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Emotion Video
(2006)
Gefühle durch ein Medium übertragen, das klingt unglaublich und doch hat es einen grossen Reiz. Was könnten wir alles machen? Wir könnten dabei sein, wenn ein Astronaut in den Weltraum fliegt oder einen Sonnenaufgang in der Südsee erleben ohne dort zu sein. Man könnte die Gefühle eines Gewinners ebenso weitergeben, wie die einer Person, die Angst hat. Aber auch andere Aspekte, wie die Arbeit aus Sicht eines Profis zu betrachten oder etwas Neues kennenzulernen wäre möglich. Den eigenen Tag, die letzte Woche oder sogar weit zurückliegende Ereignisse aus dem eigenen Leben noch einmal erleben, das alles macht den Anreiz an diesem Thema aus. Der Aufbau dieser Arbeit soll die Entwicklung von der Entstehung von Emotionen beim Menschen über die technischen Möglichkeiten zur Aufzeichnung von Sinneswahrnehmungen bis zum Gesamtkonzept mit prototypischer Umsetzung zeigen. Zunächst soll geklärt werden, was nötig ist um Emotionen "einzufangen" und zu konservieren und welche Möglichkeiten sich für die Wiedergabe dieser anbieten. Zentral soll ein Konzept sein, welches die momentanen technischen Möglichkeiten berücksichtigt, aber auch darüber hinaus aufzeigt, was wichtig und nötig wäre um dem Ziel möglichst nahe zu kommen, Emotionen zu übertragen. Dieses Konzept soll im Anschluss prototypisch umgesetzt werden um es so zu evaluieren. Dabei soll eine erweiterbare Plattform zunächst zur Aufzeichnung visueller und auditiver Reize entwickelt werden.
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.
Szeneneditor für ein Echtzeitanimationssystem und andere XML konfigurierte und erweiterbare Systeme
(2006)
Die Vorwärtsfahrt mit einem einachsigen Anhänger stellt für die meisten Fahrer keine große Schwierigkeit dar. Das Zugfahrzeug gibt die Richtung vor und der Anhänger wird mitgezogen. Jedoch ist das Rückwärtsfahren mit Anhänger für den ungeübten Fahrer oft sehr kompliziert, da die Lenkmanöver für eine bestimmte Richtungsänderung nicht intuitiv sind und ein "Umdenken" erfordern. Will man beispielsweise den Anhänger um eine Linkskurve fahren, so muss das Zugfahrzeug zunächst nach rechts gelenkt werden, damit der Anhänger linksherum geschoben wird. Schnell passieren Fehler und ein Unfall mit Sachschaden kann eine mögliche Folge sein. Besonders Fahrer, die nur gelegentlich mit einem Anhänger unterwegs sind, haben bei der Rückwärtsfahrt mit Anhänger Probleme.
iProcess
(2006)
Fristete der Computer vor wenigen Jahrzehnten sein Dasein noch in Rechenzentren weniger, großer Universitäten und Firmen, so sind Computer und deren Rechenleistung heute allgemein verbreitet. Gerade in den letzten Jahren hat dabei auch die computergenerierte Bilderzeugung große Fortschritte gemacht, und die Entwicklung hält rasant an. Auf diese Weise erzeugte Bilder und Bildsequenzen sind aus den visuellen Medien nicht mehr wegzudenken, sie werden in denmeisten Film- oder Fernsehproduktionen eingesetzt. Dokumentationen, Wissenssendungen und Nachrichtenformate setzen solche Bilder zur Vermittlung von Inhalten ein. Spezialeffekte werden Filmen mit dem Computer hinzugefügt. Ausschließlich mit dem Rechner erstellte Filme, deren Entwicklung vor ungefähr dreißig Jahren mit einfachen und kurzen Sequenzen begann, stehen heute realen Filmen in Länge, visueller und erzählerischer Qualität kaum noch nach. Doch nicht nur bei der Erstellung von Filmen ist der Computer nicht mehr wegzudenken. Computerspiele stellen in vielen Bereichen die treibende Kraft hinter der Computerentwicklung dar. Sie sind die "Killerapplikation", denn es sind vor allem Spiele, die zur Zeit nach leistungsfähigeren Computerkomponenten für Heimcomputer,wie Prozessoren und Graphikkarten, verlangen. Auch die visuelle Qualität von Computerspielen nimmt stetig zu, und hat ein sehr realitätsnahes Niveau erreicht. Ob Dokumentation, Film oder Spiel, die Erzeugung computergenerierten Inhalts besteht aus vielen Teilen. Die Erzeugung der Bilder ist nur ein kleiner Teil davon. Der Begriff Computeranimationwird oft für den gesamten Prozess der Erstellung eines Films im Computer verwendet. Im Speziellen beschäftigt sich die Animation mit der Bewegung. Die Erstellung von Bewegungsabläufen wird für Animationsfilme, Computerspiele und auch für Spezialeffekte in realen Filmen benötigt. Heute existiert eine Vielzahl von Programmen und Werkzeugen, welche die Erstellung von Animationen im Computer ermöglichen. Verbreitete Applikationen wie MAYA1, LIGHTWAVE2 oder BLENDER3 stützen sich dabei auf grundlegende Konzepte, die hinter der Erstellung von Animationssequenzen im Computer stehen. Die Arbeit setzt sich mit diesen Grundlagen auseinander und entwickelt darauf aufbauend einen Animationseditor, der die notwendige Funktionalität für die Erstellung von Animationssequenzen bereitstellt.
Erweiterung der Spielegraphik von Cam2Dance durch den Einsatz von Shadern und komplexen Modellen
(2006)
Die Visualisierung von Volumendaten ist ein interessantes und aktuelles Forschungsgebiet. Volumendaten bezeichnen einen dreidimensionalen Datensatz, der durch Simulation oder Messungen generiert wird. Mit Hilfe der Visualisierung sollen interessante bzw. in einem gewissen Kontext bedeutsame Informationen aus einem Datensatz extrahiert und grafisch dargestellt werden. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Visualisierung von Volumendaten, die in einem medizinischen Kontext erstellt worden sind. Dabei handelt es sich z.B. um Daten, die durch Computertomographie oder Magnet-Resonanz-Tomographie gewonnen wurden. Bei der Darstellung von Volumendaten hat man mehrere Möglichkeiten, welche Art von Beleuchtungsmodellen man einsetzen möchte. Ein Beleuchtungsmodell beschreibt, welche Art von Licht verwendet werden soll und wie dieses mit dem Volumendatensatz interagiert. Die Beleuchtungsmodelle unterscheiden sich in ihrer physikalischen Korrektheit und somit in ihrer Darstellungsqualität. Das einfachste Beleuchtungsmodell zieht keine Lichtquellen in Betracht. Das Volumen verfügt in diesem Fall nur über ein "Eigenleuchten" (Emission). Der Nachteil hierbei ist, dass z.B. keinerlei Schatten vorhanden sind und es somit schwierig ist, räumliche Tiefe zu erkennen. Ein Vorteil des Verfahrens ist, dass die benötigten Berechnungen sehr einfach sind und somit in Echtzeit ausgeführt werden können. Unter einem lokalen Beleuchtungsmodell hingegen versteht man ein Modell, bei dem das Licht berücksichtigt wird, welches direkt von der Lichtquelle auf den Volumendatensatz trifft. Hierbei können z.B. Schatten dargestellt werden, und der Betrachter kann eine räumliche Tiefe in der Darstellung erkennen. Der Berechnungsaufwand steigt, das Verfahren ist aber immer noch echtzeitfähig. Volumendaten haben aber die Eigenschaft, dass sie einen Teil des Lichts, welches durch sie hindurchgeht, in verschiedene Richtungen streuen. Dabei spricht man von indirektem Licht. Um sowohl das direkte als auch das indirekte Licht zu berücksichtigen, muss man eine sogenannte globale Beleuchtungssimulation durchführen. Es ist das am aufwendigsten zu berechnende Beleuchtungsmodell, führt aber zu photorealistischen und physikalisch korrekten Ergebnissen, denn eine globale Beleuchtungssimulation errechnet eine (angenähert) vollständige Lösung des in Abschnitt 4.2 vorgestellten Volumen-Rendering-Integrals (Gleichung (8)).
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.
Die Planung in Form eines visuellen Entwurfs ist schon seit jeher Bestandteil des Prozesses der Entwicklung von Artefakten aller Art. Heutzutage wird der visuelle Entwurf zukuenftiger Produkte mithilfe von CAD-Systemen umgesetzt. Im ersten Teil der Arbeit wird daher ein einfaches System implementiert und erlaeutert, das die grundlegenden Funktionen umsetzt, die auch in professionellen CAD-Systemen unerlaesslich sind. Im zweiten Teil werden ueber die Grundfunktionen hinaus ausgewaehlte Algorithmen der parametrischen Modellierung vorgestellt, die die Grundlage fuer die leistungsfaehigen, flexiblen und produktiven Systeme im modernen computer-unterstuetzten Entwurf bilden.
In dieser Arbeit geht es darum, einen Einblick in das Thema Wireless LAN zu vermitteln. Es werden zunächst einmal die gängigsten Standards und weitere wichtige Aspekte aus diesem Bereich vorgestellt. Das Hauptaugenmerk dieser Arbeit liegt jedoch darauf, wie die Kommunikation in Funknetzwerken sicherer gestaltet werden kann. Im Zuge dessen werden einige Mechanismen vorgestellt, mit denen es möglich ist, die Kommunikation zu verschlüsseln oder nur bestimmte Teilnehmer an der Kommunikation teilnehmen zu lassen. Mit diesen Mechanismen ist es dann möglich eine hohes Maß an Sicherheit in Funknetzwerken zu erreichen. Abschließend wird in einem Tutorial beschrieben, wie die zuvor vorgestellten Mechanismen eingerichtet und angewendet werden können.
Diese Studienarbeit soll eine Einführung in die Arbeit mit virtual network user mode linux (VNUML) geben. Mit Hilfe dieser Arbeit möchte ich speziell die Version VNUML 1.6 näher bringen und die wesentlichen Unterschiede, Vor- und Nachteile zur Version 1.5 zeigen. In den nächsten zwei Kapiteln wird auf das Thema VNUML und UML oberflächlich eingegangen. Das darauffolgende Kapitel befasst sich mit der Installation von VNUML 1.6, der Vorraussetzung und den möglichen Fehlermeldungen. Wenn dies abgeschlossen ist, wird VNUML 1.6 mit eigenen Beispielen ausfürlich, praktisch und theoretisch vorgestellt. Danach werden die wesentlichen Unterschiede von VNUML 1.5 zu VNUML 1.6 beschrieben. Zum Abschluss sind noch ein Kapitel mit kurzen Begriffsdefinitionen und der Anhang mit allen XML-Dateien zu finden. Auf den Aufbau einer XML-Datei möchte ich in meiner Arbeit nicht weiter eingehen. Dazu verweise ich auf die Arbeit von Thomas Chmielowiec und Tim Keupen. In diesen Arbeiten sind die XML-Syntax und Semantik ausfürlich beschrieben.
Seit dem 01. November 2005 ist in Deutschland der neue Reisepass erhältlich. Ein wesentliches Merkmal dieses neuen Passes ist die Einbindung von biometrischen Merkmalen, um den Besitzer des Dokumentes zu verifizieren. In anderen Bereichen, wie zum Beispiel der Abwicklung von Vielfliegern an einem Flughafen, halten ähnliche biometrisch gestützte Verfahren Einzug. Weitere Anwendungsmöglichkeiten wären die Absicherung des eigenen Arbeitsplatzes gegen den Zugriff unbefugter Personen, die Verfolgung von Straftätern oder die Verifikation eines Benutzers innerhalb des Internets. Der Wunsch nach Sicherheit in vielen Sektoren steigt zunehmend. Ein Weg, diese Sicherheit zu bieten, ergibt sich aus den Eigenschaften, die einen Menschen selbst als Unikat auszeichnen. Das Ziel dieser Studienarbeit besteht darin, sich das persönliche Verhalten eines Menschen im Umgang mit einer Tastatur zunutze zu machen, um eine Aussage treffen zu können, inwiefern eine Benutzereingabe mit einer vorher generierten Vergleichseingabe übereinstimmt. Der Schwerpunkt liegt dabei in der Erstellung eines Programms, welches in der Lage ist, verschiedene Parameter während einer Benutzereingabe zu sammeln, auszuwerten und zu sichern, um den entsprechenden Benutzer zu jeder beliebigen Zeit wieder anhand der abgespeicherten Informationen erkennen zu können. Dabei wird darauf geachtet, dass die entstehende Software auf möglichst vielen bestehenden Systemen ohne größere Probleme angewendet werden kann.
This akademic Work presents a Particelsystem for firesimulation, as well as the required technics.(such as FBO's, VBO's, MRT, etc...). The Particelsystem is exclusively implemented on the GPU and is for this reason a GPGPU application. It uses the newest technichs, such as Vertexshader texturaccess. After a view over several different Particelsystemtypes, many of thiese technics are described, bevor the Implementation is focused.
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.
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.
Im Rahmen dieser Studienarbeit wurde zunächst ein State of the Art Bericht über fünf Softwareprodukte zur Visualisierung und Gestaltung von Oberflächenentwürfen erstellt. Aufbauend auf den daraus gewonnen Erkenntnissen wurde eine Benutzungsoberfläche entwickelt, mit welcher mittels eines Grafiktabletts oder Tablet PC erste Oberflächenentwürfe gestaltet werden können.
Im Rahmen dieser Studienarbeit wird eine Software zur Demonstration der Fähigkeiten eines Gaze Trackers beschrieben und im praktischen Teil auch implementiert. Den Anfang macht ein Überblick über vorhandene Anwendungen an der Universität Koblenz, sowie in der freien Wirtschaft. Anschließend kommt die Sprache auf die Funktionalität des Cursors, der Klicks anhand einer Dwell Time ermittelt und im gesamten Programm einsetzbar ist. Dazu werden verschiedene Optimierungen vorgestellt und mathematisch hergeleitet.
Zunächst soll das Thema Non-Photorealistic Rendering vorgestellt werden, bevor auf die Theorie der implementierten Verfahren eingegangen wird. Im Vergleich zur klassischen Graphik-Pipeline wird anschließend auf die Pipeline-Stufen eingegangen, die sich bei moderner Graphikhardware programmieren lassen. Mit Cg wird eine Shader-Hochsprache präsentiert, die zur Programmierung von Graphikkarten eingesetzt wird. Danach wird die Graphikbibliothek Direct3D und das Framework DXUT vorgestellt. Vom softwaretechnischen Entwurf ausgehend, wird die Implementierung der einzelnen Verfahren des Non-Photorealistic Rendering dargestellt. Anschließend wird die Planung und Realisierung der Benutzerschnittstelle erläutert. Die erzielten Ergebnisse werden anhand von Bildschirmphotos aufgezeigt und es wird kurz auf die Darstellungsgeschwindigkeit eingegangen. Abschließend sollen sinnvolle Erweiterungen des Programms und interessante Verfahren, die nicht implementiert wurden, erläutert werden.
Computed tomography (CT) and magnetic resonance imaging (MRI) in the medical area deliver huge amounts of data, which doctors have to handle in a short time. These data can be visualised efficiently with direct volume rendering. Consequently most direct volume rendering applications on the market are specialised on medical tasks or integrated in medical visualisa- tion environments. Highly evolved applications for tasks like diagnosis or surgery simulation are available in this area. In the last years, however, another area is making increasing use of com- puted tomography. Companies like phoenix |x-ray, founded in 1999 pro- duce CT-scanners especially dedicated to industrial applications like non destructive material testing (NDT). Of course an application like NDT has different demands on the visualisation than a typical medical application. For example a typical task for non destructive testing would be to high- light air inclusions (pores) in a casting. These inclusions usually cover a very small area and are very hard to classify only based on their density value as this would also highlight the air around the casting. This thesis presents multiple approaches to improve the rendering of in- dustrial CT data, most of them based on higher dimensional transfer func- tions. Therefore the existing volume renderer application of VRVis was extended with a user interface to create such transfer functions and exist- ing render modes were adapted to profit from the new transfer functions. These approaches are especially suited to improve the visualisation of sur- faces and material boundaries as well as pores. The resulting renderings make it very easy to identify these features while preserving interactive framerates.
Der Hokuyo URG-04LX Laserscanner wird auf der mobilen Roboterplattform "Robbie" der Arbeitsgruppe Aktives Sehen zur Kartenerstellung und Kollisionsvermeidung eingesetzt. Die Navigation auf Grundlage der 2D-Scans wird den gewachsenen Anforderungen der Rescue-Arenen nicht mehr gerecht. Eine Verwendung von kommerziellen 3D-Laserscannern kommt wegen der hohen Anschaffungskosten nicht in Frage. Idee: Einsatz von mehreren günstigen 2D-Laserscannern mit unterschiedlichen Blickwinkeln oder aber die aktive Veränderung der Scanebene. Das Variieren der Scanebene erfolgt durch Schwenken oder Drehen des Laserscanners. Die Orientierung des Laserscanners im Raum liefert die dritte Dimension. Im Rahmen dieser Arbeit soll eine Plattform entwickelt werden, die es durch rotative Lagerung des Laserscanners ermöglicht, 3D-Laserscans der Umgebung zu erzeugen. Hierbei soll ein möglichst einfacher Aufbau erreicht werden, der es weiterhin ermöglicht, den Laserscanner zur Erzeugung von 2D-Karten zu benutzen. Um das Stereokamerasystem des Roboters nicht zu beeinträchtigen, wird zusätzlich ein sehr kompakter Aufbau angestrebt.
Design und Implementierung einer Anwendung zum Visualisieren von Relationen zwischen Lernobjekten
(2007)
Das in der Arbeitsgruppe Echtzeitsysteme im Projekt EZlenk entwickelte optische Lenkassistenzsystem zur Unterstützung der Rückwärtsfahrt von Fahrzeugen mit Anhänger soll im Rahmen dieser Studienarbeit auf seine Alltagstauglichkeit getestet werden. Ferner wurden die Implementierungen des Lenkassistenzsystems auf einem Fahrsimulator und einer PC-Version von Probanden evaluiert. Hierbei sollen mithilfe von Berufskraftfahrern, Fahrlehrern und Laien Schwachstellen, Stärken, genereller Nutzen, eventuelle Verbesserungsmöglichkeiten, Realitätsnähe und Auwirkungen auf den Fahrer bzw. Benutzer sowohl im Fahrsimulator als auch in der PC-Version herausgefunden werden unter Zugrundelegung der anerkannten Kriterien Effizienz, Effektivität und Zufriedenheit. Außerdem werden beide Implementierungsarten des Simulators sowohl mit als auch ohne Berücksichtigung des Lenkassistenzsystems im Hinblick auf die Alltagstauglichkeit für die Kraftfahrerausbildung in Fahrschulen diskutiert.
In dieser Arbeit wurde die Erstellung eines Demonstrators für gaze tracking Systeme beschrieben. Dabei wurde zunächst die Funktionsweise eines gaze trackers beschrieben, sowie auf bereits existierende Anwendungen für Menschen mit körperlicher Behinderung eingegangen. Die Einsatzgebiete für eine Benutzerschnittstelle über die Augen sind vielfältig und bietet noch viel Raum für weitere Anwendungen.
Das Hauptziel dieser Studienarbeit war die Entwicklung eines Überführungstools, das sowohl den Repository Inhalt eines EA Projektes in einen TGraphen als auch einen TGraphen in ein EA Projekt überführen kann. Außerdem sollte das application programming interface des Enterprise Architects analysiert und beschrieben werden. Diese beiden Ziele konnten erfüllt werden und wurden in den vorherigen Kapiteln beschrieben. Zusätzlich beinhaltet die Studienarbeit noch eine Beschreibung und ein Anwendungsbeispiel zu JGraLab.
In dieser Arbeit werden mehrere Verfahren zur Superresolution, die zwei unterschiedlichen Ansätzen zuzuordnen sind, implementiert und miteinander verglichen. IBP, ein Verfahren, welches der Tomographie ähnelt, stellt den klassischen Ansatz der Superresolution dar. Das Prinzip von IBP ist leicht verständlich und relativ einfach zu implementieren, hat aber den Nachteil, keine eindeutigen Lösungen zu produzieren, da es schwer ist, Vorwissen mit einfließen zu lassen. Bei den statistischen Verfahren erweist es sich als äußerst zeitkritisch, die Systemmatrix M vorzuberechnen. Capel und Zisserman haben beim Maximum-Likelihood-Verfahren eine starke Rauschanfälligkeit festgestellt. Der Vergleich ergibt, dass IBP in punkto Bildqualität Maßstäbe setzt, zumindest bei kaum verrauschten Eingangsbildern und guter Registrierung. Allerdings stellen viele Eingangsbilder wegen des linearen Laufzeitverhaltens ein Problem dar. Die statistischen Verfahren liefern bei stark verrauschten Eingangsbildern bessere Ergebnisse als IBP. Durch viele Eingangsbilder lassen sich diese noch weiter verbessern. Die bei vorberechneten Systemmatrizen nahezu konstante Laufzeit und ihre Robustheit bei Rauschen prädestinieren die statistischen Verfahren für solche Bildserien. Ungenau registrierte Eingangsbilder wiederum führen bei allen Verfahren zu unscharfen Ergebnissen.
Der Schwerpunkt dieser Arbeit soll auf der schnellen sowie einfachen Umsetzung eigener Ideen von AR-Anwendungen liegen. Damit ein gewisser zeitlicher Rahmen bei der Umsetzung nicht überschritten wird, wurden Lösungen, die eine große Einarbeitungszeit oder fundierte Kenntnisse einer oder mehrer Programmiersprachen erfordern, nicht genauer betrachtet. Unter einer einfachen Umsetzung ist nicht zuletzt auch zu verstehen, dass diese auch dem Kreis der nicht-professionellen Anwender möglich sein soll. Dies beinhaltet, dass das gesuchte Programm auf normalen dem durchschnittlichen derzeitigen Stand der Technik entsprechenden Computersystemen lauffähig sein sollte. Auch wurden kommerzielle Produkte außer Acht gelassen, da die oft nicht unerheblichen Kosten einer nicht-professionellen Nutzung im Wege stehen.
Ziel der Arbeit war es, ein audiovisuelles System aufzubauen, das die Interaktion mit Bild und Ton ermöglicht und die Natur der synästhetischen Wahrnehmung nutzt. Seit der Antike beschäftigen sich Menschen mit der Frage nach dem Zusammenhang und der Verwandtschaft von Tönen und visuellen Elementen wie Farben oder geometrischen Formen. Welches Bild baut sich beim Hören von Musik mit Hilfe der synästhetischen Wahrnehmung in unserer Vorstellung auf? Ein Musikstück kann "weich" oder "kantig" klingen, ein Klang wird als "warm" oder "kühl" empfunden. Die Umkehr dieser Frage stellt die Grundlage dieser Studienarbeit dar: Welchen Klang erzeugt ein Bild?
In dieser Arbeit werden jeweils ein Verfahren aus den beiden Bereichen der Bildregistrierung implementiert und beschrieben. Eine direkte und eine merkmalsbasierte Methode werden verglichen und auf ihre Grenzen hin überprüft. Die implementierten Verfahren funktionieren gut und registrieren beide verschiedene Bildserien subpixelgenau. Bei der direkten Methode ist vor allem die Wahl des Transformationsmodells ausschlaggebend. Auch das Einbetten der Methode in eine Gaußpyramidenstruktur hat sich als wichtig herausgestellt. Da die merkmalsbasierte Methode aus verschiedenen Komponenten aufgebaut ist, kann jeder einzelne Schritt durch unterschiedliche Verfahren ausgetauscht werden, so z.B. die Detektion der Merkmale durch Tomasi-Kanade, SIFT oder Moravec. In der direkten Methode kann die Genauigkeit der Ergebnisse zum einen durch den gewählten Schwellwert und zum anderen durch die Anzahl der Pyramidenstufen beeinflusst werden. Bei der merkmalsbasierten Methode wiederum können unterschiedlich viele Merkmale benutzt werden, die einen unterschiedlich hohen Schwellwert besitzen können. Es wird gezeigt, dass beide Methoden zu guten Ergebnissen führen, wenn davon ausgegangen wird, dass die Verschiebung sowie die Rotation gering sind. Bei stärkeren Veränderungen jedoch wird die direkte Methode recht ungenau, während die merkmalsbasierte Methode noch gute Ergebnisse erzielt. An ihre Grenze gerät sie erst, wenn entweder der Bildinhalt sich stark ändert, oder die Rotationen einen Winkel von 20° überschreitet. Beide Verfahren arbeiten also subpixelgenau, können aber unter verschiedenen Voraussetzungen zu Ungenauigkeiten führen. Werden die jeweiligen Probleme der beiden Methoden beachtet und am besten bei der Aufnahme oder vor der Registrierung eliminiert, so können sehr gute Ergebnisse erzielt werden.
In der Bildverarbeitung werden zunehmend Algorithmen unter Verwendung von prägnanten Merkmalen implementiert. Prägnante Merkmale können sowohl für die optische Kameraposebestimmung als auch für die Kalibrierung von Stereokamerasystemen verwendet werden. Für solche Algorithmen ist die Qualität von Merkmalen in Bildern ein entscheidender Faktor. In den letzten Jahren hat sich an dieser Stelle das von D. Lowe 2004 vorgestellte SIFT-Verfahren hervorgetan. Problematisch bei der Anwendung dieses Verfahrens ist seine hohe Komplexität und der daraus resultierende hohe Rechenaufwand. Um das Verfahren zu beschleunigen, wurden bereits mehrere Implementationen veröffentlicht, die teils weiterhin ausschließlich die CPU nutzen, teils neben der CPU auch die GPU zur Berechnung bestimmter Teilbereiche des SIFT verwenden. Diese Implementationen gilt es zu hinterfragen. Ebenso ist die Qualität der Merkmale zu untersuchen, um die Verwendbarkeit von SIFT-Merkmalen für andere Bereiche der Bildverarbeitung gewährleisten zu können. Zur Visualisierung der Ergebnisse wurde eine GUI erstellt.
Autonomous exhaustive exploration of unknown indoor environments with the mobile robot "Robbie"
(2007)
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).
MP3 Player for Nintendo DS
(2007)
Ziel der Arbeit ist es, einen MP3-Player zu entwickeln, der eine Benutzerinteraktion ermöglicht, wie es gängige Computerprogramme zur Wiedergabe von Musik tun. Der Benutzer soll über eine grafische Oberfläche MP3-Dateien laden, abspielen und in Playlisten organisieren können. Ferner soll es möglich sein, Metadaten wie Titel, Autor, Genre, Veröffentlichungsjahr und vieles weitere als zusätzlichen Tag zu speichern und zu editieren. Diese Informationen soll die Software auch beim Abspielen eines Musikstückes auslesen und dem Nutzer übersichtlich anzeigen. Hier scheitern die meisten Player aufgrund ihres kleinen Displays. Außerdem soll der MP3-Player auch rudimentäre Funktionen zur Echtzeitmanipulation der Musikwiedergabe bieten. Als Hardware zum Abspielen der Musikdateien dient die Spielekonsole Nintendo DS, welche aufgrund ihrer beiden Displays genügend Anzeigemöglichkeiten für eine grafische Benutzerführung bietet. Eines der beiden Displays dient zudem als Touchscreen und kann für Eingaben verwendet werden.
Für diese Studienarbeit können zwei Schwerpunkte genannt werden. Einerseits sollten verschiedene Verfahren zur Fluchtpunktschätzung aus Wissenschaft und Forschung eingänglich untersucht und erörtert werden. Dies im Hinblick auf ein detaillierteres Analyseverfahren, das die Möglichkeit bietet, mehrere Gebäudeseiten automatisiert entzerren zu können. Andererseits sollten sich die gewünschten Verbesserungen in das bereits vorhandene Gesamtsystem des Projekts Ornamente eingliedern, um so das Endergebnis der Klassifizierung von Ornamenten zu verbessern. Daraus entstanden die in Kapitel 1 genannten Hauptaufgaben. Neben dem TAM-Verfahren, dass im vorhandenen Teilprozess der Entzerrung bereits zum Einsatz kam, wurde in Kapitel 2 das Verfahren KHT nach Tuytelaars beschrieben. Ansätze der KHT waren im Bestehenden zu erkennen, wie sich während der anfänglichen Einarbeitung in das Themengebiet Fluchtpunktfindung und dem Gesamtsystem der Ornamentklassifizierung herausstellte. Allerdings waren einige Aspekte, wie sie von Tytelaars et al. in [TGPM98] zur KHT beschrieben sind, nicht enthalten. Der erste Lösungsansatz zur Entzerrung von mehreren Gebäudeseiten bestand darin, die KHT unabhängig von allen Prozessen des Gesamtsystems zu implementieren, um so die Genauigkeit der Fluchtpunktdetektion zu erhöhen. Mit dieser detaillierteren Fluchtpunktfindung sollte das bereits bestehende Modul der Entzerrung zu besseren Ergebnissen führen. Um die Entzerrung für sich alleine nutzen zu können, musste sie vorerst von der vorhandenen Fluchtpunktschätzung isoliert werden. Während der in Kapitel 3 beschriebenen Umstrukturierung und Trennung der beiden Prozesse wurde das eigentliche Problem der Verarbeitung von mehreren Gebäudeseiten erkannt. Nicht die Fluchtpunkte und die Verfahren für ihre Detektion sind ausschlaggebend, weitere Ebenen im Bild erkennen zu können. Vielmehr verhindert dies der fehlende Rückschluss von extrahierten Kanten auf die Lage, Größe und Anzahl der im Bild vorhandenen Gebäudeseiten. Wären hierzu Informationen bekannt, könnten, wie auch für ornamentale Bereiche, ROIs festgelegt werden, die mit einer hohen Wahrscheinlichkeit eine abgegrenzte Gebäudeseite beinhalten. Um diese daraufhin zu entzerren, kann das jetzt isolierte Programm zur Entzerrung genutzt werden. Die KHT umzusetzen, wurde als Lösungsweg verworfen und der eigene Lösungsansatz "Level of Detail" aus Kapitel 3 wurde entwickelt. Die entstandenen Programme wurden wie gefordert in PUMA, der "Programmierumgebung für die Musteranalyse" eingebunden. Wie die Test aus Kapitel 4 jedoch zeigen, konnte damit keine Verbesserung erzielt werden.
Ziel dieser Studienarbeit ist es, eine physikalisch korrekte Billardsimulation zu entwickeln. Priorität liegt hier in der Entwicklung einer Physik-Engine, damit das Spielgefühl eines echten Billardspiels möglichst realistisch auf den Bildschirm übertragen werden kann. Hierzu gehören u.a. die Wechselwirkungen der sich bewegenden Kugeln untereinander sowie die Umsetzung von Effet (das dezentrale Anspielen der Kugel, um die Laufrichtung zu beeinflussen). Des weiteren wird eine möglichst intuitive Steuerung implementiert, die sowohl eine Rotierung um den Tisch bzw. um eine Kugel als auch einfaches Zoomen, die Festlegung des Anspielpunktes auf der weißen Kugel, den Neigungswinkel des Queues und eine Regulierung der Stoßkraft ermöglicht. Außerdem wird eine möglichst maßstabsgetreue Modellierung eines Billardtisches, des Queues und der Kugeln sowie eine passende Texturierung benötigt. Bei den verschiedenen Kollisionen (Queue - Kugel, Kugel - Kugel, Kugel - Bande, einlochen) sollen außerdem passende Soundeffekte eingebaut werden. Das Spiel soll neben einem einfachen Trainingsmodus auch die verschiedenen Spielarten des klassischen Pool-Billards unterstützen, also selbstständig Punkte zählen, Fouls berücksichtigen, Spielerwechsel ankündigen und schließlich auch den Sieger bekannt geben.
Ziel dieser Arbeit ist die erweiterte Modellierung des Rettungsroboters "Robbie" in der USARSim Simulationsumbegung. Es soll zusätzlich zu den bestehenden Sonarsensoren und dem Laserscanner, ein Wärmesensor angebunden werden, der Wärmebilder an die entsprechenden Robbie-Module liefert. Der bisherige 2D Laserscanner ist so zu modifizieren, dass er 3D Laserdaten erzeugt und an die Robbie-Software weiterleitet. Um die Simulation möglichst Wirklichkeitsgetreu zu gestalten, sind realitätsnahe, verrauschte Daten zu erzeugen. Ferner soll die Effizienz der Simulation getestet werden. Dazu ist mittels einer Evaluation zu untersuchen, wie das Verhalten des simulierten Roboters, im Bezug zum realen Verhalten des Roboters steht. Ein weiteres, größeres Problem stellt die Bereitstellung von Stereobildern aus der Simulationsumgebung dar. Ein spezieller Kameraserver soll installiert und in Betrieb genommen werden. Die Umwandlung der so erzeugten Bilder, in ein geeignetes Format, und deren Weiterleitung an die Robbie-GUI, ist ebenfalls zu implementieren.
Die Idee, die dieser Arbeit zugrunde liegt, ist es, die Augmented Reality auch in anderen Bereichen voranzutreiben. In der Filmindustrie beispielsweise behilft man sich schon seit langem mit sowohl virtuellen als auch realen Methoden (computergestützten Visualisierungen, Miniatur-Kulissen), um eine Vorvisualisierung der Dreharbeiten zu erhalten, welche zur Planung des Arbeitsablaufs verwendet werden können. Die Idee liegt hierbei darin, dass durch ein Werkzeug, welches sich der Augmented Reality bedient, zum Beispiel Belichtungsverhältnisse bereits im Voraus ausgetestet werden könnten, oder der Kameramann seine Einstellungen proben kann. So können hierfür mitunter virtuelle Objekte in eine Miniaturszene eingeblendet werden, mit denen die realen Voraussetzungen des Drehorts nachgeahmt werden. Um diese Vorstellung von einem Werkzeug für die Filmindustrie zu ermöglichen, wird ein gutes und stabiles Tracking benötigt, das die nötigen Eigenschaften zur Verfügung stellt. Um ein solches Trackingsystem geht es in dieser Studienarbeit.
In Zeiten, in denen ein Notebook so selbstverständlich wie ein Taschenrechner ist und als Arbeitsgerät, oder zur Kommunikation bzw. Recherche im Internet genutzt wird, ist es für Gäste von enormem Vorteil, schnell und unkompliziert einen Zugriff auf die vorhandene Netzinfrastruktur einer gastgebenden Firma zu erlangen. Dies erspart einerseits Arbeitsaufwand von Seiten der Administratoren, bzw. wenn es sich um eine kleinere Firma handelt, die nicht über eine eigene IT-Abteilung verfügt, ermöglicht es, ohne die Dienste von Dritten in Anspruch zu nehmen, einen zeitlich begrenzten Zugang für Gäste. Andererseits lassen sich Kosten für die sonst nötigen Arbeitsschritte einsparen, und die Administratoren können sich ihren eigentlichen Aufgaben widmen. Und das Ganze unabhängig von Arbeits- und Urlaubszeiten, frei von lästigen Formalitäten und ohne Vorlaufzeit, um nur einige der Vorteile gegenüber einer manuellen Freischaltung zu nennen. Ein weiterer wichtiger Punkt ist, dabei die Sicherheit der IT-Netzinfrastruktur nicht zu beeinträchtigen. Ein spontaner Zugang sollte zeitlich begrenzt (z.B. für die Dauer einer Veranstaltung) und personenbezogen sein. Genau diese Funktionalität ermöglicht das in diesem Projekt entwickelte SpoGA-System.
SNMP in VNUML Simulationen
(2007)
Das Simple Network Management Protocol (SNMP) gilt als die Universalsprache des Netzwerkmanagements. Bereits Anfang der 90er Jahre wurde die erste Version von SNMP durch die Internet Engineering Task Force (IETF) zum Standard-Internet Management Protocol erklärt und Teil der TCP/IP Protocol-Suite. Für die meisten Betriebssystemplattformen sind SNMP Implementierungen verfügbar und viele netzwerkfähige Geräte und Netzwerkmanagement-Programme unterstützen SNMP, das sich vor allem für die Verwaltung plattformübergreifender und herstellerunabhängiger Netzwerke bewährt. Virtual Network User Mode Linux (VNUML) ist ein mächtiges Netzwerk-Simulationsprogramm für Linux mit dem virtuelle Linux-Rechnernetze aufgebaut werden können, um darin Programmabläufe zu simulieren. Die VNUML Netzwerk-Simulationen sind in erster Linie für das Entwickeln, Analysieren und Testen von Linux Netzwerk-Software, wie zum Beispiel Netzwerk-Protokollen, geeignet. Das Simulationsprogramm entstand im Rahmen des Euro6IX-Projektes, zur Einführung des IPv6 Standards in Europa, am Telematics Engineering Department der Technischen Universität Madrid. Die Rechner der virtuellen Netze, die VNUML aufbaut, basieren auf User Mode Linux (UML), einer in breitem Spektrum eingesetzten Virtualisierung des Linux-Kernels. Diese Studienarbeit beschäftigt sich mit den Möglichkeiten und der Funktionsweise des Netzwerkmanagements mit SNMP. Dafür wird die SNMP-Software Net-SNMP in VNUML Simulationen eingesetzt, um die Möglichkeiten der Konfiguration und des Umgangs mit SNMP in einer praxisnahen Umgebung zu untersuchen. Der Einsatz von Net-SNMP in VNUML Simulationen kann dazu dienen, die Integration von Netzwerkmanagement mit SNMP für relevante Rechnernetze vorzubereiten und Möglichkeiten der Konfiguration und der Verwendung auszuloten oder VNUML Simulationen im Allgemeinen mit diesem bewährten Netzwerkmanagement-System zur Unterstützung auszustatten.
Im Rahmen dieser Studienarbeit wurde ein Faktenextraktor für Java-Quelltexte entwickelt. Der Javaextraktor generiert eine TGraph-Repräsentation der Quelltexte eines in Java implementierten Softwareprojekts. Dieser TGraph ist dann durch dieWerkzeuge des Gupro-Projekts weiter verarbeitbar. Der Javaextraktor kann Javaquelltexte bis einschließlich Javaversion 6 verarbeiten. Dazu wurde ein Werkzeug gefunden, welches den Parsingvorgang übernimmt, so dass diese Funktion nicht selbst implementiert werden musste. Zusätzlich wurde ein Javametamodell und entsprechendes Schema für den TGraph entwickelt. Die Knoten- und Kantentypen des Metamodells konnten automatisiert mit JGraLab aus dem Schema erzeugt werden.
Diese Arbeit stellt eine Erweiterung zum SpoGA-Server dar. Grundlage war die Idee, kleinen Gruppen einen gesicherten zeitbegenzten Zugang zu einem WLAN zu geben. Diese Idee wurde um die Möglichkeit der Planung ganzer Veranstaltungen erweitert. Nun ist es möglich, ganze Gruppen für Veranstaltungen an einem WLAN anzumelden. In Zusammenarbeit mit den beiden anderen Arbeiten zu diesem Thema wurde ein funktionsfähiger Prototyp entwickelt. SpoGA und E-IMS Server arbeiten beide eigenständig, zusammen jedoch bilden sie ein sehr funktionelles Werkzeug zur Organisation, Planung und Durchführung einer Veranstaltung mit Internetzugang für die Gäste.
