Hierarchical contextual reasoning

Computer supported development of proofs requires user interaction even for theorems that are simple by human standards. In this thesis we define a communication infrastructure as a mediator between the user and the automatic reasoning procedures. It is based on a new uniform meta proof theory for contextual reasoning and encompasses most aspects of communication from the presentation of the proof state, via the supply of relevant contextual information about possible proof continuations, to the support for a hierarchical proof development. The proof theory is uniform for a variety of logics. It exploits proof theoretic annotations in formulas for a contextual reasoning style that is as far as possible intuitive for the user while at the same time still adequate for automatic reasoning procedures. Furthermore, concepts are defined to accomodate both the use and the explicit representation of hierarchies that are inherent in problem solving in general.Das computergestuetzte Beweisen von Theoremen erfordert den Eingriff des menschlichen Benutzers selbst fuer nach menschlichen Maßstaeben einfache Theoreme. Diese Arbeit definiert eine Kommunikationsplattform, die eine synergetische Kooperationsform des Benutzers mit dem Beweisverfahren ermöglicht

A uniform approach to the complexity and analysis of succinct systems

“ This thesis provides a unifying view on the succinctness of systems: the capability of a modeling formalism to describe the behavior of a system of exponential size using a polynomial syntax. The key theoretical contribution is the introduction of sequential circuit machines as a new universal computation model that focuses on succinctness as the central aspect. The thesis demonstrates that many well-known modeling formalisms such as communicating state machines, linear-time temporal logic, or timed automata exhibit an immediate connection to this machine model. Once a (syntactic) connection is established, many complexity bounds for structurally restricted sequential circuit machines can be transferred to a certain formalism in a uniform manner. As a consequence, besides a far-reaching unification of independent lines of research, we are also able to provide matching complexity bounds for various analysis problems, whose complexities were not known so far. For example, we establish matching lower and upper bounds of the small witness problem and several variants of the bounded synthesis problem for timed automata, a particularly important succinct modeling formalism. Also for timed automata, our complexity-theoretic analysis leads to the identification of tractable fragments of the timed synthesis problem under partial observability. Specifically, we identify timed controller synthesis based on discrete or template-based controllers to be equivalent to model checking. Based on this discovery, we develop a new model checking-based algorithm to efficiently find feasible template instantiations. From a more practical perspective, this thesis also studies the preservation of succinctness in analysis algorithms using symbolic data structures. While efficient techniques exist for specific forms of succinctness considered in isolation, we present a general approach based on abstraction refinement to combine off-the-shelf symbolic data structures. In particular, for handling the combination of concurrency and quantitative timing behavior in networks of timed automata, we report on the tool Synthia which combines binary decision diagrams with difference bound matrices. In a comparison with the timed model checker Uppaal and the timed game solver Tiga running on standard benchmarks from the timed model checking and synthesis domain, respectively, the experimental results clearly demonstrate the effectiveness of our new approach.Diese Dissertation liefert eine vereinheitlichende Sicht auf die Kompaktheit von Systemen: die Fähigkeit eines Modellierungsformalismus, das Verhalten eines Systems exponentieller Größe mit polynomieller Syntax zu beschreiben. Der wesentliche theoretische Beitrag ist die Einführung von sequenziellen Schaltkreis-Maschinen als neues universelles Berechnungsmodell, das sich auf den zentralen Aspekt der Kompaktheit konzentriert. Die Dissertation demonstriert, dass viele bekannte Modellierungsformalismen, wie z.B. kommunizierende Zustandsmaschinen, linear-Zeit temporale Logik (LTL) oder gezeitete Automaten eine direkte Verbindung zu diesem Maschinenmodell aufzeigen. Sobald eine (syntaktische) Verbindung hergestellt ist, können viele Komplexitätsschranken für strukturell beschränkte sequenzielle Schaltkreis-Maschinen für einen bestimmten Formalismus einheitlich übernommen werden. Neben einer weitreichenden Vereinheitlichung unabhängiger Forschungsrichtungen können auch zahlreiche Komplexitätsschranken für Analyse-Probleme etabliert werden, deren genaue Komplexität bisher noch nicht bekannt war. Zum Beispiel werden passende untere und obere Schranken des small witness Problems und mehrere Varianten des Synthese-Problems von Controllern mit beschränkter Größe für gezeitete Automaten bewiesen. Die theoretische Analyse deckt Fragmente geringerer Komplexität des partiell informierten Syntheseproblems für gezeitete Automaten auf. Es wird im Besonderen gezeigt, dass das gezeitete Syntheseproblem für diskrete oder Vorlagen-basierte Controller äquivalent zum Model Checking-Problem ist. Basierend auf dieser Einsicht wird ein neuartiger Model Checking-basierter Algorithmus zur effizienten Synthese von gültigen Instantiierungen von Vorlagen entwickelt. Der praktische Beitrag der Dissertation untersucht die Erhaltung von Kompaktheit in Analyse-Algorithmen durch die Benutzung symbolischer Datenstrukturen. Es wird ein allgemeiner Ansatz zur Kombination von Standard-Datenstrukturen vorgestellt, die jeweils bisher nur in Isolation verwendet werden konnten. Insbesondere wird für die Analyse von Netzwerken von gezeiteten Automaten das Tool Synthia vorgestellt, welches binäre Entscheidungs-Diagramme mit Differenzen-Matrizen verbindet. In einem experimentellen Vergleich mit den Tools Uppaal und Tiga wird klar die Effektivität des neuen Ansatzes belegt

New editing techniques for video post-processing

This thesis contributes to capturing 3D cloth shape, editing cloth texture and altering object shape and motion in multi-camera and monocular video recordings. We propose a technique to capture cloth shape from a 3D scene flow by determining optical flow in several camera views. Together with a silhouette matching constraint we can track and reconstruct cloth surfaces in long video sequences. In the area of garment motion capture, we present a system to reconstruct time-coherent triangle meshes from multi-view video recordings. Texture mapping of the acquired triangle meshes is used to replace the recorded texture with new cloth patterns. We extend this work to the more challenging single camera view case. Extracting texture deformation and shading effects simultaneously enables us to achieve texture replacement effects for garments in monocular video recordings. Finally, we propose a system for the keyframe editing of video objects. A color-based segmentation algorithm together with automatic video inpainting for filling in missing background texture allows us to edit the shape and motion of 2D video objects. We present examples for altering object trajectories, applying non-rigid deformation and simulating camera motion.In dieser Dissertation stellen wir Beiträge zur 3D-Rekonstruktion von Stoffoberfächen, zum Editieren von Stofftexturen und zum Editieren von Form und Bewegung von Videoobjekten in Multikamera- und Einkamera-Aufnahmen vor. Wir beschreiben eine Methode für die 3D-Rekonstruktion von Stoffoberflächen, die auf der Bestimmung des optischen Fluß in mehreren Kameraansichten basiert. In Kombination mit einem Abgleich der Objektsilhouetten im Video und in der Rekonstruktion erhalten wir Rekonstruktionsergebnisse für längere Videosequenzen. Für die Rekonstruktion von Kleidungsstücken beschreiben wir ein System, das zeitlich kohärente Dreiecksnetze aus Multikamera-Aufnahmen rekonstruiert. Mittels Texturemapping der erhaltenen Dreiecksnetze wird die Stofftextur in der Aufnahme mit neuen Texturen ersetzt. Wir setzen diese Arbeit fort, indem wir den anspruchsvolleren Fall mit nur einer einzelnen Videokamera betrachten. Um realistische Resultate beim Ersetzen der Textur zu erzielen, werden sowohl Texturdeformationen durch zugrundeliegende Deformation der Oberfläche als auch Beleuchtungseffekte berücksichtigt. Im letzten Teil der Dissertation stellen wir ein System zum Editieren von Videoobjekten mittels Keyframes vor. Dies wird durch eine Kombination eines farbbasierten Segmentierungsalgorithmus mit automatischem Auffüllen des Hintergrunds erreicht, wodurch Form und Bewegung von 2D-Videoobjekten editiert werden können. Wir zeigen Beispiele für editierte Objekttrajektorien, beliebige Deformationen und simulierte Kamerabewegung

The beginning of of wisdom is the definition of terms

eine Durchführung des Projekts in einem vertretbarem Zeitrahmen. Das Vorgehe

Promotionsausschuss:

benötigt, die den Beeinträchtigungen des Mobilfunkkanals entgegenwirken oder sic