Fachbereich Informatik
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Intelligente Dialogsysteme – Chatbots – werden immer häufiger als virtuelle Ansprechpartner von Unternehmen und Institutionen eingesetzt. Auf Basis einer Wissensdatenbank können Chatbots einen größeren Anteil von Kundenanfragen automatisiert beantworten. Analog ist der Einsatz von Chatbots als digitaler Ansprechpartner öffentlicher Verwaltungen denkbar. Sie könnten Bürgern helfen, sich innerhalb der behördlichen Strukturen zu orientieren und Verwaltungsleistungen effizient und effektiv in Anspruch zu nehmen.
Diese Arbeit überprüft den Einsatz eines Chatbots in der öffentlichen Verwaltung hinsichtlich der entstehenden Kosten und des erwartbaren Nutzens. Auf Basis einer umfangreichen Literaturauswertung und der prototypischen Realisierung eines Chatbots für ein Stadtportal werden dabei Herausforderungen dieser Anwendungsdomäne herausgearbeitet, konkrete Funktionsweise und Implementierungsstrategien von Chatbots erörtert und einige Erfolgsfaktoren formuliert, die den Kern einer Handlungsempfehlung für Entscheidungsträger öffentlicher Verwaltungen bilden.
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.
Um eine Software fertigzustellen und dem Endkunden zu übergeben muss zunächst der Entwicklungsprozess durchschritten werden. Das zügige Durchlaufen dieses Entwicklungsprozesses ist besonders für den Endkunden von entscheidender Bedeutung, da die Wartezeit auf das Softwareprodukt für ihn reduziert wird. Problematisch könnte beispielsweise dabei ein modulares Vorgehen werden, wenn zunächst alle einzelnen Teilkomponenten eines Softwareproduktes entwickelt und diese daraufhin in einer anschließenden Phase, auch Integrationsphase genannt, zusammengefügt würden. Die Länge dieser Integrationsphase kann nur schwer vorausgesagt werden, so dass weder das Entwicklerteam noch der Endkunde wissen, wie lang die Fertigstellung des Produktes dauern wird. Dabei entsteht ein weiterer Nachteil. Da die Komponenten separat voneinander entwickelt werden, könnte es passieren, dass diese beim finalen Zusammenfügen nicht kompatibel sein und müssten, falls notwendig, angepasst werden. Die Folge wäre eine Verschwendung von personellen und somit auch finanziellen Ressourcen seitens des entwickelnden Unternehmens.
Segmentierung von 3D-Daten
(2011)
Die vorliegende Arbeit wird im Rahmen eines Projektes des Fraunhofer Instituts IAIS erstellt. Hier geht es um die Entwicklung eines neuen 3D-Laserscanners. Basierend auf diesem 3D-Laserscanner soll eine Sicherheits-Anwendung realisiert werden. Für eine Softwarekomponente - die Segmentierung von 3D-Daten - wird der Stand der Forschung untersucht und es werden drei Segmentierungs-Verfahren ausgewählt und implementiert. Der RANSAC-Algorithmus wird zur Detektion von Ebenen eingesetzt. In dieser Arbeit wird er um ein Abbruchkriterium erweitert, welches die Gesamtlaufzeit bei der Segmentierung von mehreren Ebenen verringert.
In dieser Arbeit wird eine von P. Ahlrichs und B. Dünweg entwickelte Methode [Ahlrichs und Dünweg, 1998] zur Simulation von Polymeren in Flüssigkeiten auf dem Cell-Prozessor implementiert. Dabei soll der Frage nachgegangen werden, wie performant der Cell-Processor in der Lage ist diese Simulation zu berechnen.
Zur Simulation der Polymere wird eine Molekular-Dynamik Simulation genutzt. Die Monomere der Polymerketten werden durch ein Kugel-Feder Modell gekoppelt. Die einzelnen Monomere der Polymere werden als einfache Punktteilchen betrachtet. Dies ermöglicht eine Interaktion der Monomere, unabhängig von deren Zeit- und Längenskalen, mit der Flüssigkeitssimulation durch Reibung. Die Flüssigkeit wird in dieser Arbeit durch die Lattice-Boltzmann-Methode simuliert.
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.
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.
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.
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.
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.