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Molecular dynamics (MD) as a field of molecular modelling has great potential to revolutionize our knowledge and understanding of complex macromolecular structures. Its field of application is huge, reaching from computational chemistry and biology over material sciences to computer-aided drug design. This thesis on one hand provides insights into the underlying physical concepts of molecular dynamics simulations and how they are applied in the MD algorithm, and also briefly illustrates different approaches, as for instance the molecular mechanics and molecular quantum mechanics approaches.
On the other hand an own all-atom MD algorithm is implemented utilizing and simplifying a version of the molecular mechanics based AMBER force field published by \big[\cite{cornell1995second}\big]. This simulation algorithm is then used to show by the example of oxytocin how individual energy terms of a force field function. As a result it has been observed, that applying the bond stretch forces alone caused the molecule to be compacted first in certain regions and then as a whole, and that with adding more energy terms the molecule got to move with increasing flexibility.
In dieser Arbeit wird das Echtzeitrendering von Wolken von der Theorie bis hin zur Entwicklung derselben behandelt. Dabei sollen die visuellen Eigenschaften der Wolken sowie die unterschiedliche Wolkentypen simuliert werden. Dabei ist die Berechnung der Beleuchtung essentiell für ein glaubwürdiges Ergebnis. Die Rendertechniken nutzen dabei unterschiedliche Noise-Texturen; für die Modulierung der Wolken sind es hauptsächlich Perlin- und Perlin-Worley-Texturen. Das Rendern der Wolken wird per Compute-Shader durchgeführt um die Echtzeitfähigkeit zu gewährleisten. Um die Performance zu steigern, werden Temporal Reprojektion und andere Optimierungstechniken angewendet.
In dieser Arbeit wird überprüft, ob die Befahrung mit Forstmaschinen auf Andosol-Waldstandorten Auswirkungen auf die Bodenverdichtung hat. Dazu werden Faktoren wie die Anzahl der Befahrungen, die Neigung sowie die Bodenart betrachtet und analysiert. Die Andosolböden im Untersuchungsgebiet sind durch sehr geringe Lagerungsdichten sowie hohe Porenvolumen, bedingt durch Laacher See-Tephra (LST), gekennzeichnet.
Infolge der Befahrung durch Forstmaschinen bei zum Teil ungünstiger Witterung, bildeten sich bis zu 67 cm tiefe Fahrspuren. Des Weiteren erhöht sich die Lagerungsdichte im Vergleich zum unbeeinflussten Wald im Schnitt um 17 %, im Extremfall bis zu 54 %. Einzeln betrachtet kann für die Bodenart ein starker Zusammenhang zwischen Feinboden, vor allem Schluff sowie Ton, und der Lagerungsdichte festgestellt werden. Ein Zusammenhang zwischen der Hangneigung und der Verdichtung des Bodens kann anhand der untersuchten Rückegasse nicht festgestellt werden. Die Anzahl der Befahrungen scheint im Untersuchungsgebiet mit dem Grad der Verdichtung einherzugehen.
Diese Bachelorarbeit beschäftigt sich mit dem Entwurf und der Implementation einer virtuellen Realitätserfahrung. Ziel ist es, zwei Fragen zu beantworten: Ist es möglich, eine immersive virtuelle Anwendung zu erschaffen, die hauptsächlich Impulse und Trigger benutzt, um Angst und Schrecken bei den Benutzern zu erzeugen? Zweitens, ist diese Immersion ausreichend, die Benutzer so zu illusionieren, dass sie die virtuelle Welt für die Reale halten. Zur Erschaffung dieser Erfahrung wurde die Programmierumgebung Unity3D sowie Visual Studios 2017 verwendet. Um festzustellen, ob diese VR-Anwendung tatsächlich immersiv für den Anwender ist, wurde ein Experiment mit sieben Probanden durchgeführt. Nach der Spieltestung wurden die Probanden zu Ihren Erfahrungen mittels eines Fragebogens befragt. Es konnte dadruch gezeigt werden, dass diese Anwendungen Tendenzen zur Immersion aufweisen. Jedoch waren sich die Benutzer der Situation, in der sie sich befanden, stets bewusst. Daraus lässt sich schlussfolgern, dass die Immersion nicht stark genug war, um die Probanden bezüglich der virtuellen und realen Welt zu täuschen.
In dieser Bachelorarbeit wird ein System zur Kameratracking implementiert, dass auf Basis eines Partikelfilters arbeitet. Dazu wird ein Markertracking realisiert und anhand der Markerposition die Kameraposition errechnet. Der Marker soll mit ein Partikelfilter gefunden werden und um das zu bewerkstelligen werden mögliche Markerpositionen simuliert, auch Partikel genannt, und mit Likelyhood Funktionen gewichtet. Fokus liegt auf der Evaluation von verschiedenen Likelyhood-Funktionen des Partikelfilters. Die Likelyhood-Funktionen wurden in CUDA umgesetzt als Teil der Implementation.
Diese Arbeit behandelt die Konzeption und Implementation eines Action-Rollenspiels mithilfe der Game Engine Unity. Im Rahmen einer Evaluation sollte das Spiel hinsichtlich der Bedienbarkeit der integrierten Steuerungsarten, der visuellen Überzeugung der Animationen und der Benutzerfreundlichkeit über zur Verfügung gestellte Hilfsmittel und Visualisierungen bewertet werden. Zusätzlich sollten Schwachstellen und Probleme im Spiel über offenes Feedback herausgefunden werden. Die Auswertung der Evaluation ergab, dass das Spiel im Hinblick auf die Bedienbarkeit und Benutzerfreundlichkeit zwar noch ausbaufähig ist, aber insgesamt einen guten Eindruck bei den Probanden hinterlassen hat.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, zu bestimmen, ob neuronale Netze (insbesondere LSTM) zur Prozessvorhersage eingesetzt werden können. Dabei soll eine möglichst genaue Vorhersage zu dem Nachfolger eines Events getroffen werden.
Dazu wurde Python mit dem Framework TensorFlow genutzt, um ein rekurrentes neuronales Netz zu erstellen. Dabei werden zwei Netze erstellt, wobei das eine für das Training und das andere für die Vorhersage genutzt wird.
Die verwendeten Datensätze bestehen aus mehreren Prozessen mit jeweils mehreren Events. Mit diesen Prozessen wird das Netz trainiert und die Parameter nach dem Training gespeichert. Das Netz zur Vorhersage nutzt dann dieselben Parameter, um Vorhersagen zu Events zu treffen.
Das neuronale Netz ist in der Lage, nachfolgende Events eindeutig vorherzusagen. Auch Verzweigungen können vorhergesagt werden.
In der weiteren Entwicklung ist eine Einbindung in andere Programme möglich. Dabei ist es empfehlenswert, auf eine eindeutige Benennung der Events zu achten oder eine geeignete Umbenennung durchzuführen.
Das „Templerhaus“ in Boppard.
Kunsthistorische Untersuchung eines spätromanischen Baudenkmals
(2019)
Die vorliegende Bachelorarbeit untersucht die Namens-, Besitz- und Nutzungsgeschichte des sogenannten Templerhauses, einem massiven Profanbau der Stauferzeit in Boppard (Rheinland-Pfalz). Nach einer Beschreibung des heutigen Erscheinungsbildes und der Erarbeitung früherer Zustände erfolgt ein stilkritischer Vergleich mit ausgewählten Beispielen der Umgebung, der Rekonstruktionsversuch früherer Bauphasen und eine Einordnung in den städtischen Kontext.
Simulation von Schnee
(2019)
Mit Hilfe von Physiksimulationen lassen sich viele
Naturphänomene auf dem Rechner nachbilden. Ziel ist, eine physikalische
Gegebenheit möglichst korrekt zu berechnen, um daraus Schlüsse für die
reale Welt zu ziehen. Anwendungsgebiete sind beispielsweise die Medizin,
die Industrie, aber auch Spiele oder Filme.
Schnee ist aufgrund seines physikalischen Aufbaus und seinen Eigenschaften
ein sehr komplexes Naturphänomen. Um Schnee zu simulieren, müssen
verschiedene Materialeigenschaften beachtet werden.
Die wichtigste Methode, die sich mit der Simulation von Schnee und seiner
Dynamik befasst, ist die Material-Point-Method. In ihr werden die auf
der Kontinuumsmechanik basierenden Lagrange-Partikel mit einem kartesischen
Gitter vereint. Das Gitter ermöglicht die Kommunikation zwischen
den eigentlich nicht verbunden Schneepartikeln. Zur Berechnung werden
Daten der Partikel auf die Gitterknoten übertragen. Dort werden Berechnungen
mit Informationen über benachbarte Partikel durchgeführt. Die Ergebnisse
werden danach zurück auf die Partikel übertragen.
Durch GPGPU-Techniken lassen sich physikalische Simulationen auf der
Grafikkarte implementieren. Verfahren wie die Material-Point-Method lassen
sich durch diese Techniken gut parallelisieren.
Diese Arbeit geht auf die physikalischen Grundlagen der Material-Point-
Method ein, und implementiert diese mit Hilfe von Compute-Shadern auf
der Grafikkarte. Anschließend werden Performanz und Qualität bewertet.