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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.
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.
Diese Arbeit beschreibt einen Ansatz zur webbasierten und GPU-unterstützten medizinischen Visualisierung. Der Schwerpunkt liegt auf der client-seitigen Ausführung von direktem Volumen-Rendering mittels WebGL und der Übertragung von medizinischen Datensätzen von Server zu Client. Die Motivation dieser Arbeit liegt vor allem in den neuesten Entwicklungen von Webtechnologien begründet, da es bisher nicht möglich war hardwarebeschleunigte 3D-Grafik direkt im Webbrowser darzustellen. Erst seit der Entwicklung der 3D-Grafik-Programmierschnittstelle WebGL besteht die Möglichkeit GPU-unterstütztes Volumenrendering im Browser-Kontext ohne den Einsatz zusätzlicher Software zu realisieren. Es wird ein webbasiertes Volumenrendering-System vorgestellt, das die Umsetzung von Volumen-Raycasting mit WebGL zur direkten Darstellung von Volumendaten in Echtzeit behandelt. Für die technische Umsetzung wurden das Google Web Toolkit und die Google App Engine als Infrastruktur verwendet.
Im Rahmen dieser Abschlußarbeit wurde ein Plugin zur Visualisierung/Simulation von Public-Key-Infrastrukturen für die Kryptographie-Lernsoftware JCryp-Tool entwickelt und implementiert. Public-Key-Infrastrukturen stellen einen Bereich in der Kryptographie dar, mit dem viele Anwender von IT-Systemen in Berührung kommen.
Diese Arbeit hat die Entwicklung eines Verfahrens zum Ziel, dass Bewegung und auftretende Bewegungsunschärfe durch Verfahren des Non-Photorealistic Renderings darstellt. Dabei soll das angestrebte Verfahren den Verlauf der Bewegung für ein dargestelltes Bild ermitteln und mit Speed Lines annähern. Das sich bewegende Objekt bzw. der sich bewegende Teil des Objekts wird abhängig von der Stärke der Bewegung teilweise bis komplett ausgeblendet. Das Verfahren soll echtzeitfähig sein. Aufgrund von vorgestellten Verfahren im Bereich NPR und Motion Blur entwickelt die Arbeit eigene Ansätze, die die genannten Anforderungen umsetzen. Dabei beachtet die Arbeit zwei Aspekte: Sie nimmt so wenige Änderungen wie möglich am verwendeten Szenegraphen vor und führt nach Möglichkeit zur Laufzeit keine Berechnungen auf Seiten der CPU durch. So soll ein Verfahren entstehen, das als Post-Processing Verfahren in Anwendungen integriert werden kann, interaktive Wiederholungsraten ermöglicht und damit auch in Spielen zur Anwendung kommen kann.
Die Spielkonsole Nintendo Wii bietet mit dem Wii Remote Controller eine neuartige Bewegungssteuerung für Konsolenspiele. Mit Hilfe von Gyrosensoren in dem Zusatzadapter Wii Motion Plus ist eine Steuerung mit drei Freiheitsgraden für Rotationen im Raum gewährleistet. Für eine realistische 1:1-Bewegungssteuerung würden aber drei zusätzliche Freiheitsgrade für Translationen in drei Koordinatenachsen benötigt. In aktuellen Spielen für Nintendo Wii werden diese nicht unterstützt, da Translationen durch Beschleunigungssensoren unzureichend umzusetzen sind.
Ziel dieser Arbeit ist es, ein System zu implementieren, das für den Wii Remote Controller eine 1:1-Bewegungssteuerung für alle sechs Freiheitsgrade ermöglicht. Dabei sollen die Rotationen durch die Sensoren des Wii Motion Plus Adapters, die Translationen hingegen durch Stereotracking mit Hilfe der Infrarotkameras zweier zusätzlicher Wii Remotes erreicht werden. Ein solches System ergibt interessante Anwendungsmöglichkeiten. Insbesondere für Spiele könnte so eine verstärkte Immersion des Spielers erreicht werden, da jede Bewegung direkt im Spiel sichtbar wäre.
Anhand von verschiedenen Beispielapplikationen sollen die Interaktionsmöglichkeiten demonstriert werden. Die Genauigkeit der Steuerung soll dabei evaluiert werden und mit der herkömmlichen Dreiachsensteuerung in Bezug auf Immersion, Komplexität, Eignung für Spiele und Benutzerfreundlichkeit verglichen werden. Für das Infrarot-Stereotracking soll eine geeignete technische Lösung gefunden werden, z.B. durch ein IRArray oder am Controller angebrachte Infrarotdioden. Beide Lösungen können verglichen werden.
Für die Planung von Wegen eines Gespanns sind komplexe Bewegungen verschiedener Bezugspunkte des Fahrzeugs zu beachten. Um die Betrachtung dieser Bewegungen zu vereinfachen, wird eine Fahrt in elementare Fahrbewegungen aufgeteilt, diese werden als Manöver bezeichnet. Ein Manöver besteht in diesem Zusammenhang aus zwei Elementen. Zum einen werden Pfade für bestimmte Bezugspunkte konstruiert, zum anderen wird das Gespann während der Manöverausführung von einem Korridor umschlossen. Die Pfade des Fahrzeugs müssen dabei fahrbar sein, das heißt, sie müssen die kinematischen Einschränkungen des Fahrzeugs beachten. Der Manöverkorridor kann als Grundlage verwendet werden, um die Kollisionsfreiheit zu garantieren. Während des Manövers verlässt kein Fahrzeugteil den Korridor. Es gibt verschiedene Manövertypen. Derzeit werden das Kurvenmanöver, das Wendemanöver und die Geradeausfahrt unterschieden. Außerdem kann ein Manöver zur Zeit mit zwei unterschiedlichen Konstruktionsmethoden erstellt werden, der konventionellen und der iterativen Methode.
In dieser Diplomarbeit wird eine Datenstruktur entworfen und implementiert, die ein Manöver konstruiert. Diese Datenstruktur wird in ein schon bestehendes Werkzeug integriert. Dabei kann der Benutzer mit der Software interagieren, um verschiedene Parameter eines Manövers zu verändern. Das Manöver wird daraufhin auf der Grundlage dieser Parameter konstruiert. Dazu gehört auch eine Visualisierung innerhalb der Software, in der die Bestandteile eines Manövers dargestellt werden können. Die Visualisierung kann in eine Bilddatei exportiert werden.
Das allgemeine Erreichbarkeitsproblem in Stellen/Transitions-Netzen behandelt die Frage, ob eine bestimmte Zielmarkierung aus einer anderen Markierung erreichbar ist. Die lineare Algebra als Teilgebiet der Mathematik kann zur Beschreibung und Analyse von Petri-Netzen herangezogen werden. Jedoch stellen Kreise in Netzen bei der Erreichbarkeitsanalyse ein Problem für sie dar: ob für bestimmte Transitionen erforderliche Marken sofort, erst nach dem Durchlaufen bestimmter Kreise oder gar nicht zur Verfügung stehen, ist nicht erkennbar, hat jedoch unmittelbare Auswirkungen auf die Erreichbarkeit. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, dieses Problem linear-algebraisch anzugehen. In dieser Arbeit werden vorhandene Verfahren sowie neue Lösungsansätze auf Basis der Reproduzierbarkeit der leeren Markierung diskutiert.
Diese Diplomarbeit beschreibt die Entwicklung einer Web Service orientierten Umgebung zur Verarbeitung von Pegeldaten mehrerer Gewässer in Zusammenarbeit mit der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG). Sie dokumentiert den gesamten Entwicklungsablauf und gibt eine Einführung in die verwendeten Technologien. Für XHydro, ein Austauschformat zum wirtschaftlichen und organisationsübergreifenden Austausch von Zeitreihen, wird zusätzlich eine Bewertung des Systems inklusive Verbesserungsvorschlägen gegeben.
Echtzeitsysteme spielen in der heutigen Zeit in vielen Anwendungsbereichen eine bedeutende Rolle. Beispiele hierfür finden sich in der Robotik, der Fabrikautomation, der Medizintechnik, aber auch in Bereichen aus dem täglichen Leben, wie im Automobilbereich oder in der Mobilkommunikation. Trotz der ständig wiederkehrenden Begegnung mit ihnen im Alltag, sind Echtzeitsysteme häufig innerhalb von größeren Systemen eingebettet und können somit nur selten vom jeweiligen Nutzer bewusst als eigenständig wahrgenommen werden.
Um spezifische Eigenschaften des Gebiets Echtzeitsysteme im Schulunterricht oder in der Ausbildung an Hochschulen den Lernenden sichtbar zu machen, existiert im Labor der Arbeitsgruppe Echtzeitsysteme der Universität Koblenz-Landau ein Versuchsaufbau mit dem Namen "Wippe", bei dem eine Kamera die Bewegung einer Kugel auf einer ebenen Fläche aufnehmen und vermessen kann. Durch die Neigung der Fläche in zwei Achsen ist die Wippe prinzipiell in der Lage, die Kugel zu bewegen und zum Halten zu bringen. Insbesondere soll verhindert werden, dass die Kugel von der Fläche fällt. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Analyse und Überarbeitung des Wippe-Systems. Außerdem wird ein Regelalgorithmus für eine automatische Steuerung des Systems realisiert.
Das Wippe-Experiment soll für didaktische Zwecke eingesetzt werden und ein offenes System darstellen, welches die Merkmale und Eigenschaften eines Echtzeitsystems exemplarisch verdeutlicht.
Ziel dieser Arbeit ist es, eine Anwendung für ein Augmented Reality Fernrohr zu entwickeln, die verschiedene Interaktions- und Explorationsmöglichkeiten umsetzt. Darüber hinaus sollen Erkenntnisse über den Einfluss auf die Vermittlung von Wissen gewonnen werden. Dafür soll innerhalb von sechs Monaten neben der Einarbeitung in die verschiedenen Themengebiete, dem Entwurf eines Konzepts und der Implementierung der Anwendung auch eine gründliche Evaluation durchgeführt werden. Da der Standort des Fernrohrs im Rahmen der Bundesgartenschau 2011 [BUG] in Koblenz am Rheinufer in der Nähe der Talstation der Seilbahn ist, bietet es sich an die Festung Ehrenbreitstein in den Fokus zu setzen. Dabei soll vor allem die Festungsarchitektur im Mittelpunkt stehen. Die Anwendung soll dem Benutzer einen Überblick über die Festungsanlagen geben und nebenbei auch einige geschichtliche Fakten vermitteln.
Um die verschiedenen Anforderungen und die damit verbundenen Aufgaben zu erfüllen und strukturiert zu erarbeiten, wurde vor Beginn der Arbeit ein Projektplan erstellt, der die 6 Monate in fünf verschiedenen Phasen unterteilt, die jeweils mit Meilensteinen enden. Die Phase soll die Einarbeitung in die Grundlagen, die Entwicklung des Konzepts und die softwaretechnische Planung umfassen. Die nächste Phase beschäftigt sich mit der Präevaluation, die genaueren Aufschluss über die Qualität des entwickelten Konzepts geben soll. Im Anschluss an die Auswertung der Präevaluation kommt die erste Implementierungsphase, die mit einem Prototypen abschließen soll. Im zweiten Implementierungsschritt sollen dann die grafischen Inhalte erstellt und die prototypische Anwendung mit Inhalten gefüllt werden.
Zum Abschluss des Projekts wird eine Evaluation durchgeführt, die Erkenntnisse über den Einfluss von Augmented Reality auf die Vermittlung von Wissen liefern soll.
Die Arbeit zeigt die Entwicklung einer virtuellen Welt als Facebook App. Grundlage bietet hierfür ein Szenengraph, der an die Anforderungen der virtuellen Welt angepasst wurde. Bei der Entwicklung liegt ein Schwerpunkt auf neuer und zum Teil noch experimenteller Web-Technologie (Google Web Toolkit, Google App Engine). In der virtuellen Welt schlüpft der Benutzer in die Rolle eines Avatars. Er kann Räume seiner Facebook-Freunde besuchen, seinen eigenen Raum gestalten und neue 3D-Modelle für den Avatar oder die Inneneinrichtung in die virtuelle Welt hochladen.
Ziel dieser Diplomarbeit ist die Entwicklung einer Software, die Standorte von Gegenständen barrierefrei für sehbehinderte Menschen auf einem mobilen Gerät ausgibt. Hierzu soll ein Konzept der Orientierung von bekannten und mit Markern versehenen Objekten im Raum entwickelt werden. Eine barrierefreie Ausgabe für sehbehinderte Menschen muss ebenfalls ausgewählt werden. Das Programm soll markierte, weiter entfernte Objekte erfassen und beschreiben. Dadurch würde der wahrnehmbare Bereich von sehbehinderten Personen erweitert. Dieser wahrnehmbare Bereich beschränkt sich meist auf den Boden, sehbehinderte Menschen können ihn gefahrlos mit den Füßen abtasten, und die durch die Armlänge begrenzte Reichweite in Brustnähe. Das zu entwickelnde System kann eine Lebenshilfe für Menschen sein, die ohne oder nur mit wenigen visuellen Informationen auskommen müssen. Die prototypische Umsetzung erfolgt auf einem Laptop mit externer Kamera und Maus. Die Evaluation des Systems bezieht sich auf die für sehbehinderte Menschen barrierefreie Ausgabe von Informationen. Zu diesem Zweck wird eine für sehbehinderte Menschen sichere Testumgebung geschaffen, in der die ausgewählte Ausgabeform evaluiert wird.
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.
Ein neueres Thema innerhalb des Forschungsbereichs Semantic Web behandelt die Verarbeitung von Anfragen über Linked Open Data (LOD). Wie in der Literatur bereits diskutiert wurde, lässt sich der losen Zergliederung innerhalb des "Web of Data" und dessen Datenquellen durch moderne föderierte Verarbeitungsstrategien bezüglich eingehender Anfragen begegnen. Dieser Ansatz ist jedoch umso mehr abhängig von aktuellen statistischen Informationen (Datenstatistiken) über sämtliche der benutzten Datenquellen einerseits, und genauen Schätzungen von Kardinalitäten und Selektivitäten andererseits. Da föderierte Datenquellen im Allgemeinen keine Auskunft über die Statistik der von ihnen verwalteten Daten geben, schlagen sich Änderungen an diesen Daten nicht automatisch in den zentralen Datenstatistikkatalogen nieder - die verwalteten Datenstatistiken werden obsolet. In der vorliegenden Arbeit wird die Erweiterung eines RDF-basierten Query-Federators beschrieben, die die Obsoleszenz von zentral verwalteten Datenstatistiken beurteilen und eine gegebenenfalls notwendige Aktualisierung einzelner Datenstatistiken unternehmen können soll. Als Grundlage dazu dient die Beobachtung auftretender Fehler in der Kardinalitätsschätzung ausgewerteter Queries. Eine Evaluation des Systems wird anschließend beschrieben. Die Ergebnisse zeigen die prinzipielle Richtigkeit der zugrundeliegenden Überlegungen, die praktische Anwendbarkeit kann jedoch nicht überzeugend demonstriert werden. Die Wiederverwendung der entwickelten Systemerweiterung für vielversprechendere Ansätze erscheint jedoch möglich und wird diskutiert.