Of assembling small sculptures and disassembling large geometry

This thesis describes the research results and contributions that have been achieved during the author’s doctoral work. It is divided into two independent parts, each of which is devoted to a particular research aspect. The first part covers the true-to-detail creation of digital pieces of art, so-called relief sculptures, from given 3D models. The main goal is to limit the depth of the contained objects with respect to a certain perspective without compromising the initial three-dimensional impression. Here, the preservation of significant features and especially their sharpness is crucial. Therefore, it is necessary to overemphasize fine surface details to ensure their perceptibility in the more complanate relief. Our developments are aimed at amending the flexibility and user-friendliness during the generation process. The main focus is on providing real-time solutions with intuitive usability that make it possible to create precise, lifelike and aesthetic results. These goals are reached by a GPU implementation, the use of efficient filtering techniques, and the replacement of user defined parameters by adaptive values. Our methods are capable of processing dynamic scenes and allow the generation of seamless artistic reliefs which can be composed of multiple elements. The second part addresses the analysis of repetitive structures, so-called symmetries, within very large data sets. The automatic recognition of components and their patterns is a complex correspondence problem which has numerous applications ranging from information visualization over compression to automatic scene understanding. Recent algorithms reach their limits with a growing amount of data, since their runtimes rise quadratically. Our aim is to make even massive data sets manageable. Therefore, it is necessary to abstract features and to develop a suitable, low-dimensional descriptor which ensures an efficient, robust, and purposive search. A simple inspection of the proximity within the descriptor space helps to significantly reduce the number of necessary pairwise comparisons. Our method scales quasi-linearly and allows a rapid analysis of data sets which could not be handled by prior approaches because of their size.Die vorgelegte Arbeit beschreibt die wissenschaftlichen Ergebnisse und Beiträge, die während der vergangenen Promotionsphase entstanden sind. Sie gliedert sich in zwei voneinander unabhängige Teile, von denen jeder einem eigenen Forschungsschwerpunkt gewidmet ist. Der erste Teil beschäftigt sich mit der detailgetreuen Erzeugung digitaler Kunstwerke, sogenannter Reliefplastiken, aus gegebenen 3D-Modellen. Das Ziel ist es, die Objekte, abhängig von der Perspektive, stark in ihrer Tiefe zu limitieren, ohne dass der Eindruck der räumlichen Ausdehnung verloren geht. Hierbei kommt dem Aufrechterhalten der Schärfe signifikanter Merkmale besondere Bedeutung zu. Dafür ist es notwendig, die feinen Details der Objektoberfläche überzubetonen, um ihre Sichtbarkeit im flacheren Relief zu gewährleisten. Unsere Weiterentwicklungen zielen auf die Verbesserung der Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit während des Enstehungsprozesses ab. Der Fokus liegt dabei auf dem Bereitstellen intuitiv bedienbarer Echtzeitlösungen, die die Erzeugung präziser, naturgetreuer und visuell ansprechender Resultate ermöglichen. Diese Ziele werden durch eine GPU-Implementierung, den Einsatz effizienter Filtertechniken sowie das Ersetzen benutzergesteuerter Parameter durch adaptive Werte erreicht. Unsere Methoden erlauben das Verarbeiten dynamischer Szenen und die Erstellung nahtloser, kunstvoller Reliefs, die aus mehreren Elementen und Perspektiven zusammengesetzt sein können. Der zweite Teil behandelt die Analyse wiederkehrender Stukturen, sogenannter Symmetrien, innerhalb sehr großer Datensätze. Das automatische Erkennen von Komponenten und deren Muster ist ein komplexes Korrespondenzproblem mit zahlreichen Anwendungen, von der Informationsvisualisierung über Kompression bis hin zum automatischen Verstehen. Mit zunehmender Datenmenge geraten die etablierten Algorithmen an ihre Grenzen, da ihre Laufzeiten quadratisch ansteigen. Unser Ziel ist es, auch massive Datensätze handhabbar zu machen. Dazu ist es notwendig, Merkmale zu abstrahieren und einen passenden niedrigdimensionalen Deskriptor zu entwickeln, der eine effiziente, robuste und zielführende Suche erlaubt. Eine simple Betrachtung der Nachbarschaft innerhalb der Deskriptoren hilft dabei, die Anzahl notwendiger paarweiser Vergleiche signifikant zu reduzieren. Unser Verfahren skaliert quasi-linear und ermöglicht somit eine rasche Auswertung auch auf Daten, die für bisherige Methoden zu groß waren

Optimising additive manufacturing for fine art sculpture and digital restoration of archaeological artefacts

Additive manufacturing (AM) has shown itself to be beneficial in many application areas, including product design and manufacture, medical models and prosthetics, architectural modelling and artistic endeavours. For some of these applications, coupling AM with reverse engineering (RE) enables the utilisation of data from existing 3D shapes. This thesis describes the application of AM and RE within sculpture manufacture, in order to optimise the process chains for sculpture reproduction and relic conservation and restoration. This area poses particular problems since the original artefacts can often be fragile and inaccessible, and the finishing required on the AM replicas is both complex and varied. Several case studies within both literature and practical projects are presented, which cover essential knowledge of producing large scale sculptures from an original models as well as a wide range of artefact shapes and downstream finishing techniques. The combination of digital technologies and traditional art requires interdisciplinary knowledge across engineering and fine art. Also, definitions and requirements (e.g. ‘accuracy’), can be applied as both engineering and artistic terms when specifications and trade-offs are being considered. The thesis discusses the feasibility for using these technologies across domains, and explores the potential for developing new market opportunities for AM. It presents and analyses a number of case study projects undertaken by the author with a view to developing cost and time models for various processes used. These models have then been used to develop a series of "process maps", which enable users of AM in this area to decide upon the optimum process route to follow, under various circumstances. The maps were validated and user feedback obtained through the execution of two further sculpture manufacturing projects. The thesis finishes with conclusions about the feasibility of the approach, its constraints, the pros and cons of adopting AM in this area and recommendations for future research

New Functionalities of a Virtual Computer Model Design and Construction

The purpose of this paper is to construct a virtual model of a computer system for student training, based on analysis of different platforms, creating virtual reality and its related 3D graphics. A classification of three-dimensional models was made. Software platforms for three-dimensional modelling and creation of virtual scenes have been analysed and selected. A virtual model has been developed

Exploring the potential of physical visualizations

The goal of an external representation of abstract data is to provide insights and convey information about the structure of the underlying data, therefore helping people execute tasks and solve problems more effectively. Apart from the popular and well-studied digital visualization of abstract data there are other scarcely studied perceptual channels to represent data such as taste, sound or haptic. My thesis focuses on the latter and explores in which ways human knowledge and ability to sense and interact with the physical non-digital world can be used to enhance the way in which people analyze and explore abstract data. Emerging technological progress in digital fabrication allow an easy, fast and inexpensive production of physical objects. Machines such as laser cutters and 3D printers enable an accurate fabrication of physical visualizations with different form factors as well as materials. This creates, for the first time, the opportunity to study the potential of physical visualizations in a broad range. The thesis starts with the description of six prototypes of physical visualizations from static examples to digitally augmented variations to interactive artifacts. Based on these explorations, three promising areas of potential for physical visualizations were identified and investigated in more detail: perception & memorability, communication & collaboration, and motivation & self-reflection. The results of two studies in the area of information recall showed that participants who used a physical bar chart retained more information compared to the digital counterpart. Particularly facts about maximum and minimum values were be remembered more efficiently, when they were perceived from a physical visualization. Two explorative studies dealt with the potential of physical visualizations regarding communication and collaboration. The observations revealed the importance on the design and aesthetic of physical visualizations and indicated a great potential for their utilization by audiences with less interest in technology. The results also exposed the current limitations of physical visualizations, especially in contrast to their well-researched digital counterparts. In the area of motivation we present the design and evaluation of the Activity Sculptures project. We conducted a field study, in which we investigated physical visualizations of personal running activity. It was discovered that these sculptures generated curiosity and experimentation regarding the personal running behavior as well as evoked social dynamics such as discussions and competition. Based on the findings of the aforementioned studies this thesis concludes with two theoretical contributions on the design and potential of physical visualizations. On the one hand, it proposes a conceptual framework for material representations of personal data by describing a production and consumption lens. The goal is to encourage artists and designers working in the field of personal informatics to harness the interactive capabilities afforded by digital fabrication and the potential of material representations. On the other hand we give a first classification and performance rating of physical variables including 14 dimensions grouped into four categories. This complements the undertaking of providing researchers and designers with guidance and inspiration to uncover alternative strategies for representing data physically and building effective physical visualizations.Um aus abstrakten Daten konkrete Aussagen, komplexe Zusammenhänge oder überraschende Einsichten gewinnen zu können, müssen diese oftmals in eine, für den Menschen, anschauliche Form gebracht werden. Eine weitverbreitete und gut erforschte Möglichkeiten ist die Darstellung von Daten in visueller Form. Weniger erforschte Varianten sind das Verkörpern von Daten durch Geräusche, Gerüche oder physisch ertastbare Objekte und Formen. Diese Arbeit konzentriert sich auf die letztgenannte Variante und untersucht wie die menschlichen Fähigkeiten mit der physischenWelt zu interagieren dafür genutzt werden können, das Analysieren und Explorieren von Daten zu unterstützen. Der technische Fortschritt in der digitalen Fertigung vereinfacht und beschleunigt die Produktion von physischen Objekten und reduziert dabei deren Kosten. Lasercutter und 3D Drucker ermöglichen beispielsweise eine maßgerechte Fertigung physischer Visualisierungen verschiedenster Ausprägungen hinsichtlich Größe und Material. Dadurch ergibt sich zum ersten Mal die Gelegenheit, das Potenzial von physischen Visualisierungen in größerem Umfang zu erforschen. Der erste Teil der Arbeit skizziert insgesamt sechs Prototypen physischer Visualisierungen, wobei sowohl statische Beispiele beschrieben werden, als auch Exemplare die durch digital Inhalte erweitert werden oder dynamisch auf Interaktionen reagieren können. Basierend auf den Untersuchungen dieser Prototypen wurden drei vielversprechende Bereiche für das Potenzial physischer Visualisierungen ermittelt und genauer untersucht: Wahrnehmung & Einprägsamkeit, Kommunikation & Zusammenarbeit sowie Motivation & Selbstreflexion. Die Ergebnisse zweier Studien zur Wahrnehmung und Einprägsamkeit von Informationen zeigten, dass sich Teilnehmer mit einem physischen Balkendiagramm an deutlich mehr Informationen erinnern konnten, als Teilnehmer, die eine digitale Visualisierung nutzten. Insbesondere Fakten über Maximal- und Minimalwerte konnten besser im Gedächtnis behalten werden, wenn diese mit Hilfe einer physischen Visualisierung wahrgenommen wurden. Zwei explorative Studien untersuchten das Potenzial von physischen Visualisierungen im Bereich der Kommunikation mit Informationen sowie der Zusammenarbeit. Die Ergebnisse legten einerseits offen wie wichtig ein ausgereiftes Design und die Ästhetik von physischen Visualisierungen ist, deuteten anderseits aber auch darauf hin, dass Menschen mit geringem Interesse an neuen Technologien eine interessante Zielgruppe darstellen. Die Studien offenbarten allerdings auch die derzeitigen Grenzen von physischen Visualisierungen, insbesondere im Vergleich zu ihren gut erforschten digitalen Pendants. Im Bereich der Motivation und Selbstreflexion präsentieren wir die Entwicklung und Auswertung des Projekts Activity Sculptures. In einer Feldstudie über drei Wochen erforschten wir physische Visualisierungen, die persönliche Laufdaten repräsentieren. Unsere Beobachtungen und die Aussagen der Teilnehmer ließen darauf schließen, dass die Skulpturen Neugierde weckten und zum Experimentieren mit dem eigenen Laufverhalten einluden. Zudem konnten soziale Dynamiken entdeckt werden, die beispielsweise durch Diskussion aber auch Wettbewerbsgedanken zum Ausdruck kamen. Basierend auf den gewonnen Erkenntnissen durch die erwähnten Studien schließt diese Arbeit mit zwei theoretischen Beiträgen, hinsichtlich des Designs und des Potenzials von physischen Visualisierungen, ab. Zuerst wird ein konzeptionelles Framework vorgestellt, welches die Möglichkeiten und den Nutzen physischer Visualisierungen von persönlichen Daten veranschaulicht. Für Designer und Künstler kann dies zudem als Inspirationsquelle dienen, wie das Potenzial neuer Technologien, wie der digitalen Fabrikation, zur Darstellung persönlicher Daten in physischer Form genutzt werden kann. Des Weiteren wird eine initiale Klassifizierung von physischen Variablen vorgeschlagen mit insgesamt 14 Dimensionen, welche in vier Kategorien gruppiert sind. Damit vervollständigen wir unser Ziel, Forschern und Designern Inspiration und Orientierung zu bieten, um neuartige und effektvolle physische Visualisierungen zu erschaffen

Gathering: Icons for a New World

This paper accompanied Gathering, an installation of sculptural assemblage and sound composition, which exhibited at Lump Gallery in Raleigh, North Carolina, from March 4th to April 10th, 2022. The paper outlines the artist's formal, visual research for Gathering, including reflections on ritual, repetition, and compassion, as well as the conceptual and material explorations that led to the final work. Themes of transformation and rebirth are central to the thesis, which proposes a new, syncretic spiritual framework that draws elements from existing spiritual and religious practices.Bachelor of Fine Art

Exploring the potential of physical visualizations

The goal of an external representation of abstract data is to provide insights and convey information about the structure of the underlying data, therefore helping people execute tasks and solve problems more effectively. Apart from the popular and well-studied digital visualization of abstract data there are other scarcely studied perceptual channels to represent data such as taste, sound or haptic. My thesis focuses on the latter and explores in which ways human knowledge and ability to sense and interact with the physical non-digital world can be used to enhance the way in which people analyze and explore abstract data. Emerging technological progress in digital fabrication allow an easy, fast and inexpensive production of physical objects. Machines such as laser cutters and 3D printers enable an accurate fabrication of physical visualizations with different form factors as well as materials. This creates, for the first time, the opportunity to study the potential of physical visualizations in a broad range. The thesis starts with the description of six prototypes of physical visualizations from static examples to digitally augmented variations to interactive artifacts. Based on these explorations, three promising areas of potential for physical visualizations were identified and investigated in more detail: perception & memorability, communication & collaboration, and motivation & self-reflection. The results of two studies in the area of information recall showed that participants who used a physical bar chart retained more information compared to the digital counterpart. Particularly facts about maximum and minimum values were be remembered more efficiently, when they were perceived from a physical visualization. Two explorative studies dealt with the potential of physical visualizations regarding communication and collaboration. The observations revealed the importance on the design and aesthetic of physical visualizations and indicated a great potential for their utilization by audiences with less interest in technology. The results also exposed the current limitations of physical visualizations, especially in contrast to their well-researched digital counterparts. In the area of motivation we present the design and evaluation of the Activity Sculptures project. We conducted a field study, in which we investigated physical visualizations of personal running activity. It was discovered that these sculptures generated curiosity and experimentation regarding the personal running behavior as well as evoked social dynamics such as discussions and competition. Based on the findings of the aforementioned studies this thesis concludes with two theoretical contributions on the design and potential of physical visualizations. On the one hand, it proposes a conceptual framework for material representations of personal data by describing a production and consumption lens. The goal is to encourage artists and designers working in the field of personal informatics to harness the interactive capabilities afforded by digital fabrication and the potential of material representations. On the other hand we give a first classification and performance rating of physical variables including 14 dimensions grouped into four categories. This complements the undertaking of providing researchers and designers with guidance and inspiration to uncover alternative strategies for representing data physically and building effective physical visualizations.Um aus abstrakten Daten konkrete Aussagen, komplexe Zusammenhänge oder überraschende Einsichten gewinnen zu können, müssen diese oftmals in eine, für den Menschen, anschauliche Form gebracht werden. Eine weitverbreitete und gut erforschte Möglichkeiten ist die Darstellung von Daten in visueller Form. Weniger erforschte Varianten sind das Verkörpern von Daten durch Geräusche, Gerüche oder physisch ertastbare Objekte und Formen. Diese Arbeit konzentriert sich auf die letztgenannte Variante und untersucht wie die menschlichen Fähigkeiten mit der physischenWelt zu interagieren dafür genutzt werden können, das Analysieren und Explorieren von Daten zu unterstützen. Der technische Fortschritt in der digitalen Fertigung vereinfacht und beschleunigt die Produktion von physischen Objekten und reduziert dabei deren Kosten. Lasercutter und 3D Drucker ermöglichen beispielsweise eine maßgerechte Fertigung physischer Visualisierungen verschiedenster Ausprägungen hinsichtlich Größe und Material. Dadurch ergibt sich zum ersten Mal die Gelegenheit, das Potenzial von physischen Visualisierungen in größerem Umfang zu erforschen. Der erste Teil der Arbeit skizziert insgesamt sechs Prototypen physischer Visualisierungen, wobei sowohl statische Beispiele beschrieben werden, als auch Exemplare die durch digital Inhalte erweitert werden oder dynamisch auf Interaktionen reagieren können. Basierend auf den Untersuchungen dieser Prototypen wurden drei vielversprechende Bereiche für das Potenzial physischer Visualisierungen ermittelt und genauer untersucht: Wahrnehmung & Einprägsamkeit, Kommunikation & Zusammenarbeit sowie Motivation & Selbstreflexion. Die Ergebnisse zweier Studien zur Wahrnehmung und Einprägsamkeit von Informationen zeigten, dass sich Teilnehmer mit einem physischen Balkendiagramm an deutlich mehr Informationen erinnern konnten, als Teilnehmer, die eine digitale Visualisierung nutzten. Insbesondere Fakten über Maximal- und Minimalwerte konnten besser im Gedächtnis behalten werden, wenn diese mit Hilfe einer physischen Visualisierung wahrgenommen wurden. Zwei explorative Studien untersuchten das Potenzial von physischen Visualisierungen im Bereich der Kommunikation mit Informationen sowie der Zusammenarbeit. Die Ergebnisse legten einerseits offen wie wichtig ein ausgereiftes Design und die Ästhetik von physischen Visualisierungen ist, deuteten anderseits aber auch darauf hin, dass Menschen mit geringem Interesse an neuen Technologien eine interessante Zielgruppe darstellen. Die Studien offenbarten allerdings auch die derzeitigen Grenzen von physischen Visualisierungen, insbesondere im Vergleich zu ihren gut erforschten digitalen Pendants. Im Bereich der Motivation und Selbstreflexion präsentieren wir die Entwicklung und Auswertung des Projekts Activity Sculptures. In einer Feldstudie über drei Wochen erforschten wir physische Visualisierungen, die persönliche Laufdaten repräsentieren. Unsere Beobachtungen und die Aussagen der Teilnehmer ließen darauf schließen, dass die Skulpturen Neugierde weckten und zum Experimentieren mit dem eigenen Laufverhalten einluden. Zudem konnten soziale Dynamiken entdeckt werden, die beispielsweise durch Diskussion aber auch Wettbewerbsgedanken zum Ausdruck kamen. Basierend auf den gewonnen Erkenntnissen durch die erwähnten Studien schließt diese Arbeit mit zwei theoretischen Beiträgen, hinsichtlich des Designs und des Potenzials von physischen Visualisierungen, ab. Zuerst wird ein konzeptionelles Framework vorgestellt, welches die Möglichkeiten und den Nutzen physischer Visualisierungen von persönlichen Daten veranschaulicht. Für Designer und Künstler kann dies zudem als Inspirationsquelle dienen, wie das Potenzial neuer Technologien, wie der digitalen Fabrikation, zur Darstellung persönlicher Daten in physischer Form genutzt werden kann. Des Weiteren wird eine initiale Klassifizierung von physischen Variablen vorgeschlagen mit insgesamt 14 Dimensionen, welche in vier Kategorien gruppiert sind. Damit vervollständigen wir unser Ziel, Forschern und Designern Inspiration und Orientierung zu bieten, um neuartige und effektvolle physische Visualisierungen zu erschaffen

In the weave: textile-based modes of making and the vocabulary of handcraft in selected contemporary artworks from South Africa

A thesis submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy in Fine Art at the University of the Witwatersrand, Johannesburg, South Africa November 2017This research focuses on handcrafted artworks made by contemporary artists working in South Africa who employ textile-based materials and processes of fabrication related to weaving and/or unweaving in producing sculptural objects, installations and performances. The primary aim is to investigate how and to what ends contemporary artists working in South Africa have chosen to engage in practices that are common to textile-based handcraft traditions of weaving, stitching and tying. This is done with reference to indigenous southern African textile-based traditions of making where appropriate. The focus is on how artists have understood manual work and its philosophy, and how conceptualization in their creative practice is accessed through the physical act of repetitive making by hand, based particularly on those traditional textile craft practices associated with weaving. In examining selected examples, such ‘textilic’ making practice is considered from a generative perspective involving a process of ‘following materials’ through handcrafted fabrication (Ingold 2010a). Furthermore, the study considers a material-conceptual interplay between ‘text, textile and techne (craftsmanship)’ and the knowledge production that this intertwining generates (Mitchell 2012). In South Africa, craft materials and techniques are currently in use by contemporary artists in very particular ways, and in relation to the historically politicized context of the country. I critically examine how the selected artists’ works intersect with a politics of craft that is particular to the country’s post-apartheid context, and how they subvert or destabilize the hierarchical distinction between art and craft.MT 201

Shaking Heritage

Any moment the earth can shake, but we do not know when or where. If it happens, our Heritage might be in danger. Shaking Heritage addresses the topic of the seismic vulnerability of museum collections. It develops a way to assess the seismic risks for movable Heritage, proposing a synthetic method to rate the vulnerable settings. It discusses the necessity of integrating museography and anti-seismic solutions for museums and exhibitions, and studies exhibit solutions that would improve the seismic safety of collections and setups. It stresses the necessity of constructing shared guidelines and policies for the safety of the movable Heritage. Shaking Heritage is a step forward in acknowledging the importance of the anti-seismic culture among museum institutions and researchers