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In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren zur Segmentierung von Außenszenen und Terrain-Klassifkation entwickelt. Dazu werden 360 Grad-Laserscanner-Aufnahmen von Straßen, Gebäudefassaden und Waldwegen aufgenommen. Von diesen Aufnahmen werden verschiedene visuelle Repräsentationen in 2D erstellt. Dazu werden die Distanzinformationen und Winkelübergänge der Polarkoordinaten, die Remissionswerte und der Normalenvektor eingesetzt. Die Berechnung des Normalenvektors wird über ein modernes Verfahren mit einerniedrigen Laufzeit durchgeführt. Anschließend werden Oberflächeneigenschaften innerhalb einer Punktwolke analysiert und vier Klassen unterschieden: Untergrund, Vegetation, Hindernis und Himmel. Die Segmentierung und Klassifkation geschieht in einem Schritt. Dazuwird die Varianz auf den N ormalen über eine Filtermaske berechnet und ein Deskriptor erstellt. Der Deskriptor beinhaltet die Normalenvektoren und die Normalenvarianz fürdie x-, y- und z-Achse. Die Ergebnisse werden als Überblendung auf dem Remissionsbilddargestellt. Die Auswertung wird über eigens erstellte Ground-Truth-Daten vorgenommen. Dazu wird das Remissionsbild genutzt und der Ground-Truth mit verschiedenen Farben eingezeichnet. Die Klassifkationsergebnisse sind in Precision-Recall-Diagrammen dargestellt.
Wo Laborexperimente zu aufwendig, zu teuer, zu langsam oder zu gefährlich oder Stoffeigenschaften gar nicht erst experimentell zugänglich sind, können Computersimulationen von Atomen und Molekülen diese ersetzen oder ergänzen. Sie ermöglichen dadurch Reduktion von Kosten, Entwicklungszeit und Materialeinsatz. Die für diese Simulationen benötigten Molekülmodelle beinhalten zahlreiche Parameter, die der Simulant einstellen oder auswählen muss. Eine passende Parametrierung ist nur bei entsprechenden Kenntnissen über die Auswirkungen der Parameter auf die zu berechnenden Größen und Eigenschaften möglich. Eine Gruppe von Standardparametern in molekularen Simulationen sind die Partialladungen der einzelnen Atome innerhalb eines Moleküls. Die räumliche Ladungsverteilung innerhalb des Moleküls wird durch Punktladungen auf den Atomzentren angenähert. Für diese Annäherung existieren diverse Ansätze für verschiedene Molekülklassen und Anwendungen. In diesem Teilprojekt des Promotionsvorhabens wurde systematisch der Einfluss der Wahl des Partialladungssatzes auf potentielle Energien und ausgewählte makroskopische Eigenschaften aus Molekulardynamik-Simulationen evaluiert. Es konnte gezeigt werden, dass insbesondere bei stark polaren Molekülen die Auswahl des geeigneten Partialladungssatzes entscheidenden Einfluss auf die Simulationsergebnisse hat und daher nicht naiv, sondern nur ganz gezielt getroffen werden darf.
Die Detektion von Explosivstoffen stellt ein zentrales Feld der zivilen Sicherheitsforschung dar. Eine besondere Herausforderung liegt hierbei in dem Nachweis verpackter Substanzen, wie es bei Unkonventionellen Spreng- und Brandvorrichtung (USBV) häufig der Fall ist. Derzeit eingesetzte Verfahren arbeiten meist mit bildgebenden Techniken, durch die sich ein Anfangsverdacht ergibt. Der tatsächliche chemische Inhalt der USBV lässt sich jedoch nicht exakt ermitteln. Eine genaue Beurteilung der Gefährdung durch solche Substanzen ist allerdings von großer Bedeutung, insbesondere wenn die Entschärfung des Objekts in bewohntem Gebiet stattfinden muss. In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren vorgestellt, das sich als Verifikationsverfahren bei bestehendem Anfangsverdacht gezielt einsetzen lässt. Hierzu wird mittels Laserbohrtechnik zunächst die äußere Hülle des zu untersuchenden Gegenstandes durchdrungen. Anschließend finden eine lasergestützte Probenahme des Inhalts sowie die Detektion unter Verwendung geeigneter Analysemöglichkeiten statt. Der Bohr- und Probenahmefortschritt wird über verschiedene spektroskopische und sensorische Verfahren begleitend überwacht. Zukünftig soll das System abstandsfähig auf Entschärfungsrobotern eingesetzt werden.
Simulating eye movements for virtual humans or avatars can improve social experiences in virtual reality (VR) games, especially when wearing head mounted displays. While other researchers have already demonstrated the importance of simulating meaningful eye movements, we compare three gaze models with different levels of fidelity regarding realism: (1) a base model with static fixation and saccadic movements, (2) a proposed simulation model that extends the saccadic model with gaze shifts based on a neural network, and (3) a user's real eye movements recorded by a proprietary eye tracker. Our between-groups design study with 42 subjects evaluates impact of eye movements on social VR user experience regarding perceived quality of communication and presence. The tasks include free conversation and two guessing games in a co-located setting. Results indicate that a high quality of communication in co-located VR can be achieved without using extended gaze behavior models besides saccadic simulation. Users might have to gain more experience with VR technology before being able to notice subtle details in gaze animation. In the future, remote VR collaboration involving different tasks requires further investigation.
Advances in computer graphics enable us to create digital images of astonishing complexity and realism. However, processing resources are still a limiting factor. Hence, many costly but desirable aspects of realism are often not accounted for, including global illumination, accurate depth of field and motion blur, spectral effects, etc. especially in real‐time rendering. At the same time, there is a strong trend towards more pixels per display due to larger displays, higher pixel densities or larger fields of view. Further observable trends in current display technology include more bits per pixel (high dynamic range, wider color gamut/fidelity), increasing refresh rates (better motion depiction), and an increasing number of displayed views per pixel (stereo, multi‐view, all the way to holographic or lightfield displays). These developments cause significant unsolved technical challenges due to aspects such as limited compute power and bandwidth. Fortunately, the human visual system has certain limitations, which mean that providing the highest possible visual quality is not always necessary. In this report, we present the key research and models that exploit the limitations of perception to tackle visual quality and workload alike. Moreover, we present the open problems and promising future research targeting the question of how we can minimize the effort to compute and display only the necessary pixels while still offering a user full visual experience.
From video games to mobile augmented reality, 3D interaction is everywhere. But simply choosing to use 3D input or 3D displays isn't enough: 3D user interfaces (3D UIs) must be carefully designed for optimal user experience. 3D User Interfaces: Theory and Practice, Second Edition is today's most comprehensive primary reference to building outstanding 3D UIs. Four pioneers in 3D user interface research and practice have extensively expanded and updated this book, making it today's definitive source for all things related to state-of-the-art 3D interaction.
Integration of Multi-modal Cues in Synthetic Attention Processes to Drive Virtual Agent Behavior
(2017)
Human butyrylcholinesterase (BChE) is a glycoprotein capable of bioscavenging toxic compounds such as organophosphorus (OP) nerve agents. For commercial production of BChE, it is practical to synthesize BChE in non-human expression systems, such as plants or animals. However, the glycosylation profile in these systems is significantly different from the human glycosylation profile, which could result in changes in BChE's structure and function. From our investigation, we found that the glycan attached to ASN241 is both structurally and functionally important due to its close proximity to the BChE tetramerization domain and the active site gorge. To investigate the effects of populating glycosylation site ASN241, monomeric human BChE glycoforms were simulated with and without site ASN241 glycosylated. Our simulations indicate that the structure and function of human BChE are significantly affected by the absence of glycan 241.
Service robots performing complex tasks involving people in houses or public environments are becoming more and more common, and there is a huge interest from both the research and the industrial point of view. The RoCKIn@Home challenge has been designed to compare and evaluate different approaches and solutions to tasks related to the development of domestic and service robots. RoCKIn@Home competitions have been designed and executed according to the benchmarking methodology developed during the project and received very positive feedbacks from the participating teams. Tasks and functionality benchmarks are explained in detail.
“Building Bridges Across Continents” (BBAC) is an intercultural and student-centered project that seeks to promote international communication and helps students develop competencies in entrepreneurship, international trade and global cultural awareness. The project, which is in its fourth phase of implementation, connects students from the United States, Germany, Ghana and Kenya with the help of Information Communication Technologies (ICT) in order to work on a common research assignment for a period of ten calendar weeks. The main ICTs used in the project are Skype, Facebook, wiki, email and WhatsApp. This paper describes and analyzes the background, structure, and results of the project.
This study contributes to the growing body of research concerning management consultancies by linking two previously disparate fields of study: (1) the examination of the effectiveness of consulting interventions and (2) the examination of the social processes that aim to create and legitimize the insights, knowledge and capabilities of management consultancies. We propose that consulting firms accumulate social authority in the course of pre-intervention discourse processes that is reflected in their reputation and celebrity. With respect to intervention, this social authority affects change recipients’ commitment to and compliance with the requirements of change implementation. We test the proposed relationships by conducting a measured variable path analysis of 117 change initiatives in German companies that were set up and implemented with the assistance of external consultancies. Our findings indicate that a consulting firm’s levels of both celebrity and reputation affect the change recipients’ commitment to proposed change strategies and thus, indirectly affect their behavioral compliance with the explicit requirements of change implementation.
This paper proposes a novel approach to the generation of state equations from a bond graph (BG) of a mode switching linear time invariant model. Fast state transitions are modelled by ideal or non-ideal switches. Fixed causalities are assigned following the Standard Causality Assignment Procedure such that the number of storage elements in integral causality is maximised. A system of differential and algebraic equations (DAEs) is derived from the BG that holds for all system modes. It is distinguished between storage elements with mode independent causality and those that change causality due to switch state changes.
Sicherung des Jugend- und Spielerschutzes innerhalb des gewerblichen Geldspiels in Deutschland - 2.0
(2017)
Eine wissenschaftliche Analyse zur Zertifizierung des gewerblichen Geldspiels in Deutschland. Die Basis bildet die international und interdisziplinär validierte wissenschaftliche Expertise "Safeguarding the Protection of Minors and Players with Respect to Commercial Gambling in Germany - 2.0". Ziel ist die Qualitätssicherung für einen verantwortlichen Umgang mit Glücks- und Gewinnspielangeboten (Responsible Gaming). Dazu wird ein Prüfkatalog für das gewerbliche Geldspiel in Spielhallen und in Gaststätten vorgestellt und durch Musterformulare unterstützt. Dieses Zertifizierungsverfahren kann auch im internationalen Kontext Impulse geben und gegebenenfalls einen Standard setzen, auch zur Regulierung nicht-regulierter Glücks- und Gewinnspielangebote.
Das Fraunhofer-Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme (IAIS) betreibt seit mehreren Jahren auf dem Campus Schloss Birlinghoven in Sankt Augustin angewandte Forschung in den Bereichen Multisensordatenanalyse und Datenvisualisierung.
Im Rahmen einer mehrjährigen Kooperation zwischen dem Fraunhofer-IAIS und der Wehrtechnischen Dienststelle 71 (WTD71) wurde das Seeraumüberwachungssystem iLEXX entwickelt. Es soll den Benutzer auf auffällige Situationen hinweisen und ihm kontextabhängig alle notwendigen Handlungsoptionen zur weiteren Aufklärung der Situation oder der Abwehr einer Bedrohung aufzeigen. Das iLEXX-System verarbeitet eine Vielzahl von Sensordaten und Ereignissen. Abhängig vom Szenario kommen hier mehrere tausend Updates pro Sekunde zusammen, die in Echtzeit vorverarbeitet und visualisiert werden müssen.