Finding a Midpoint between Civil and Military Use. The Case of Villaputzu (Sardinia, Italy)

The paper addresses the issue of the concurrent use of areas for military and civil activities. In particular, the paper analyzes the effect of planning tools on the valorization of a territorial enclave, namely a military training area located in the coastal area of the municipality of Villaputzu (South Sardinia, Italy), that is, moreover, a Site of Community Importance. In this area, thanks to an institutional agreements between the Municipal Administration of Villaputzu and the Ministry of Defense, has been possible define the coexisting ways where is an important coastal military easement. and the use of the coast for recreational tourism purposes through a specific planning tool. In this specific case, the Local Coastline Plan (LCP) has been identified as the planning tool, which better addresses the co-existence of apparently opposite land uses and interests, as those expressed by the local municipality and those expressed by the military hierarchy. The assessment method is based on the capacity of the Local Coastline Plan (LCP) and the Site of CommunityInterest Management Plan (SCIMP) to create ecosystem services in the military enclave. The evaluation of the LCP and SCIMP shows how their combined action favors the environmental enhancement of territory, contributing to the formation of ecosystem services, The area, initially subject to different constraint (military easements and SIC rules) evolve, by that way, from ‘anticommons’ to ‘semicommons’, guaranteeing sustainable renewal of economic development of the area and looking to become ‘commons’ through planning of ecosystem services

Segmentierung medizinischer Bilddaten und bildgestützte intraoperative Navigation

Die Entwicklung von Algorithmen zur automatischen oder semi-automatischen Verarbeitung von medizinischen Bilddaten hat in den letzten Jahren mehr und mehr an Bedeutung gewonnen. Das liegt zum einen an den immer besser werdenden medizinischen Aufnahmemodalitäten, die den menschlichen Körper immer feiner virtuell abbilden können. Zum anderen liegt dies an der verbesserten Computerhardware, die eine algorithmische Verarbeitung der teilweise im Gigabyte-Bereich liegenden Datenmengen in einer vernünftigen Zeit erlaubt. Das Ziel dieser Habilitationsschrift ist die Entwicklung und Evaluation von Algorithmen für die medizinische Bildverarbeitung. Insgesamt besteht die Habilitationsschrift aus einer Reihe von Publikationen, die in drei übergreifende Themenbereiche gegliedert sind: -Segmentierung medizinischer Bilddaten anhand von vorlagenbasierten Algorithmen -Experimentelle Evaluation quelloffener Segmentierungsmethoden unter medizinischen Einsatzbedingungen -Navigation zur Unterstützung intraoperativer Therapien Im Bereich Segmentierung medizinischer Bilddaten anhand von vorlagenbasierten Algorithmen wurden verschiedene graphbasierte Algorithmen in 2D und 3D entwickelt, die einen gerichteten Graphen mittels einer Vorlage aufbauen. Dazu gehört die Bildung eines Algorithmus zur Segmentierung von Wirbeln in 2D und 3D. In 2D wird eine rechteckige und in 3D eine würfelförmige Vorlage genutzt, um den Graphen aufzubauen und das Segmentierungsergebnis zu berechnen. Außerdem wird eine graphbasierte Segmentierung von Prostatadrüsen durch eine Kugelvorlage zur automatischen Bestimmung der Grenzen zwischen Prostatadrüsen und umliegenden Organen vorgestellt. Auf den vorlagenbasierten Algorithmen aufbauend, wurde ein interaktiver Segmentierungsalgorithmus, der einem Benutzer in Echtzeit das Segmentierungsergebnis anzeigt, konzipiert und implementiert. Der Algorithmus nutzt zur Segmentierung die verschiedenen Vorlagen, benötigt allerdings nur einen Saatpunkt des Benutzers. In einem weiteren Ansatz kann der Benutzer die Segmentierung interaktiv durch zusätzliche Saatpunkte verfeinern. Dadurch wird es möglich, eine semi-automatische Segmentierung auch in schwierigen Fällen zu einem zufriedenstellenden Ergebnis zu führen. Im Bereich Evaluation quelloffener Segmentierungsmethoden unter medizinischen Einsatzbedingungen wurden verschiedene frei verfügbare Segmentierungsalgorithmen anhand von Patientendaten aus der klinischen Routine getestet. Dazu gehörte die Evaluierung der semi-automatischen Segmentierung von Hirntumoren, zum Beispiel Hypophysenadenomen und Glioblastomen, mit der frei verfügbaren Open Source-Plattform 3D Slicer. Dadurch konnte gezeigt werden, wie eine rein manuelle Schicht-für-Schicht-Vermessung des Tumorvolumens in der Praxis unterstützt und beschleunigt werden kann. Weiterhin wurde die Segmentierung von Sprachbahnen in medizinischen Aufnahmen von Hirntumorpatienten auf verschiedenen Plattformen evaluiert. Im Bereich Navigation zur Unterstützung intraoperativer Therapien wurden Softwaremodule zum Begleiten von intra-operativen Eingriffen in verschiedenen Phasen einer Behandlung (Therapieplanung, Durchführung, Kontrolle) entwickelt. Dazu gehört die erstmalige Integration des OpenIGTLink-Netzwerkprotokolls in die medizinische Prototyping-Plattform MeVisLab, die anhand eines NDI-Navigationssystems evaluiert wurde. Außerdem wurde hier ebenfalls zum ersten Mal die Konzeption und Implementierung eines medizinischen Software-Prototypen zur Unterstützung der intraoperativen gynäkologischen Brachytherapie vorgestellt. Der Software-Prototyp enthielt auch ein Modul zur erweiterten Visualisierung bei der MR-gestützten interstitiellen gynäkologischen Brachytherapie, welches unter anderem die Registrierung eines gynäkologischen Brachytherapie-Instruments in einen intraoperativen Datensatz einer Patientin ermöglichte. Die einzelnen Module führten zur Vorstellung eines umfassenden bildgestützten Systems für die gynäkologische Brachytherapie in einem multimodalen Operationssaal. Dieses System deckt die prä-, intra- und postoperative Behandlungsphase bei einer interstitiellen gynäkologischen Brachytherapie ab

Erweiterte virtuelle Umgebungen zur interaktiven, immersiven Verwendung von Funktionsmodellen

Dem Erkennen und Verstehen von komplexen Produktabhängigkeiten u. a. durch Visualisierung, auch über die klassischen Domänengrenzen hinweg, kommt eine zentrale Bedeutung, insbesondere während den frühen Konstruktionsphasen, zu. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Prototyp entwickelt, mit dessen Hilfe Funktionsmodelle in virtuelle Umgebungen übertragen und interaktiv genutzt werden können. Dies fördert das interdisziplinäre Gesamtverständnis und unterstützt eine frühzeitige Qualitätskontrolle

Virtual Reality am RUS

Im Laufe der letzten Monate wurde am RUS das neue Visualisierungslabor aufgebaut und kürzlich in Betrieb genommen. Teil des Labors ist eine rückprojektionsbasierte Virtual Reality-Umgebung, die mehreren Benutzern interaktive Visualisierung von technisch-wissenschaftlichen Daten ermöglicht

Erweiterte virtuelle Umgebungen zur interaktiven, immersiven Verwendung von Funktionsmodellen

Dem Erkennen und Verstehen von komplexen Produktabhängigkeiten u. a. durch Visualisierung, auch über die klassischen Domänengrenzen hinweg, kommt eine zentrale Bedeutung, insbesondere während den frühen Konstruktionsphasen, zu. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Prototyp entwickelt, mit dessen Hilfe Funktionsmodelle in virtuelle Umgebungen übertragen und interaktiv genutzt werden können. Dies fördert das interdisziplinäre Gesamtverständnis und unterstützt eine frühzeitige Qualitätskontrolle

Virtual Reality bei Kärcher

Die Firma Kärcher wurde 1935 von Alfred Kärcher in Stuttgart-Bad Cannstatt zur Entwicklung und Herstellung industrieller Produkte auf dem Gebiet der Heiztechnik gegründet. Der erste Heißwasser-Hochdruckreiniger Europas entstand 1950 am neuen Stammsitz in Winnenden und bedeutete für Kärcher den Durchbruch in der Reinigungstechnik. Ein weiterer Meilenstein in der Firmengeschichte war die Einführung des ersten tragbaren Hochdruckreinigers und die damit verbundene Erschließung des Consumer-Marktes 1984

Job Description by Interactive Production Modeling on Virtual Construction Sites

Heutige Methoden zur Soll-Spezifikation von Bauleistungen (Kostenermittlung und zeitliche Ablaufplanung) gehen von einer abstrahierten und vereinfachten Betrachtung der Zusammenhänge bei Bauprojekten aus. Leistungsverzeichnisse, Kostenermittlungen und Bauzeitpläne orientieren sich nur indirekt an der Geometrie des Bauwerks und der Baustelle. Die dabei verwendeten Medien wie Papier, 2D-Dateien, digitale Leistungsbeschreibungen oder 3D-Darstellungen lassen die Suche nach Informationen auf der Baustelle zu einem zeitaufwändigen und in Anbetracht existierender Medientechnologien ineffizienten Prozess werden. Interaktive virtuelle Umgebungen erlauben die Auflösung starrer Zusammenhänge durch interaktive Eingriffe des Anwenders und visualisieren komplexe bauproduktionstechnische Vorgänge. Das Konzept der visuellen interaktiven Simulation der Bauproduktion sieht vor, die Soll-Spezifikation anhand eines interaktiven 3D-Modells zu entwickeln, um räumliche Veränderungen und parallele Prozesse auf der virtuellen Baustelle im Rahmen der Entscheidungsfindung zum Bauablauf besser berücksichtigen zu können. Verlangt man einen hohen Grad an Interaktivität mit dem 3D-Modell, dann bieten sich Computerspieltechnologien sehr gut zu Verifikationszwecken an. Die visuelle interaktive Simulation der Bauproduktion ist damit als eine 3D-modellbasierte Methode der Prozessmodellierung zu verstehen, die Entscheidungen als Input benötigt und die Kostenermittlung sowie die zeitliche Ablaufplanung als Output liefert.Current methods for the description of construction works presume a high abstraction level to simplify the constraints between single processes of a process model. The determination of costs together with the specification of a time schedule form the primary components (to-be-built) of this description. Cost estimations, bills of quantities and bar charts are not directly connected to the geometry of the product nore of the construction site. The used media like paper, 2D-files or – in best case scenarios – 3D pictures lead us to a time-consuming information retrieval on the site. Considering modern media technologies these processes are inefficient and demand for alternative scenarios based on 3D-models. In this work a concept for interaction with a virtual construction site is presented. The user can interact with objects on the site in such a way that he initiates the execution of single process steps in the complex production model of the site. The approach to visual interactive simulation (VIS) leads to a to-be-built specification of construction works (determination of costs and 4D-model). Thus spatial changes and parallel processes can be considered when modeling the construction sequence on the virtuel site. If one requirement of the solution is a high level of interactivity between the user and the model then game development engines are a suitable tool for the verification of the approach. This work integrates tendering issues with cost estimation and 4D-modeling in order to develop an interactive method for the simulation of construction works. This simulation approach is based on the 3D-model of the site and requires human-based decisions as an input while delivering costs and a 4D-model on a high level of detail as an output

Konzepte zur interaktiven Entwurfsraum-Exploration im Tragwerksentwurf

Der Entwurfsraum für den Entwurf eines Tragwerks ist ein n-dimensionaler Raum, der aus allen freien Parametern des Modells aufgespannt wird. Traditionell werden nur wenige Punkte dieses Raumes durch eine numerische (computergestützte) Simulation evaluiert, meist auf Basis der Finite-Elemente-Methode. Mehrere Faktoren führen dazu, dass heute oft viele Revisionen eines Simulationsmodells durchlaufen werden: Zum einen ergeben sich oft Planungsänderungen, zum anderen ist oft die Untersuchung von Planungsalternativen und die Suche nach einem Optimum wünschenswert. In dieser Arbeit soll für ein vorhandenes Finite-Elemente-Framework die sequentielle Datei-Eingabeschnittstelle durch eine Netzwerkschnittstelle ersetzt werden, die den Erfordernissen einer interaktiven Arbeitsweise entspricht. So erlaubt die hier konzipierte Schnittstelle interaktive, inkrementelle Modelländerungen sowie Status- und Berechnungsergebnis-Abfragen durch eine bidirektionale Schnittstelle. Die Kombination aus interaktiver numerischer Simulation und Interoperabilität durch die Anwendung von Konzepten zur Bauwerks-Informations-Modellierung im Tragwerksentwurf ist Ziel dieser Dissertation. Die Beschreibung der Konzeption und prototypischen Umsetzung ist Gegenstand der schriftlichen Arbeit

Dreidimensionale virtuelle Organismen

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Generierung virtueller Organismen respektive mit der dreidimensionalen Nachbildung anatomischer Strukturen von Pflanzen, Tieren, Menschen und imaginärer Wesen per Computer. Berücksichtigt werden dabei sowohl die verschiedenen Aspekte der Visualisierung, der Modellierung, der Animation sowie der Wachstums-, Deformations- und Bewegungssimulation. Dazu wird zuerst eine umfassende State-of-the-Art-Analyse konventioneller Methoden zur Organismengenerierung durchgeführt. Im Laufe dieser Analyse werden die Defizite herkömmlicher Verfahren aufgezeigt und damit eine gezielte Anforderungsanalyse für neue Verfahren erstellt. Mit Hilfe dieser Anforderungsanalyse wurde nach neuen Lösungsansätzen gesucht. Besonders hilfreich hat sich in diesem Zusammenhang die Frankfurter Organismus- und Evolutionstheorie erwiesen. Gemäß dieser Theorie stellen Organismen aus biomechanischer Sicht komplexe hydropneumatische Konstruktionen dar. Ihre Körperformen und Bewegungen werden weitgehend durch stabilisierende, kräfteerzeugende und kräfteübertragende Strukturen generiert, die den Gesetzen der klassischen Hydropneumatik folgen. So entstand die Idee, Organismen auf der anatomischen Ebene als eine komplexe Hierarchie unterschiedlicher hydropneumatischer Einheiten anzusehen, welche mechanisch miteinander interagieren. Diese Sichtweise liefert die Grundlage für ein neues biologisches Simulationsmodell. Es erlaubt der Computergraphik, sowohl die Form eines Organismus zu beschreiben als auch sein Verhalten bezüglich seiner Bewegungsabläufe, seiner evolutionären Formveränderungen, seiner Wachstumsprozesse und seiner Reaktion auf externe mechanische Krafteinwirkungen numerisch zu simulieren. Aufbauend auf diesem biologischen Simulationsmodell wurde ein neues Verfahren (Quaoaring) entwickelt und implementiert, das es erlaubt, beliebige organische Einheiten interaktiv in Echtzeit zu modellieren. Gleichzeitig ermöglicht dieses Verfahren die Animation von Bewegungen, Wachstumsprozessen und sogar evolutionären Entwicklungen. Die Animation verhält sich dabei im Wesentlichen biologisch stringent, z.B. wird das interne Volumen während komplexer Bewegungsabläufe konstant gehalten. Die größte Stärke der neuen Modellierungs- und Animationstechnik ist die holistische Verschmelzung des biologischen Simulationsmodells mit einem computergraphischen Geometriemodell. Dieses erlaubt dem Modellierer, biologische Konzepte für die Beschreibung der Form und anderer Attribute einer organischen Einheit zu verwenden. Darüber hinaus ermöglicht es die Animation des geometrischen Modells durch einfache Parameterspezifikation auf einer hohen Abstraktionsebene. Dazu wird ein utorenprozess beschrieben, wie Quaoaring für Modellierungs- und Animationszwecke verwendet werden kann. Es werden Aspekte der prototypischen Implementierung der Quaoaringtechnologie behandelt und über die Ergebnisse berichtet, die bei der Implementierung und der Anwendung dieses Softwareframeworks gewonnen wurden. Schließlich wird die Quaoaringtechnologie in ihrem technologischen Kontext beleuchtet, um ihr Zukunftspotential einzuschätzen