004 Datenverarbeitung; Informatik
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Im Vergleich zu herkömmlicher Computergrafik (perspektivische Projektion) bietet Raytracing entscheidende Vorteile, die hauptsächlich in der vergleichsweise hohen physikalischen Korrektheit der Methode begründet sind. Die Schwächen liegen hingegen im immensen Rechenaufwand.
Ein Raytracer ist vergleichsweise so rechenintensiv, weil für jeden Pixel mindestens ein Strahl verschickt werden muss. Dieser muss gegen alle Objekte im Raum geschnitten werden. Hinzu kommen noch die Strahlen, die entstehen, wenn Strahlen an Objekten reflektiert werden (Rekursion). Um diesen Rechenaufwand zu verkleinern und zusätzlich ein besseres Bild zu erzeugen, soll der adaptive Sampler den Raytracer unterstützen. Der adaptive Sampler soll während des Rendervorgangs den progressiven Fortschritt in der Bildgenerierung beobachten und Pixel von der weiteren Berechnung ausschließen, für die sich ein zusätzliches Verschießen von Strahlen nicht mehr lohnt.
Anders als der rein progressive Raytracer hört der adaptive Sampler mit dem Konvergieren des Bildes auf zu rechnen. Der adaptive Sampler soll so dafür sorgen, dass schneller ein besseres Bild erzeugt wird und somit die Performanz gesteigert wird. Insgesamt erwartet man sich vom adaptiven Sampler Vorteile bei der Berechnung von bestimmten Szenen. Unter anderem eine Verbesserung bei Szenen mit rein diffus beleuchteten Bildbereichen, sowie eine Verbesserung bei Szenen mit unterschiedlich rechenintensiven Bildbereichen. Ein normaler Raytracer kann nicht beurteilen, wie sinnvoll seine Schüsse sind. Er kann nur mehr Strahlen verschießen, in der Hoffnung, das Bild damit effektiv zu verbessern.
Es gibt jedoch viele Szenarien, bei denen eine linear steigende Schussanzahl pro Pixel keine gleichmäßige Verbesserung im Bild erzeugt. Das bedeutet, dass Bereiche im Bild schon gut aussehen, während andere noch sehr verrauscht sind. Man möchte nun Bildbereiche, die bereits konvergiert sind, in denen sich ein weiterer Beschuss also nicht mehr bemerkbar macht, ausschließen und die Rechenleistung dort nutzen, wo man sie noch braucht.
Wichtig dabei ist, dass Pixel nicht ungewollt zu früh von der Berechnung ausgeschlossen werden, die nicht weit genug konvergiert sind. Der adaptive Sampler soll so lange arbeiten, bis jeder Pixel dauerhaft keine Änderungen mehr vorweist. Das bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit für eine signifikante Farbänderung eines Pixels durch Verschießen eines Strahls (bei mehreren Lichtquellen in RenderGin mehrere Strahlen pro Pixel) klein genug ist. Es wird zwar intern keine Wahrscheinlichkeit berechnet, jedoch bekommt der Raytracer eine Art Gedächtnis: Er speichert die Veränderungen im beleuchteten Bild und deren Verlauf in eigenen Gedächtnisbildern. Das "Gedächtnis" für das alte Bild (Zustand des Bildes in der letzten Iteration über die Pixel) repräsentiert dabei das Kurzzeitgedächtnis. Es ist absolut genau. Das Langzeitgedächtnis wird von drei verschiedenen Bildern repräsentiert. Das erste gibt die Anzahl der verschossenen Strahlen pro Pixel an. Das zweite ist ein Wahrheitswertebild, das für jeden Pixel angibt, ob dieser noch in die Berechnung einbezogen werden soll. Das dritte Bild gibt an, wie oft jeder Pixel eine Farbänderung vollzogen hat, die geringer ist als der geforderte Maximalabstand eines Pixels zu sich selbst (vor und nach dem Verschießen eines weiteren Strahls).
Mit diesen drei Bildern ist es möglich, zusätzliche quantitative Informationen zu den qualitativen Informationen des Vergleichs vom neuen und alten Bild zu berücksichtigen.
In dieser Arbeit kläre ich die Frage, ob die gewünschten Effekte eintreten und ob bei Integration in die bestehende Struktur von RenderGin ein Performanzgewinn möglich ist. Die Umsetzung eines adaptiven Samplers ist als Plug-In in der Software RenderGin von Numenus GmbH geschehen. RenderGin ist ein echtzeitfähiger, progressiver Raytracer, der sich durch seine Performanz auszeichnet. Die Bildgenerierung geschieht allein auf der CPU, die Grafikkarte wird lediglich zur Anzeige des erzeugten Bildes benötigt.
Die Umsetzung und Programmierung des Plug-Ins ist in Microsoft Visual Studio 2010 geschehen unter Verwendung des RenderGin SDK der Numenus GmbH.
Potential vermögender Kunden
(2011)
Diese Bachelorarbeit beschäftigt sich mit dem Potential vermögender Kunden im Private-Banking Sektor und den in diesem Bereich angebotenen Finanzdienstleistungen. Hierzu wird unter anderem ein Vergleich des internationalen Potentials mit dem Potential im deutschsprachigen Raum, mit Hilfe von Zeitreihen, durchgeführt.
Der Bezugszeitraum liegt zwischen den Jahren 2000 und 2009. In dieser Zeit kam es, gerade durch die Finanzkrise undrnderen Folgen, zu Kapitalumverteilungen. Die sich aus dieser Analyse ergebenden Veränderungen des Potentials werden daraufhin im Bezug auf die Umgestaltungsmöglichkeiten im Bereich der Finanzdienstleistungen in diesem Sektor angewandt. Hierbei steht das Erreichen eines hohen Servicegrades im Vordergrund, denn dies ist einer der Hauptgründe, warum eine Kunde bei einer Bank bleibt und diese nicht wechselt. Zudem werden neue Möglichkeiten im Banksektor erwähnt und auf die Auswirkungen unterschiedlicher Berater-Entlohnungsmodelle eingegangen.
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.
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.
Im Institut MTI Mittelrhein wird untersucht, wie sich Training und Erfahrung auf die Bewegung und Bewegungsplanung im Sport auswirken. Im Rahmen dieser Untersuchungen soll das Bewegungsverhalten eines Kletterers an einer Sportkletterwand analysiert werden. Das Ziel der Arbeit ist es, die Bewegungen eines Kletterers in Videoaufnahmen zu segmentieren und markerbasiert zu detektieren. Die segmentierten Marker aus jedem Bild werden mit einem Trackingverfahren über die Zeit verfolgt und die Bewegungsspuren in einem geeigneten Format für die Bewegungsanalyse-Software Simi Motion exportiert, um dort weitere Analysen zu ermöglichen.
Diese Bachelorarbeit beschäftigt sich im Wesentlichen mit dem Entwurf und der Implementierung einer Manöverdatenstruktur für Car-like Robots. Diese Datenstruktur soll die Planung von fahrbaren Wegen mit kontinuierlicher Lenkwinkeländerung ermöglichen. Dabei stehen entsprechende Kurvenmanöver, die aus zwei Klothoiden und einem Kreisbogen bestehen, im Vordergrund.
Zudem liegt ein Schwerpunkt auf der Entwicklung eines Konzepts zur Berechnung einer Hülle für entsprechende Manöver. Diese Hülle umschließt die Fläche, die das Fahrzeug bei der Ausführung eines Manövers einnimmt. Die Hülle ermöglicht es, beim koordinierten Fahren mit mehreren Fahrzeugen Kollisionsfreiheit zu garantieren. Auf der Manöverdatenstruktur aufbauend wird im Rahmen dieser Bachelorarbeit zudem ein Planungsmodul entworfen und implementiert, das zu vorgegebenen groben Wegen fahrbare, aus Manövern zusammengesetzte Wege erzeugt.
Haushaltsroboter gewinnen in heutiger Zeit immer mehr an Bedeutung. Sie finden ihren Einsatz zum Beispiel beim Reinigen von Böden, beim Mähen des Rasens oder helfen bei der Überwachung in Gebäuden oder Außenanlagen. Der Mehrheit dieser Roboter fehlt allerdings etwas Entscheidendes, nämlich ein Gesicht.
In dieser Arbeit wird die Entwicklung eines virtuellen, austauschbaren Gesichtes festgehalten, das speziell für den Roboter Lisa der Arbeitsgruppe "Aktives Sehen" der Universität Koblenz entwickelt wurde. Psychologische Studien nach Krach u. a. (2008) haben hierzu gezeigt, dass die Ausstattung solcher Roboter mit Gesichtern die Aufmerksamkeit der Benuzter stärker bindet und ihnen zugleich mehr Intelligenz zugetraut wird.
Computergesichter oder auch Talkingheads finden ihren Einsatz nicht nur bei Robotern, sondern auch in Videospielen oder Animationsfilmen. Allerdings wird in diesen Bereichen die Bewegung und Mimik des Gesichtes meistens per Hand erstellt, was einen festen Bewegungsablauf liefert. Interessanter ist hier der Einsatz in barrierefreien Anwendungen. In diesem Bereich werden aus einem eingehenden Audiosignal die Phoneme extrahiert und den entsprechenden Visemen zugeordnet. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird dieser Vorgang mit Hilfe des Text-to-Speech-Synthesizer Festival erzielt, wodurch sich die Bewegung der Lippen entsprechend des gegebenen Textes dynamisch verändert.
Aber nicht nur die korrekte Bewegung der Lippen spielt eine wichtige Rolle, sondern auch die Emotionen. Mit Hilfe einer bestimmten Emoticon-Arithmetik, die dem zu synthetisierenden Text beigefügt wird, ist die Visualisierung der Emotionen möglich.
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.
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.
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.