Eine Methode zur Unterstützung der disziplinübergreifenden Zusammenarbeit in der Produktentwicklung auf Grundlage einer integrierten Visualisierung konzeptioneller Modelle

Die industrielle Produktentwicklung fußt auf der Zusammenarbeit verschiedener Fachbereiche. Eine integrierte Darstellung von fachlichen Modellen macht Abhängigkeiten zwischen den Fachbereichen sichtbar und gibt Abstimmungsprozessen eine anschauliche Grundlage. Dafür wird die räumliche Tiefe als Darstellungsmittel eingeführt. Modelle werden in einer 3D-Darstellung positioniert und die Abhängigkeiten sichtbar gemacht. Anhand dieser Darstellung wird die übergreifende Kommunikation gefördert

Vektordaten am taktilen Hyperglobus

Ein taktiler Hyperglobus ist eine moderne, digitale Präsentationsform, mit der unterschiedlichste globale Zusammenhänge und Phänomene wiedergegeben werden können. Globensysteme verwenden gegenwärtig quadratische Plattkarten (Raster) als Eingabemedium. Im Zuge dieser Diplomarbeit werden bestehende Verfahren, die es erlauben Vektordaten korrekt auf dem sphärischen Display anzuzeigen, aufgegriffen sowie neue entwickelt und vergleichend untersucht. Punkt-, Linien- und Flächengeometrien können einerseits unter Berücksichtigung der Verzerrungen und Nähte (z.B. Datumsgrenze) in den Basisraster eingezeichnet werden, andererseits können sie direkt in der Globensoftware verarbeitet und visualisiert werden. Basierend auf Ausführungen über taktile Hypergloben und sphärische Displays, über geographische Vektordaten sowie über bestehende Ansätze der Vektordatenintegration und der Funktionsweise von Earthbrowsern, wird eine Klassifizierung möglicher Methoden und Verfahren vorgestellt. Es werden mehrere Verfahren in Theorie und Praxis besprochen und mit Beispielen belegt. Neben der Datenverarbeitung und -aufbereitung sowie der Datenvisualisierung werden Anforderungen, die an die Vektordaten zu stellen sind, erörtert. Abschließend werden die unterschiedlichen Methoden verglichen und bewertet. Die Diplomarbeit reiht sich in die Forschungsarbeit der Hyperglobe Research Group (HRG) des Instituts für Geographie und Regionalforschung der Universität Wien mit ein.A tactile hyperglobe is a new digital presentation tool, which facilitates graphic display of a wide variety of phenomena and facts about the planets. These globe systems use a plate carrée projection (grid) as an input. Existing methods for projection of vector data on a spherical display are gathered and new methods are developed and compared. These procedures handle point, line, and polygon geometries, which can be pre-rendered directly into the base grid, accounting for distortions and seams (eg. dateline), or they can be processed and displayed during runtime of the globe software. Based on the discussion of: tactile hyperglobes and spherical displays; geographic vector data and existing approaches for the vector data integration; and the principles of earthbrowsers a classification of possible methods and procedures is introduced. The theory and practice of several methods are presented and explained with examples. Data processing and preparation, data visualization and requirements for the vector data are discussed. In the conclusion, these different methods are compared and evaluated. The thesis is part of the work of the Hyperglobe Research Group (HRG) of the Department of Geography and Regional Research (University of Vienna)

Objektlokalisation in graphischen Darstellungen

Es wird eine Lokalisationskomponente für das wissensbasierte Präsentationssystem WIP vorgestellt. Die behandelten Lokalisationsphänomene umfassen relative Lokalisationen (z .B. "Das Objekt links von Objekt X."), absolute Lokalisationen (z.B. "Das Objekt links oben im Bild.") und ,Ecke' -Lokalisationen (z.B. "Das Objekt in der linken oberen Ecke des Bildes."). Desweiteren wird zwischen zwei Lokalisationsgranularitäten unterschieden: zwischen zusammengesetzten Lokalisationen (z.B . "Das Objekt links oben im Bild. " ) und elementaren Lokalisationen (z.B. "Das Objekt links oben im Bild ." ). ,Ecke' -Lokalisationen werden wie absolute Lokalisationen behandelt. Absolute Lokalisationen wiederum werden als Spezialfälle der relativen Lokalisationen angesehen . Diese Vorgehensweise ermöglicht es, alle drei Lokalisationstypen durch eine generische Lokalisationsprozedur zu berechnen. Die Berechnung der beiden Lokalisationsgranularitäten erfolgt, indem elementare Lokalisationen aus den zuvor berechneten zusammengesetzten Lokalisationen abgeleitet werden . Darüber hinaus wird gezeigt , wie Objekte auf der Grundlage der beschriebenen Lokalisationsverfahren auch innerhalb einer komplexen Objektkonfiguration lokalisiert werden können. Schließlich wird diskutiert , wie Informationen über die hierarchische Struktur von Objekten in Form sogenannter Gruppenlokalisationen zu berücksichtigen sind

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

Navigations- und Interaktionstechniken

Die Leistungsfähigkeit moderner Grafikhardware erreicht ein Niveau, auf dem sich selbst aufwändig gestaltete 3D-Szenen in kürzester Zeit berechnen lassen. Die Möglichkeiten, die diese Systeme zur Navigation und Interaktion im dreidimensionalen Raum bieten, erscheinen vielen Anwendern jedoch nicht intuitiv genug. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, neue Navigations- und Interaktionstechniken für räumliche Anwendungen zu entwerfen und anhand einer prototypischen Implementierung die Eignung dieser Techniken für die Interaktion mit einem virtuellen Modell des Rubik’s Cube zu untersuchen. Da die entwickelten Verfahren ihre Tauglichkeit insbesondere bei der Interaktion über klassische Ein- und Ausgabegeräte unter Beweis stellen sollten (Maus, Tastatur und 2D-Display), waren geeignete Abbildungen der zu beherrschenden Freiheitsgrade zu konzipieren. Die Beschreibung grundlegender Aspekte der menschlichen Wahrnehmung führte zum Konzept der 3D-Metapher, welche die Durchführung einer dreidimensionalen Operation mit Hilfe von 2D-Eingabegeräten erklärt. Einzelne Interaktionsaufgaben des 3D-Raums wurden dargestellt und Beispiele von metaphorischen Konzepten für ihre Implementierung gegeben. Nach der Darstellung der am Rubik’s Cube auftretenden Interaktionsformen wurden metaphorische Konzepte für die Operationen Inspektion und Rotation entworfen und ihre besonderen Eigenschaften beschrieben; hierbei wurde zudem auf spezielle Verfahren eingegangen, die bei der Implementierung dieser Metaphern eingesetzt wurden. Im Rahmen einer Benutzerstudie wurde die Bedienung der konzipierten Interaktionsmetaphern im praktischen Einsatz getestet. Hierbei wurden insbesondere die Kriterien Intuitivität, Effizienz und Erlernbarkeit untersucht sowie die zeitliche Performance und Fehlerhäufigkeiten beim Einsatz der unterschiedlichen Werkzeuge analysiert. Die vorliegende Arbeit bietet eine Reihe von Ansätzen für künftige Erweiterungen, wie zum Beispiel die Weiterentwicklung zu einer Autorenumgebung für interaktive Anwendungen oder die Integration eines Kommunikationskanals zwischen den einzelnen Interaktionsmetaphern, um auf diese Weise auch komplexe Verhaltensmuster implementieren zu können

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

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