DIAGRAMMATISCHE VISUALISIERUNG ALS ÄSTHETISCHE INFORMATION

Nicole E. Stöcklmayr ist Post-Doc-Stipendiatin im Research-Fellow Programm „Werkzeuge des Entwerfens“ am Internationalen Kolleg für Kulturtechnikforschung und Medienphilosophie (IKKM) der Bauhaus-Universität Weimar. Stöcklmayr promovierte an der Universität für angewandte Kunst Wien an der sie auch Architektur in den Meisterklassen Hans Hollein, Greg Lynn sowie Zaha Hadid studierte. In ihrer von Gabriele Werner betreuten und von der Österreichischen Akademie der Wissenschaften geförderten Dissertation mit dem Titel „Das Architekturbild im digitalen Paradigmenwechsel“ untersuchte sie den Status des Bildes im digitalen Prozess des Architekturentwurfs. Veröffentlichungen: „Architektur ohne Maßstab. Digitale Visualisierungen im Entwurfsprozess“, in: Ingeborg Reichle, Steffen Siegel (Hg.), Maßlose Bilder. Visuelle Ästhetik der Transgression, München 2009, S. 279 – 294; „Das digitale Bild des Architekturentwurfs“, in: Gerald Bast, Florian Bettel, Barbara Hollendonner (Hg.), uni*vers. Junge Forschung in Wissenschaft und Kunst, Wien 2010; S. 59 – 69

Authoring objektbasierter AV-Anwendungen

This thesis is focused on the authoring process of object-based AV applications according to the object and scene concept of MPEG-4. The object-based approach embraces the extended interactive opportunities of multimedia applications as well as the distribution opportunities of audiovisual media. Producing of object-based AV applications has profound effects on the whole digital media chain. The existence of efficient authoring tools and systems is an important requirement for the success of such applications. The goal of this work was the development of concepts and components for an authoring system for object-based AV applications that supports collaborative work of several authors. The development was divided into three fields: authoring formats, authoring servers, and authoring tools. Authoring formats store all of the resulting information for the description of object-based AV applications during the authoring process. They describe a scene on a well adapted abstraction level and enable the exchange of scene data with other authors and systems. Some special authoring formats were developed which fulfill the requirements of concrete applications regarding abstraction level and function range. Authoring tools are the interfaces of the authoring system to the authors. In focus are interactive graphic tools for the support of an intuitive work during the authoring process. The authoring server is the technical basis for the collaborative work of several authors in the production of object-based AV applications. A flexible data management was developed on the basis of a native XML database. It controls the access at the level of nodes within the scene graph and enables the collaboration of many authors in a novel way. The authoring server is also the interface between the producers of media objects and the authors. Furthermore, it enables the reusability of scenes and elements in different projects. The developed concepts are oriented towards the possibilities of MPEG-4, but they are transferable to other multimedia applications which are based on a scene graph. With these concepts and components both can be realized, universally applicable as well as specialized authoring systems and tools. Several exemplary applications show the operability of the developed components.Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit dem Authoring-Prozess objektbasierter AV-Anwendungen auf Basis des Objekt- und Szenenkonzeptes von MPEG-4. Diese moderne Beschreibungsform vereint die interaktiven Nutzungsmöglichkeiten digitaler Medien mit den Distributionsmöglichkeiten audiovisueller Medien. Die Umsetzung des Objekt- und Szenenkonzeptes hat tief greifende Auswirkungen auf die gesamte digitale Medienkette. Die Schaffung leistungsfähiger Autorensysteme ist eine wichtige Voraussetzung für die Verbreitung solcher Anwendungen. Das Ziel der Arbeit war die Entwicklung von Konzepten und Komponenten für ein Autorensystem mit Unterstützung eines auf mehrere Autoren verteilten Authoring-Prozesses. Authoring-Formate speichern alle anfallenden Informationen zur Beschreibung einer objektbasierten AV-Anwendung. Es wurden Authoring-Formate entwickelt, welche an die Anforderungen konkreter Anwendungen hinsichtlich Abstraktionsebene und Funktionsumfang angepasst sind. Autorenwerkzeuge sind die Schnittstellen des Autorensystems zu den Autoren. Im Fokus stehen grafisch-interaktive Werkzeuge zur Unterstützung eines intuitiven Arbeitens während des Authoring-Prozesses. Der Authoring-Server ist die technische Grundlage des Autorensystems für die verteilte Erstellung objektbasierter AV-Anwendungen. Er verwaltet alle anfallenden Daten und stellt diese den Autoren unter Berücksichtigung ihrer individuellen Berechtigungen zur Verfügung. Der Authoring-Server bildet die Schnittstelle zwischen den Produzenten der Medienobjekte und den Autoren. Er ermöglicht eine Wiederverwendung von Szenen und Szenenelementen über Produktionsgrenzen hinweg. Der Authoring-Server erlaubt es Autoren und auch Medienproduzenten, gemeinsam an der Erstellung einer AV-Anwendung zu arbeiten. Dafür wurde ein flexibles Datenmanagement auf Basis einer XML-Datenbank entworfen. Die entwickelten Konzepte orientieren sich an den Möglichkeiten von MPEG-4, sind aber auch auf andere multimediale Anwendungen übertragbar, die auf einem Szenengraphen beruhen. Auf dieser Basis können sowohl universell einsetzbare als auch spezialisierte Autorensysteme und Werkzeuge realisiert werden. Mehrere exemplarische Umsetzungen belegen die Funktionsfähigkeit der entwickelten Komponenten

Konzeption und prototypische Implementierung eines Generators zur Softwarevisualisierung in 3D

Softwareentwicklungsprojekte bringen viele verschiedene Artefakte hervor. Artefakte stellen unterschiedliche Aspekte wie Struktur (statische Informationen), Verhalten (dynamische Informationen) oder Evolution (historisierte Informationen) von Softwaresystemen dar. Die Softwarevisualisierung ist darauf ausgelegt, solche Artefakte in eine visuelle Form zu überführen. Externe Umfragen und eine intensive Literaturrecherche zeigen jedoch Defizite dieses Gebietes auf. So sind viele Werkzeuge zur Visualisierung vom Entwicklungsprozess entkoppelt, bieten unzureichenden Im- und Export von Visualisierungen und besitzen teilweise einen geringen Automatisierungsgrad des Visualisierungsprozesses, insbesondere bei Werkzeugen zur dreidimensionalen Visualisierung. In dieser Arbeit wurde durch Adaption und Kombination bestehender Theorien und Werkzeuge der generativen und der modellgetriebenen Softwareentwicklung in Verbindung mit Techniken aus der Softwarevisualisierung ein Konzept entwickelt, das beschreibt, wie dreidimensionale Visualisierungen von Softwaresystemen vollautomatisch generiert werden können. Im Mittelpunkt steht ein Generator, der ausgehend von einer Anforderungsspezifikation vollautomatisiert 3D-Modelle erzeugt. Zur Validierung des entwickelten Konzeptes wurde ein Prototyp implementiert, der auf die Visualisierung der Struktur von Softwaresystemen abzielt. Dieser lässt sich als Plugin in die Entwicklungsumgebung Eclipse integrieren und erzeugt aus Ecore-basierten Modellen nach Benutzeranforderungen mittels Modelltransformationen ein 3D-Modell im freien und standardisierten X3D-Format. Die Transformationen sind dabei mit dem Werkzeug openArchitectureWare realisiert. Schließlich wurde der Prototyp selbst einer Evaluation gemäß etablierten Kriterien aus der Softwarevisualisierung unterzogen

Interaktives, webbasiertes 3D-Informationssystem für den Heidelberger Universitätscampus

Die Arbeit thematisiert das bauliche Abbild und die Entwicklung des Heidelberger Universitätscampus. Im Mittelpunkt stehen zum einen die Schaffung eines virtuellen, dreidimensionalen Computermodells des Untersuchungsgebiets und zum anderen die Konzeption und Implementierung eines raum-zeitlichen Informationssystems, das den Universitätscampus zum Inhalt hat. Neben den drei Dimensionen des Raums wird als vierte Dimension die Zeit integriert. Dies erlaubt die Abbildung zukünftiger und historischer Planungen. Das 3D-Modell basiert auf aktuellen digitalen und historischen analogen Quellen sowie auf umfangreichen eigenen Erhebungen. Die digitale Prozesskette zur Erfassung, Verarbeitung und Verwaltung der Daten ist so konzipiert, dass eine möglichst breite Verwendung der Inhalte gewährleistet ist. Für die Schaffung des 3D-Modells wird ein Konzept verfolgt, welches dessen Einsatz für unterschiedlichste Anwendungszwecke gestattet. Das raum-zeitliche Informationssystem ist so gestaltet, dass dem Nutzer ein ubiquitärer, interaktiver Zugriff auf das 3D-Modell und den damit verknüpften thematischen Daten ermöglicht wird. Das Informationssystem wird über das Internet bereitgestellt und besitzt den immersiven Charakter einer Virtual Reality Umgebung. Der funktionale und inhaltliche Umfang des Systems bezieht formell in den städtebaulichen Planungsprozess involvierte Akteure wie Stadtplaner und Architekten ebenso ein wie die an Planungspartizipation und allgemeinen, raumbezogenen Informationen interessierte breite Öffentlichkeit. Die Implementierung des interaktiven, webbasierten 3D-Informationssystems basiert auf international standardisierten, nicht-proprietären Softwaretechnologien

Evaluation des Lernangebotes am Beispiel des Kanals "24h Deutsch"

Die im Jahre 2005 gegründete „content communit[y]“ YouTube zählt heute laut einer vielzitierten Umfrage von Hart (2018) zu den beliebtesten Werkzeugen zum Lernen. Daher ist die große Beliebtheit der DaF-Kanäle auf YouTube wenig erstaunlich. Viele Argumente sprechen auch für ihren Einsatz zum Erlernen der deutschen Sprache. Es liegen bisher allerdings kaum Einschätzungen zu Qualität, Funktionalität, Nutzen und Wirksamkeit solcher Lernvideos vor. Auch scheint didaktisch nicht geklärt, worin genau der Mehrwert eines DaF-YouTube-Kanals und seiner Lernvideos für das netzbasierte Erlernen der deutschen Sprache liegen kann. In der vorliegenden Arbeit gehe ich der Frage nach der Qualitätsbeurteilung eines DaF-YouTube-Lernangebotes nach und formuliere qualitätsrelevante Merkmale/Kriterien lehrwerksunabhängiger privater DaF-YouTube-Lernvideos als Maßstab zur Qualitätsbeurteilung und -kontrolle am Beispiel des DaF-YouTube-Kanals „24h Deutsch“

Visualisierungsdesign für 3D-Benutzerschnittstellen unter Verwendung komponierter Darstellungsverfahren

Das computergrafische Abbildungsverfahren zur Verwirklichung von dreidimensionalen Darstellungen ist ein wichtiges Instrument für die Gestaltung interaktiver 3D-Benutzerschnittstellen. Die Betrachtung von Projektionsverfahren abseits des bisher angestrebten Fotorealismus dokumentiert, dass durch nichtlineare und multiperspektivische Darstellungen spezifische Eigenschaften und Charakteristiken eines Datenbestandes vermittelt werden können. Dabei wird deutlich, dass konzeptionelle und methodische Unzulänglichkeiten den erfolgreichen Einsatz von unkonventionellen linearen sowie nichtlinearen Darstellungsformen in 3D-Anwendungen bisher einschränken. In dieser Arbeit werden daher Darstellungstechniken analysiert und systematisiert, die durch den computergrafischen Projektionsvorgang erzeugt und für die Verwirklichung von Visualisierungszielen eingesetzt werden können. Ferner werden für den spezifischen Einsatz von komponierten Visualisierungsverfahren in 3D-Benutzerschnittstellen Gestaltungshinweise formuliert. Darauf aufbauend erfolgt die Einführung einer modellbasierten Vorgehensweise, durch welche die systematisierten Visualisierungsformen in einem methodischen und ferner entwurfsmustergestützten Entwurfsprozess zur Entwicklung interaktiver 3D-Interfaces eingebunden und weiterhin in einer interaktiven 3D-Anwendung eingesetzt werden können

DIAGRAMMATISCHE VISUALISIERUNG ALS ÄSTHETISCHE INFORMATION

Nicole E. Stöcklmayr ist Post-Doc-Stipendiatin im Research-Fellow Programm „Werkzeuge des Entwerfens“ am Internationalen Kolleg für Kulturtechnikforschung und Medienphilosophie (IKKM) der Bauhaus-Universität Weimar. Stöcklmayr promovierte an der Universität für angewandte Kunst Wien an der sie auch Architektur in den Meisterklassen Hans Hollein, Greg Lynn sowie Zaha Hadid studierte. In ihrer von Gabriele Werner betreuten und von der Österreichischen Akademie der Wissenschaften geförderten Dissertation mit dem Titel „Das Architekturbild im digitalen Paradigmenwechsel“ untersuchte sie den Status des Bildes im digitalen Prozess des Architekturentwurfs. Veröffentlichungen: „Architektur ohne Maßstab. Digitale Visualisierungen im Entwurfsprozess“, in: Ingeborg Reichle, Steffen Siegel (Hg.), Maßlose Bilder. Visuelle Ästhetik der Transgression, München 2009, S. 279 – 294; „Das digitale Bild des Architekturentwurfs“, in: Gerald Bast, Florian Bettel, Barbara Hollendonner (Hg.), uni*vers. Junge Forschung in Wissenschaft und Kunst, Wien 2010; S. 59 – 69

InsideDOG: The Head

This thesis treats the volume segmentation and three-dimensional reconstruction of the CT and dissection image data sets of the „Visible Animal Project“ by means of the VOXEL-MAN-System. In consequence one has here succeeded in producing a volume data based computer model consisting of 779 structures detailing the anatomy of the head of a dog, pro-viding a previously, until now unattainable photorealistic image representation and accuracy of detail. 23 „intelligent animations” (intelligent movies) were calculated and compiled on the basis of this model, available by means of the visualisation program InsideDOG: The Head. The intelligent movies provide the user with the means of seemingly rotating and altering the model freely. Furthermore all segmented structures may be readily identified and accessed by mouse action. The tutorial program provides an ideal supplement to traditional learning and teaching programs, limited as they are in their dimensional representation. The possibilities of visualisation of the three-dimensional animations are clarified and explained by means of specifically selected animations. In addition to the calculation and measuring of intelligent movies the model also provides a means of compiling anatomical pictures and drawings for textbooks, atlases and other multi-media tutorial systems. This simulation of examination methods and surgical procedures provides also the possibility of being employed in scientific and clinical realms.In dieser Arbeit wurden Teilvolumina des CT- und Schnittbilddatensatzes des „Visible Animal Project“ mit dem VOXEL-MAN-System segmentiert und dreidimensional rekonstruiert. Im Ergebnis ist es gelungen ein 779 Strukturen umfassendes volumenbasiertes Computermodell eines Hundekopfes zu erstellen, das eine bisher unerreichte photorealistische Darstellung und Detailtreue bietet. Auf Basis dieses Modells wurden 23 „intelligente Animationen“ (Intelligent Movies) berechnet, die in Form des Visualisierungsprogramms InsideDOG: The Head zur Verfügung stehen. Die Intelligent Movies ermöglichen es dem Anwender das Modell scheinbar frei zu drehen bzw. zu verändern. Des weiteren können alle segmentierten Strukturen mittels Mausaktion identifiziert werden. Das Lernprogramm ist eine ideale Ergänzung zu den traditionellen Lehr- und Lernformen, wo diese in der Möglichkeit der räumlichen Darstellung eingeschränkt sind. Die Visualisierungsmöglichkeiten der dreidimensionalen Animationen werden anhand ausgewählter Animationen verdeutlicht. Neben der Berechnung von Intelligent Movies ermöglicht das Modell auch die Gestaltung von Bildern für Lehrbücher, Atlanten oder andere multimediale Systeme. Im wissenschaftlichen und klinischen Bereich stellt die Simulation von Untersuchungsmethoden und chirurgischen Eingriffen einen weiteren möglichen Einsatzbereich dar

Innovationsforum open4INNOVATION2012 regional kooperativ-global innovativ: Beiträge zum Fachforum

Die Zukunft liegt bereits heute schon im Internet der Dinge, Daten, Dienste und Personen. Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) beeinflussen vermehrt die alltäglichen Abläufe, übernehmen im Ernstfall lebenserhaltende Körperfunktionen, unterstützen Arbeits- und Produktionsprozesse und halten Einzug in unsere Wohnbereiche. Dabei rückt der Gedanke einer anwendungsnahen und integrierten Sicht von Software zunehmend in den Vordergrund und verlangt deshalb interdisziplinäre Ansätze. Eine frühzeitige technische Abstimmung zwischen Soft- und Hardware sowie unterschiedlichen technischen Öko-Systemen wird dabei notwendiger und fordert Politik, Wissenschaft und Wirtschaft in gleichem Maße. Das Innovationsforum open4INNOVATION2012 am 9.Mai bot dazu Praktikern und Akademikern eine Plattform für den interdisziplinären und fachbereichsübergreifenden Austausch zu neuen und anwendungsnahen IKT-Ansätzen. Unter dem Motto regional kooperativ, global innovativ galt es dabei regional politische, wirtschaftliche und wissenschaftliche Kompetenzen zu bündeln, um globale Märkte erfolgreich zu bestreiten. In dem vorliegenden Tagungsband finden Sie die Beiträge des Fachforums, welches ein Hauptformat der Veranstaltung darstellte. Zusätzlich kam es auf dem Innovationsforum open4INNOVATION2012 erstmals zur aktiven Vernetzung sächsischer Forschergruppen, deren wissenschaftlicher Schwerpunkt die Robotik ist. Auf diesem ersten sächsischen Robotertreffen stand vor allem die Arbeit mit humanoiden Robotern im Mittelpunkt

Interactive simulation and visualisation for the computerised biochemistry

Die moderne Biochemie ist eine Wissenschaft, die sich im Wandel befindet. Während die bisherige Forschung sehr stark experimentell geprägt ist, existiert eine theoretische Biologie, analog zur theoretischen Chemie, nur in Ansätzen. Trotzdem wandelt sich auch diese Wissenschaft hin zu einer stärkeren Einbindung theoretischer Ansätze. Der Grund hierfür liegt in der Betrachtung von zunehmend komplexeren Systemen. So beschäftigt man sich in der Systembiologie, einem Teilbereich der Biochemie, unter anderem mit der Aufklärung komplexer Reaktionsnetzwerke. Während Ausschnitte dieser Netzwerke weiterhin experimentell aufgeklärt und verstanden werden, lässt sich das zusammenhängende Bild zunehmend nur noch durch eine theoretisch geprägte Modellbildung fassen. Darüber hinaus zeigen neuere Forschungsergebnisse die Bedeutung der Tatsache, dass Moleküle, Zellen und Zellhaufen, also wichtige Forschungsubjekte der Biochmie, dreidimensionale Gebilde sind – eine Tatsache, die bei der Modellbildung berücksichtigt werden muss. Eine Antwort auf die genannten Herausforderungen ist der konzertierte Einsatz von Simulation und Visualisierung als Mittel des Erkenntnisgewinns. Damit ist die Informatik gefordert entsprechende dedizierte Werkzeuge zu entwickeln, die Simulation, Visualisierung und Interaktion im Kontext des von der Anwendungsdisziplin gesetzten räumlich-zeitlichen Problemkreises miteinander verbinden. In dieser Arbeit wird ein integriertes Konzept zu Simulation, Interaktivität und Visualisierung vorgelegt, das auf einer Anforderungsanalyse in Bezug auf Anforderungen an die Simulation und Anforderungen an die Interaktivität und Visualisierung basiert. Zur Lösung der aufgeworfenen Probleme wird ein „Baukastensystem“ auf Basis von Multi-Agenten-Systemen vorgeschlagen. Die Auswahl des geeigneten Simulationsverfahrens, z. B. die Auswahl eines stochastischen Verfahrens gegenüber einem deterministischen Verfahrens, wird so zur Auswahl eines Bausteins, wobei gezeigt wird, wie z. B. mit Hilfe von Regeln die Auswahl auch automatisiert werden kann. Ebenso wird gezeigt, wie man „Baussteine“ auch im räumlichen Sinne verstehen kann, als Dinge, die in einem dreidimensionalen Kontext einen bestimmten Raum einnehmen und die, in ihrer Gesamtheit betrachtet, den Beobachtungsraum der Simulation ausfüllen. Diese Bausteine finden sich entsprechend ebenfalls im Kontext der Interaktion wieder. Ein wichtiger Aspekt in diesem Baukastenkonzept ist die Frage der Kommunikationsstruktur und des Kommunikationsprotokolls, für den ein Vorschlag erarbeitet wird. Das entwickelte Gesamtkonzept besteht aus zwei Teilen: Einem Konzept für Ein- und Ausgabegeräte mit einer gemeinsamen Metapher, die die Geräte logisch in den Anwendungskontext einbettet und einem Simulations- und Visualisierungskonzept auf der Basis der Kopplung heterogener intelligenter Agenten in eine gemeinsame Simulationsumgebung. Hierfür wurde ein spezieller Dialekt einer Agentenkommunikationssprache entwickelt, der dabei insbesondere den Aspekt der dreidimensionalen Visualierung einer solchen Simulation berücksichtigt.Modern biochemistry is a science is changing rapidly. While traditional research in this field is characterised by experimental studies, there is a growing interest in the inclusion computerised, model and simulation based methodologies. Although the objects of research are three dimensional entities, like molecules, cells etc. and a number of phenomena within these entities are identified as three dimensional, many models used nowadays abstract from this three-dimensionality. This is, at least to a significant part, due to the lack of dedicated visualisation and simulation tools. This thesis presents an integrated concept for the interactive simulation and visualisation in the biochemistry domain of molecular modelling, systems biology and multi-cellular structures which is based on a thorough requirements analysis. The concept consists of a modular system based on multi-agent methodologies. It is shown how this system can be used to couple heterogeneous simulation models and how three-dimensional structures can be represented in a modular way. These modular building blocks are revisited in the context of the inteactive visulisation of simulation studies. The concept is based on a newly developed agent communication language dialect. The implementation of the concept is twofold: a new I/O device, the virtual glove box, allowes for an intuitive approach to the simulation infrastructure, while several integrated software systems built on the communication structure provide a suited simulation and visualisation infrastructure wich caters for the needs of simulating three-dimensional phenomena