Softwarewerkzeuge für den phasen- und domänenübergreifenden Entwurf

Im heutigen Produktentwicklungsprozess wird eine Vielzahl von Methoden und Werkzeugen für Entwurf und Simulation eingesetzt. Die vorliegende Arbeit entwickelt ein Konzept zur Integration dieser isolierten Werkzeuge in ein System für die phasen- und domänenübergreifende Modellierung und Simulation technischer Systeme. Im ersten Schritt wird die Integration verschiedener Entwurfsphasen betrachtet und im Detail ausgearbeitet am Beispiel eines Entwurfswerkzeugs, das eine Software zum Entwurf von Bewegungssystemen auf der Prinzipebene mit einem parametrischen 3D-CAD-System verbindet. In einem zweiten Schritt wird der Integrationsgedanke auf den domänenübergreifenden Entwurf erweitert. Vorgestellt wird ein Entwurfswerkzeug für heterogene Systeme, das die gewohnte domänenspezifische Darstellung der Teilsysteme (Mechanik, Optik, Regelungstechnik) beibehält. Begleitet wird die Arbeit von einer softwaretechnischen Umsetzung, die die Leistungsfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit der Ansätze nachweist.This thesis proposes two major improvements of software tools for the early phases of product design. The first one concerns phase-spanning design of motion systems based on bi-directional interconnections of product features modelled on different levels of abstraction. In addition, this approach also led to a method for manipulating CAD models directly in VR environments. Addressing the second issue, the thesis develops a concept for a software tool that allows cross-domain modeling and simulation of heterogeneous systems. Designed as an extensible platform, it provides means of incorporating arbitrary domains and related simulation methods. In contrast to previously existing software tools for cross-domain modeling it allows the user to access the product model using domain-specific concepts and visual representations. Software implementations of both concepts as well as different application examples prove the feasibility and power of the approaches. In addition, the thesis shares a broad range of experiences in devising and implementing such software tools.Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zur Verbesserung der Softwareunterstützung in frühen Phasen der Produktentwicklung. Dazu wurden insbesondere zwei Problemfelder identifiziert und bearbeitet. Dabei handelt es sich zum einen um die Realisierung eines phasenübergreifenden Entwurfskonzepts für Bewegungssysteme auf der Basis einer bidirektionalen Verknüpfung von Produktmerkmalen in Modellen unterschiedlicher Abstraktionsniveaus. Ausgehend von dieser Lösung wurde außerdem ein Verfahren entwickelt, das die Manipulation von CAD-Modellen in VR-Umgebungen erlaubt. Zum anderen wurde ein Softwarewerkzeug konzipiert, das eine domänenübergreifende Modellierung und Simulation heterogener Systeme erlaubt. Als Plattform ist es dank der komponentenbasierten Softwarearchitektur um beliebige Domänen und zugehörige Berechnungsverfahren erweiterbar. Im Unterschied zu existierenden domänenübergreifenden Werkzeugen bietet es einen nutzerzentrierten Zugang zum Produktmodell, der domänenspezifische Darstellungen und Begriffe berücksichtigt. Die Entwicklung beider Konzepte ging mit einer softwaretechnischen Umsetzung einher, die deren Realisierbarkeit belegt und eine Demonstration ihrer Arbeitsweise anhand verschiedener Anwendungsbeispiele ermöglicht. Mit dieser Arbeit wird ein umfangreiches Spektrum an Erfahrungen bei der Konzeption und Implementierung solcher Softwarewerkzeuge präsentiert und weitergegeben

The Software Architecture SCA3D: Adaptive 3D Visualization and Cooperation in Open Information Spaces

Die vorliegende Arbeit stellt mit der Software-Architektur SCA3D einen flexiblen Rahmen zur verteilten Visualisierung von komplexen und geschützten 3D Dokumenten vor. Digitale Daten bestimmen in immer stärkerem Mass moderne Arbeitsprozesse von der ersten Konzeptionsphase bis zur Fertigung eines Produktes. Hieraus ergeben sich Anforderungen für das verteilte Arbeiten mit digitalen Dokumenten: Erstens, die Notwendigkeit definierter Schnittstellen zwischen Verarbeitungssystemen; zweitens werden Methoden zur Langzeitspeicherung in Archiven, zum Retrieval und zur Verteilung von digitalen Dokumenten benötigt; drittens schliesslich sollte eine Adaption der multimedialen Dokumente bei der Verteilung in heterogenen Umgebungen unterstützt werden. Als Antwort auf diese Problemstellung stellt die Arbeit eine Software-Architektur zur verteilten 3D Visualisierung vor, die Dokumenteigenschaften in offenen, verteilten Umgebungen unterstützt und ein Komplexitäts- und Sicherheitsmanagement ermöglicht. Der Stand der Forschung auf dem Gebiet der verteilten Software-Architekturen zur 3D Visualisierung wird in zweifacher Weise erweitert. Zum einen wird ein neuer Ansatz zur Unterstützung von hybriden 2D/3D Client-Szenen in verteilten, kooperativen Arbeitsprozessen entwickelt. Hierzu zählt besonders die Realisierung eines Verfahrens zum anwendungsunabhängigen Zugriff auf verteilte 3D Dokumente über Proxy-Objekte (Document-Request-Broker). Zum anderen werden neue Methoden zur Verteilung der Verarbeitungslast (Rendering), zur Regulierung der Netzwerklast und zur Sicherung von 3D Dokumenten vorgestellt (Level-of-Information-Ansatz). Für die Praxis ergeben sich aus den Ergebnissen der Arbeit neue Möglichkeiten für Arbeitsprozesse in der digitalen Produktentwicklung, die eine breite Skala von Informationen über die verwendeten 3D Szenen nutzen können.This work presents the software architecture SCA3D as a flexible framework for distributed visualization of complex and protected 3D documents. Digital data have a determining influence on the modern work flow from the first conception phase to the final manufacturing of a product. Requirements for distributed work with digital data, which are regarded as digital documents, are the following: first, well-defined interfaces between processing systems, second, methods for long-term storage in archives, for retrieval and for distribution of digital documents and, third, adaptation of multimedia documents during distribution in heterogeneous environments. As a response to this challenge this dissertation presents a software architecture for distributed 3D visualization that supports document features in open distributed environments and provides functionality for complexity and security management of 3D documents. The status quo of the research on distributed software architectures for 3D visualization is extended by this work in two ways. First, it develops a new approach to supporting hybrid 2D/3D client scenes in distributed and cooperative work processes. Application-independent access to distributed documents is enabled in this context by a technique called document-request-broker. Second, it introduces new methods for complexity and security management that allow distribution of the processing load (rendering) and individual control of the network load (level-of-information approach). From a practical viewpoint the results of this work provide new possibilities for digital product development processes which can now use a wide scale of information about the 3D scenes being worked on

Entwicklung und Darstellung des Online-Kurses : „DNA-Schnupperkurs – Knochenmarkspende & Leukämie“

Dieser Beitrag thematisiert eine Möglichkeit, Schüler*innen der 9. und 10. Jahrgangsstufe einen kleinen Einblick in das Thema der Leukämie und der Stammzellenspende zu geben. Der experimentelle Fokus wird dabei auf die DNA-Extraktion gelegt, ohne diese im Labor selbst durchzuführen. Die Thematik  wird während des Online-Kurses hauptsächlich durch interaktive Inhalte vermittelt. Der Kurs lässt sich sowohl in der Schule synchron mit der gesamten Klasse, als auch asynchron – in Form von Homeschooling oder einer individuellen Fördermaßnahme – bearbeiten

Visualisierung von mit OSGi-Komponenten realisierten Softwarearchitekturen im 3-dimensionalem Raum mit Virtual Reality

Für die Darstellung von OSGi-basierten Softwareprojekten wurde ein Konzept entwickelt und umgesetzt um dessen Aufbau besser zu verstehen. Zuerst wurden die Grundlagen von OSGi erläutert, die für das Verständnis des Konzeptes wichtig sind. Die einzelnen Komponenten und deren Zusammenhänge wurden erklärt wie auch das Schichtenmodell von OSGi. Im zweiten Kapitel wurden die theoretischen Grundlagen der Datenvisualisierung dargelegt. Insbesondere wurden die Visualisie-rung von Software und Softwarearchitektur, Datenvisualisierung im dreidimensio-nalen Raum sowie der Einsatz von VR in diesem Zusammenhang betrachtet. Ein Hauptaugenmerk wurde auf speziell für dieses Projekt sinnvolle Konzepte gelegt, wie die Visualisierung hierarchischer Daten und Netzdarstellungen. Für das Kon-zept wurde vorerst eine Auswahl getroffen, welche Daten dargestellt werden und welche vorerst nicht mit einbezogen werden. Auf dieser Basis wurde ein Extrakti-onstool implementiert, welches die Daten aus einer bereits vorhandenen Model-Datei liest und in eine neue JSON-Datei schreibt. Diese neu erstellte Datei enthält alle Daten des OSGi-Projektes, welche für die Visualisierung wichtig sind. Der Kern dieser Arbeit war die Implementierung des VR-Visualisierungstools, das sowohl mit Google Cardboard betrachtet werden kann, als auch allein mit einem Smartphone. Die mit Unity umgesetzte App stellt damit alle für die Visualisierung relevanten Bestandteile des OSGi-Projektes dar. Als Beispiel für ein geeignetes darzustellendes OSGi-Projekt diente die vom DLR entwickelte Software RCE

Extraktion textueller Informationen aus heterogenen PDF-Dokumenten

Diese Bachelorarbeit untersucht den Prozess der Extraktion von Text aus Absätzen, Überschriften und Tabellen, die in PDF-Dokumenten enthalten sind, mithilfe des Python-Moduls PDFMiner. In dieser Arbeit wird ein Überblick über viele Python-Bibliotheken sowie ein Vergleich ihrer Funktionen und Eigenschaften präsentiert, mit der Schlussfolgerung, dass PDFMiner die überlegene Option für das Ziel der Textextraktion ist. Die Verarbeitungs- und Implementierungsmethode von PDFMiner wird detailliert aufgeschlüsselt und die Ausgabeergebnisse der Textextraktion werden untersucht, bewertet und auf ihre Korrektheit und Verlässlichkeit geprüft. Die Arbeit schließt mit einigen Vorschlägen für weitere Forschungen in diesem Bereich sowie mit einigen möglichen Anwendungen von PDFMiner in anderen Studienbereichen. Generell zeigen die Ergebnisse der Studie, dass die effiziente Extraktion von Text aus PDF-Dateien das Potenzial hat, in einer Vielzahl von Bereichen wie Bildung, Forschung und Datenanalyse eingesetzt zu werden

Wissensbasierte Mustererkennung zur Erfassung von Bauplänen

Due to technological progress and European standardization (e.g. ISO certification) there is an increasing demand to automate the digital recording of building plans. Currently there are two approaches available: (1) labour-intensive redrawing with digitizing tablets or by screen digitizing, (2) automatic scanning and vectorizing where vectorization generally demands an interactive follow-up treatment due to incomplete or ambigues results. This paper proposes a knowledge-based approach for building plan analysis. The procedure reveals the following processing steps: scanning of the building plan, enhancing the image quality and binarization, extraction of lines, line junctions and character fields, knowledge-based interpretation and grouping of image features to domain specific feature aggregates like door symbols, stair symbols etc., optical character recognition and lexicon-based interpretation of character fields, matching of feature aggregates with dimension sets. First results of a prototype implementation are presented. At last an extension of the approach towards a semantic modeling concept showing a coupling between 3D object modeling and an explict 2D modeling of images and technical drawings is presente

Konzeption und Realisierung einer webbasierten Lernumgebung für die Signal- und Mustererkennung

Abstract The present paper concentrates on a learning software for signal and pattern recognition which is flexible in use and practically oriented. The main goal of such software is to organize and realize virtual, web-based practical trainings. In order to achieve this goal, a concept for a web and browser-based learning environment called "Virtual Laboratory for Signal and Pattern Recognition" (vPSM) is developed and prototyped within the framework of this paper. The main focus of the present paper is developing a concept for and implementing a prototype of interactive and virtual devices which can be used to hold practical trainings, for self-study based on self-controlled and explorative learning, and to enhance lectures. A learning environment for signal and pattern recognition is conceptualized based on the fundamental learning theory, on the essentials of computer supported learning environments, on the state-of-the-art analysis, on the field specific demands, and on the current situation of the institute. Special attention is given to the didactics, to various structural aspects regarding topic distribution, and to the order in which the topics are to be worked on. The primary focus here is placed upon conceptualizing the virtual devices, the different user actions, and the tasks. The absolute mark of quality for learning and for a learning environment is that the learning objects are interactive. This factor is decisive for developing and implementing especially the interactive devices. The learning environment is augmented by the availability of learning content to supplement lectures and exercises, by interactive experimental surroundings, by a collection of exercises and information, and by help systems. At the same time, various interfaces are available to implement results from continuing scientific work. By integrating the computer algebra system "Mathematica" via a Java-API, a powerful tool for mathematical operations and for creating manifold types of presentations (auditory, visual) is also available. When the technical realization is described, an insight is given into the technologies used, into the database based functions (role and task concept), and into the integration of the mathematical tools. The present paper concludes with a discussion regarding the obtained results and the considerations regarding the further development of the learning environment vPSM.Die vorliegende Arbeit stellt sich der Herausforderung nach einer flexibel einsetzbaren, praxisverbundenen Lehrsoftware für die Signal- und Mustererkennung mit dem Kernanliegen, die Organisation und Durchführung eines virtuellen, webbasierten Praktikums zu ermöglichen. Dazu wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Konzept für eine web- und browserbasierte Lernumgebung „Virtuelles Praktikum für die Signal- und Mustererkennung" (vPSM) entwickelt und prototypisch realisiert. Im Zentrum der Arbeit stand die Konzeption und prototypische Implementierung von interaktiven Bedienelementen – den virtuellen Geräten, die sich kontextunabhängig sowohl für die Durchführung von Praktika, für das Selbststudium - auf der Basis selbstgesteuerten, explorierenden Lernens - und zur Ergänzung der Lehrveranstaltungen einsetzen lassen. Ausgehend von den lerntheoretischen Grundlagen, den Grundlagen computerunterstützter Lernumgebungen, der „State-of-the-Art"-Analyse, den fachspezifischen Anforderungen und der aktuellen Ausgangssituation am Fachgebiet wurde ein Konzept für eine Lernumgebung für die Signal- und Musterkennung entwickelt. Dabei wurde speziell auf die didaktische Konzeption, verschiedene Strukturierungskonzepte bezüglich der thematischen Stoffaufteilung und bezüglich der Bearbeitungsabfolge eingegangen. Ein besonderes Augenmerk wurde auf die Konzeption der virtuellen Geräte, die verschiedenen Nutzeraktionsformen und die Aufgabenkonzeption gelegt. Bei der Entwicklung und Implementierung, speziell der interaktiven Geräte, war ausschlaggebend, dass die Interaktivität der Lernobjekte ein entscheidendes Qualitätskriterium des Lernens bzw. einer Lernumgebung ist. Ergänzt wird die Lernumgebung durch die Bereitstellung vorlesungs- und übungsergänzender Lehrinhalte, interaktiver Experimentierumgebungen, Aufgaben- und Informationssammlungen und Hilfesysteme. Sie stellt gleichzeitig vielfältige Schnittstellen zur Verfügung, um Ergebnisse aus weiterführenden wissenschaftlichen Arbeiten zu implementieren. Durch die Integration des Computer-Algebra-Systems Mathematica über eine Java-API steht ein mächtiges Werkzeug für die mathematischen Operationen und die Erzeugung verschiedenster Präsentationsmöglichkeiten (auditiv, visuell) zur Verfügung. In Zusammenhang mit der Beschreibung der technischen Realisierung wird ein Einblick in die verwendeten Technologien, die datenbankbasierten Funktionen (Rollen- und Aufgabenkonzept) und die Integration der mathematischen Werkzeuge gegeben. Mit einer Diskussion der erreichten Ergebnisse und Überlegungen zu Weiterentwicklungen der Lernumgebung vPSM schließt die Arbeit ab

Annual Report 1999 / Department for Computer Science

Selbstdarstellung des Instituts für Informatik der BTU Cottbus und Berichte der Lehrstühle für das Jahr 1999.Presentation of the Department for Computer Science of the BTU Cottbus and reports of the chairs at the department for the year 1999