A data cube model for analysis of high volumes of ambient data

Ambient systems generate large volumes of data for many of their application areas with XML often the format for data exchange. As a result, large scale ambient systems such as smart cities require some form of optimization before different components can merge their data streams. In data warehousing, the cube structure is often used for optimizing the analytics process with more recent structures such as dwarf, providing new orders of magnitude in terms of optimizing data extraction. However, these systems were developed for relational data and as a result, we now present the development of an XML dwarf to manage ambient systems generating XML data

Parallel Mesh Processing

Die aktuelle Forschung im Bereich der Computergrafik versucht den zunehmenden Ansprüchen der Anwender gerecht zu werden und erzeugt immer realistischer wirkende Bilder. Dementsprechend werden die Szenen und Verfahren, die zur Darstellung der Bilder genutzt werden, immer komplexer. So eine Entwicklung ist unweigerlich mit der Steigerung der erforderlichen Rechenleistung verbunden, da die Modelle, aus denen eine Szene besteht, aus Milliarden von Polygonen bestehen können und in Echtzeit dargestellt werden müssen. Die realistische Bilddarstellung ruht auf drei Säulen: Modelle, Materialien und Beleuchtung. Heutzutage gibt es einige Verfahren für effiziente und realistische Approximation der globalen Beleuchtung. Genauso existieren Algorithmen zur Erstellung von realistischen Materialien. Es gibt zwar auch Verfahren für das Rendering von Modellen in Echtzeit, diese funktionieren aber meist nur für Szenen mittlerer Komplexität und scheitern bei sehr komplexen Szenen. Die Modelle bilden die Grundlage einer Szene; deren Optimierung hat unmittelbare Auswirkungen auf die Effizienz der Verfahren zur Materialdarstellung und Beleuchtung, so dass erst eine optimierte Modellrepräsentation eine Echtzeitdarstellung ermöglicht. Viele der in der Computergrafik verwendeten Modelle werden mit Hilfe der Dreiecksnetze repräsentiert. Das darin enthaltende Datenvolumen ist enorm, um letztlich den Detailreichtum der jeweiligen Objekte darstellen bzw. den wachsenden Realitätsanspruch bewältigen zu können. Das Rendern von komplexen, aus Millionen von Dreiecken bestehenden Modellen stellt selbst für moderne Grafikkarten eine große Herausforderung dar. Daher ist es insbesondere für die Echtzeitsimulationen notwendig, effiziente Algorithmen zu entwickeln. Solche Algorithmen sollten einerseits Visibility Culling1, Level-of-Detail, (LOD), Out-of-Core Speicherverwaltung und Kompression unterstützen. Anderseits sollte diese Optimierung sehr effizient arbeiten, um das Rendering nicht noch zusätzlich zu behindern. Dies erfordert die Entwicklung paralleler Verfahren, die in der Lage sind, die enorme Datenflut effizient zu verarbeiten. Der Kernbeitrag dieser Arbeit sind neuartige Algorithmen und Datenstrukturen, die speziell für eine effiziente parallele Datenverarbeitung entwickelt wurden und in der Lage sind sehr komplexe Modelle und Szenen in Echtzeit darzustellen, sowie zu modellieren. Diese Algorithmen arbeiten in zwei Phasen: Zunächst wird in einer Offline-Phase die Datenstruktur erzeugt und für parallele Verarbeitung optimiert. Die optimierte Datenstruktur wird dann in der zweiten Phase für das Echtzeitrendering verwendet. Ein weiterer Beitrag dieser Arbeit ist ein Algorithmus, welcher in der Lage ist, einen sehr realistisch wirkenden Planeten prozedural zu generieren und in Echtzeit zu rendern

Internal Pattern Matching Queries in a Text and Applications

We consider several types of internal queries: questions about subwords of a text. As the main tool we develop an optimal data structure for the problem called here internal pattern matching. This data structure provides constant-time answers to queries about occurrences of one subword $x$ in another subword $y$ of a given text, assuming that $|y|=\mathcal{O}(|x|)$, which allows for a constant-space representation of all occurrences. This problem can be viewed as a natural extension of the well-studied pattern matching problem. The data structure has linear size and admits a linear-time construction algorithm. Using the solution to the internal pattern matching problem, we obtain very efficient data structures answering queries about: primitivity of subwords, periods of subwords, general substring compression, and cyclic equivalence of two subwords. All these results improve upon the best previously known counterparts. The linear construction time of our data structure also allows to improve the algorithm for finding $\delta$-subrepetitions in a text (a more general version of maximal repetitions, also called runs). For any fixed $\delta$ we obtain the first linear-time algorithm, which matches the linear time complexity of the algorithm computing runs. Our data structure has already been used as a part of the efficient solutions for subword suffix rank & selection, as well as substring compression using Burrows-Wheeler transform composed with run-length encoding.Comment: 31 pages, 9 figures; accepted to SODA 201

Writing on the Facade of RWTH ICT Cubes: Cost Constrained Geometric Huffman Coding

In this work, a coding technique called cost constrained Geometric Huffman coding (ccGhc) is developed. ccGhc minimizes the Kullback-Leibler distance between a dyadic probability mass function (pmf) and a target pmf subject to an affine inequality constraint. An analytical proof is given that when ccGhc is applied to blocks of symbols, the optimum is asymptotically achieved when the blocklength goes to infinity. The derivation of ccGhc is motivated by the problem of encoding a text to a sequence of slats subject to architectural design criteria. For the considered architectural problem, for a blocklength of 3, the codes found by ccGhc match the design criteria. For communications channels with average cost constraints, ccGhc can be used to efficiently find prefix-free modulation codes that are provably capacity achieving.Comment: 5 pages, submitted to ISWCS 201

How to evaluate multiple range-sum queries progressively

Decision support system users typically submit batches of range-sum queries simultaneously rather than issuing individual, unrelated queries. We propose a wavelet based technique that exploits I/O sharing across a query batch to evaluate the set of queries progressively and efficiently. The challenge is that now controlling the structure of errors across query results becomes more critical than minimizing error per individual query. Consequently, we define a class of structural error penalty functions and show how they are controlled by our technique. Experiments demonstrate that our technique is efficient as an exact algorithm, and the progressive estimates are accurate, even after less than one I/O per query

An introduction to diagram groups

To every semigroup presentation $\mathcal{P}= \langle \Sigma \mid \mathcal{R} \rangle$ and every baseword $w \in \Sigma^+$ can be associated a diagram group $D(\mathcal{P},w)$, defined as the fundamental group of the so-called Squier complex $S(\mathcal{P},w)$. Roughly speaking, $D(\mathcal{P},w)$ encodes the lack of asphericity of $\mathcal{P}$. Examples of diagram groups include Thompson's group $F$, the lamplighter group $\mathbb{Z} \wr \mathbb{Z}$, the pure planar braid groups, and various right-angled Artin groups. This survey aims at summarising what is known about the family of diagram groups.Comment: 67 pages, comments are welcome