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In the fermentation process sugars are transformed into lactic acid. pH meters have traditionally been used for fermentation process monitoring based on acidity. More recently, near infrared (NIR) spectroscopy has proven to provide an accurate and non-invasive method to detect when the transformation of sugars into lactic acid is finished. The fermentation process when sugars are transformed into lactic acid. This research proposes the use of simplified NIR spectroscopy using multispectral optical sensors as a simpler and less expensive measure to end the fermentation process. The NIR spectrum of milk and yogurt is compared to find and extract features that can be used to design a simple sensor to monitor the yogurt fermentation process. Multispectral images in four selected wavebands within the NIR spectrum are captured and show different spectral remission characteristics for milk, yogurt and water, which support the selection of these wavebands for milk and yogurt classification.
The latest advances in the field of smart card technologies allow modern cards to be more than just simple security tokens. Recent developments facilitate the use of interactive components like buttons, displays or even touch-sensors within the card's body thus conquering whole new areas of application. With interactive functionalities the usability aspect becomes the most important one for designing secure and popularly accepted products. Unfortunately, the usability can only be tested fully with completely integrated hence expensive smart card prototypes. This restricts severely application specific research, case studies of new smart card user interfaces and the optimization of design aspects, as well as hardware requirements by making usability and acceptance tests in smart card development very costly and time-consuming. Rapid development and simulation of smart card interfaces and applications can help to avoid this restriction. This paper presents a rapid development process for new smart card interfaces and applications based on common smartphone technology using a tool called SCUID^Sim. We will demonstrate the variety of usability aspects that can be analyzed with such a simulator by discussing some selected example projects.
We present a system that combines voxel and polygonal representations into a single octree acceleration structure that can be used for ray tracing. Voxels are well-suited to create good level-of-detail for high-frequency models where polygonal simplifications usually fail due to the complex structure of the model. However, polygonal descriptions provide the higher visual fidelity. In addition, voxel representations often oversample the geometric domain especially for large triangles, whereas a few polygons can be tested for intersection more quickly.
We propose a high-performance GPU implementation of Ray Histogram Fusion (RHF), a denoising method for stochastic global illumination rendering. Based on the CPU implementation of the original algorithm, we present a naive GPU implementation and the necessary optimization steps. Eventually, we show that our optimizations increase the performance of RHF by two orders of magnitude when compared to the original CPU implementation and one order of magnitude compared to the naive GPU implementation. We show how the quality for identical rendering times relates to unfiltered path tracing and how much time is needed to achieve identical quality when compared to an unfiltered path traced result. Finally, we summarize our work and describe possible future applications and research based on this.
The study of locomotion in virtual environments is a diverse and rewarding research area. Yet, creating effective and intuitive locomotion techniques is challenging, especially when users cannot move around freely. While using handheld input devices for navigation may often be good enough, it does not match our natural experience of motion in the real world. Frequently, there are strong arguments for supporting body-centered self-motion cues as they may improve orientation and spatial judgments, and reduce motion sickness. Yet, how these cues can be introduced while the user is not moving around physically is not well understood. Actuated solutions such as motion platforms can be an option, but they are expensive and difficult to maintain. Alternatively, within this article we focus on the effect of upper-body tilt while users are seated, as previous work has indicated positive effects on self-motion perception. We report on two studies that investigated the effects of static and dynamic upper body leaning on perceived distances traveled and self-motion perception (vection). Static leaning (i.e., keeping a constant forward torso inclination) had a positive effect on self-motion, while dynamic torso leaning showed mixed results. We discuss these results and identify further steps necessary to design improved embodied locomotion control techniques that do not require actuated motion platforms.
Over the last 50 years, the controlled motion of robots has become a very mature domain of expertise. It can deal with all sorts of topologies and types of joints and actuators, with kinematic as well as dynamic models of devices, and with one or several tools or sensors attached to the mechanical structure. Nevertheless, the domain has not succeeded in standardizing the modelling of robot devices (including such fundamental entities as “reference frames”!), let alone the semantics of their motion specification and control. This thesis aims to solve this long-standing problem, from three different sides: semantic models for robot kinematics and dynamics, semantic models of all possible motion specification and control problems, and software that can support the latter while being configured by a systematic use of the former.
Virtual reality environments are increasingly being used to encourage individuals to exercise more regularly, including as part of treatment in those with mental health or neurological disorders. The success of virtual environments likely depends on whether a sense of presence can be established, where participants become fully immersed in the virtual environment. Exposure to virtual environments is associated with physiological responses, including cortical activation changes. Whether the addition of a real exercise within a virtual environment alters sense of presence perception, or the accompanying physiological changes, is not known. In a randomized and controlled study design, trials of moderate-intensity exercise (i.e. self-paced cycling) and no-exercise (i.e. automatic propulsion) were performed within three levels of virtual environment exposure. Each trial was 5-min in duration and was followed by post-trial assessments of heart rate, perceived sense of presence, EEG, and mental state. Changes in psychological strain and physical state were generally mirrored by neural activation patterns. Furthermore these change indicated that exercise augments the demands of virtual environment exposures and this likely contributed to an enhanced sense of presence.
Dieser Tagungsband enthält die Beiträge zum 12. Workshop zum Thema Virtuelle und Erweiterte Realität der Fachgruppe VR/AR der Gesellschaft für Informatik e.V. Der Workshop dient zum Informations- und Ideenaustausch deutschsprachigen WissenschaftlerInnen, zusätzlich bietet der Workshop den idealen Rahmen aktuelle Ergebnisse und Vorhaben aus Forschung und Entwicklung einem fachkundigen Publikum zur Diskussion zu stellen. Insbesondere wollen wir auch jungen Nachwuchswissenschaftlern die Möglichkeit geben, ihre Arbeiten zu präsentieren.
In der vorliegenden Arbeit wird ein neuartiges Verfahren zur Echtzeitüberwachung von Laserbohrprozessen vorgestellt. Die Untersuchungen werden an unterschiedlichen Materialien unter Einsatz eines passiv-gütegeschalteten Nd:YAG Lasers durchgeführt. Prozessbegleitend findet eine Aufzeichnung der akustischen Emissionen mit anschließender Analyse durch schnelle Fourier-Transformation statt. Hierdurch lassen sich der Durchbruch beim Bohren durch ein Material sowie der Materialübergang mehrschichtiger Systeme detektieren. Die akustischen Messungen werden durchAuswertung der Pulsfolge des Lasers mittels einer Fotodiode gestützt. Hierbei zeigt sich eine gute Übereinstimmung der im akustischen Spektrum dominanten Frequenz mit der jeweils im Laserburstauftretenden Pulsfrequenz. Das vorgestellte Verfahren ermöglicht eine Echtzeitüberwachung beim Laserbohren mittels kostengünstiger und einfacher Hardware. Zudem zeichnet es sich im Gegensatz zu bestehenden Verfahren durch eine hohe Robustheit gegen äußere Störeinflüsse aus, da eine frequenzbasierte Auswertung stattfindet.
Der Einsatz von Agentensystemen ist vielfältig, dennoch sind aktuelle Realisierungen lediglich in der Lage primär regelkonformes oder aber „geskriptetes“ Verhalten auch unter Einsatz von randomisierten Verfahren abzubilden. Für eine realistische Repräsentation sind jedoch auch Abweichungen von den Regeln notwendig, die nicht zufällig sondern kontextbedingt auftreten. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde ein realitätsnaher Straßenverkehrssimulator realisiert, der mittels eines detailliert definierten Systems für kognitive Agenten auch diese irregulären Verhaltensweisen generiert und somit ein realistisches Verkehrsverhalten für die Verwendung in VR-Anwendungen simuliert. Durch das Erweitern der Agenten mit psychologischen Persönlichkeitsprofilen, basierend auf dem „Fünf-Faktoren-Modell“, zeigen die Agenten individualisierte und gleichzeitig konsistente Verhaltensmuster. Ein dynamisches Emotionsmodell sorgt zusätzlich für eine situationsbedingte Adaption des Verhaltens, z.B. bei langen Wartezeiten. Da die detaillierte Simulation kognitiver Prozesse, der Persönlichkeitseinflüsse und der emotionalen Zustände erhebliche Rechenleistungen verlangt, wurde ein mehrschichtiger Simulationsansatz entwickelt, der es erlaubt den Detailgrad der Berechnung und Darstellung jedes Agenten während der Simulation stufenweise zu verändern, so dass alle im System befindlichen Agenten konsistent simuliert werden können. Im Rahmen diverser Evaluierungsiterationen in einer bestehenden VR-Anwendung – dem FIVIS-Fahrradfahrsimulator des Antragstellers - konnte eindrucksvoll nachgewiesen werden, dass die realisierten Konzepte die ursprünglich formulierten Forschungsfragestellung überzeugend und effizient lösen.
Annual Report 2013 - 2014
(2015)
The steadily decreasing prices of display technologies and computer graphics hardware contribute to the increasing popularity of multiple-display environments, like large, high-resolution displays. It is therefore necessary that educational organizations give the new generation of computer scientists an opportunity to become familiar with this kind of technology. However, there is a lack of tools that allow for getting started easily. Existing frameworks and libraries that provide support for multi-display rendering are often complex in understanding, configuration and extension. This is critical especially in educational context where the time that students have for their projects is limited and quite short. These tools are also rather known and used in research communities only, thus providing less benefit for future non-scientists. In this work we present an extension for the Unity game engine. The extension allows – with a small overhead – for implementation of applications that are apt to run on both single-display and multi-display systems. It takes care of the most common issues in the context of distributed and multi-display rendering like frame, camera and animation synchronization, thus reducing and simplifying the first steps into the topic. In conjunction with Unity, which significantly simplifies the creation of different kinds of virtual environments, the extension affords students to build mock-up virtual reality applications for large, high-resolution displays, and to implement and evaluate new interaction techniques and metaphors and visualization concepts. Unity itself, in our experience, is very popular among computer graphics students and therefore familiar to most of them. It is also often employed in projects of both research institutions and commercial organizations; so learning it will provide students with qualification in high demand.
Sustainable development needs sustainable production and sustainable consumption. During the last decades the encouragement of sustainable production has been the focus of research and policy makers under the implicit assumption that the observable increasing ‘green’ values of consumers would also entail a growing sustainable consumption. However, it has been found that the actual purchasing behaviour often deviates from ‘green’ attitudes. This phenomenon is called the attitude-behaviour gap. It is influenced by individual, social and situational factors. The main purchasing barriers for sustainable (organic) food are price, lack of immediate availability, sensory criteria, lack or overload of information as well as the low-involvement feature of food products in conjunction with well-established consumption routines, lack of transparency and trust towards labels and certifications.
The phenomenon of the deviation between purchase attitudes and actual buying behaviour of responsible consumers is called the attitude-behaviour gap. It is influenced by individual, social and situational factors. The main purchasing barriers for sustainable (organic) food are price, lack of immediate availability, sensory criteria, lack or overload of information as well as the low-involvement feature of food products in conjunction with well-established consumption routines, lack of transparency and trust towards labels and certifications. The last three barriers are mainly of a psychological nature. Especially the low-involvement feature of food products due to daily purchase routines and relatively low prices tends to result in fast, automatic and subconscious decisions based on a so-called human mental system 1, derived from Daniel Kahneman’s (Nobel-Prize laureate in Behavioural Economics) model in behavioural psychology. In contrast, the human mental system 2 is especially important for the transformations of individual behaviour towards a more sustainable consumption. Decisions based on the human mental system 2 are slow, logical, rational, conscious and arduous. This so-called dual action model also influences the reliability of responses in consumer surveys. It seems that the consumer behaviour is the most unstable and unpredictable part of the entire supply chain and requires special attention. Concrete measures to influence consumer behaviour towards sustainable consumption are highly complex. Reviews of interdisciplinary research literature on behavioural psychology, behavioural economics and consumer behaviour and an empirical analysis of selected countries worldwide with a view to sustainable food are presented. The example of Denmark serves as a ‘best practice’ case study to illustrate how sustainable food consumption can be encouraged. It demonstrates that common efforts and a shared responsibility of consumers, business, interdisciplinary researchers, mass media and policy are needed. It takes pioneers of change who succeed in assembling a ‘critical mass’ willing to increase its ‘sustainable’ behaviour. Considering the strong psychological barriers of consumers and the continuing low market share of organic food, proactive policy measures would be conducive to foster the personal responsibility of the consumers and offer incentives towards a sustainable production. Also, further self-obligations of companies (Corporate Social Responsibility – CSR) as well as more transparency and simplification of reliable labels and certifications are needed to encourage the process towards a sustainable development.
Der verantwortungsvolle Konsument – Einstellungen von Wirtschafts- und Sozialwissenschaftlern
(2015)
An den wirtschaftswissenschaftlichen Fakultäten der Technischen Hochschule Köln (TH Köln) und der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg (HBRS) sind im Verlauf des Jahres 2013 Befragungen zu nachhaltigen, zertifizierten Lebensmitteln durchgeführt worden. Ziel war es, die Bedeutung von Fairtrade und Bio auf der Basis von Konsumenteneinschätzungen zu analysieren. Dazu wurden Wahrnehmung, Bekanntheitsgrad und Vertrauen, Kaufverhalten, Zahlungsbereitschaft sowie Glaubwürdigkeit in Bezug auf Fairtrade- und Bio-Produkte abgefragt. Der Kreis der Befragten umfasste die Gruppe der Studierenden, Mitarbeiter/innen und Professor(inn)en. Darüber hinaus konnten Differenzierungen nach Geschlecht, Einkommen und Alter vorgenommen werden. Die Ergebnisse sind in der Reihe „Forum NIL“ veröffentlicht worden. In der vorliegenden Studie sollte untersucht werden, ob Sozialwissenschaftler ein verantwortungsvolleres Konsumentenverhalten aufweisen als Wirtschaftswissenschaftler. Aus diesem Grunde, wurde die gleiche Befragung an der Fakultät für Sozialwissenschaften der TH Köln durchgeführt. Ein Vergleich der Befragungsergebnisse zeigte einerseits, dass Studierende, Mitarbeiter/innen und Professor(inn)en in den Sozialwissenschaften ein teilweise höheres Verantwortungsbewusstsein aufweisen. Dies gilt insbesondere in Bezug auf das bewusste Achten auf nachhaltige Produkte, die Zahlungsbereitschaft und den tatsächlichen Kauf von Fairtrade- und Bio-Produkten. Allerdings war auch bei den Befragten der Fakultät für Wirtschaftswissenschaften ein durchaus verantwortungsvolles Konsumentenverhalten erkennbar. Darüber hinaus konnte der generelle Vorwurf, dass sich eine Ökonomieausbildung negativ auf die Einstellung zu einem verantwortungsvollen Handeln auswirkt, anhand der Studienergebnisse nicht bestätigt werden. Vielmehr zeigte sich, dass nahezu keine Unterschiede zwischen den Antworten der Studienanfänger und Studierender höherer Semester an der Fakultät für Wirtschaftswissenschaften feststellbar waren.
Digitales Geld
(2015)
Secure vehicular communication has been discussed over a long period of time. Now,- this technology is implemented in different Intelligent Transportation System (ITS) projects in europe. In most of these projects a suitable Public Key Infrastructure (PKI) for a secure communication between involved entities in a Vehicular Ad hoc Network (VANET) is needed. A first proposal for a PKI architecture for Intelligent Vehicular Systems (IVS PKI) is given by the car2car communication consortium. This architecture however mainly deals with inter vehicular communication and is less focused on the needs of Road Side Units. Here, we propose a multi-domain PKI architecture for Intelligent Transportation Systems, which considers the necessities of road infrastructure authorities and vehicle manufacturers, today. The PKI domains are cryptographically linked based on local trust lists. In addition, a crypto agility concept is suggested, which takes adaptation of key length and cryptographic algorithms during PKI operation into account.
Lignin ist bereits ein intensives Gebiet der Forschung, allerdings werden Verknüpfungen zwischen Quelle, Aufschlussmethode und Einsatz in der Literatur kaum beschrieben. In der vorliegenden Arbeit werden Lignine von verschiedenen Quellen (Weizenstroh, Buche, Nadelholz) und Aufschlussmethoden (AFEX, Wasserdampfaufschluss, Organosolv, Saure Hydrolyse) analytisch erfasst und hinsichtlich ihres Einsatzes in polymeren Materialien charakterisiert. Eine breite Auswahl an Methoden wurden eingesetzt, FT-IR- Spektroskopie, UV-Vis, 31P-NMR, GPC, Pyrolyse-GC/MS, sowie HPLC zur Bestimmung der Reinheit gemäß des NREL-Standard-Protokolls. Thermische Analysen, wie TGA und DSC zeigten Glasübergangstemperaturen um 120°C, sowie Zersetzungstemperaturen zwischen 340°C und 380°C. Die Ergebnisse weisen für das Organosolv-Buchenholz-Lignin hochreine Fraktionen auf, die bis dato noch nicht erreicht wurden. Die Ergebnisse dieser Arbeit identifizien die Organosolv-Buchenholz-Lignine als ein verwertbares Produkt im Hinblick auf die Anwendung in Polyurethanen sowie Phenol-Formaldehydharzen.
Simultaneous multifrequency radio observations of the Galactic Centre magnetar SGR J1745-2900
(2015)
Softwareentwickelnde kleine und mittlere Unternehmen (KMU) erkennen zunehmend, dass die nutzerzentrierte Gestaltung ein wichtiges, oft entscheidendes Kriterium für die Benutzerfreundlichkeit und damit den Erfolg ihrer Produkte ist. Stolpersteine auf dem Weg zum erfolgreichen Usability- und User Experience-Engineering sind dabei allerdings häufig die Unkenntnis der passenden Methoden bzw. die Befürchtung zu hohen Aufwands an Ressourcen und von Verzögerungen in der Produktentwicklung (vgl. Stade et al., 2013; Reckin & Brandenburg, 2013; Woywode et al., 2011).
Reducing energy consumption is one of the most pursued economic and ecologic challenges concerning societies as a whole, individuals and organizations alike. While politics start taking measures for energy turnaround and smart home energy monitors are becoming popular, few studies have touched on sustainability in office environments so far, though they account for almost every second workplace in modern economics. In this paper, we present findings of two parallel studies in an organizational context using behavioral change oriented strategies to raise energy awareness. Next to demonstrating potentials, it shows that energy feedback needs must fit to the local organizational context to succeed and should consider typical work patterns to foster accountability of consumption.
Reducing energy consumption is one of the most pursued economic and ecologic challenges concerning societies as a whole, individuals and organizations alike. While politics start taking measures for energy turnaround and smart home energy monitors are becoming popular, few studies have touched on sustainability in office environments so far, though they account for almost every second workplace in modern economics. In this paper, we present findings of two parallel studies in an organizational context using behavioral change oriented strategies to raise energy awareness. Next to demonstrating potentials, it shows that energy feedback needs must fit to the local organizational context to succeed and should consider typical work patterns to foster accountability of consumption.
Die Vorteile, Nutzer aktiv, früh und langfristig in ntwicklungsprozesse zu integrieren, um Fehlentwicklungen zu vermeiden und Nutzerbedürfnisse zu adressieren, sind nicht nur in der akademischen Forschung bekannt. Prozesse und Strukturen in Unternehmen der IKT-Branche sind bereits häufig agil implementiert. Dennoch schaffen es kleine und mittlere Unternehmen (KMU) oftmals nicht, die Potentiale einer Nutzerintegration konsequent auszuschöpfen. In Fallstudien wurden drei unterschiedliche KMU analysiert, wie sie die Stimme des Nutzers im Entwicklungsprozess berücksichtigen. Unterschiedliche Strategien der Nutzerintegration, die sich in Rollen und Werkzeugen, in Anforderungen und Problemen an das Nutzersample, Methoden und Datenaufbereitung widerspiegeln, werden beleuchtet. Unser Beitrag soll helfen, Herausforderungen und Probleme von KMU auf der Suche nach angemessenen und passgenauen Wegen der Nutzerintegration zu verstehen und Lösungen zu gestalten.
Das Konzept des Living Lab ist eine in der Wissenschaft anerkannte Innovations- und Forschungsmethodik. Im betrieblichen Kontext - insbesondere in kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) – wird sie bislang jedoch kaum genutzt. Um die Nutzung im kommerziellen Kontext von Smart Home zu erforschen, wird im Forschungsprojekt SmartLive aktuell ein Living Lab zum Thema aufgebaut, bei dem Unternehmen, Forscher sowie ca. 30 teilnehmenden Haushalte die alltägliche Nutzung von kommerziellen, sowie experimentell entwickelten Lösungen untersuchen und neue Interaktionskonzepte gemeinsam erarbeiten. Ferner wurden mit den teilnehmenden Unternehmen Interviews zu deren Entwicklungsprozessen, deren Einstellung zu Usability und User Experience (UUX), sowie den Potenzialen und Möglichkeiten eines Living Labs für KMU geführt. Ziel der Interviews ist es, darauf aufbauend UUX-Dienstleistungen zu identifizieren, die rund um ein kommerziell betriebenes Living Lab angeboten werden können. Hierbei wurde zunächst das Kompetenz-Netzwerk als ein wichtiges Asset eines Living Lab hervorgehoben, da es eine projektförmige Kooperation fördert. Zudem wurde der Bedarf nach flexiblen Dienstleistungen ähnlich einem Baukastensystem deutlich, mit dessen Hilfe relativ kurzfristig als auch nachhaltige innovative Konzepte erprobt, Marketingstrategien entwickelt sowie prototypische Entwicklungen hinsichtlich UUX und technischer Qualität evaluiert werden können.
Although much effort is made to prevent risks arising from food, food-borne diseases are an ever present-threat to the consumers’ health. The consumption of fresh food that is contaminated with pathogens like fungi, viruses or bacteria can cause food poisoning that leads to severe health damages or even death. The outbreak of Shiga Toxin-producing enterohemorrhagic E. coli (EHEC) in Germany and neighbouring countries in 2011 has shown this dramatically. Nearly 4.000 people were reported of being affected and more than 50 people died during the so called EHEC-crisis. As a result the consumers’ trust in the safety of fruits and vegetables decreased sharply.
Although much effort is made to prevent risks arising from food, food-borne diseases are an ever-present threat to the consumers’ health. The consumption of fresh food that is contaminated with pathogens like fungi, viruses or bacteria can cause food poisoning that leads to severe health damages or even death. The outbreak of Shiga Toxin-producing enterohemorrhagic E. coli (EHEC) in Germany and neighbouring countries in 2011 has shown this dramatically. Nearly 4.000 people were reported of being affected and more than 50 people died during the so called EHEC-crisis. As a result the consumers’ trust in the safety of fruits and vegetables decreased sharply.