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Graphen sind eine gute Wahl um strukturierte Daten zu repräsentieren. TGraphen (typisierte, attributierte, geordnete und gerichtete Graphen) sind eine sehr generische Graphenart, die in vielen Bereichen verwendet werden können. Das Java Graphenlabor (JGraLab) bietet eine effiziente Implementierung von TGraphen mit all ihren Eigenschaften. Zusätzlich stellt es, unter anderem, die Anfragesprache GReQL2 zur Verfügung, die dazu verwendet werden kann, Daten aus einem Graphen zu extrahieren. Es verfügt jedoch nicht über eine generische Bibliothek von gängigen Graphalgorithmen. Diese Studienarbeit ergänzt JGraLab durch eine generische Algorithmenbibliothek namens Algolib, die eine generische und erweiterbare Implementierung einiger wichtiger gängiger Graphalgorithmen enthält. Das Hauptaugenmerk dieser Arbeit liegt auf der Generizität von Algolib, ihrer Erweiterbarkeit und der Methoden der Softwaretechnik die benutzt wurden um beides zu erreichen. Algolib ist auf zwei Weisen erweiterbar. Bereits enthaltene Algorithmen können erweitert werden um speziellere Probleme zu lösen und weitere Algorithmen können auf einfache Weise der Bibliothek hinzugefügt werden.
Das performante Rendering großer Volumendaten stellt trotz stetig gestiegener Prozessorleistungen nach wie vor hohe Anforderungen an jedes zugrunde liegende Visualisierungssystem. Insbesondere trifft dies auf direkte Rendering-Methoden mithilfe des Raycasting-Verfahrens zu, welches zum einen eine sehr hohe Qualität und Genauigkeit der generierten Bilder bietet, zum anderen aber aufgrund der dafür nötigen hohen Abtastrate relativ langsam ist. In dieser Studienarbeit wird ein Verfahren zur Beschleunigung des Raycasting- Visualierungsansatzes vorgestellt, das auf adaptivem Sampling beruht. Dabei werden statische Volumendaten zunächst in einem Vorverarbeitungsschritt einer Gradientenanalyse unterzogen, um so ein Interessensvolumen zu erstellen, das wichtige und weniger wichtige Bereiche kennzeichnet. Dieses Volumen wird anschließend von einem Raycaster genutzt, um adaptiv für jeden Abtaststrahl die Schrittweite zu bestimmen.
Rechnernetze gehört zu den Fächern, die ein breites Spektrum an Anwendungsgebieten abdecken. Die vielen unterschiedlichen Protokolle sind Belege dafür. Jedes Protokoll hat sozusagen ein eigenes Anwendungsbereich und doch sind deren Aufgaben unter dem Nenner gleich. Miteinander zu Kommunizieren, Informationen auszutauschen und das möglichst auf eine sichere und schnelle Art und Weise. Als Beispiel denke man an Autos, Handys, Lokale Netze in einem kleinen Betrieb, Intranet in einer größeren Organisation oder in Netze die über Länder hinweggehen. Ein modernes Auto an sich hat schon eine Vielzahl an Bussystemen in sich integriert. CAN, LIN, FlexRay oder MOST Bus sind ein paar Stichworte dazu. Wenn man jetzt von der Autoindustrie weggeht und an die Autonomen Systeme kommt, gibt es dort ein Routing Information Protokoll, das innerhalb von Autonomen Systemen verwendet wird. Routing Information Protokoll ist eines der meist verwendeten Protokolle innerhalb von Autonomen Systemen. Das Routing Information Protokoll ist einer der zentralen Bestandteile des Forschungsbereiches der AG Steigner. Die Arbeit widmet sich unter Anderem dieser Forschungsunterstützung.Diese Studienarbeit hat das Ziel die Testumgebung XTPeer auf die VNUML Version 1.8 zu integrieren.
Die nächste Generation des World Wide Web, das Semantic Web, erlaubt Benutzern, Unmengen an Informationen über die Grenzen von Webseiten und Anwendungen hinaus zu veröffentlichen und auszutauschen. Die Prinzipien von Linked Data beschreiben Konventionen, um diese Informationen maschinenlesbar zu veröffentlichen. Obwohl es sich aktuell meist um Linked Open Data handelt, deren Verbreitung nicht beschränkt, sondern explizit erwünscht ist, existieren viele Anwendungsfälle, in denen der Zugriff auf Linked Data in Resource Description Framework (RDF) Repositories regelbar sein soll. Bisher existieren lediglich Ansätze für die Lösung dieser Problemstellung, weshalb die Veröffentlichung von vertraulichen Inhalten mittels Linked Data bisher nicht möglich war.
Aktuell können schützenswerte Informationen nur mit Hilfe eines externen Betreibers kontrolliert veröffentlicht werden. Dabei werden alle Daten auf dessen System abgelegt und verwaltet. Für einen wirksamen Schutz sind weitere Zugriffsrichtlinien, Authentifizierung von Nutzern sowie eine sichere Datenablage notwendig.
Beispiele für ein solches Szenario finden sich bei den sozialen Netzwerken wie Facebook oder StudiVZ. Die Authentifizierung aller Nutzer findet über eine zentrale Webseite statt. Anschließend kann beispielsweise über eine Administrationsseite der Zugriff auf Informationen für bestimmte Nutzergruppen definiert werden. Trotz der aufgezeigten Schutzmechanismen hat der Betreiber selbst immer Zugriff auf die Daten und Inhalte aller Nutzer.
Dieser Zustand ist nicht zufriedenstellend.
Die Idee des Semantic Webs stellt einen alternativen Ansatz zur Verfügung. Der Nutzer legt seine Daten an einer von ihm kontrollierten Stelle ab, beispielsweise auf seinem privaten Server. Im Gegensatz zum zuvor vorgestellten Szenario ist somit jeder Nutzer selbst für Kontrollmechanismen wie Authentifizierung und Zugriffsrichtlinien verantwortlich.
Innerhalb der vorliegenden Arbeit wird ein Framework konzeptioniert und entworfen, welches es mit Hilfe von Regeln erlaubt, den Zugriff auf RDF-Repositories zu beschränken. In Kapitel 2 werden zunächst die bereits existierenden Ansätze für die Zugriffssteuerung vertraulicher Daten im Sematic Web vorgestellt. Des Weiteren werden in Kapitel 3 grundlegende Mechanismen und Techniken erläutert, welche in dieser Arbeit Verwendung finden. In Kapitel 4 wird die Problemstellung konkretisiert und anhand eines Beispielszenarios analysiert.
Nachdem Anforderungen und Ansprüche erhoben sind, werden in Kapitel 6 verschiedene Lösungsansätze, eine erste Implementierung und ein Prototyp vorgestellt. Abschließend werden die Ergebnisse der Arbeit und die resultierenden Ausblicke in Kapitel 7 zusammengefasst.
Globale Beleuchtungssimulationen versuchen die physikalischen Eigenschaften von Licht und dessen Ausbreitung möglichst korrekt zu berechnen. Dabei werden diese üblicherweise im dreidimensionalen Objektraum berechnet und sind deshalb sehr rechenintensiv und von der Anzahl der Polygone der Szene abhängig. Objektraum-basierte Verfahren ermöglichen durch komlexe Berechnungen allerdings auch gute Annährungen physikalisch korrekter Beleuchtungen. Die Beleuchtungsberechnung in den Bildraum zu verlagern hat aber den großen Vorteil, dass die Berechnung hier unabhängig von der Größe und Komplexität der Szene durchführbar ist. Einzig die Auflösung entscheidet über den Rechenaufwand. Dieser Geschwindigkeitsvorteil beinhaltet jedoch einen Kompromiss was die physikalische Korrektheit der Beleuchtungssimulation angeht. Bei bisherigen Bildraum-Verfahren war es nicht möglich, für die Kamera nicht sichtbare Teile der Szene und deren Beleuchtungsinformationen, in die Berechnung mit einzubeziehen. Dies erscheint logisch, da über Geometrie die aus Sicht der Kamera nicht eingefangen wurde, im Bildraum zunächst keinerlei Informationen zur Verfügung stehen. Ein bekanntes Beispiel zur Annährung einer globalen Beleuchtung im Bildraum ist das Verfahren "Screen Space Ambient Occlusion". Dieses liefert zwar sehr gut Selbstverschattungen und wirkt dadurch realitätsnah, erzeugt aber keinen korrekten Lichtaustausch. Da die Beleuchtung von dem Inhalt des aktuellen Bildausschnitts abhängig ist, entstehen visuelle Artefakte, die vor allem bei Kamerabewegungen störend auffallen. Ziel der Studienarbeit ist es daher diese Artefakte durch die Verwendungen von Textur-Atlanten zu vermeiden. Dies wird durch eine Bildraum-basierte Beleuchtungssimulation ermöglicht, die die gesamte Szene zur Berechnung der Beleuchtung miteinbezieht und nicht nur die Sicht der Kamera. Dabei wird in einem Textur-Atlas die gesamte Szene gespeichert.
Ziel dieser Studienarbeit ist es, eine vorhandene video-see-through Augmented Reality Visualisierung (ARToolKit) anhand von Shaderprogrammierung mit der OpenGL Shading Language um nicht-photorealistische Renderingverfahren zu ergänzen. Dabei sollen nicht nur die virtuellen Objekte mit diesen Verfahren dargestellt, sondern auch die realen vom ARSystem gelieferten Bilder analog stilisiert werden, sodass die Unterscheidbarkeit zwischen Realität und Virtualität abnimmt.
Diese Studienarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Extension für Mozilla Thunderbird, welche direkt in den Text einer Email eingebettete strukturierte Informationen (wie z.B. Termine, Kontaktdaten) automatisch erkennt und es dem Benutzer ermöglicht, diese in weiteren Anwendungen weiter zu verwenden. Es werden Überlegungen zur Usability und möglichen weiteren Entwicklungen vorgestellt, sowie der Code des Prototyp genauer aufgezeigt.
Im Rahmen der Glaukomdiagnostik sind Größe und Position des Sehnervkopfes wichtige Parameter zur Klassifikation des Auges. Das Finden und exakte Markieren der Papille ist ein subjektiver Vorgang und kann von Arzt zu Arzt stark variieren. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines automatischen Verfahrens zur Detektion der Papille. Zunächst wird der medizinische Hintergrund erläutert (Aufbau des Auges, Glaukom) und das bildgebende Verfahren, der Heidelberg Retina Tomograph, dargestellt. Nach einer Diskussion bisheriger Ansätze zur Detektion der Papille wird ein eigenes Verfahren entwickelt und detailliert beschrieben. Für bei der Implementation aufgetretene Probleme werden Ansätze zur Optimierung vorgeschlagen.
Rettungsroboter helfen nach Katastrophen wie z.B. Erdbeben dabei, in zerstörten Gebäuden Überlebende zu finden. Die Aufgabe, die Umgebung effizient möglichst vollständig abzusuchen und dabei eine Karte zu erstellen, die den Rettungskräften bei der Bergung der Opfer zur Orientierung dient, soll der Roboter autonom erfüllen. Hierzu wird eine Explorationsstrategie benötigt; eine Strategie zur Navigation in bekanntem und zur Erkundung von unbekanntem Gelände. Für den mobilen Roboter "Robbie" der Arbeitsgruppe Aktives Sehen wurde in dieser Arbeit ein Grenzen-basierter Ansatz zur Lösung des Explorationsproblems ausgewählt und implementiert. Hierzu werden Grenzen zu unbekanntem Gelände aus der Karte, die der Roboter erstellt, extrahiert und angefahren. Grundlage der Navigation zu einem so gefundenen Wegpunkt bildet die sog. Pfad-Transformation (Path-Transform).
Die Zeitschrift c't stellte in der Ausgabe 02/2006 einen Bausatz für einen kleinen mobilen Roboter vor, den c't-Bot, der diese Studienarbeit inspirierte. Dieser Bausatz sollte die Basis eines Roboters darstellen, der durch eine Kamera erweitert und mit Hilfe von Bildverarbeitung in der Lage sein sollte, am RoboCupSoccer-Wettbewerb teilzunehmen. Während der Planungsphase veränderten sich die Ziele: Statt einem Fußballroboter sollte nun ein Roboter für die neu geschaffene RoboCup-Rescue-League entwickelt werden. In diesem Wettbewerb sollen Roboter in einer für sie unbekannten Umgebung selbstständig Wege erkunden, bzw. Personen in dieser Umgebung finden. Durch diese neue Aufgabenstellung war sofort klar, dass der c't-Bot nicht ausreichte, und es musste ein neuer Roboter entwickelt werden, der mittels Sensoren die Umgebung wahrnehmen, durch eine Kamera Objekte erkennen und mit Hilfe eines integrierten Computers diese Bilder verarbeiten sollte. Die Entstehung dieses Roboters ist das Thema dieser Studienarbeit.
Die Diffusions-Tensor-Bildgebung (DTI) ist eine Technik aus der Magnet-Resonanz-Bildgebung (MRI) und basiert auf der Brownschen Molekularbewegung (Diffusion) der Wassermoleküle im menschlichen Gewebe. Speziell im inhomogenen Hirngewebe ist die Beweglichkeit der Moleküle stark eingeschränkt. Hier hindern die Zellmembranen der langgestreckten Axone die Diffusion entlang nicht-paralleler Richtungen. Besonderen Wert hat die Diffusions-Tensor-Bildgebung in der Neurochirugie bei der Intervention und Planung von Operationen. Basierend auf den mehrdimensionalen DTI-Tensor-Datensätzen kann für den jeweiligen Voxel das Diffsusionsverhalten abgeleitet werden. Der größte Eigenvektor des Tensors bestimmt dabei die Hauptrichtung der Diffusion und somit die Orientierung der entsprechenden Nervenfasern. Ziel der Studienarbeit ist die Erstellung einer Beispielapplikation zur Visualisierung von DTI-Daten mit Hilfe der Grafikhardware. Dazu werden zunächst die relevanten Informationen für die Erzeugung von geometrischen Repräsentationen (Streamlines, Tubes, Glyphen, Cluster...) aus den Eingabedaten berechnet. Für die interaktive Visualisierung sollen die Möglichkeiten moderner Grafikhardware, insbesondere Geometryshader ausgenutzt werden. Die erzeugten Repräsentationen sollen nach Möglichkeit in ein DVR (Cascada) integriert werden. Für die Arbeit wird eine eigene Applikation entwickelt, die bestehende Bausteine (Volumenrepräsentation, Volumenrendering, Shadersystem) aus Cascada analysiert und integriert.
In dieser Arbeit wurden insgesamt fünf verwandte, aber variante Definitionen der Hermite-Normalform vorgestellt, angefangen bei der ursprünglichen Version von Charles Hermite. Anschließend wurden vier Basisalgorithmen zur Berechnung der Hermite-Normalform ganzzahliger Matrizen im Detail und anhand von vollständigen Beispielen präsentiert. Hierbei wurde vor allem Wert darauf gelegt, linear-algebraische Grundlagen wie beispielsweise die Verwendung von Permutationsmatrizen für unimodulare Spaltenoperationen verständlich zu vermitteln.
BinaryGXL
(2006)
XML ist aus der heutigen IT-Welt nicht mehr wegzudenken und wird für vielfältige Zwecke verwendet. Die Befürworter von XML führen insbesondere die Menschenlesbarkeit und leichte Editierbarkeit als Gründe für diesen Erfolg an. Allerdings hat XML gerade dadurch auch in manchen Anwendungsgebieten gravierende Nachteile: XML ist sehr verbos, und das Parsen von XML-Dateien ist relativ langsam im Vergleich zu binären Dateiformaten. Deshalb gibt es Bestrebungen ein binäres XML-Format zu schaffen und gegebenenfalls zu standardisieren. Die vorliegende Studienarbeit beschreibt einige schon existierende binäre XML-Formate und zeigt auf, wie weit der Entwurf und die Standardisierung eines allgemein akzeptierten Binary-XML-Formats fortgeschritten sind. Der praktische Teil der Studienarbeit umfasst den Entwurf und die Implementierung eines eigenen Binärformats für den XML-Dialekt GXL. Zur Bewertung der entwickelten Lösung wird diese mit den heute üblichen Kompressionstools verglichen.
Cheops für VNUML - Erstellen und beobachten einer VNUML-Simulation per MausklickrnEs wird untersucht, wie Virtual Network User Mode Linux (VNUML), eine Software zur Simulation von Rechnernetzen, die aus virtualisierten Linux Instanzen aufgebaut werden, für den Benutzer besser handhabbar gemacht werden kann. Mit dem Linux-Paket VNUML, welches die dateigesteuerte Konfiguration virtueller Betriebssysteminstanzen ermöglicht, erhält der Anwender die Möglichkeit, komplexe Netzwerktopologien zu simulieren. Verschiedene Netzwerküberwachungsprogramme werden auf ihre Fähigkeit hin untersucht, eine laufende VNUML-Simulation zu erfassen und sinnvoll abzubilden. Dabei soll der Benutzer einen schnellen Überblick über die Funktion der simulierten Netzwerkumgebung, sowie nach Möglichkeit auch über deren Topologie erhalten können. Das Programm Cheops, welches der Netzwerküberwachung dient, wird erweitert, um nicht nur eine laufende Simulation abbilden und beobachten zu können, sondern darüber hinaus in der Lage zu sein, in jedem Schritt der Arbeit mit VNUML eingesetzt zu werden.
Das erweiterte Programm gestattet sowohl die Erstellung der VNUML-Topologiedatei, als auch das Starten und Steuern der Simulation. Damit werden der lange Kommandozeilenaufruf, sowie das Editieren der Konfigurationsdatei, durch einfach zu benutzende Funktionen in einer grafischen Oberfläche (GUI) ersetzt. Zur schnellen Kontrolle der vollen Funktionsfähigkeit der gestarteten Simulation sind keine weiteren Eingaben oder Konfigurationen nötig. Ebenso kann eine differenzierte Beobachtung verschiedener Netzwerkdienste während der Laufzeit der Simulation erfolgen. Die hierzu nötigen Werkzeuge sind im Paket Cheops für VNUML ebenfalls enthalten und speziell zur Anwendung mit VNUML-Simulationen vorkonfiguriert.
Das Ziel dieser Studienarbeit ist es, einen Roboterarm in einen bestehenden Software-Stackrnzu integrieren, damit ein darauf basierender Roboter beim Wettbewerb RoboCup @Home teilnehmen kann. Der Haushaltsroboter Lisa (Lisa Is a Service Android) muss für den @Home-Wettbewerb unter anderem Gegenstände aus Regalen entnehmen und an Personen weiterreichen. Bisher war dafür nur ein Gripper, also ein an der mobilen Plattform in Bodennähe angebrachter "Zwicker" vorhanden. Nun steht dem Roboter ein "Katana Linux Robot" der Schweizer Firma Neuronics zur Verfügung, ein Roboter in Form eines Arms. Dieser wird auf LISA montiert und nimmt über verschiedene Schnittstellen Befehle entgegen. Er besteht aus sechs Gliedern mit entsprechend vielen Freiheitsgraden. Im Robbie-Softwarestack muss ein Treiber für diesen Arm integriert und eine Pfadplanung erstellt werden. Letztere soll bei der Bewegung des Arms sowohl Kollisionen mit Hindernissen vermeiden als auch natürlich wirkende Bewegungsabläufe erstellen.
This paper documents the development of an abstract physics layer (APL) for Simspark. After short introductions to physics engines and Simspark, reasons why an APL was developed are explained. The biggest part of this paper describes the new design and why certain design choices were made based on requirements that arose during developement. It concludes by explaining how the new design was eventually implemented and what future possibilities the new design holds.
Ziel der vorliegenden Studienarbeit war die Darstellung von Sand. Dabei wurde der Schwerpunkt weniger auf realitätsgetreue Visualisierung gelegt, sondern es wurde primär versucht, den Eindruck von fließendem Sand zu vermitteln. Dieser sollte durch die Simulation von Fließverhalten und Aufschüttung des Sandes erreicht werden. Modelliert werden die einzelnen Körner mithilfe eines Partikelsystems. Da die Simulation von Sand sehr aufwändig ist, sollten für diese Studienarbeit effiziente Datenstrukturen und Algorithmen für die Verwaltung der Sandkörner entwickelt werden. Die Kollisionserkennung ist bei derartigen Datenmengen ebenfalls sehr zeitraubend. Deshalb sollten auch hierfür geeignete Algorithmen erstellt werden. Um die Ergebnisse der Arbeit zu demonstrieren, sollte eine entsprechende, graphisch ansprechende Beispielanwendung implementiert werden.