Masterarbeit
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Soll die Inneneinrichtung eines Raums geplant werden, stehen verschiedene
Programme für Computer, Smartphones oder Head-Mounted Displays
zur Verfügung. Problematisch ist hierbei der Transfer der Planung in die
reale Umgebung. Deshalb wird ein Ansatz mit Augmented Reality entwickelt,
durch den die Planung des Raums unter realen Umständen veranschaulicht
wird. Möchten mehrere Personen ihre Ideen beitragen, erfordern
herkömmliche Systeme die Zusammenarbeit an einem Endgerät. Ziel dieser
Masterarbeit ist es, eine kollaborative Anwendung zur Raumplanung
in Augmented Reality zu konzipieren und zu entwickeln. Die Umsetzung
erfolgt in Unity mit ARCore und C#.
Vereine, wie zum Beispiel die Pfadfinder, stützen sich auf die Arbeit ihrer ehrenamtlichen Mitglieder, welche eine Vielzahl von Aufgaben zu erledigen haben. Oftmals kommt es in den Reihen der Mitglieder zu plötzlichen Änderungen in den Organisationsteams und Ämtern, wobei Planungsschritte verloren gehen und Unerfahrenheit bezüglich der Planung besteht. Da die speziellen Anforderungen durch bereits existierende Tools nicht abgedeckt werden, wird zur Unterstützung von Vereinen in Bezug auf die genannte Problematik in dieser Arbeit ScOuT, ein Planungstool für die Organisationsverwaltung, konzipiert und entwickelt. Der Schwerpunkt lag darauf verschiedene geeignete Richtlinien und heuristische Methoden zu identifizieren und zu verwenden, um eine gebrauchstaugliche Benutzeroberfläche erstellen zu können. Das entwickelte Produkt wurde im Rahmen der Arbeit empirisch durch eine Benutzerumfrage bezüglich der Gebrauchstauglichkeit ausgewertet. Das Ergebnis dieser Studie zeigt, dass bereits ein hohes Maß des angestrebten Ziels durch den Einbezug der Richtlinien und Methoden erreicht werden konnte.
Daraus lässt sich im großen Kontext schließen, dass mithilfe von benutzerspezifischen Konzeptideen und der Anwendung geeigneter Richtlinien und Methoden eine zielführende Grundlage für eine gebrauchstaugliche Anwendung zur Unterstützung von Vereinen erstellt werden kann.
Datenflussmodelle in der Literatur weisen oftmals einen hohen Detailgrad auf, der sich auf die auf den Modellen durchgeführten Datenflussanalysen überträgt und diese somit schwerer verständlich macht. Da ein Datenflussmodell, das von einem Großteil der Implementierungsdetails des modellierten Programms abstrahiert, potenziell leichter verständliche Datenflussanalysen erlaubt, beschäftigt sich die vorliegende Masterarbeit mit der Spezifikation und dem Aufbau eines stark abstrahierten Datenflussmodells und der Durchführung von Datenflussanalysen auf diesem Modell. Das Modell und die darauf arbeitenden Analysen wurden testgetrieben entwickelt, sodass ein breites Spektrum möglicher Datenflussszenarien abgedeckt werden konnte. Als konkrete Datenflussanalyse wurde unter anderem eine statische Sicherheitsprüfung in Form einer Erkennung unzureichender Nutzereingabenbereinigungen durchgeführt. Bisher existiert kein Datenflussmodell auf einer ähnlich hohen Abstraktionsebene. Es handelt sich daher um einen einzigartigen Lösungsentwurf, der Entwicklern die Durchführung von Datenflussanalysen erleichtert, die keine Expertise auf diesem Gebiet haben.
Simulationen in der Computergraphik haben das Ziel, die Realität so genau wie möglich in einer Szene einzufangen. Dafür werden intern und extern wirkende Kräfte berechnet, aus denen Beschleunigungen berechnet werden. Mit diesen werden letztendlich die Positionen von Geometrien oder Partikeln verändert.
Position Based Dynaimcs arbeitet direkt auf den Positionen. Durch Constraints wird eine Menge von Regeln aufgestellt, die zu jedem Zeitpunkt in der Simulation gelten sollen. Ist dies nicht der Fall, so werden die Positionen so verändert, dass sie den Constraints entsprechen. In dieser Arbeit wird ein PBD-Framework implementiert, in dem Solide und Fluide simuliert werden. Die Constraints werden durch ein Gauss-Seidel-Lösungsverfahren und ein Gauss-Jakobi-Lösungsverfahren gelöst. Die Berechnungen finden dabei komplett auf der GPU statt. Die Ergebnisse sind physikalisch plausible Simulationen, die in Echtzeit laufen.
Unkontrolliert gewachsene Software-Architekturen zeichnen sich i.d.R. durch fehlende oder schlecht nachvollziehbare Strukturen aus. Hierfür können als Gründe beispielsweise mangelhafte Definitionen oder ein langsames Erodieren sein. Dies ist auch unter dem Begriff "Big Ball of Mud" bekannt. Langfristig erhöhen solche architekturellen Mängel nicht nur die Entwicklungskosten, sondern können letztendlich auch Veränderungen vollständig verhindern.
Die Software-Architektur benötigt somit eine kontinuierliche Weiterentwicklung, um solchen Effekten entgegen wirken zu können. Eine gute Software-Architektur unterstützt die Software-Entwicklung und erhöht die Produktivität. Auf der Ebene von Quellcode existieren bereits etablierte Vorgehensweisen zur kontrollierten Verbesserung der Qualität. Im Gegensatz hierzu existieren für Verbesserungen einer Software-Architektur jedoch keine allgemeingültigen Vorgehensweisen, welche unabhängig vom Anwendungsfall angewandt werden können. An diesem Punkt setzt die vorliegende Arbeit an.
Bisherige Arbeiten beschäftigen sich einerseits nur mit Teilpunkten des Problems. Anderseits existieren zwar bereits Vorgehensweisen zum Treffen von Architekturentscheidungen, jedoch agieren diese auf einer stark abstrakten Ebene ohne praktische Beispiele. Diese Arbeit stellt eine leichtgewichtige Vorgehensweise zum gezielten Verbessern einer Software-Architektur vor. Die Vorgehensweise basiert auf einem generischen Problemlösungsprozess. Auf dieser Basis ist ein Prozess zum Lösen von Problemen einer Software-Architektur entwickelt worden. Im Fokus der Arbeit stehen zur Eingrenzung des Umfanges architektonische Probleme aufgrund geforderter Variabilität sowie externer Abhängigkeiten.
Die wissenschaftliche Methodik, welcher der Arbeit zugrunde liegt, agiert im Rahmen der Design Science Research (DSR). Über mehrere Iterationen hinweg wurde eine Vorgehensweise entwickelt, welche sich an Softwareentwickler mit zwei bis drei Jahren Erfahrung und Kenntnissen über Grundlage der Softwareentwicklung und Software-Architektur richtet. Fünf Schritte inkl. Verweise auf aussagekräftige Literatur leiten Anwender anschließend durch den Prozess zur gezielten Verbesserung einer Software-Architektur.
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.
Diese Arbeit soll das von Dietz und Oppermann entwickelte Planspiel „Datenschutz 2.0“ an den heutigen Alltag der Schüler anpassen, die Benutzung in der Sekundarstufe II ermöglichen und die technischen und gesetzlichen Problematiken des Planspiels beheben. Das mit dem Planspiel aufgegriffene Thema Datenschutz ist im rheinland-pfälzischen Informatik-Lehrplan für die Sekundarstufe II verankert. Hier wird der Begriff Datenschutz in der Reihe „Datenerhebung unter dem Aspekt Datenschutz beurteilen“ genannt. Jedoch werden in dem Planspiel keine Daten erhoben, sondern die selbst hinterlassenen Datenspuren untersucht. Diese Form des Datenschutzes ist im Grundkurs in der vorgeschlagenen Reihe „Datensicherheit unter der Berücksichtigung kryptologischer Verfahren erklären und beachten“ unter dem Thema Kommunikation in Rechnernetzen zu finden. Im Leistungskurs steht die Datensicherheit in gleichbenannter Reihe und Thema und in der Reihe „Datenerhebung unter dem Aspekt Datenschutz beurteilen“ im Thema Wechselwirkung zwischen Informatiksysteme, Individuum und Gesellschaft.
Die im Rahmen dieser Masterarbeit durchgeführte Analyse von Ernährungsumstellungen auf die vegane Ernährung in Form von vier Portraits lotet mit ihrer interdisziplinären Perspektive aus Gastrosophie, Ethnologie und Leibphilosophie die soziokulturellen Aspekte dieser Transmissionsprozesse aus. Dazu gehören der zivilisatorisch erlernte Umgang mit Nahrung, das Umsetzen und Reflektieren sinnlicher Wahrnehmungen im Ernährungsprozess und die Prägung von Relationen zwischen Essendem und Zu-Essendem. Geleitet wird die Analyse dabei von der Forschungsfrage: „Welche leiblich sinnlichen Wahrnehmungen geben den Anstoß zu einer Ernährungsumstellung und wie begleiten diese den Prozess der Umstellung?“. Damit gibt die Frage den Fokus auf das (leibliche) Wahrnehmungsvermögen des Menschen vor und begrenzt Ernährung bewusst nicht auf ihre physiologische Funktion der Energiegewinnung. Dadurch flicht sie sich in den Diskurs um den cultural turn in der Ernährungswissenschaft ein und zielt weg von der metabolischen Durchmessung des Essens, hin auf das Verständnis von Ernährung als Praxis des Sich-Einverleibens-von-Anderem – Essen als Vollzug von Beziehungen. Das Sich-Ernähren wird damit als sozial geprägter und leiblich vermittelter Erfahrungsvorgang sichtbar, der über das Geschmackserlebnis hinaus durch Betroffenheitserfahrung konstituiert wird. Durch das Zusammenbringen philosophischer Perspektiven, wie die der Gastrosophie Harald Lemkes, die Essen u. a. auch als Selbstbestimmung denkt, und soziologischen Theorien, wie die des Habitus-Konzepts nach Pierre Bourdieu, wird deutlich, wie die Wahrnehmungspraxis und -fähigkeit des Menschen, in ihrem leiblichsinnlichen Aspekt, die Verhaltensbestimmung im Umgang mit Nahrung und deren Quellen beeinflusst. Die vier Portraits entstanden während einer sechsmonatigen ethnographischen Feldforschung und stellen anonymisiert die Motivation, den Verlauf und das Konfliktthema der jeweiligen Ernährungsumstellung dar. Die Portraits sind sehr individuell und zeigen auf, wie und warum beispielsweise die gesundheitliche Selbstsorge oder das empathische Mitleiden mit Nutztieren Veränderungen oder Tabuisierungen im Ernährungshandeln anstoßen.
Ein Gonioreflektometer ist ein Gerät zum Vermessen der Reflexionseigenschaften von Materialien. Ein solche Apparatur wird in dieser Arbeit mit handelsüblichen Bauteilen gebaut. Dafür werden drei Schrittmotoren und 809 Leuchtdioden mit einem Arduino-Mikrocontroller gesteuert. Als Reflexionsdaten werden RGB-Bilder mit einer industriellen Kamera aufgenommen. Zusätzlich wird eine Steuersoftware für verschiedene Aufnahmeprogramme sowie ein Renderer zum Anzeigen der vermessenen Materialien implementiert. Somit können komplette bidirektionale Reflektanz-Verteilungsfunktionen (BRDFs) aufgenommen und gerendert werden, wodurch selbst komplizierte anisotrope Materialeigenschaften repräsentierbar sind. Die Qualität der Ergebnisse ist aufgrund von Schattierungen zwar Artefakt-behaftet, jedoch können diese Artefakte durch entsprechende Algorithmen wie Inpainting weitestgehend behoben werden. Außerdem wurde das Gonioreflektometer auf andere Anwendungen übertragen. So sind ohne Veränderungen am Gerät auch 3D-Scans, Lichtfeldaufnahmen und Light-Staging möglich. Auch die Qualität der Ergebnisse dieser Aufnahmeverfahren entspricht den Erwartungen im positiven Sinne. Somit ist das in dieser Arbeit gebaute Gonioreflektometer im Vergleich zu anderen Publikationen eine breit anwendbare und kostengünstige Alternative.