Master's Thesis
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Bumpmapping-Verfahren und deren Weiterentwicklung
(2007)
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Sebastian Schäfer
- Das Bumpmapping-Verfahren, eine Methode zur realistischen Darstellung rauer Oberflächen, existiert schon seit 30 Jahren, aber erst durch aktuelle Entwicklungen der Hardware lässt es sich in Echtzeitumgebungen einsetzen. Die aktuellen Verfahren ermöglichen viele darüber hinausgehende Effekte, jedoch haben sie auch mit Problemen zu kämpfen. Das Ziel dieser Diplomarbeit ist die Weiterentwicklung der Verfahren zu betrachten. In dieser Arbeit werden die Grenzen der aktuellen Bumpmapping-Algorithmen aufgezeigt und nach neuen Wegen geforscht. Das erste Verfahren erzeugt durch ein Multipassrendern fraktale Landschaften im Shader. Die darin verwendeten Methoden lassen sich für einen weiteren Algorithmus nutzen, mit dem feine Unebenheiten der Oberfläche an jedem Pixel ausgewertet werden. So können anisotrope Materialien wie gebürstete Metalle oder Mikropartikellacke simuliert werden. Den Abschluss bilden zwei neue Verfahren für prozedurale Shader. Die zu imitierende Oberfläche wird im Modell nachgebildet und per Raytracing für jeden Oberflächenpixel ausgewertet. Durch diese Methode werden viele Probleme texturbasierter Verfahren komplett umgangen.
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Extraktion semantischer Informationen aus WIKI-Systemen
(2006)
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Sarah Voß
- Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde ein Konzept zur Extraktion von semantischen Informationen aus Wiki-Systemen entwickelt. Ausgangspunkt ist die Tatsache, dass in einem Wiki-System eine Reihe von Informationen in strukturierten, semi-strukturierten oder unstrukturierten Texten vorliegen, deren Semantik nicht immer auf den ersten Blick ersichtlich ist. Daher umfasste die Analyse zum einen, welche Informationen explizit und welche implizit vorhanden sind und zum anderen, welche Beziehungen sich aus den gefundenen Informationen ableiten lassen. Dabei handelt es sich beispielsweise um Beziehungen zwischen verschiedenen Seiten oder um Beziehungen zwischen Wörtern. Hierfür wurde eine Schablone definiert, die jede Information, die extrahiert werden kann, im Detail beschreibt. Dies beinhaltet sowohl die Semantik und die Datenquelle, aus der die Informationen extrahiert werden können, als auch eine Anleitung zur Extraktion und die abschließende Darstellung als XML-Element. Da aber nicht jede Information und deren Semantik sicher ist, wird zwischen sicheren und unsicheren Informationen unterschieden. Die Analyse hat allerdings ergeben, dass es eine Reihe an Informationen gibt, denen nicht automatisch eine Semantik zugewiesen werden kann. Außerdem wurden die Gemeinsamkeiten und Unterschiede der verschiedenen Wiki-Systeme analysiert, die für die Entwicklung des Konzeptes notwendig waren. Im Konzept ist die Gesamtarchitektur zur Extraktion von semantischen Informationen enthalten. Zwei Hauptsystemkomponenten waren hierfür notwendig: Wrapper und Mediator. Aufgrund der Unterschiede der Wiki-Systeme, wie beispielsweise die verwendete Programmiersprache, Datenbank oder Datei und Wiki-Syntax, wurde eine Wrapper eingesetzt. Der Mediator dient hingegen als Vermittler zwischen der jeweiligen Anwendung und dem Wiki-System. Durch die prototypische Implementation des Konzeptes ist die Durchführbarkeit bewiesen, bestimmte semantische Informationen zu extrahieren und diese in eine für die Weiterverarbeitung geeignete Form zu bringen. Das heißt, bestimmte Informationen können automatisch oder halb-automatisch in eine semantische Beziehung zueinander gesetzt werden.
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Unäre stochastische Automaten
(2002)
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Gregor Gramlich
- Wir untersuchen das Verhalten von unären stochastischen endlichen Automaten mit Hilfe von Methoden der Theorie der homogenen Markovketten. Für unäre stochastische Automaten mit E-isoliertem Cutpoint lambda und n Zuständen bestimmen wir eine obere Schranke für die Größe des zyklischen Teils eines optimalen äquivalenten DFAs. Ein Ergebnis von Milani und Pighizzini zeigt bereits, dass für den zyklischen Teil des äquivalenten DFAs O(e exp(sqrt(n ln n))) Zustände ausreichen und in unendlich vielen Fällen auch Omega(eexp(sqrt(n ln n))) Zustände benötigt werden, wobei die Größe von E keine Rolle spielt. Wir zeigen die obere Schranke n exp (1/2E) für die Größe des zyklischen Teils und weisen nach, dass der optimale DFA für jedes c < 1 in unendlich vielen Fällen mehr als n exp (c/2E) viele Zustände im zyklischen Teil benötigt. Wir weisen auch nach, dass es eine unendliche Familie endlicher unärer Sprachen gibt, für die es jeweils einen PFA mit n Zuständen und 1/4-isoliertem Cutpoint gibt, während der optimale, DFA e exp(Omega x sqrt(n ln n)) Zustände im Anfangspfad benötigt.
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Raytracing und Szenengraphen
(2006)
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Björn Schmidt
- Raytracing ist ein bekanntes Verfahren zur Erzeugung fotorealistischer Bilder. Globale Beleuchtungseffekte einer 3D-Szene werden durch das Raytracing-Verfahren physikalisch korrekt dargestellt. Erst aktuelle Forschungsarbeiten ermöglichen es, das sehr rechenintensive Verfahren bei interaktiven Bildraten in Echtzeit zu berechnen. Komplexe 3D-Szenen, wie sie beispielsweise in 3D-Spielen oder Simulationen vorkommen, können durch einen Szenengraphen modelliert und animiert werden. Damit die Rendering-Ergebnisse eines Szenengraphen näher an einem realen Bild liegen, ist es erforderlich das Raytracing-Verfahren in einen Szenengraphen einzugliedern. In dieser Arbeit werden die Möglichkeiten zur Integration eines Echtzeit-Raytracers in eine Szenengraph-API untersucht. Ziel dieser Diplomarbeit ist die Darstellung dynamischer Szenen bei interaktiven Bildraten unter Verwendung des Raytracing-Verfahrens auf einem herkömmlichen PC. Zunächst müssen bestehende Open Source Szenengraph-APIs und aktuelle Echtzeit-Raytracer auf ihre Eignung zur Integration hin überprüft werden. Bei der Verarbeitung dynamischer Szenen spielt die verwendete Beschleunigungsdatenstruktur des Raytracers eine entscheidende Rolle. Da eine komplette Neuerstellung der Datenstruktur in jedem Bild zuviel Zeit in Anspruch nimmt, ist eine schnelle und kostengünstige Aktualisierung erforderlich. Die in [LAM01] vorgestellte Lösung, eine Hüllkörperhierarchie (BVH) als Beschleunigungsdatenstruktur zu verwenden, fügt sich sehr gut in das Konzept eines Szenengraphen ein. Dadurch wird eine einfache Aktualisierung ermöglicht. Um das Ziel dieser Arbeit zu erreichen, ist es notwendig, die Parallelisierbarkeit des Raytracing-Verfahrens auszunutzen. Purcell zeigt in [Pur04], dass Grafikprozessoren (GPUs) neben ihrer eigentlichen Aufgabe auch für allgemeine, parallele Berechnungen wie das Raytracing verwendet werden können. Die in bisherigen Arbeiten über GPU-basiertes Raytracing entwickelten Systeme können dynamische Szenen nicht bei interaktiven Bildraten darstellen. Aus diesem Grund wird in dieser Diplomarbeit ein neues System konzipiert und implementiert, das den in [TS05] entwickelten Raytracer erweitert und in die Open Source Szenengraph-API OGRE 3D integriert. Das implementierte System ermöglicht die Darstellung statischer und dynamischer Szenen unter Verwendung einer Consumer-Grafikkarte bei interaktiven Bildraten. Durch seine Erweiterbarkeit bildet das System das Grundgerüst für ein Realtime-High-Quality-Rendering-System.
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Wiki-Systeme im eLearning
(2006)
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Rihab Osman-El Sayed
- Wiki-Systeme lassen sich in den verschiedensten Anwendungsgebieten auf angenehme Weise, aufgrund ihrer Open-Source Lizenz, durch die Anreicherung entsprechender Zusatzmodule anpassen. An dieser Stelle muss jedoch bedacht werden, dass durch die Integration vermehrter Funktionen, das charakteristische Merkmal der Wiki-Systeme 'Einfachheit' an Präsenz verlieren kann. Dieses, für Wikis typische Charakteristikum ist eine nicht zu unterschätzende Stärke, da sowohl die Expansion der Enzyklopädie Wikipedia, als auch die zunehmende Anzahl bestehender Wikis im Internet geradezu Beweis dafür sind, dass keine anderen Anwendungen in diesem Verhältnis existiert haben. Würde somit das Wiki, aufgrund der Anpassung an ein vorliegendes Konzept an Einfachheit verlieren, so müssten die Beweggründe des Wiki-Einsatzes noch mal überdacht werden. Ebenso könnte in den Bereichen, in denen die Stärken von Wikis unbrauchbar sind, ein anderes System womöglich bessere Ergebnisse liefern als ein Wiki. Aus diesen Gründen sollte vor einem Wiki-Einsatz überprüft werden, ob die vorhandenen Merkmale und Funktionen eines Wikis mit den eigenen Anforderungen übereinstimmen. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführte Befragung hat gezeigt, das Wikis größtenteils als Präsentationsmedium, zur gemeinsamen Texterstellung und als Informationsplattform genutzt werden. Es ist deutlich geworden, dass die Integration von Wikis im Lehrbereich geeignete Anwendung findet. Auffallend war, dass zwar bei (fast) allen Befragten Schwierigkeiten aufgetreten sind und sogar erhoffte Erwartungen teilweise nicht erfüllt wurden, dennoch war der größte Teil der Befragten mit dem Wiki-Einsatz zufrieden und bewertete diesen als positiv. Die Art der aufgetretenen Schwierigkeiten und Schwachstellen zeigt, dass den Lehrenden gewisse Anleitungen und Richtlinien für einen erfolgreichen Wiki-Einsatz fehlten. Denn Informationen zum didaktischen Rahmen - in denen Wikis eingesetzt werden können - und wie Wikis eingesetzt werden sollen, waren nicht vorhanden. Somit sollen die - in dieser Arbeit - erarbeiteten Empfehlungen und Kriterien, Lehrende zu einem optimierten Wiki-Einsatz in Lehrveranstaltungen verhelfen. Außerdem sind in dieser Arbeit Vorgaben enthalten, wie Wiki-Einsätze von Lehrenden gestaltet werden können, so dass die häufig auftretenden Probleme vermieden werden können. Die erarbeiteten Empfehlungen und Kriterien sind gleichermaßen aus den positiven, wie auch aus den negativen Erfahrungen der Befragten entstanden. Insbesondere sollen die Empfehlungen und Kriterien, die von den Befragten permanent beklagten auftretenden Schwierigkeiten und Probleme verhindern. Eine Garantie jedoch, dass die Einhaltung dieser Empfehlungen und Kriterien zu einem erfolgreichen Wiki-Einsatz führen und ob keine relevanten Kriterien unbeachtet gelassen sind, kann an dieser Stelle nicht gegeben werden. Ob sich nun die Probleme, die sich mit Wiki-Einsätzen wiederholt ergeben haben, durch die Befolgung dieser Kriterien und Empfehlungen vermeiden lassen, könnte im Rahmen einer nachfolgenden Diplomarbeit untersucht werden, in der Wiki- Einsätze, begleitet werden. Weiterhin sollte im Rahmen einer weiteren Arbeit die Situation der Lernenden und die Auswirkung auf das Lernverhalten in Verbindung mit Wiki-Systemen evaluiert werden, so dass einige Thesen dieser Arbeit belegt oder gar widerlegt werden können.
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Simulation von Prüfungsordnungen und Studiengängen mit Hilfe von Constraint-logischer Programmierung
(2006)
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Dereje Tewolde Habtemariam
- In dieser Arbeit wurde versucht die Prüfungsordnung des Bachelorstudiengangs Informatik mit Hilfe der Constraint-logischen Programmiersprache - genauer der Programmiersprache ECLiPSe e zu simulieren und diese auf logische Fehler zu überprüfen. Hierfür wurden die beiden deklarativen Programmierparadigmen, die logische Programmierung und die Constraint-Programmierung, getrennt erläutert, da sie unterschiedliche Techniken bei der Problembehandlung einsetzen. Zunächst wurde als Grundlage die Prädikatenlogik (Kapitel 2), erarbeitet und ausführlich dargestellt. Anschließend wurde die logische Programmierung mit der, auf Prädikatenlogik basierenden, Programmiersprache Prolog erläutert (Kapitel 3). Nach der Erläuterung des logischen Teils wurde die Constraint-Programmierung (Kapitel 4) eingehend erläutert. Damit wurde eine Basis geschaffen, um die Constraint-logische Programmierung zu erläutern. Die Constraint-logische Programmierung (Kapitel 5) wurde als eine Erweiterung der logischen Programmierung um Constraints und deren Behandlung dargestellt. Dabei wurde zunächst ein allgemeiner Ansatz der Constraint-logischen Programmierung (CLP-Paradigma) erläutert. Mit der Einführung der Programmiersprache ECLiPSe, wurden alle Werkzeuge behandelt, die für die Simulation benötigt wurden. Schließlich wurde genauer auf die Modellierung des Problems und seine Implementierung in der Sprache ECLiPSe eingegangen (Kapitel 6). Grundidee der Simulation war, die Regeln der Prüfungsordnung als Constraints zu formulieren, so dass sie formal bearbeitet werden konnten. Hier wurden zwei Arten von Tests durchgeführt: • Constraint-Erfüllbarkeitsproblem: Mit dem ersten Test wurde nach eine Lösung gesucht, in der alle Constraints erfüllt sind. • Constraint-Optimierungsproblem: Hier wurde nach einer optimalen Lösung gesucht unter mehreren Kandidaten, in der alle Constraints erfüllt sind. Fazit: Die Constraint-logische Programmierung ist ein viel versprechendes Gebiet, da sie ein Mittel zur Behandlung kombinatorischer Probleme darstellt. Solche Probleme treten in vielen verschiedenen Berufsfeldern auf und lassen sich sonst nur mit großem Aufwand bewältigen. Beim Auftreten solcher Probleme kann schnell ein konzeptuelles Modell erstellt werden, das sehr einfach in ein ausführbares Programm (Design-Modell) umgewandelt wird. Programm-Modifikation ist erheblich leichter als in den prozeduralen Programmiersprachen.
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Untersuchung alternativer nicht-deterministischer Lambda-Kalküle zur Implementierung der Montague-Semantik
(2006)
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Hermine Reichau
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Erstellung eines Metadatenschemas für die digitale Speicherung von Artefakten am Beispiel des Bestands eines Museums
(2002)
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Tania Hernández
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Semantic Web & Caché : Objektorientierte Speicherung des RDF-Modells in die postrelationale Datenbank Caché von InterSystems
(2004)
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Christoph Karwoth
- RDF is widely used in order to catalogue the chaos of data across the internet. But these descriptions must be stored, evaluated, analyzed and verified. This creates the need to search for an environment to realize these aspects and strengthen RDFs influence. InterSystems postrelational database Caché exposes many features that are similar to RDF and provide persistence with semantic part. Some models for relational databases exist but these lack features like object-oriented data-structures and multidimensional variables. The aim of this thesis is to develop an RDF model for Caché that saves RDF data in an object-oriented form. Furthermore an interface for importing RDF data will be presented and implemented.
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Fraktale Planetengenerierung
(2006)
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Jörg Homann
- Wie die Diplomarbeit gezeigt hat, lassen sich zwar ganze Planeten ohne größere Verzerrungen mit Hilfe fraktaler Methoden modellieren. Allerdings stößt die Darstellungsqualität an ihre Grenzen, da sich gängige Level-of-Detail-Algorithmen, wie ROAM bzw. Röttger, nicht einfach an die durch das Surface-Refinement gegebenen Bedingungen anpassen. Insbesondere die Triangulierung durch gleichseitige Dreiecke hat sich als problematisch erwiesen. Ohne diese LOD-Techniken kann aber nur eine relativ geringe Auflösung berechnet werden. Der vorgestellte Level-of-Detail-Algorithmus stellt zwar keinen Ersatz für die obengenannten Verfahren dar. Er bietet aber eine sehr gute Grundlage, denn er schränkt einfach und dadurch sehr schnell den Bereich ein, in dem sich der Betrachter bzw. die virtuelle Kamera befindet. Dies ist vorallem auch deshalb wichtig, weil die bisher entwickelten LOD-Algorithmen nur mit vergleichsweise kleinen Flächen wirklich effizient funktionieren. Eine Kombination aus dem in der Diplomarbeit entwickelten Verfahren und einem ROAM/Röttger-ähnlichen Algorithmus würde deren jeweiligen Schwächen beheben. Die eigentliche Modellierung der Landschaft bzw. der Gebirgszüge lässt sich dagegen problemlos auch auf sphärische Körper übertragen, zumindest wenn man dafür den Plasma-Algorithmus verwendet.
