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Global-Illumination ist eine wichtige Komponente beim Rendering von realistischen Bildern. Der Rechenaufwand für die akkurate Simulation dieser Effekte ist jedoch zu hoch für die Berechnung in Echtzeit. In dieser Arbeit werden Light-Propagation-Volumes, Scren-Space-Reflections und mehrere Varianten von Screen-Space-Ambient-Occlusion als Lösungen für Echtzeitrendering untersucht. Es wird gezeigt, dass alle schnell genug für den Einsatz in Echtzeitanwendungen sind. Die einzelnen Techniken approximieren nur einige Aspekte des Transports von Licht, ergänzen sich jedoch gegenseitig.
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.
Zum Inhalt:
Die Dissertation ist in einem empirisch-qualitativen Forschungssetting eingebettet, bei der das Team-Teaching als Unterrichtsmethode im Forschungsfokus steht. Die Erhebung des empirischen Datenmaterials erfolgt einerseits mittels teilnehmender Beobachtung im Forschungsfeld und andererseits durch ein Gruppeninterview, das mit Lehrkräften geführt wird, die über einen gewissen Beobachtungszeitraum Erfahrungen mit der Unterrichtsmethode des Team-Teaching gesammelt haben. Für die hier zu Grunde gelegte Feldforschung wird das „theoretical sampling“ zum Einsatz kommen, das 1967 von Glaser und Strauss im Rahmen einer empirischen Untersuchung begründet worden ist.
Zum Aufbau:
In der Einleitung wird das Forschungsinteresse, der Forschungsstand und die zentrale Forschungsfrage der Dissertation beschrieben. Im zweiten Kapitel folgt der theoretische Teil mit einer differenzierten Definition des Team-Teachings als Unterrichtsmethode. Es folgt eine allgemeine Definition zum Unterricht, um die spezifischen Merkmale des Team-Teachings differenziert herausarbeiten zu können. Die empirischen Daten werden im Rahmen einer teilnehmenden Beobachtung im Unterricht der Oberstufe einer Förderschule mit dem Förderschwerpunkt Lernen und sozial-emotionale Entwicklung erhoben. Deshalb sind im Theorieteil der Förderschwerpunkt und die curricularen Aspekte zum Förderschwerpunkt dargestellt. Die Bedeutung der Unterrichtsmethode des Team-Teachings für das Unterrichtssetting in einer Förderschule mit dem sozial-emotionalem Förderschwerpunkt ist ebenfalls im Theorieteil verortet.
Im dritten Kapitel werden die qualitativen und quantitativen Erhebungsinstrumente beschrieben und Hypothesen formuliert. Die Darstellung der Methoden zur Aufbereitung des Datenmaterials ist im vierten Kapitel verortet. Die Interpretation der Forschungsergebnisse erfolgt im fünften Kapitel. Die qualitative und quantitative Datenauswertung des empirischen Datenmaterials ist im sechsten Kapitel dargestellt. Die Dissertation schließt im siebten Kapitel mit einen Fazit und Ausblick.
Stylized image triangulation
(2019)
Die stilisierte Triangulierung ist ein beliebtes Stilmittel bei der Abstraktion von Bildern. Ergebnisse sind auf Covern von Magazinen zu finden oder als Kunstwerk zu kaufen. Eingesetzt wird diese Stilisierung auch bei mobilen Anwendungen oder gar bei Programmen, die sich ausschließlich mit der automatisierten Triangulation befassen.
Diese Arbeit basiert auf einer Veröffentlichung, die die adaptive dynamische Triangulierung als Optimierungsproblem versteht und damit, hinsichtlich der visuellen und technischen Qualität, neue Ergebnisse erzielt. Ziel dieser Arbeit ist es, dieses Verfahren möglichst vielen Nutzern zugänglich zu machen. Dazu wird eine mobile Anwendung - Mesh - entworfen und umgesetzt. Ein Host-Client System wird entwickelt, um die ressourcenbedürftige Berechnung nicht auf dem mobilen Endgerät ausführen zu müssen. Im Zuge dessen wird das Verfahren für die CPU portiert und zusätzlich ein Webserver entwickelt, der die Kommunikation zwischen dem Triangulierungsverfahren und der mobilen Anwendung herstellt. Die App «Mesh» bietet die Möglichkeit, ein beliebiges Bild zu dem Server zu senden, das nach der Bearbeitung heruntergeladen werden kann.
Ein Forschungsaspekt der Arbeit thematisiert die Optimierung des Verfahrens. Dafür wird der Gradientenabstieg, der die Energieminimierung durchführt, anhand verschiedener Ansätze untersucht. Die Einschränkung der Schrittmöglichkeiten, diagonale Schrittrichtungen und eine dynamische Neupositionierung werden getestet. Es zeigt sich, dass sich bei diagonaler Schrittrichtung, anstatt horizontaler und vertikaler, keine Verbesserung verzeichnen lässt. Die Einschränkung der Schrittrichtung, dass ein Punkt seine vorherige Position nicht erneut einnehmen kann, verursacht einen Verlust an optischer Qualität. Jedoch wird der globale angestrebte Approximationsfehler in kürzerer Zeit erreicht. Die vektorbasierte Variante der flexiblen Schrittrichtung resultiert mit längerer Berechnungszeit in qualitativ hochwertigeren Ergebnissen, sodass ästhetischere Resultate erzielt werden.
Ein weiterer Bestandteil dieser Arbeit setzt sich mit der Imitation eines Kunststils auseinander. Die Werke von Josh Bryan dienen als Inspiration. Mittels eines GLSL-Shaders soll durch die Verwendung von Pseudozufälligkeit ein natürlicheres Aussehen einer schraffierten Triangulierung erreicht werden. Ergebnisse zeigen, dass der Ansatz Möglichkeiten der Verbesserung aufweist, dass jedoch eine präzisere Triangulierung für eine hochwertige Imitation notwendig ist. Als letzter Bestandteil wird ein Renderstil präsentiert, der ausgehend von einem beliebigen Ausgangspunkt, die Dreiecke der Triangulation versetzt, sodass Lücken entstehen. Durch die freie Wahl des Zentrums des Effekts, ist ein Einsatz bei Animationen denkbar.
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.
Simulation von Rauch
(2019)
Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Simulation von Rauch mittels einem Partikelsystem. Hierbei werden die Möglichkeiten untersucht Rauch möglichst realistisch in einem Partikelsystem zu implementieren und in Echtzeit berechnen zu lassen. Die physikalische Simulation basiert dabei auf den Arbeiten von Müller und Ren, welche sich mit den physikalischen Eigenschaften von Fluiden und Gasen beschäftigen. Die Simulation wurde mittels C++, OpenGL und der in OpenGL verfügbaren Compute-Shader auf der GPU implementiert. Dabei wurde ein besonderes Augenmerk darauf gelegt, dass diese möglichst performant ist. Hierfür werden Techniken von Hoetzlein benutzt um das Partikelsystem zu beschleunigen. Daraufhin wurden zwei Beschleunigungsverfahren implementiert und werden noch gegenübergestellt. Dabei werden die Laufzeit, sowie verbrauchter Speicherplatz der GPU betrachtet.
Im Bereich der Computergraphik bilden die Nicht-Photorealistischen Renderingverfahren einen Schwerpunkt in der technischen und wissenschaftlichen Visualisierung, vor allem aber in den künstlerischen Bereichen. Verschiedene Kunststile, sowie Zeichenmaterialien und ihre Eigenschaften stellen unterschiedliche Herausforderungen dar. Eine dieser Herausforderungen ist hierbei die Simulation flüssiger Zeichenmittel.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Erstellung eines interaktiven Zeichensystems für ein flüssiges Zeichenmittel, der Aquarellmalerei. Für die Simulation wird eine raue Zeichengrundlage generiert, sowie die Fluid Simulation und das optische Farbverhalten der Aquarellmalerei implementiert.
In keinem Bereich der Informatik hat sich die Hardware so rasant entwickelt wie im Bereich der Computergrafik. So können wir heute komplexe, geometrische Szenen in Echtzeit in immersiven Systemen darstellen und auch aufwendige Simulationen integrieren.
Ziel dieser Arbeit ist es, die Simulation von Farbspritzern in einer virtuellen Welt zu realisieren. Hierzu wird mithilfe von Unity eine Anwendung umgesetzt, die drei verschiedene Techniken verwendet, mit denen die Umgebung mithilfe von Farbspritzern eingefärbt werden kann. Auf Basis dieser Anwendung werden die Grenzen und Möglichkeiten der Techniken in virtuellen Umgebungen genauer untersucht.
Diese Untersuchung zeigt, dass eine inverse Projektion die besten Ergebnisse vorweist.
Im Zentrum der Untersuchung steht die Entwicklung des künstlerischen Siebdrucks in Deutschland seit dem Zweiten Weltkrieg. Nach der thematischen Einführung und einer ersten kritischen Bestandsaufnahme der Forschung zum Siebdruck wird im Folgenden der Verlauf und die methodische Vorgehensweise der Arbeit verdeutlicht. Im zweiten Kapitel „Etablierung einer künstlerischen Technik“ wird zuerst die Geschichte des Siebdrucks dem Rahmen dieser Arbeit gemäß nachgezeichnet. Nachfolgend wird in einem Unterkapitel dargestellt, wie sich die Serigrafie als künstlerisches Verfahren parallel zum industriellen Siebdruck etablierte. In der Folge wendet sich die Untersuchung der Entstehung und Entwicklung des künstlerischen Siebdrucks in Deutschland zu. Dabei wird Willi Baumeister als Beispiel für die erste Generation von Künstlern in Deutschland herangezogen, die sich mit der Serigrafie beschäftigte. Im nächsten Schritt wird ein Überblick zu den Willi Baumeister nachfolgenden deutschen bzw. deutschsprachigen Serigrafie–Künstlern präsentiert. In dem sich anschließenden Exkurs-Kapitel liegt der Schwerpunkt auf der Zusammenarbeit zwischen Künstler und Drucker. Dabei werden an Beispielen namhafter Drucker wie Luitpold Domberger und Hans-Peter Haas unter anderem Einflüsse der Drucker auf die Entstehung und den Ausdruck der Kunstwerke aufgezeigt.Nach einer Einführung in die Entstehung und Geschichte der Serigrafie in Deutschland und einem ersten Überblick über deutsche Serigrafie-Künstler wird im vierten Kapitel der Einsatz der Serigrafie-Technik bei verschiedenen Künstlern aus unterschiedlichen Zeiträumen eingehend untersucht. Besonderes Augenmerk gilt dabei dem Einfluss der Technik auf die Ausdrucksmöglichkeiten und Inhalte der Werke, die Anwendung innerhalb einer und verschiedener Kunstrichtungen sowie die Experimente, die mit der Siebdrucktechnik gemacht wurden. Dazu werden Werke ausgewählter Künstler analysiert. Im Fokus stehen Künstler der Pop Art, des Neuen und des Kritischen Realismus, der Abstrakten und Konkreten Kunst. Ferner werden Künstler, deren Werk durch einen expressiven, bisweilen primitiven Charakter geprägt ist, in die Betrachtung mit einbezogen. Eine weitere Gruppe bilden Künstler, die die Serigrafie in einen Zusammenhang zur Architektur und zum öffentlichen Raum stellen. Die aus der Untersuchung hervorgehenden Ergebnisse dienen insbesondere dazu, die Charakteristika der Technik in ihrer künstlerischen Verwendung herauszustellen und Aspekte einer künstlerisch motivierten Weiterentwicklung aufzuzeigen. Die Entwicklung des druckgraphischen Werkes und der Technik von Gerd Winner werden in Kapitel 5 eingehend untersucht. Auf diese Weise lässt sich eine systematische, nicht rein formale, sondern ästhetische und inhaltliche Darstellung der Serigrafie in Deutschland erstellen. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Frage, wie sich die Technik und deren Neuerungen auf den Inhalt auswirkten.
Die Dissertation untersucht das Selbstkonzept der indischen Ordensfrauen in deutschen Pflegeeinrichtungen. Für die Analyse wurde die Methode der Grounded Theory aus der empirischen Sozialforschung ausgewählt. Im Untersuchungsfeld wurden 26 indische Ordensfrauen und 5 Arbeitergeber interviewt. Als theoretische Grundlagen diente die Missionsgeschichte mit dem Standard des missionarischen Dienstes, die Ausprägung des deutschen und indischen Pflegeverständnisses, der Kulturbegriff in seiner strukturellen Bedingtheit von Dimensionen und Modellen mit dem Bezug zur Organisation „Ordensgemeinschaft“. Dem direkten Bezug zur Forschungsfrage dienten das hierarchische Selbstkonzeptmodell nach Shalveson und ein weiteres Modell nach Bracken, das zur Interpretation der empirischen Ergebnisse herangezogen wurde. In den fünf Kernkategorien und den dazugehörigen Subkategorien dominierte das Hauptmotiv „Missionarin sein“.Die indischen Ordensfrauen bezeichnen sich selbst als „Europamissionarin“ und wollen die Liebe Christi durch ihre Arbeit in der Pflege und Betreuung zu den Kranken, Hilfebedürftigen und alten Menschen bringen.
Damit die indischen Ordensfrauen in ihrem Selbstkonzept in Deutschland noch optimaler arbeiten können, empfiehlt es sich ein Anforderungsprofil zu entwickeln, vorausschauend bestimmte Rahmenbedingungen zu beachten und neue Lebensmodelle zu konzipieren.