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Das Interesse an Virtual Reality (VR) für die Hochschullehre steigt aktuell vermehrt durch die Möglichkeit, logistisch schwierige Aufgaben abzubilden sowie aufgrund positiver Ergebnisse aus Wirksamkeitsstudien. Gleichzeitig fehlt es jedoch an Studien, die immersive VR-Umgebungen, nicht-immersive Desktop-Umgebungen und konventionelle Lernmaterialien gegenüberstellen und lehr-lernmethodische Aspekte evaluieren. Aus diesem Grund beschäftigt sich dieser Beitrag mit der Konzeption und Realisierung einer Lernumgebung für die Hochschullehre, die sowohl mit einem Head Mounted Display (HMD) als auch mittels Desktops genutzt werden kann, sowie deren Evaluation anhand eines experimentellen Gruppendesigns. Die Lernumgebung wurde auf Basis einer eigens entwickelten Softwareplattform erstellt und die Wirksamkeit mithilfe von zwei Experimentalgruppen – VR vs. Desktop-Umgebung – und einer Kontrollgruppe evaluiert und verglichen. In einer Pilotstudie konnten sowohl qualitativ als auch quantitativ positive Einschätzungen der Usability der Lernumgebung in beiden Experimentalgruppen herausgestellt werden. Darüber hinaus zeigten sich positive Effekte auf die kognitive und affektive Wirkung der Lernumgebung im Vergleich zu konventionellen Lernmaterialien. Unterschiede zwischen der Nutzung als VR- oder Desktop-Umgebung zeigen sich auf kognitiver und affektiver Ebene jedoch kaum. Die Analyse von Log-Daten deutet allerdings auf Unterschiede im Lern- und Explorationsverhalten hin.
Die Digitalisierung und der Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnologien (ICT) hat im Arbeits- und Privatleben neben einer höheren Produktivität auch zu neuen Formen von psychischem Stress geführt. Das Stresserleben, das mit dem Einsatz von ICT verbunden ist, wird in der Literatur auch als Technostress bezeichnet. Die Forschung zu diesem Thema zeigt, dass die Entstehung von Technostress von individuellen Faktoren abhängt. Die Persönlichkeit von ICT-Anwenderinnen und Anwendern bestimmt nicht nur das Auftreten von Technostress, sondern hat auch Einfluss auf dessen gesundheitliche und leistungsbezogene Folgen. In diesem Literaturreview wird der Forschungsstand zu der Rolle von Persönlichkeitsunterschieden bei der Entstehung von Technostress und dessen Folgen systematisch zusammengefasst. Die Auswertung der relevanten Forschungsartikel erfolgt hinsichtlich verwendeter Variablen, Stichproben und Studiendesigns, statistischer Methoden, Theorien und Frameworks. Abschließend werden der aktuelle Forschungsstand eingeordnet und Forschungslücken aufgezeigt.
Die Blockchain-Technologie ist einer der großen Innovationstreiber der letzten Jahre. Mit einer zugrundeliegenden Blockchain-Technologie ist auch der Betrieb von verteilten Anwendungen, sogenannter Decentralized Applications (DApps), bereits technisch umsetzbar. Dieser Beitrag verfolgt das Ziel, Gestaltungsmöglichkeiten der digitalen Verbraucherteilhabe an Blockchain-Anwendungen zu untersuchen. Hierzu enthält der Beitrag eine Einführung in die digitale Verbraucherteilhabe und die technischen Grundlagen und Eigenschaften der Blockchain-Technologie, einschließlich darauf basierender DApps. Abschließend werden technische, ethisch-organisatorische, rechtliche und sonstige Anforderungsbereiche für die Umsetzung von digitaler Verbraucherteilhabe in Blockchain-Anwendungen adressiert.
Kompetenzen auf dem Gebiet der Datenbanken gehören zum Pflichtbereich der Informatik. Das Angebot an Lehrbüchern, Vorlesungsformaten und Tools lässt sich jedoch für Lehrende oft nur eingeschränkt in die eigene Lehre integrieren. In diesem Aufsatz schildern wir unsere Erfahrungen in der Nutzung (frei) verfügbarer und der Entwicklung eigener digitaler Inhalte für grundlegende Datenbankveranstaltungen. Die Präferenzen der Studierenden werden mittels Nutzungsanalysen und Befragungen ermittelt. Wir stellen die Anforderungen auf, wie die nicht selten aufwendig herzustellenden digitalen Materialien von Lehrenden in ihre Lehr- und Lernumgebungen integriert werden können. Als konstruktive Antwort auf diese Herausforderung wird das Konzept EILD zur Entwicklung von Inhalten für die Lehre im Fach Datenbanken vorgestellt. Die Inhalte sollen in vielfältigen Lernszenarien eingesetzt werden können und mit einer Creative Commons (CC) Lizenzierung als OER (open educational resources) frei zur Verfügung stehen.
Die Wahrnehmung des perzeptionellen Aufrecht (perceptual upright, PU) variiert in Abhängigkeit der Gewichtung verschiedener gravitationsbezogener und körperbasierter Merkmale zwischen Kontexten und aufgrund individueller Unterschiede. Ziel des Vorhabens war es, systematisch zu untersuchen, welche Zusammenhänge zwischen visuellen und gravitationsbedingten Merkmalen bestehen. Das Vorhaben baute auf vorangegangen Untersuchungen auf, deren Ergebnisse indizieren, dass eine Gravitation von ca. 0,15g notwendig ist, um effiziente Selbstorientierungsinformationen bereit zu stellen (Herpers et. al, 2015; Harris et. al, 2014).
In dem hier beschriebenen Vorhaben wurden nun gezielt künstliche Gravitationsbedingungen berücksichtigt, um die Gravitationsschwelle, ab der ein wahrnehmbarer Einfluss beobachtbar ist, genauer zu quantifizieren bzw. die oben genannte Hypothese zu bestätigen. Es konnte gezeigt werden, dass die zentripetale Kraft, die auf einer rotierenden Zentrifuge entlang der Längsachse des Körpers wirkt, genauso efektiv wie Stehen mit normaler Schwerkraft ist, um das Gefühl des perzeptionellen Aufrechts auszulösen. Die erzielten Daten deuten zudem darauf hin, dass ein Gravitationsfeld von mindestens 0,15 g notwendig ist, um eine efektive Orientierungsinformation für die Wahrnehmung von Aufrecht zu liefern. Dies entspricht in etwa der Gravitationskraft von 0,17 g, die auf dem Mond besteht. Für eine lineare Beschleunigung des Körpers liegt der vestibulare Schwellenwert bei etwa 0,1 m/s2 und somit liegt der Wert für die Situation auf dem Mond von 1,6 m/s2 deutlich über diesem Schwellenwert.
AErOmAt Abschlussbericht
(2020)
Das Projekt AErOmAt hatte zum Ziel, neue Methoden zu entwickeln, um einen erheblichen Teil aerodynamischer Simulationen bei rechenaufwändigen Optimierungsdomänen einzusparen. Die Hochschule Bonn-Rhein-Sieg (H-BRS) hat auf diesem Weg einen gesellschaftlich relevanten und gleichzeitig wirtschaftlich verwertbaren Beitrag zur Energieeffizienzforschung geleistet. Das Projekt führte außerdem zu einer schnelleren Integration der neuberufenen Antragsteller in die vorhandenen Forschungsstrukturen.
Verschiedene intelligente Heimautomatisierungsgeräte wie Lampen, Schlösser und Thermostate verbreiten sich rasant im privaten Umfeld. Ein typisches Kommunikationsprotokoll für diese Geräteklasse ist Bluetooth Low Energy (BLE). In dieser Arbeit wird eine strukturierte Sicherheitsanalyse für BLE vorgestellt. Die beschriebene Vorgehensweise kategorisiert bekannte Angriffsvektoren und beschreibt einen möglichen Aufbau für eine Analyse. Im Zuge dieser Arbeit wurden einige sicherheitsrelevante Probleme aufgedeckt, die es Angreifern ermöglichen die Geräte vollständig zu übernehmen. Es zeigte sich, dass im Standard vorgesehene Sicherheitsfunktionen wie Verschlüsselung und Integritätsprüfungen häufig gar nicht oder fehlerhaft implementiert sind.
Bei der Übertragung und Speicherung von Daten ist es eine wesentliche Frage, inwieweit die Daten komprimiert werden können, ohne dass deren Informationsgehalt verloren geht.
Ein Maß für den Informationsgehalt von Daten ist also von grundlegender Bedeutung. Vor etwa siebzig Jahren hat C. E. Shannon ein solches Maß eingeführt und damit das Lehr- und Forschungsgebiet der Informationstheorie begründet, welches seit dem bis heute hin wesentlich zur Konzeption und Realisierung von Informationsund Kommunikationstechnologien beigetragen hat. Etwa zwanzig Jahre später hat A. N. Kolmogorov ein anderes Maß für den Informationsgehalt von Daten eingeführt. Während die Shannonsche Informationstheorie zum Curriculum von mathematischen, informatischen und elektrotechnischen Studiengängen gehört, ist die Algorithmische Informationstheorie von Kolmogorov weit weniger bekannt und eher Gegenstand von speziellen Lehrveranstaltungen.
Seit einigen Jahren nimmt allerdings die Beschäftigung mit dieser Theorie zu, zumal in der einschlägigen Literatur von erfolgreichen praktischen Anwendungen der Theorie berichtet wird. Die vorliegende Arbeit gibt eine Einführung in grundlegende Ideen dieser Theorie und beschreibt deren Anwendungsmöglichkeiten bei einigen ausgewählten Problemstellungen der Theoretischen Informatik.
Die Ausarbeitung kann als Skript für einführende Lehrveranstaltungen in die Algorithmische Informationstheorie sowie als Lektüre zur Einarbeitung in die Thematik als Ausgangspunkt für Forschungs- und Entwicklungsarbeiten verwendet werden.
Studienverläufe von Studenten weichen nicht selten vom offiziell geplanten Curriculum ab. Für eine den Studienerfolg verbessernde Planung und Weiterentwicklung von Studiengängen und Curricula fehlen den Verantwortlichen häufig Erkenntnisse über tatsächliche sowie typischerweise erfolgreiche und weniger erfolgreiche Studienverlaufsmuster. Process-Mining-Techniken können helfen, mehr Transparenz bei der Auswertung von Studienverläufen zu schaffen und so die Erkennung typischer Studienverlaufsmuster, die Überprüfung der Übereinstimmung der konkreten Studienverläufe mit dem vorgegebenen Curriculum sowie eine zielgerechte Verbesserung des Curriculums zu unterstützen.
Das Cutting sticks-Problem ist in seiner allgemeinen Formulierung ein NP-vollständiges Problem mit Anwendungspotenzialen im Bereich der Logistik. Unter der Annahme, dass P ungleich NP (P != NP) ist, existieren keine effizienten, d.h. polynomiellen Algorithmen zur Lösung des allgemeinen Problems.
In diesem Papier werden für eine Reihe von Instanzen effiziente Lösungen angegeben.
Das Cutting sticks-Problem ist in seiner allgemeinen Formulierung ein NP-vollständiges Problem mit Anwendungspotenzialen im Bereich der Logistik. Unter der Annahme, dass P ungleich NP (P != NP) ist, existieren keine effizienten, d.h. polynomiellen Algorithmen zur Lösung des allgemeinen Problems.
In diesem Papier werden Ansätze aufgezeigt, mit denen bestimmte Instanzen des Problems effizient berechnet werden können. Für die Berechnung wichtige Parameter werden charakterisiert und deren Beziehung untereinander analysiert.
Das Optimalziel für ein Logistiklager ist eine hohe Auslastung des Transportsystems. Es stellt sich somit die Frage nach der Auswahl der Aufträge, die gleichzeitig innerhalb des Lagers abgearbeitet werden, ohne Staus, Blockaden oder Überlastungen entstehen zu lassen. Dieser Auswahlprozess wird auch als Path-Packing bezeichnet. Diese Masterthesis untersucht das Path-Packing auf graphentheoretischer Ebene und stellt verschiedene Greedy-Heuristiken, eine Optimallösung auf Basis der Linearen Programmierung sowie einen kombinierten Ansatz gegenüber. Die Ansätze werden anhand von Messzeiten und Auslastungen unterschiedlich randomisiert erstellter Testdaten ausgewertet.
Dieser Beitrag betrachtet den Stand der Entwicklung bei der Vernetzung von Fahrzeugen aus Sicht der IT-Sicherheit. Etablierte Kommunikationssysteme und Verkehrstelematikanwendungen im Automobil werden ebenso vorgestellt und diskutiert wie auch zukünftige Kommunikationstechnologien Car-2-Car und Car-2-X. IT-Sicherheit im Automobil ist ein schwieriges Feld, da es hier um eine Integration von neuen innovativen Anwendungen in eine hochkomplexe bestehende Fahrzeugarchitektur geht, die zu keinen neuen Gefährdungen für die Fahrzeuginsassen führen darf. Zudem bleibt die Funktionsweise dieser Anwendungen mit ihren Auswirkungen auf das informationelle Selbstbestimmungsrecht oft intransparent. Die abschließende Diskussion gibt Handlungsempfehlungen aus Sicht der Verbraucher.
Das Cutting sticks-Problem ist ein NP-vollständiges Problem mit Anwendungspotenzialen im Bereich der Logistik. Es werden grundlegende Definitionen für die Behandlung sowie bisherige Ansätze zur Lösung des Problems aufgearbeitet und durch einige neue Aussagen ergänzt. Insbesondere stehen Ideen für eine algorithmische Lösung des Problems bzw. von Varianten des Problems im Fokus.
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.
Digitalisierung eines Pen-&-Paper-Rollenspiels mit Übertragung von Interaktionen in die reale Welt
(2015)
Das hier vorliegende Werk ist eine Zusammenführung des Masterprojekts und der darauf aufbauenden Masterarbeit von Antony Konstantinidis und Nicolas Kopp. Diese Arbeiten sind in den Jahren 2013 und 2014 entstanden und ergeben zusammen ein umfassendes Bild der Software- und Spielenentwicklung, der Konzeption von Echtzeitanwendungen und vermitteln Hintergründe aus den verschiedensten Bereichen der Mixed Reality, des Storytelling, der Netzwerkkonzeption und der künstlichen Intelligenz.
Ziel des hier beschriebenen Forschungsprojekts war die Entwicklung eines prototypischen Fahrradfahrsimulators für den Einsatz in der Verkehrserziehung und im Verkehrssicherheitstraining. Der entwickelte Prototyp soll möglichst universell für verschiedene Altersklassen und Applikationen einsetzbar sowie mobil sein.
Als Basis für Simulationen innerhalb virtueller Umgebungen werden meist unterliegende Semantiken benötigt. Im Fall von Verkehrssimulationen werden in der Regel definierte Verkehrsnetzwerke genutzt. Die Erstellung dieser Netzwerke wird meist per Hand durchgeführt, wodurch sie fehleranfällig ist und viel Zeit erfordert. Dieses Projekt wurde im Rahmen des AVeSi Projektes durchgeführt, in dem an der Entwicklung einer realistischen Verkehrssimulation für virtuelle Umgebung geforscht wird. Der im Projekt angestrebte Simulationsansatz basiert auf der Nutzung von zwei Komplexitätsebenen – einer mikroskopischen und einer mesoskopischen. Um einen Übergang zwischen den Simulationsebenen zu realisieren ist eine Verknüpfung der Verkehrsnetzwerke notwendig, was ebenfalls mit einem hohen Zeitaufwand verbunden ist. In diesem Bericht werden Modelle für Verkehrsnetzwerke beider Ebenen vorgestellt. Anschließend wird ein Ansatz beschrieben, der eine automatische Generierung und Verknüpfung von Verkehrsnetzwerken beider Modelle ermöglicht. Als Grundlage für die Generierung der Netzwerke dienen Daten im OpenDRIVE®-Format. Zur Evaluierung wurden wirklichkeitsgetreue OpenStreetMap-Daten, durch Verwendung einer Drittanbietersoftware, in OpenDRIVE®-Datensätze überführt. Es konnte nachgewiesen werden, dass es durch den Ansatz möglich ist, innerhalb weniger Minuten, große Verkehrsnetzwerke zu erzeugen, auf denen unmittelbar Simulationen ausgeführt werden können. Die Qualität der zur Evaluierung generierten Netzwerke reicht jedoch für Umgebungen, in denen ein hoher Realitätsgrad gefordert wird, nicht aus, was einen zusätzlichen Bearbeitungsschritt notwendig macht. Die Qualitätsprobleme konnten darauf zurückgeführt werden, dass der Detailgrad, der den Evaluierungsdaten zu Grunde liegenden OpenStreetMap-Daten, nicht hoch genug und der Überführungsprozess nicht ausreichend transparent ist.