Development of Immersive and Interactive Virtual Reality Environment for Two-Player Table Tennis

Although the history of Virtual Reality (VR) is only about half a century old, all kinds of technologies in the VR field are developing rapidly. VR is a computer generated simulation that replaces or augments the real world by various media. In a VR environment, participants have a perception of “presence”, which can be described by the sense of immersion and intuitive interaction. One of the major VR applications is in the field of sports, in which a life-like sports environment is simulated, and the body actions of players can be tracked and represented by using VR tracking and visualisation technology. In the entertainment field, exergaming that merges video game with physical exercise activities by employing tracking or even 3D display technology can be considered as a small scale VR. For the research presented in this thesis, a novel realistic real-time table tennis game combining immersive, interactive and competitive features is developed. The implemented system integrates the InterSense tracking system, SwissRanger 3D camera and a three-wall rear projection stereoscopic screen. The Intersense tracking system is based on ultrasonic and inertia sensing techniques which provide fast and accurate 6-DOF (i.e. six degrees of freedom) tracking information of four trackers. Two trackers are placed on the two players’ heads to provide the players’ viewing positions. The other two trackers are held by players as the racquets. The SwissRanger 3D camera is mounted on top of the screen to capture the player’

Realtime ray tracing and interactive global illumination

One of the most sought-for goals in computer graphics is to generate "realism in real time". i.e. the generation of realistically looking images at realtime frame rates. Today, virtually all approaches towards realtime rendering use graphics hardware, which is based almost exclusively on triangle rasterization. Unfortunately, though this technology has seen tremendous progress over the last few years, for many applications it is currently reaching its limits in both model complexity, supported features, and achievable realism. An alternative to triangle rasterizations is the ray tracing algorithm, which is well-known for its higher flexibility, its generally higher achievable realism, and its superior scalability in both model size and compute power. However, ray tracing is also computationally demanding and thus so far is used almost exclusively for high-quality offline rendering tasks. This dissertation focuses on the question why ray tracing is likely to soon play a larger role for interactive applications, and how this scenario can be reached. To this end, we discuss the RTRT/OpenRT realtime ray tracing system, a software based ray tracing system that achieves interactive to realtime frame rates on todays commodity CPUs. In particular, we discuss the overall system design, the efficient implementation of the core ray tracing algorithms, techniques for handling dynamic scenes, an efficient parallelization framework, and an OpenGL-like low-level API. Taken together, these techniques form a complete realtime rendering engine that supports massively complex scenes, highley realistic and physically correct shading, and even physically based lighting simulation at interactive rates. In the last part of this thesis we then discuss the implications and potential of realtime ray tracing on global illumination, and how the availability of this new technology can be leveraged to finally achieve interactive global illumination - the physically correct simulation of light transport at interactive rates.Eines der wichtigsten Ziele der Computer-Graphik ist die Generierung von "Realismus in Echtzeit\u27; — die Erzeugung von realistisch wirkenden, computer- generierten Bildern in Echtzeit. Heutige Echtzeit-Graphikanwendungen werden derzeit zum überwiegenden Teil mit schneller Graphik-Hardware realisiert, welche zum aktuellen Stand der Technik fast ausschliesslich auf dem Dreiecksrasterisierungsalgorithmus basiert. Obwohl diese Rasterisierungstechnologie in den letzten Jahren zunehmend beeindruckende Fortschritte gemacht hat, stößt sie heutzutage zusehends an ihre Grenzen, speziell im Hinblick auf Modellkomplexität, unterstützte Beleuchtungseffekte, und erreichbaren Realismus. Eine Alternative zur Dreiecksrasterisierung ist das "Ray-Tracing\u27; (Stahl-Rückverfolgung), welches weithin bekannt ist für seine höhere Flexibilität, seinen im Großen und Ganzen höheren erreichbaren Realismus, und seine bessere Skalierbarkeit sowohl in Szenengröße als auch in Rechner-Kapazitäten. Allerdings ist Ray-Tracing ebenso bekannt für seinen hohen Rechenbedarf, und wird daher heutzutage fast ausschließlich für die hochqualitative, nichtinteraktive Bildsynthese benutzt. Diese Dissertation behandelt die Gründe warum Ray-Tracing in näherer Zukunft voraussichtlich eine größere Rolle für interaktive Graphikanwendungen spielen wird, und untersucht, wie dieses Szenario des Echtzeit Ray-Tracing erreicht werden kann. Hierfür stellen wir das RTRT/OpenRT Echtzeit Ray-Tracing System vor, ein software-basiertes Ray-Tracing System, welches es erlaubt, interaktive Performanz auf heutigen Standard-PC-Prozessoren zu erreichen. Speziell diskutieren wir das grundlegende System-Design, die effiziente Implementierung der Kern-Algorithmen, Techniken zur Unterstützung von dynamischen Szenen, ein effizientes Parallelisierungs-Framework, und eine OpenGL-ähnliche Anwendungsschnittstelle. In ihrer Gesamtheit formen diese Techniken ein komplettes Echtzeit-Rendering-System, welches es erlaubt, extrem komplexe Szenen, hochgradig realistische und physikalisch korrekte Effekte, und sogar physikalisch-basierte Beleuchtungssimulation interaktiv zu berechnen. Im letzten Teil der Dissertation behandeln wir dann die Implikationen und das Potential, welches Echtzeit Ray-Tracing für die Globale Beleuchtungssimulation bietet, und wie die Verfügbarkeit dieser neuen Technologie benutzt werden kann, um letztendlich auch Globale Belechtung — die physikalisch korrekte Simulation des Lichttransports — interaktiv zu berechnen

Development of immersive and interactive virtual reality environment for two-player table tennis

Although the history of Virtual Reality (VR) is only about half a century old, all kinds of technologies in the VR field are developing rapidly. VR is a computer generated simulation that replaces or augments the real world by various media. In a VR environment, participants have a perception of “presence”, which can be described by the sense of immersion and intuitive interaction. One of the major VR applications is in the field of sports, in which a life-like sports environment is simulated, and the body actions of players can be tracked and represented by using VR tracking and visualisation technology. In the entertainment field, exergaming that merges video game with physical exercise activities by employing tracking or even 3D display technology can be considered as a small scale VR. For the research presented in this thesis, a novel realistic real-time table tennis game combining immersive, interactive and competitive features is developed. The implemented system integrates the InterSense tracking system, SwissRanger 3D camera and a three-wall rear projection stereoscopic screen. The Intersense tracking system is based on ultrasonic and inertia sensing techniques which provide fast and accurate 6-DOF (i.e. six degrees of freedom) tracking information of four trackers. Two trackers are placed on the two players’ heads to provide the players’ viewing positions. The other two trackers are held by players as the racquets. The SwissRanger 3D camera is mounted on top of the screen to capture the player’sEThOS - Electronic Theses Online ServiceGBUnited Kingdo

Unterstützung des Editierens von Graphen in Visuellen Repräsentationen

The goal of this thesis is to provide solutions for supporting the direct editing of graphs in visual representations for analyzing graphs. For that, a conceptual view on the user's tasks is established first. On this basis, several novel approaches to "visually edit" the different data aspects of graphs - the graph's structure and associated attribute values - are introduced. Thereby, different visual graph representations suitable for communicating the data are considered.Das Ziel der vorliegenden Dissertation ist, Lösungen zur Unterstützung des direkten Editierens von Graphen in visuellen Repräsentationen zur Analyse von Graphen bereitzustellen. Dafür wird zunächst eine konzeptuelle Sicht auf die Aufgaben des Nutzers entwickelt. Auf dieser Basis werden anschließend mehrere neue Verfahren eingeführt, welche das "visuelle Editieren" der verschiedenen Datenaspekte von Graphen - der Struktur sowie dazu assoziierte Attributwerte - ermöglichen. Dabei werden verschiedene visuelle Graphrepräsentationen berücksichtigt, welche die Daten in geeigneter Form kommunizieren

Comparison of the vocabularies of the Gregg shorthand dictionary and Horn-Peterson's basic vocabulary of business letters

This study is a comparative analysis of the vocabularies of Horn and Peterson's The Basic Vocabulary of Business Letters1 and the Gregg Shorthand Dictionary.2 Both books purport to present a list of words most frequently encountered by stenographers and students of shorthand. The, Basic Vocabulary of Business Letters, published "in answer to repeated requests for data on the words appearing most frequently in business letters,"3 is a frequency list specific to business writing. Although the book carries the copyright date of 1943, the vocabulary was compiled much earlier. The listings constitute a part of the data used in the preparation of the 10,000 words making up the ranked frequency list compiled by Ernest Horn and staff and published in 1926 under the title of A Basic Writing Vocabulary: 10,000 Words Lost Commonly Used in Writing. The introduction to that publication gives credit to Miss Cora Crowder for the contribution of her Master's study at the University of Minnesota concerning words found in business writing. With additional data from supplementary sources, the complete listing represents twenty-six classes of business, as follows 1. Miscellaneous 2. Florists 3. Automobile manufacturers and sales companie

Virtuelle Realitäten für die chirurgische Ausbildung: Strukturen, Algorithmen und ihre Anwendung

Die vorliegende Arbeit beschreibt Strukturen und Algorithmen zum Bau virtueller Realitäten für die chirurgische Ausbildung. Anwendungsbeispiel ist die Software des Augenoperationssimulators EyeSi; alle Verfahren wurden aber in größerer Allgemeinheit für die Softwarebibliothek VRM (Virtuelle Realität in der Medizin) implementiert. (1) Datenrepräsentation: Zu Repräsentation der Daten einer virtuellen Welt wird ein gerichteter Multigraph mit attributierten Knoten und gefärbten Kanten vorgeschlagen. Die strukturelle Information wird in knotenzentrierten Adjazenzlisten gespeichert. Um schnellen sequentiellen Zugriff zu ermöglichen, können einzelne Attribute in zusammenhängenden Speicherbereichen abgelegt werden. Mit Hilfe einer dünnen Zugriffsschicht werden Sichten auf Subgraphen definiert, innerhalb derer Typsicherheit und Zugriffsschutz gewährleistet sind. Ausdrucksmächtigkeit und Zugriffsgeschwindigkeit des Datenformats ermöglichen es, alle Informationen über die virtuelle Welt auf einheitliche Weise zu repräsentieren -- die inneren Strukturen der Objekte genauso wie szenegraphähnliche Beziehungen der Objekte untereinander. (2) Softwarearchitektur: Die Software für einen VR-Simulator wird in die Komponenten I/O (VR-Interfaces), Simulation (Berechnung der physikalischen Vorgänge) und Systemsteuerung (GUI, Benutzerverwaltung, Multimedia-Ausgabe) aufgeteilt. Die Komponenten werden auf logische und softwaretechnische Weise getrennt, so dass die Softwareentwicklung in unabhängigen Teilprojekten erfolgen kann. Die Datenströme zwischen den Komponenten können umgeleitet werden. Dies ermöglicht es beispielsweise, Trainingssitzungen aufzuzeichnen und wiederzugeben, mehrere Simulatoren miteinander zu koppeln oder den grafischen Renderer auszutauschen. Anhand bestehender psychologischer Untersuchungen wird eine VR-Echtzeitbedingung definiert. Auf der Basis von Laufzeitmessungen wird diskutiert, unter welchen Bedingungen die VR-Echtzeitbedingung auch auf Standard-PCs erfüllt werden kann. Es wird vorgeschlagen, zeitintensive Vorgänge auf unabhängige, aber synchron arbeitende Subsysteme auszulagern. EyeSi setzt diesen Vorschlag bei der Kollisionserkennung mit Grafikoperationen sowie bei der FPGA-basierten Bildverarbeitung des Trackingsystems um. (3) Gewebeinteraktion: Der erste Schritt bei der Berechnung einer Gewebeinteraktion ist die Erkennung der Kollision zwischen einem Instrument und einem Gewebestück. Standard-Verfahren sind häufig ungeeignet, da sie die möglichen Objektformen zu sehr einschränken oder eine zeitaufwändige Vorberechnung benötigen. Es wurde daher ein bildbasiertes Verfahren entwickelt, das auf einem Vorschlag von Myszkowski et al. (1995) basiert. Es wird gezeigt, dass unter bestimmten Bedingungen ein lokales Konvexitätskriterium gilt, mit dessen Hilfe ein Rendering-Schritt eingespart werden kann. Durch Berücksichtigung der vorgegebenen Interaktions- und Deformationsrichtungen entfällt ein weiterer Rendering-Schritt. Für die Berechnung von Deformationsvektoren werden die z-Buffer-Einträge genutzt, kollidierende Polygone werden über eine eindeutige Färbung im Color-Buffer identifiziert. Es wird gezeigt, dass mit diesem Ansatz Kollisionserkennung und -antwort in EyeSi schnell genug berechnet werden können. Es wird diskutiert, wie bei der Kollisionsantwort Oszillationen und daraus resultierende numerische Instabilitäten vermieden werden können. Für die Gewebedeformation stellt die VRM-Bibliothek FEM-Verfahren, ChainMail- und Feder-Masse-Modelle zur Verfügung. Es werden verschiedene Integrationsmethoden für Feder-Masse-Modelle diskutiert. Um bei expliziter Integration den Stabilitätsbereich zu vergrößern, wird die Dehnungskorrektor von Provot (1995) mit einer Feder-Sortierung verbunden. Zur lokalen Gitterverfeinerung wird ein einfaches Verfahren vorgestellt. (4) EyeSi: EyeSi ist eine virtuelle Realität zum Training von Augenoperationen. Es werden alle wesentlichen Aspekte einer realen Operation nachgebildet: ein stereoskopisches Display ersetzt das Stereomikroskop. Originalgetreue Instrumente werden in einem Metallauge bewegt; die Positionen der Objekte werden mit einem optischen Trackingsystem gemessen. Ein PC übernimmt die Verwaltungsaufgaben des Systems: Benutzerverwaltung, GUI-Steuerung über einen Touchscreen, Kontrolle, Auswertung und Aufzeichnung von Trainingsläufen, realistische 3D-Visualisierung über einen eigenen Renderer sowie generische Routinen für die Instrument-Gewebe-Interaktion. Innerhalb dieses Rahmens sind verschiedene Trainingsmodule implementiert, die dem angehenenden Chirurgen nicht nur grundlegende manuelle Fähigkeiten vermitteln, sondern die Durchführung vollständiger Operationen gestatten. Durch die realistische Gewebesimulation und das aufwändige VR-Interface ist eine überzeugende virtuelle Realität entstanden, die bereits in der ophthalmochirurgischen Ausbildung im Einsatz ist

Olivet Nazarene University Annual Catalog 2019-20

https://digitalcommons.olivet.edu/acaff_catalog/1091/thumbnail.jp

Towards understanding of climbing, tip-over prevention and self-righting behaviors in Hexapoda

Die vorliegende Dissertation mit dem Titel “Towards understanding of climbing, tip-over prevention and self-righting behaviors in Hexapoda” untersucht in drei Studien exemplarisch, wie (i) Wüstenameisen ihre Beine einsetzen um An- und Abstiege zu überwinden, wie (ii) Wüsten- und Waldameisen ein Umkippen an steilen Anstiegen vermeiden, und wie sich (iii) Madagaskar-Fauchschaben, Amerikanische Großschaben und Blaberus discoidalis Audinet-Servill, 1839 aus Rückenlagen drehen und aufrichten. Neuartige biomechanischen Beschreibungen umfassen unter anderem: Impuls- und Kraftwirkungen einzelner Ameisenbeine auf den Untergrund beim Bergauf- und Bergabklettern, Kippmomente bei kletternden Ameisen, Energiegebirge-Modelle (energy landscapes) zur Quantifizierung der Körperform für die funktionelle Beschreibung des Umdrehens aus der Rückenlage

Beyond high-resolution geometry in 3D Cultural Heritage: enhancing visualization realism in interactive contexts

La tesi, nell’ambito della computer graphics 3D interattiva, descrive la definizione e sviluppo di algoritmi per un migliore realismo nella visualizzazione di modelli tridimensionali di grandi dimensioni, con particolare attenzione alle applicazioni di queste tecnologie di visualizzazione 3D ai beni culturali