Fachbereich Informatik
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Chipkarten im Mobilfunk
(2002)
Volumen Rendering ist ein eigenes Thema der Computergrafik und wurde in den letzten Jahren fortlaufend optimiert. Neben verschiedenen Ansätzen, die in Software implementiert sind, gibt es auch einige spezielle Methoden, die die Grafikhardware geeignet nutzen. 2003 wurde ein erstes Paper von J. Krüger und R. Westermann veröffentlicht, in dem eine Hardwareimplementierung eines Raycasting Volumen Renderers gezeigt wurde, ein Ansatz, der bislang nicht geeignet in Hardware umgesetzt werden konnte. Die Vorteile von diesem Ansatz bestehen in zwei Beschleunigungstechniken, die entweder bei fast opaken Darstellungen der Datensätze oder bei Darstellungen mit wenig sichtbaren Daten ausgespielt werden können.
Diese Arbeit zeigt und erläutert, neben der theoretischen Einführung in das Thema, die Implementierung eines interaktiven raycasting-basierten Volumen Renderers auf neuester Grafikhardware mit Hilfe von Shaderprogrammen. Wesentliche Schritte folgen der Veröffentlichung von J. Krüger und R. Westermann, welche aber viele Details und Problemstellen verschweigt. Die Ergebnisse werden mit einem 3D-Textur Volumenrenderverfahren verglichen, wobei durch charakteristische Testdatensätze die beiden Beschleunigungstechniken des Raycasters untersucht werden. Weil beide Techniken bei fast allen Datensätzen eine Beschleunigung des Rendervorgangs hervorrufen sollten, werden die erzielten Ergebnisse miteinander verglichen und kritisch besprochen, um zu beurteilen, ob das hier implementierte Verfahren schneller als das bisher oft verwendete 3D-Texturverfahren ist.
Grid services will form the base for future computational Grids. Web Services, have been extended to build Grid services. Grid Services are dened in the Open Grid Service Architecture (OGSA). The Globus Alliance has released a Web Service Resource Framework, which is still under development and which is still missing vital parts. One of them is a Concept that allows Grid-Service Requests to securely traverse Firewalls, and its realization. This Thesis aims at the development and realization of a detailed Concept for an Application Level Gateway for Grid services, based on an existing rough concept. This approach should enable a strict division between a local network and the Internet. The internet is considered as a untrusted site and the local network is considered as a trusted site. Grid resources are placed in the internet as well as in the local network. This means that the possibility to communicate through a Firewall is essential. Some further protocols like Grid Resource Allocation and Management (GRAM) and the Grid File Transfer Protocol (GridFTP) must be able to traverse the network borders securely as well, while no further actions must be taken from the user side. The German Federal Oce for Information Security (BSI) proposes a Firewall - Application Level Gateway (ALG) - Firewall solution to the German Aerospace Center (DLR) where this Thesis is written, as a principle approach. In this approach, the local network is divided from the Internet with two rewalls. Between those rewalls is a demilitarized zone (DMZ), where computers may be placed, which can be accessed from the Internet and from the local network. An ALG which is placed in this DMZ should represent the local Grid nodes to the Internet and it should act as a client to the local nodes. All Grid service requests must be directed to the ALG instead of the protected Grid nodes. The ALG then checks and validates the requests on the application level (OSI layer 7). Requests that pose no security threat and fulll certain criteria will then be forwarded to the local Grid nodes. The responses from the local Grid nodes are checked and validated by the ALG as well.
Data management is a challenge in both scientific and technical environments. Therefore researchers have developed a special interest in this field. Modern approaches (i.e. Subversion, CVS) already offer authoring and versioning in distributed systems. However this might be insufficient in a vast number of scenarios, where not only the data resulting from a process, but also data which describes the process that generated those results is crucial.
Grid Infrastrukturen sind heute in der Lage, auch große Datenmengen verteilt zu verarbeiten. Ein Anwendungsgebiet, das davon profitiert, ist das Textmining. Es zeichnet sich vor allem durch die große Anzahl voneinander unabhängiger Teiljobs aus, in die eine Aufgabe zerlegt werden kann. Um die Gesamtlaufzeit bis zur Fertigstellung eines Textmininglaufes für einen großen Datenbestand zu optimieren, ist Load-Balancing unerlässlich. Dafür muss abgeschätzt werden, wie lange eine Ressource für die Lösung eines Teilproblems benötigt. Diese Abschätzungen beruhen auf den Aufzeichnungen vorangegangener Textminingverarbeitungen. Sind darüber noch keine Daten vorhanden, muss die Laufzeitvorhersage anhand der Leistungsfähigkeit der Hardware einer Ressource prognostiziert werden. Wir stellen in dieser Arbeit Methoden vor, mit denen die Laufzeit für Textmining-Applikationen mittels historischer Daten und Hardwareeigenschaften vorhergesagt werden kann. Dabei nutzen wir Methoden der Statistik und des maschinellen Lernens, um eine Prognose zu berechnen. Anschließend wird ein Dienst vorgestellt, der eine Laufzeitvorhersage im Grid anbietet. Er kann auch für andere Anwendungsgebiete als das Textmining eingesetzt werden und ist in der Lage, Informationen über die Laufzeiten von Jobs auf den Ressourcen abzurufen. Dazu nutzt er bereits vorhandene Dienste der Grid-Middleware und kann sich so dynamisch in bestehende Strukturen eingliedern.
Heutige Grid-Systeme sind in der Lage dem Nutzer verschiedenste Ressourcen einfach, transparent und sicher zur Verfügung zu stellen. Für die Ausführung von komplexen Workflows wird eine Advance Reservation benötigt, welche die Ausführung der einzelnen Workflowelemente zu vorher berechneten oder festgelegten Zeitpunkten ermöglicht. Durch die Advance Reservation werden die benötigten Ressourcen auf den Grid-Sites reserviert. In der von der Fraunhofer Gesellschaft eingesetzten Grid-Middleware-Software UNICORE wird eine solche Reservierung von Ressourcen bisher nicht unterstützt. Um die Reservierung in einem UNICORE Grid zu ermöglichen und die Co-Allokation von Ressourcen vorzunehmen, wurde im VIOLA Projekt der MetaScheduling Service (MSS) entwickelt. Über lokal auf den Grid-Ressourcen installierte Adapter kann der MSS Statusinformationen abfragen und Reservierungen vornehmen. Die Adapter sind als Webservice implementiert, was eine komplexe Installation und Konfiguration erfordert, da die Adapter Zugriff auf das lokale System benötigen. Durch eine doppelte Benutzerverwaltung und einer zur UNICORE Grid-Middleware parallelen Kommunikation wird die Anfälligkeit für Fehler erhöht.
In einem Grid steht Benutzern mit entsprechendem Zugang eine Vielzahl verteilter Ressourcen zur Verfügung. Die daraus entstehenden wirtschaftlichen und technischen Vorteile rechtfertigen die Portierung von bestehenden Desktop-Anwendungen. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Fragestellung, welche Einflussfaktoren bei der Portierung von Desktop-Anwendungen in ein Grid eine Rolle spielen können und wie diese in Hinblick auf die Machbarkeit zu bewerten sind. Basierend auf den zugrunde liegenden Softwarearchitekturen werden Architekturmerkmale von Desktop-Anwendungen identifiziert und Hypothesen darüber entwickelt, welche Aspekte den Portierungsprozess beeinflussen. Am Beispiel der Portierung der Anwendung „DataFinder“ der Abteilung Verteilte Systeme und Komponentensoftware des DLR werden die entwickelten Hypothesen überprüft. Die Erkenntnisse aus der Beispielportierung werden ausführlich dargestellt und anschließend kritisch diskutiert.
In dieser Arbeit wurden zwei verschiedene Aspekte zum gemeinsamen Arbeiten in gemeinsam genutzten virtuellen Umgebungen behandelt. Zum einen wurden verschiedene Verfahren vorgestellt, die eine gleichzeitige Betrachtung zweier unterschiedlicher Ansichten auf einer Projektionsfläche ermöglichen (Switchen, Picture in Picture und Splitscreen). Der Schwerpunkt bei diesem Teil der Arbeit lag bei dem Splitscreen, da er zwei gleichwertige verzerrungsfreie Bilder beider Ansichten erzeugt. Um die korrekte Perspektive zu erhalten, wird der Sichtkegel der Betrachter vertikal in der Mitte geteilt. Dadurch kann ein betrachtetes Objekt am Bildrand abgeschnitten werden, weshalb die Kamera der Betrachter neu auf dieses Objekt ausgerichtet werden muss. Hierdurch können unterschiedliche Transformationen für beide Anwender erfolgen, wodurch das kollaborative Arbeiten gestört wird. Der zweite Aspekt dieser Arbeit beschäftigte sich mit einem Kollisionsproblem, welches auftreten kann, wenn mehrereBenutzer gemeinsam einen schmalen Durchgang passieren. Die Darstellung der virtuellen Umgebung erfolgt im TwoView. Hier steht den Benutzern eine frei begehbare Fläche zur Verfügung, auf der ihre realen Positionen erfasst und in die virtuelle Umgebung übertragen werden. Das Beschreiten der virtuellen Umgebung erfolgt anhand von Wegen, deren Ablaufgeschwindigkeit von einem Benutzer gesteuert werden kann. Stehen die Personen zu weit auseinander, um durch einen Durchgang zu passen, muss mindestens einer durch eine Wand laufen. Um dieses Problem zu beheben, wurde eine Pfadkorrektur implementiert, die entweder die Betrachter auf einem sicheren Weg durch diesen Durchgang leitet oder den begangenen Weg anhält. Da sowohl bei der Darstellung zweier Ansichten als auch bei der Pfadkorrektur der gemeinsame Raum beeinträchtigt werden kann, wurde zuletzt ein empirischer Test zur Bewertung dieses Effekts durchgeführt.
The introduction of gestures as a supplementary input modality has become of increasing interest to human computer interaction design, especially for 3D computer environments. This thesis describes the concepts and development of a gesture recognition system based on the machine learning technique of Hidden Markov Models. Well-known from the field of speech recognition, this statistical method is employed in this thesis to represent and recognize predefined gestures. Within this work, gestures are defined as symbols, such as simple geometric shapes or Roman letters. They are extracted from a stream of three-dimensional optical tracking data which is resampled, reduced to 2D and quantized to be used as input to discrete Hidden Markov Models. A set of prerecorded training data is used to learn the parameters of the models and recognition is achieved by evaluating the trained models. The devised system was used to augment an existing virtual reality prototype application which serves as a demonstration and development platform for the VRGeo consortium. The consortium's goal is to investigate and utilize the benefits of virtual reality technology for the oil and gas industry. An isolated test of the system with seven gestures showed accuracies of up to 98.57% and the review from experts in the fields of virtual reality and geophysics was predominantly positive.
In der Forschung und Entwicklung finden komplexe Prozesse zur Datenerzeugung, -verarbeitung, -analyse und -visualisierung statt. Oftmals sind an diesen Prozessen Partner aus verschiedenen Einrichtungen beteiligt. Um ihr gemeinsames Ziel zu erreichen, stellen sich die Partner gegenseitig Ressourcen, Daten und Applikationen zur Verfügung. Eine Plattform, die diese Form der Zusammenarbeit erleichtert, wird in der Einrichtung für Simulations- und Softwaretechnik (SISTEC) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) mitentwickelt. Die komplexen Prozesse erfordern aber nicht nur, dass Ressourcen, Daten und Applikationen zur Verfügung stehen, sondern auch, dass diese sinnvoll miteinander verknüpft werden können. Die Verknüpfung mehrerer Applikationen zu einer neuen Applikation, sowie deren Ausführung mit bestimmten Eingabedaten kann durch ein Workflowsystem für die Anwender stark vereinfacht werden. Im Rahmen dieser Master-Thesis wird die erwähnte Plattform um ein solches Workflowsystem erweitert.
Graphbasierte Diskussionen sind eine Form von Online-Diskussionen, bei denen eine Diskussion als Graph visualisiert wird. Beispielhafte Diskussionsanwendungen sind unter anderem Belvedere [SWCP95], FreeStyler [Gas03] oder Digalo [LK06]. Graphen dieser Art sind, was bestimmte Eigenschaften betrifft, vergleichbar mit Petri-Netzen [Pet62]. So gibt es bei Beiden gewichtete, gerichtete Kanten sowie Knoten verschiedenen Typs, die jeweils bestimmte Eigenschaften besitzen. Im Gegensatz zu einem Petri-Netz, das immer ein bipartiter Graph ist, können bei einem Diskussionsgraphen jedoch prinzipiell alle Knoten miteinander verbunden werden. Moderatoren solcher Diskussionen sind oftmals mit dem Problem konfrontiert, dass sie mehrere Diskussionen gleichzeitig beobachten wollen, was jedoch aufgrund der Komplexität der Struktur von Diskussionsgraphen kaum effizient möglich ist.
Das WebDAV-Protokoll (Web-based Distributed Authoring and Versioning) ermöglicht die Bearbeitung und Verwaltung von Dateien auf einem Web-Server. Aus technischer Sicht ist WebDAV eine Erweiterung des HTTP-Protokolls. Durch die rasche Zunahme und den steigenden Verbreitungsgrad von WebDAV-basierten Anwendungen, wie etwa Dokumentenmanagementsystemen, steigen auch die Anforderungen an deren Zuverlässigkeit. Die voll umfassende Unterstützung von Transaktionen, d.h. die Zusammenfassung einer Menge von Verarbeitungsschritten zu einer logischen Einheit, würde hierzu einen wichtigen Beitrag leisten. Die für Transaktionen geforderten Eigenschaften, die gleichzeitig auch deren Hauptvorteile darstellen, werden durch das bekannte Akronym ACID beschrieben, welches für Atomarität (atomicity), Konsistenz (consistency), Isoliertheit (isolation) und Dauerhaftigkeit (durability) steht. Zurzeit unterstützt das WebDAV-Protokoll allerdings nur die Punkte Konsistenz und Dauerhaftigkeit, eine komplette und vor allem standardkonforme Unterstützung der ACID-Eigenschaften von Transaktionen ist nicht gegeben. Im Rahmen dieser Arbeit wurde nun ein Transaktionsmodell für den WebDAVStandard erarbeitet. Das Modell ermöglicht es, eine Menge von Dateioperationen transaktionsbasiert durchzuführen. Das Modell unterstützt dabei zur Sicherstellung der Serialisierbarkeit sowohl optimistische als auch pessimistische Verfahren. Die Unterstützung des optimistischen Verfahrens wurde dabei von der IETF (Internet Engineering Task Force) als zulässiges und sinnvolles Vorgehen zur Realisierung von Transaktionen mittels WebDAV bestätigt. Für die pessimistischen Verfahren wurde im Rahmen dieser Arbeit aufgezeigt, wie die bestehenden Konzepte des WebDAV-Standards erweitert werden müssen, um dies ebenfalls umsetzen zu können. Um die getroffene Entwurfsentscheidung zu verifizieren, wurde eine prototypische Implementierung des Modells vorgenommen. Hierbei wurde, nach einer entsprechenden Evaluierung und Bewertung, die optimistische Nebenläufigkeitskontrolle umgesetzt. Clientseitig setzt die Implementierung auf der Jackrabit-Library auf, die serverseitige Implementierung verwendet als Grundlage den WebDAV-Server von Subversion.
Diese Arbeit soll sich mit dem Erstellen von High Dynamic Range Images beschäftigen und damit, es den Fotografen ein wenig leichter zu machen. Ein Algorithmus zum Entfernen von Bildartefakten wird ausgewählt und parallel unter Nutzung der NVIDIA CUDA API implementiert. Der dadurch erzielte Geschwindigkeitszuwachs macht dieses Verfahren tauglich für den Einsatz in Bildbearbeitungsprogrammen.
Today publications are digitally available which enables researchers to search the text and often also the content of tables. On the contrary, images cannot be searched which is not a problem for most fields, but in chemistry most of the information are contained in images, especially structure diagrams. Next to the "normal" chemical structures, which represent exactly one molecule, there also exist generic structures, so called Markush structures. These contain variable parts and additional textual information which enable them to represent several molecules at once. This can vary between just a few and up to thousands or even millions. This ability lead to a spread of Markush structures in patents, because it enables patents to protect entire families of molecules at once. Next to the prevention of an enumeration of all structures it also has the advantage that, if a Markush structure is used in a patent, it is much harder to determine whether a specific structure is protected by it or not. To solve the question about the protection of a structure, it is necessary to search the patents. Appropriate databases for this task already do exist, but are filled manually. An automatic processing does not yet exist. In this project a Markush structure reconstruction prototype is developed which is able to reconstruct bitmaps including Markush structures (meaning a depiction of the structure and a text part describing the generic parts) into a digital format and save them in the newly developed context-free grammar based file format extSMILES. This format is searchable due to its context-free grammar based design. To be able to develop a Markush structure reconstruction prototype, an in depth analysis of the concept of Markush structures and their requirements for a reconstruction process was performed. Thereby it is stated, that the common connection table concept of the existing file formats is not able to store Markush structures. Especially challenging are conditions for most of the formats. Thus, a context-free grammar based file format is developed, which extends the SMILES format. This extSMILES called format assures the searchability of the results by its context-free grammar based concept, and is able to store all information contained in Markush structures. In addition it is generic, extendable and easily understandable. The developed prototype for the Markush structure reconstruction uses extSMILES as output format and is based on the chemical structure recognition tool chemoCR and the Unstructured Information Management Architecture UIMA. For chemoCR modules are developed which enable it to recognize and assemble Markush structures as well as to return the reconstruction result in extSMILES. For UIMA on the other hand, a pipeline is developed, which is able to analyse and translate the input text files to extSMILES. The results of both tools then are combined and presented in chemoCR. An evaluation of the prototype is performed on a representative set of twelve structures of interest and low image quality which contain all typical Markush elements. Trivial structures containing only one R-group are not evaluated. Due to the challenging nature of the images, no Markush structure could be correctly reconstructed. But by regarding the assumption, that R-group definitions which are described by natural language are excluded from the task, and under the condition that the core structure reconstruction is improved, the rate of success can be increased to 58.4%.
Ein wichtiges Themengebiet der Forschung ist die Beschleunigung von Berechnungen mittels Parallelisierung von Algorithmen. Grafikprozessoren, die für den General Purpose Computation on GPU’s (GPGPU) Betrieb geeignet sind, bieten eine aktuelle Möglichkeit der Parallelisierung. Anhand dieser Grafikkarten ist es möglich, die hohe Leistung der Grafikprozessoren zur Berechnung wissenschaftlicher Aufgabenstellungen zu nutzen. In dieser Arbeit wird ein Algorithmus zur Ausrichtung von Belichtungsreihen, die bei der High-Dynamic-Range (HDR) Fotografie genutzt werden, ausgewählt und auf der Grafikkartenarchitektur von NVIDIA parallelisiert.
Heutzutage ist die Entwicklung von Luft- und Raumfahrzeugen ein komplexer und standardisierter Prozess, der verschiedene Disziplinen der Wissenschaft und des Ingenieurwesens vereint. Die Kenntnis flugphysikalischer Eigenschaften, insbesondere Aerodynamik und Strömung, ist für den Entwurf von Luft- und Raumfahrzeugen unerlässlich. Um den Aufwand zur Berechnung dieser Eigenschaften zu verringern, wurden Methoden und Werkzeuge zur computergestützten Simulation entworfen. Diese werden in integrierten simulationsbasierten Entwicklungsprozessen zusammengefasst. Dadurch ist es beispielsweise möglich, Zeitersparnisse von bis zu mehreren Jahren, gegenüber physikalischen Tests in Windkanälen, zu erzielen [Bec08].