Diplomarbeit
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In Silico simulation of biological systems is an important sub area of computational biology (system biology), and becomes more and more an inherent part for research. Therefore, different kinds of software tools are required. At present, a multitude of tools for several areas exists, but the problem is that most of the tools are essentially application specific and cannot be combined. For instance, a software tool for the simulation of biochemical processes is not able to interact with tools for the morphology simulation and vice versa. In order to obtain realistic results with computer-aided simulations it is important to regard the biological system in its entirety. The objective is to develop a software framework, which provides an interface structure to combine existing simulation tools, and to offer an interaction between all affiliated systems. Consequently, it is possible to re-use existing models and simulation programs. Additionally, dependencies between those can be defined. The system is designed to interoperate as an extendable architecture for various tools. The thesis shows the usability and applicability of the software and discusses potential improvements.
Für die realistische Betrachtung einer virtuellen Szene spielt neben der direkten Beleuchtung auch die Ausbreitung des indirekten Lichtes eine wichtige Rolle. Die Berechnung der indirekten Beleuchtung benötigt grundsätzlich Informationen über die gesamte Szene, nicht nur über den für die Kamera sichtbaren Ausschnitt, der in bildraumbasierten Techniken zum Einsatz kommt. Mittels Voxelisierung kann die Szene in eine dreidimensionale, diskrete und GPU-freundliche Repräsentation überführt werden. In dieser Arbeit werden Voxelrepräsentationen hinsichtlich ihrer Eignung für den globalen Lichtaustausch in dynamischen und großen Szenen untersucht. Nach einer Einführung und einem Literaturüberblick über existierende Voxelisierungs- und Beleuchtungsverfahren, die Voxel als Grundlage nutzen, wird ein Voxelisierungsverfahren entwickelt, das sich für Szenen mit dynamischen Objekten eignet. Auf der Grundlage des Strahlenschnitt-Tests mit binärer Voxelhierarchie werden dann zwei Beleuchtungsalgorithmen umgesetzt, implementiert und evaluiert: Monte-Carlo-Integration der Hemisphäre eines Szenenpunktes und Beleuchtung der Szenenpunkte mit virtuellen Punktlichtquellen.
Das Ziel dieser Arbeit war es, durch agentenbasierte Simulation die Unfall- und Verkehrsmodellierung von Oman (Muskat City) unter theoretischen Annahmen darzustellen. TRASS sollte als Grundlage für die Simulationsumgebung genommen werden. Zusätzlich sollten mögliche Gegenmaßnahmen in Bezug auf die hohe Unfallrate vorgeschlagen werden können, die sich durch unterschiedliche Simulationsvarianten ergeben.
Ob die theoretischen Annahmen durch die Simulation in der Realität tatsächlich eine Anwendung finden und umgesetzt werden sollen, war nicht Teil dieser Arbeit.
Zu prüfen war es noch, ob sich drei verschiedene Simulationsvarianten durch die Simulation mit TRASS unterschiedlich darstellen lassen. Die drei Varianten wurden aufgeteilt in Simulationsablauf mit Ampelsteuerung, ohne Ampelsteuerung und schließlich mit Ampelsteuerung, die aber mit einer Wahrscheinlichkeit von 70% ignorieret werden soll. Alle drei Varianten konnten unterschiedliche Ergebnisse liefern. Es wurde gezeigt, dass alle drei Varianten Vor- und Nachteile im Bezug auf Verkehrsfluss und Unfallrate haben.
Nicht zu vernachlässigen ist die Tatsache, dass in dieser Arbeit ausschließlich mit TRASS-Framework modelliert, analysiert und ausgewertet wurde. Alle Potenziale und Defizite fließen somit in den Gesamtrahmen dieser Arbeit ein. Daher ist nach kritischer Betrachtung diese Aussage nur aus einem Blickwinkel betrachtet worden: Zu Grunde lagen die theoretischen Annahmen von Oman und die Modelliergrenzen von TRASS. Um eine vielversprechende Aussage über die tatsächliche Umsetzung der Vorschläge machen zu können, bedarf es noch weitere umfassende Analysen und Simulationen in weitaus größerem Variantenumfang des Verkehrs für Oman.
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.
In dieser Arbeit wird die Umsetzung und Modifikation des Verfahrens von Finlayson et al. zur Schattenentfernung in einzelnen Farbbildern unter Verwendung des Retinex-Algorithmus vorgestellt. Für die benötigte Detektion von Schattenkanten wurde ein Verfahren von Finlayson et al. umgesetzt und angepasst. Die erforderliche Kamerakalibrierung wurde dabei nicht mit Tageslicht, sondern unter Verwendung künstlicher Lichtquellen realisiert. Anhand von Campus-Bildsequenzen wird ein qualitativer Vergleich des umgesetzten Verfahrens mit dem von Weiss zur Schattenentfernung in Bildserien vorgenommen. Außerdem wird ein erster Ansatz vorgestellt, wie Verfahren zur Schattenentfernung quantitativ bewertet werden können. Die Erzeugung der benötigten Ground-truth-Daten wird mit Hilfe von Laboraufnahmen realisiert, sodass keine manuelle Segmentierung von Schatten erforderlich ist. Anhand der Ergebnisse von Experimenten wird gezeigt, inwieweit die definierten Maße eine Bewertung und einen Vergleich der beiden Verfahren erlauben.
Die Diplomarbeit "Entwicklung eines Telemedizinregister-Anforderungskatalog" behandelt die Erstellung eines Anforderungskatalogs für die Entwicklung eines im telemedizinischen Bereich anwendbaren Registers zur Unterstützung von Abrechnungsvorgängen. Diese werden im deutschen Gesundheitswesen zwischen telemedizinischen Dienstleistern und Kostenträgern in Zusammenhang mit der integrierten Versorgungsform durchgeführt, um die Finanzierung durchgeführter telemedizinischer Behandlungen abzurechnen. Dabei dient das Telemedizinregister als eine datenvorhaltende Speicherstelle, die Kopien von Behandlungsdaten telemedizinischer Dienstleister aufnimmt und deren Verarbeitungsprozesse im Register protokolliert. Den beteiligten Kostenträgern wird Zugriff auf dieses Telemedizinregister gewährt, um die Validität der Therapiedaten überprüfen zu können, die ihnen durch telemedizinische Dienstleister zur Analyse vorgelegt werden. Die Arbeit beschreibt die theoretischen Grundlagen der Bereiche Datenschutz und Telemedizin, mit denen Anforderungslisten und ein SOLL-Modell eines Telemedizinregisters erstellt werden. Dieses Modell setzt sich aus Datenmodellen und Prozessbeschreibungen zusammen und wird mit Hilfe eines praktischen Beispiels einer telemedizinischen Behandlung überprüft. Die Integration verschiedener Standards, welche bei Datenaustausch-Prozessen eingesetzt werden können, ist ein weiterer Teil zur Konzeptionierung des Telemedizinregisters, zu dem mögliche Anwendungsfelder zur Erweiterung der Funktionalität beschrieben werden.
Die vorliegende Arbeit stellt eine Methode für die korpusbasierte Analyse der Verwendung von Softwarebibliotheken in Java-Programmen vor. Die meisten größeren Softwareprojekte verwenden Softwarebibliotheken, die als Schnittstelle für den Programmierer sogenannte APIs (application programming interfaces) bereitstellen. Um den Umstieg von einer solchen API auf eine andere zu unterstützen, strebt man Werkzeuge zur automatisierten API-Migration an. Zur Entwicklung solcher Werkzeuge fehlen allerdings noch Basisdaten. Statistiken und Beobachtungen zur Verwendung von APIs in der Praxis wurden bisher nur mit sehr kleinen Korpora von Projekten und APIs durchgeführt. Wir stellen in dieser Arbeit daher eine Analysemethode vor, die für Messungen an großen Korpora geeignet ist. Hierzu erzeugen wir zunächst einen Korpus von auf SourceForge gehosteten Open-Source-Projekten sowie einen Korpus von Softwarebibliotheken. In der Folge werden alle Projekte des Korpus compiliert, wobei ein Compiler-Plugin für den javac detaillierte Informationen über jede einzelne Methode liefert, die der Compiler erstellt. Diese Informationen werden in einer Datenbank gespeichert und analysiert.
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.
Im Rahmen der mGeoWiki-Projekte wird ein neuer Ansatz geschaffen, mit ortsbezogenen Daten umzugehen. Bisher gibt es zum einen Geo-Portale, wie Google Maps, die es einem ermöglichen, Landkarten oder Luftbilder von jedem beliebigen Ort auf der Erde anzusehen. Dort können von jedem Benutzer zusätzliche Informationen oder auch Fotos hinterlegt und somit anderen Benutzern zugänglich gemacht werden. Die Nutzung dieses Dienstes ist kostenlos. Eine weitere Nutzung ortsbezogener Daten findet sich bei den Navigationssystemen. Hier wird die aktuelle Position mit Hilfe des GPS-Empfängers ermittelt und auf einer Karte angezeigt. Darüber hinaus werden thematische Informationen, wie Hotels oder Tankstellen, dargestellt. Diese zusätzlichen Informationen sind jedoch nicht unmittelbar durch den Benutzer veränderbar, sondern werden durch die Hersteller der Geräte vorgegeben. Eine Aktualisierung ist in der Regel kostenpflichtig. Das mGeoWiki kombiniert diese verschiedene Aspekte zu einem neuen Service. Der erste wichtige Aspekt ist die Mobilität. Der Benutzer kann sich frei in seiner Umwelt bewegen,seine Position wird mittels GPS festgestellt. Dann werden dem Benutzer Luftbilder und zusätzliche Informationen über den aktuellen Standort gezeigt. Der Benutzer ist also nicht mehr an seinen heimischen PC gebunden. Der zweite wichtige Aspekt ist die Möglichkeit der Benutzer, eigene, standortbezogene Daten zu hinterlegen, zu diskutieren und zu verändern. Am Beispiel des Landesamts für Vermessung und Geobasisinformation Rheinland-Pfalz (LVermGeo RLP) und dessen Plattform TIM-Online wird gezeigt, wie sich das mGeoWiki als generische Plattform im e-Government-Kontext einsetzen lässt.