze zum Matchen von Objekten vorgestellt, anschließend werden die Grundlagen von skelettbasiertem Matching erklärt. Ein skelettbasiertes Verfahren wurde im Rahmen dieser Arbeit gemäß dem vorliegenden Original-Paper neu implementiert. Diese Implementierung wird anhand einer Ähnlichkeitssuche in drei Bild-Datenbanken evaluiert. Stärken und Schwächen des Verfahrens werden herausgearbeitet. Des weiteren wird der vorgestellte Algorithmus auf Erweiterungen untersucht, die das Matchen von 3D-Objekten ermöglichen sollen. Im speziellen wird das Verfahren auf medizinische Daten angewendet: CT-Aufnahmen der abdominalen Aorta eines Patienten vor und nach einer Operation werden miteinander verglichen. Problemfälle und Erweiterungsansätze für das Matchen von 3D-Objekten im Allgemeinen und von Blutgefäßen im Speziellen werden vorgestellt.
MapReduce with Deltas
(2011)
The MapReduce programming model is extended slightly in order to use deltas. Because many MapReduce jobs are being re-executed over slightly changing input, processing only those changes promises significant improvements. Reduced execution time allows for more frequent execution of tasks, yielding more up-to-date results in practical applications. In the context of compound MapReduce jobs, benefits even add up over the individual jobs, as each job gains from processing less input data. The individual steps necessary in working with deltas are being analyzed and examined for efficiency. Several use cases have been implemented and tested on top of Hadoop. The correctness of the extended programming model relies on a simple correctness criterion.