Plug-and-Participate for Limited Devices in the Field of Industrial Automation

Ausgangspunkt und gleichzeitig Motivation dieser Arbeit ist die heutige Marktsituation: Starke Kundenbedürfnisse nach individuellen Gütern stehen oftmals eher auf Massenproduktion ausgerichteten Planungs- und Automatisierungssystemen gegenüber - die Befriedigung individueller Kundenbedürfnisse setzt aber Flexibilität und Anpassungsfähigkeit voraus. Ziel dieser Arbeit ist es daher, einen Beitrag zu leisten, der es Unternehmen ermöglichen soll, auf diese individuellen Bedürfnisse flexibel reagieren zu können. Hierbei kann es im Rahmen der Dissertation natürlich nicht um eine Revolutionierung der gesamten Automatisierungs- und Planungslandschaft gehen; vielmehr ist die Lösung, die der Autor der Arbeit präsentiert, ein integraler Bestandteil eines Automatisierungskonzeptes, das im Rahmen des PABADIS Projektes entwickelt wurde: Während PABADIS das gesamte Spektrum von Planung und Maschineninfrastruktur zum Inhalt hat, bezieht sich der Kern dieser Arbeit weitestgehend auf den letztgenannten Punkt - Maschineninfrastruktur. Ziel war es, generische Maschinenfunktionalität in einem Netzwerk anzubieten, durch das Fertigungsaufträge selbstständig navigieren. Als Lösung präsentiert diese Dissertation ein Plug-and-Participate basiertes Konzept, welches beliebige Automatisierungsfunktionen in einer spontanen Gemeinschaft bereitstellt. Basis ist ein generisches Interface, in dem die generellen Anforderungen solcher ad-hoc Infrastrukturen aggregiert sind. Die Implementierung dieses Interfaces in der PABADIS Referenzimplementierung sowie die Gegenüberstellung der Systemanforderungen und Systemvoraussetzungen zeigte, das klassische Plug-and-Participate Technologien wie Jini und UPnP aufgrund ihrer Anforderungen nicht geeignet sind - Automatisierungsgeräte stellen oftmals nur eingeschränkte Ressourcen bereit. Daher wurde als zweites Ergebnis neben dem Plug-and-Participate basierten Automatisierungskonzept eine Plug-and-Participate Technologie entwickelt - Pini - die den Gegebenheiten der Automatisierungswelt gerecht wird und schließlich eine Anwendung von PABADIS auf heutigen Automatisierungsanlagen erlaubt. Grundlegende Konzepte von Pini, die dies ermöglichen, sind die gesamte Grundarchitektur auf Basis eines verteilten Lookup Service, die Art und Weise der Dienstrepräsentation sowie die effiziente Nutzung der angebotenen Dienste. Mit Pini und darauf aufbauenden Konzepten wie PLAP ist es nun insbesondere möglich, Automatisierungssysteme wie PABADIS auf heutigen Anlagen zu realisieren. Das wiederum ist ein Schritt in Richtung Kundenorientierung - solche Systeme sind mit Hinblick auf Flexibilität und Anpassungsfähigkeit gestaltet worden, um Kundenbedürfnissen effizient gerecht zu werden

Rekonstruktion und Verarbeitung von Objekten und Szenen aus Kamerabildern

In Computerspielen, Animationsfilmen und anderen interaktiven Rendering-Applikationen werden für gewöhnlich 3D-Modelle verarbeitet. Die Modelle entsprechen dabei meistens einem realen Vorbild, welches mithilfe eines Laserscanners abgetastet wurde. Da moderne Laserscanner teuer und unhandlich sind, werden Alternativen benötigt, mit denen virtuelle Abbilder kostengünstig und effizient erzeugt werden können. Neben den Methoden zur Rekonstruktion dreidimensionaler Objekte sind Verfahren erforderlich, mit deren Hilfe die 3D-Modelle modifiziert werden können. In diesem Kontext spielt die Multiskalen-Modellierung (engl. multi resolution modeling) bei der Durchführung des Editiervorgangs in Echtzeit eine wichtige Rolle, um zum Beispiel komplexe Bewegungsabläufe simulieren zu können. Diese Dissertation beschäftigt sich mit den Möglichkeiten zur Rekonstruktion von Objekten und Szenen aus Kamerabildern und präsentiert neue Techniken, mit denen ein als Polygonnetz vorliegendes 3D-Modell editiert werden kann. Für die 3D-Rekonstruktion werden reziproke Bildpaare verwendet, auf deren Grundlage die Korrespondenzen zwischen den einzelnen Bildpunkten aufgedeckt und eine Tiefenanalyse vollzogen wird. Die daraus resultierenden Tiefenwerte werden in einer Tiefenkarte (engl. depth map) gespeichert, aus denen letztlich ein dreidimensionales Dreiecksnetz generiert werden kann. Während der Umsetzung des Verfahrens wurde großer Wert auf die Parallelisierung der einzelnen Berechnungsschritte gelegt. In Bezug auf die Modellierung von 3D-Modellen wurde zunächst ein hoch-qualitativer, paralleler Simplifizierungsalgorithmus entworfen, der in der Lage ist, in Echtzeit mehrere zu einem 3D-Objekt gehörende Detailstufen zu erzeugen. Auf Basis des Simplifizierungsverfahrens wurde schließlich ein parallel auf der Grafikkarte ausführbares Programm zur Multiskalen-Modellierung realisiert, mit welchem die Möglichkeit geschaffen wurde ein Modell auf verschiedenen Detailstufen zu editieren und die vorgenommenen Modifikationen über die erstellten Detailstufen hinweg in Echtzeit und unter Berücksichtigung der bestehenden Oberflächendetails zu verarbeiten. Die für das Editieren notwendige Datenstruktur wird dabei während der Simplifizierungsphase parallel auf der Grafikkarte innerhalb weniger Sekunden erzeugt