Fachbereich Informatik
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The objective of this thesis is to implement a computer game based motivation system for maximal strength testing on the Biodex System 3 Isokinetic Dynamometer. The prototype game has been designed to improve the peak torque produced in an isometric knee extensor strength test. An extensive analysis is performed on a torque data set from a previous study. The torque responses for five second long maximal voluntary contractions of the knee extensor are analyzed to understand torque response characteristics of different subjects. The parameters identifed in the data analysis are used in the implementation of the 'Shark and School of Fish' game. The behavior of the game for different torque responses is analyzed on a different torque data set from the previous study. The evaluation shows that the game rewards and motivates continuously over a repetition to reach the peak torque value. The evaluation also shows that the game rewards the user more if he overcomes a baseline torque value within the first second and then gradually increase the torque to reach peak torque.
Augmented Reality (AR) findet heutzutage sehr viele Anwendungsbereiche. Durch die Überlagerung von virtuellen Informationen mit der realen Umgebung eignet sich diese Technologie besonders für die Unterstützung der Benutzer bei technischen Wartungs- oder Reparaturvorgängen. Damit die virtuellen Daten korrekt mit der realen Welt überlagert werden, müssen Position und Orientierung der Kamera durch ein Trackingverfahren ermittelt werden. In dieser Arbeit wurde für diesen Zweck ein markerloses, modellbasiertes Trackingsystem implementiert. Während einer Initialisierungs-Phase wird die Kamerapose mithilfe von kalibrierten Referenzbildern, sogenannten Keyframes, bestimmt. In einer darauffolgenden Tracking-Phase wird das zu trackende Objekt weiterverfolgt. Evaluiert wurde das System an dem 1:1 Trainingsmodell des biologischen Forschungslabors Biolab, welches von der Europäischen Weltraumorganisation ESA zur Verfügung gestellt wurde.
Die Matrix-Vektor-Multiplikation für dünn besetzte Matrizen (SpMV) stellt für weitreichende wissenschaftliche Anwendungen eine der Kernoperationen des High-Performance-Computing-Bereichs dar. Für die verteilte Berechnung mit immer beliebter werdenden hybriden Rechenclustern kommt dabei die Frage nach einer geeigneten Partitionierungsstrategie für die Verteilung von Daten und Berechnung auf. Diese Arbeit beschäftigt sich damit welchen Einfluss die Struktur der Matrix und die unterschiedlichen Prozessortypen auf die Leistung der SpMV haben und schlägt ein Modell vor, um für diese eine lastbalancierte Verteilung zu erreichen. Wesentliche Bestandteile sind dabei die Laufzeitvorhersage für aktuelle CPUs und GPUs basierend auf einem abgewandelten Roofline-Modell sowie die bewährte Methode der Graph-Partitionierung.
In der Arbeit wurde ein Steuerungsframework für die LAMA-Bibliothek (http://www.libama.org) zur Konfiguration von Lösern linearer Gleichungssysteme entwickelt. Hierzu wurde ein Parser mit der Boost.Spirit-Biblithek realisiert, der die Laufzeitinterpretation einer domänenspezifische Sprache (DSL) erlaubt. Durch die Konfigurationssprache ist es möglich, Löser ohne Einschränkungen über ihre ID zu verknüpfen, diesen Lösern Logger und logisch verknüpfte Haltekriterien zuzuordnen.
In service robotics, tasks without the involvement of objects are barely applicable, like in searching, fetching or delivering tasks. Service robots are supposed to capture efficiently object related information in real world scenes while for instance considering clutter and noise, and also being flexible and scalable to memorize a large set of objects. Besides object perception tasks like object recognition where the object’s identity is analyzed, object categorization is an important visual object perception cue that associates unknown object instances based on their e.g. appearance or shape to a corresponding category. We present a pipeline from the detection of object candidates in a domestic scene over the description to the final shape categorization of detected candidates. In order to detect object related information in cluttered domestic environments an object detection method is proposed that copes with multiple plane and object occurrences like in cluttered scenes with shelves. Further a surface reconstruction method based on Growing Neural Gas (GNG) in combination with a shape distribution-based descriptor is proposed to reflect shape characteristics of object candidates. Beneficial properties provided by the GNG such as smoothing and denoising effects support a stable description of the object candidates which also leads towards a more stable learning of categories. Based on the presented descriptor a dictionary approach combined with a supervised shape learner is presented to learn prediction models of shape categories.
Experimental results, of different shapes related to domestically appearing object shape categories such as cup, can, box, bottle, bowl, plate and ball, are shown. A classification accuracy of about 90% and a sequential execution time of lesser than two seconds for the categorization of an unknown object is achieved which proves the reasonableness of the proposed system design. Additional results are shown towards object tracking and false positive handling to enhance the robustness of the categorization. Also an initial approach towards incremental shape category learning is proposed that learns a new category based on the set of previously learned shape categories.