Einführung in das CaRo-Projekt: Geometrie- und Texturerfassung von 3D-Objekten mit robotergeführter Videokamera

Mit dem CaRo-Projekt (CaRo = Camera Roboter) wird an der Universität Karlsruhe ein neuartiger Ansatz verfolgt, um das Problem der Erfassung von Form- und Oberflächendaten für 3D-Objekte zu lösen. Bei CaRo führt ein Roboterarm eine Kamera und richtet sie gemäß der jeweiligen Erfassungsstrategie aus verschiedenen Richtungen auf das zu digitalisie- rende Objekt, z. B. ein Werkstück des Maschinenbaus. Mit Bildanalyse- verfahren können nun die Koordinaten von Oberflächenpunkten des Werkstücks bestimmt werden. Diese Vorgehensweise hat mehrere Vorteile. Die Kameraführung erfolgt adaptiv und wird von der Analysesoftware vorgegeben. Zwischen Globalsichten und Detailvergrößerungen kann ständig gewechselt werden. Die Oberfläche des Werkstücks kann in hochauflösenden Farbbildern repräsentiert werden, so daß Textur und Farbe zusammen mit den Geometriedaten geliefert werden können. Die Flexibilität des Ansatzes wird dadurch deutlich, daß sich mit ihm z.B. unterschiedlichste Anforderungen erfüllen lassen. So besteht die Möglichkeit, auch Bücher mit nicht planliegenden Seiten vollautomatisch zu digitalisieren, wobei nicht die 3D-Geometrie, sondern die Textrepräsentation im Vordergrund steht. Weiterhin können mit dem CaRo-Ansatz dreidimensionale Daten erzeugt werden, wie sie z. B. beim Reverse Engineering und in der Werbe- und Filmindustrie (virtuelle Welten, Computeranimationen in der Werbung, Trickfilm) benötigt werden. Die bisher bekanntgewordenen Digitalisiergeräte können die geforderte Breite und Flexibilitdt der Objektdigitalisierung nicht leisten. Es besteht diebegründete Hoffnung, daß der CaRo-Ansatz, also das bewegte Kameraauge, zu einer Standard-Eingabetechnik für die graphische Datenverarbeitung ausgebaut werden kann

Der Ort des Raums - Erkundigungen zum offenen` und geschlossenen` Raum

Bereits der Titel meines Vortrages unterstellt, es gäbe einen Ort, also etwas Räumliches, der dem Raum, so wie wir ihn in seiner Vorgegebenheit zu denken gewohnt sind, vorausgeht. Und in der Tat ist in den letzten Jahren aufgrund der Irritation der sog. Cybermoderne` von konfligierenden Räumen die Rede: unterschieden werden reale, virtuelle und imaginäre Räume. Der Vortrag wird, ausgehend von Kant, die Grundzüge der Kategorie des Raums in Erinnerung rufen, um neue Unterschiede und Differenzen im räumlichen` Denken zu markieren. Es wird zu handeln sein von einem offenen Raum, der nicht deckungsgleich ist mit dem uns scheinbar vertrauten Raum, den wir den homogenen, lückenlosen` Raum nennen

Validierung des Einflusses komprimierender Sleeves auf die Muskulatur des Oberschenkels während lokomotorischer Belastung

Die Zahl der Hersteller von Kompressionskleidung auf dem Sportmarkt nimmt derzeit exorbitant zu. Viele der Anbieter versprechen regenerations- oder performancesteigernde Eigenschaften. Jedoch beziehen sich die meisten dieser Behauptungen lediglich auf subjektive Kriterien oder sind nur anekdotisch bis nicht durch Daten belegt. Im Rahmen dieser Studie wurde deswegen der Effekt des Tragens von komprimierenden Sleeves auf die elektrophysiologischen Beanspruchungsparameter der Muskulatur der unteren Extremität mittels Oberflächen-EMG als funktionelle in-vivo Methode untersucht. Ziel dieser Untersuchung war die vergleichende Analyse der Wirkung der Sleeves auf die elektromyographische Aktivität der Oberschenkelmuskulatur, da damit indirekte Rückschlüsse auf die energetische Situation der untersuchten Muskeln gezogen werden können. Dabei wurden verschiedene statische (Stehen in Ruhe und modifizierter Wandsitz) und lokomotorische (Gehen und Rennen) Situationen mit und ohne Verwendung komprimierender Sleeves miteinander verglichen. Insgesamt wurden 22 gesunde, sportlich aktive, männliche Probanden an zwei Messzeitpunkten mit vierwöchigem Abstand untersucht, jeweils randomisiert mit und ohne Tragen der Sleeves. Die angewendeten lokomotorischen Belastungen erfolgten in abgestuften Geschwindigkeiten (Gehen mit 4, 6 und 8 km/h, Rennen mit 8, 10, 12 und 14 km/h) auf einem Laufband. Um potentielle Ermüdungseffekte zu vermeiden, wurde jede untersuchte Geschwindigkeit mit 30 Doppelschritten absolviert. Zusätzlich erfolgte eine statische Ermüdungsbelastung in Form eines modifizierten Wandsitzes. Für die vorliegende Studie wurden beidseitig fünf Oberschenkelmuskeln analysiert. Hauptanalyseparameter war die Amplitude (rms) der untersuchten Muskeln, der für die Ermüdungsbelastung um die mittlere Frequenz (MF) ergänzt wurde. In statischen Situationen zeigte die Anwendung der Oberschenkelsleeves sowohl beim Stehen in Ruhe (p=0,447, p=0,028) als auch bei der statischen Ermüdungsbelastung

Re-Engineering einer Trainingssoftware für hirnbeschädigte Patienten

Die Arbeit gliedert sich in sechs Kapitel. Kapitel 1 stellt die Problematik der Arbeit dar. Nach einer Darlegung der Gefälligkeit des Computer-Trainings werden die vorliegende Software “Gesichter“ und ihre Schwächen sowie mögliche Verbesserungen angesichts des aktuellen Stands der Technik vorgestellt. Die Vorgehensweise wird in der Zielsetzung beschrieben. Im Kapitel 2 werden wichtige medizinische und technische Konzepte vorgestellt, die für die Realisierung der neuen Applikation erforderlich sind. Außerdem wird das menschliche Gehirn vorgestellt. Es wird anschließend gezeigt, wie eine erworbene Hirnschädigung zu Stande kommt und welche Strukturen im Gehirn dabei betroffen sind. Kapitel 3 beschäftigt sich hauptsächlich mit der Untersuchung der vorliegenden Software sowie mit der konkreten Evaluierung der Vorgehensweise und der Auswahl der geeigneten Technologie zur Realisierung der neuen Anwendung. Kapitel 4 beschreibt, wie die Implementierung realisiert wurde. Dabei wird auf die Implementierung einzelner definierten Anforderungen eingegangen. In Kapitel 5 werden Testfälle, die mit dem neuen Programm durchgeführt werden können, vorgestellt. Das letzte Kapitel 6 fasst die Arbeit zusammen. Hierbei werden alle erreichten Ergebnisse entsprechend der Zielsetzung vorgestellt. Abschließend werden im Ausblick Erweiterungsmöglichkeiten für das neue Programm vorgeschlagen

Die Realisierung eines graphischen Workflow-Editors in Java

Ausgehend von verschiedenen Ansätzen zur Modellierung von Workflows, wie z.B. Petri-Netzen, wird in dieser Arbeit ein graphischer, syntaxgesteuerter Workflow-Editor realisiert, der die schnelle und komfortable Modellierung von Workflows erlaubt. Grundlage des Editors ist das formal verifizierbare ADEPT-Basismodell mit seinen verschiedenen Konstrukten. Da viele Editoren heutiger Workflow-Management-Systeme den Benutzer meist nicht bei der Modellierung eines korrekten Workflows unterstützen, werden in dieser Arbeit verschiedene Aspekte zur Sicherstellung der Korrektheit eines Workflows erläutert. Neben der syntaktischen Korrektheit des Prozeßgraphen ist die Prüfung der korrekten Datenversorgung daher ein Schwerpunkt dieser Arbeit. Aus diesem Grund werden verschiedene Datenflußanalyse-Algorithmen aufgezeigt. Beispielsweise kann der Editor mit Hilfe dieser Algorithmen parallele Schreiboperationen erkennen und anzeigen. Desweiteren wird ein Verfahren zur Visualisierung eines Workflow-Graphen mit seinen Grundlagen beschrieben. Aufbauend auf diesen Konzepten wird die Implementierung des Workflow-Editors in dieser Arbeit dokumentiert

On the calibration of kinetic Monte-Carlo simulations by molecular dynamics

Diese Arbeit befasst sich mit der Kalibrierung des von uns entwickelten atomistischen Modells zur Beschreibung des Sinterns von Nanopartikeln. Dieses Modell wird in Form einer kinetischen Monte-Carlo (KMC) Simulation implementiert, welche die Oberflächendiffusion auf dreidimensionalen Partikeln mit der fcc-Gitterstruktur untersucht. Als Wechselwirkungspotential zwischen den Atomen wurde das Lennard-Jones-Potential gewählt. Im ersten Schritt der Kalibrierung werden geeignete Werte der Simulationsparameter bestimmt. Die Optimierung des Energieparameters erfolgt durch Analyse der Energiebarrieren einiger ausgewählter Diffusionspfade mit Hilfe einer Molekularstatiksimulation. Die Untersuchung einer Tracer-Diffusion auf (111) und auf (100) Oberflächen mit Hilfe einer Molekulardynamiksimulation (MD) zeigt, dass die effektive Versuchsfrequenz der Diffusion stark von der lokalen Atomumgebung abhängt. Im zweiten Schritt findet ein direkter Vergleich zwischen KMC- und MD-Simulationen statt. Anhand des Verlaufs des Gyrationsradius zylindrischer Partikel wird die KMC-Simulation genauer kalibriert. Die Untersuchungen finden bei drei unterschiedlichen Temperaturen und für zwei verschiedene Systemgrößen statt. Durch den Vergleich wird ersichtlich, dass die Prozessraten für einige Diffusionspfade in der KMC-Simulation künstlich verstärkt werden müssen, damit das Sinterverhalten dem einer MD-Simulation entspricht. Die gezielte Erhöhung der Versuchsfrequenzen für diese Diffusionspfade um einen konstanten Faktor erweist sich als ausreichend, um das Sinterverhalten einer MD-Simulation mit guter Genauigkeit zu reproduzieren. Das Ergebnis der Kalibrierung ist ein überzeugender Konsens des Sinterverhaltens zwischen den KMC- und den MD-Simulationen. Die mittlere Abweichung des Gyrationsradius über den gesamten Zeitverlauf für alle untersuchten Temperaturen beträgt lediglich 3.8%. Die sich abzeichnende Abhängigkeit der Versuchsfrequenz von Temperatur und Systemgröße bewirkt nur eine Skalierung der Zeitachse und betrifft nicht das Sinterverhalten. Unsere KMC-Simulation stellt somit eine gute und effiziente Alternative zu MD-Simulationen dar.The main topic of this thesis ist the calibration of the atomistic model developed within our group. This model describes the sintering of nanoparticles and is implemented via a kinetic Monte Carlo (KMC) simulation. The sintering particles are represented within a three-dimensional fcc structure and coalesce by surface diffusion of the atoms. The interaction between the atoms is described by a Lennard-Jones potential. The first step in the calibration is the determination of plausible values for the simulation parameters. The optimization of the energy model parameter is carried out by analysing the energy barriers for a set of specific diffusion paths and is done within a molecular statics simulation. The investigation of tracer atom diffusion on (111) and (100) surfaces with molecular dynamics (MD) simulation shows the strong dependence of the attempt frequency on the local neighborhood of the diffusing atom. The second step is the direct comparison of MD and KMC simulations. The time dependency of the sintering particles' radius of gyration is used to further finetune the KMC simulation. The simulations are performed for three different temperatures and two system sizes. The analysis shows that hopping rates of several processes in the KMC simulation have to be modified to achieve good agreement with the according MD curve. The selective amplification of these process rates by a constant factor is sufficient to nicely reproduce the sintering behavior of MD simulations. The result of the calibration is a convincing agreement of the sintering behavior of nanoparticles between our KMC and traditional MD simulations. The average deviation of the radius of gyration amounts just to 3.8% throughout the entire time region for all studied temperatures. The slight dependence of the attempt frequency on temperature and the system's size results only in a variation of the time scale and does not change the sintering dynamics qualitatively. Our calibrated KMC simulation method can therefore be regarded as a good and efficient alternative to regular MD simulations

Entwicklung und Implementierung einer 3D-Visualisierungsbibliothek und der Graphischen Benutzerschnittstelle einer Anwendungssoftware für die Simulation und Demonstration der Kommunikation in drahtlosen Sensornetzwerken

nicht vorhande