Fachbereich Informatik
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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.
Scientists and engineers are using a distributed system Remote Component Environment (RCE) to design and simulate complex systems like airplanes, ships and satellites. During the simulation, RCE executes local and remote code. Remote code is classified as untrusted code. The execution of remote code comprises potential security risks for the host system of RCE. Additionally, RCE provides full access to system resources. The objective of this thesis is to implement a sandbox prototype to reduce the vulnerability of RCE during the execution of remote code.
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.
Robots integrated into a social environment with humans need the ability to locate persons in their surrounding area. This is also the case for the WelcomeBot which is developed at the Fraunhofer Institute IAIS. In the future, the robot should follow persons in the buildings and guide them to certain areas. Therefore, it needs the capability to detect and track a person in the environment. In this master thesis, an approach for fast and reliable tracking of a person via a mobile robotic platform is presented. Based on the investigation of different methods and sensors, a laser scanner and a camera are selected as the primary two sensors.
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.
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.
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.
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.
Nowadays perception is still an up-to-date scienti fic issue on a mobile robot system. This thesis introduces an approach on how to recognize objects, namely numbers, using a digital camera on a Volksbot robot. The robot used in this thesis has been specifi cally designed for the SICK robot day. The development of the vision algorithm was done in two stages: the region of interest detection and the actual number recognition. Diff erent algorithms had been tested and evaluated and the Canny edge detector with contour finding has been proven to be the best choice for the region of interest detection and the Tesseract OCR engine was the best decision for number recognition. To integrate the vision component on an existing robot system, ROS was used. This thesis also discusses the integration of the EPOS motor controller into ROS.
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.