05 Fakultät Informatik, Elektrotechnik und Informationstechnik
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Item Open Access 3D pointing toolkit(2013) Root, DennisDer Mensch verbringt einen großen Teil seines Lebens in seinem zu Hause und die sogenannten "Smart Homes" von heute werden immer intelligenter. Deshalb besteht Bedarf nach neuen Interaktions- und Feedbackmöglichkeiten für elektronische Geräte, die in unsere modernen Haushalte integriert sind. Mit jedem neuen Feature, das dem Anwender geboten wird, muss nämlich erforscht werden, wie der Mensch auf gewisse Feedbacks reagiert und wie gut er mit neuen Interaktionstechniken umgehen kann. Um Daten über einen Anwender, seine Bewegungen und Aktionen sammeln zu können, werden häufig Trackingsysteme eingesetzt. Diese wiederum benötigen Softwarelösungen, die die gesammelten Daten auswerten und in sinnvoller Form an andere Anwendungen weitergeben. Eine solche Softwarelösung ist das in dieser Bachelorarbeit vorgestellte Toolkit, das präzise Positions- und Orientierungsdaten eines optischen Trackingsystems verarbeiten und an andere Anwendungen weitergeben soll. Mit den verarbeiteten Daten ist es dann möglich eine große Bandbreite von Studien durchzuführen. Das Toolkit kann mit Hilfe der vom Trackingsystem gelieferten Daten Zeigegesten des Anwenders im dreidimensionalen Raum erkennen und damit Schnittberechnungen mit virtuellen Objekten durchführen. Die genannten Objekte wurden zuvor im virtuellen 3D-Raum des Toolkits modelliert. Das Toolkit ist durch seinen integrierten Editor sehr flexibel, da die virtuelle Umgebung an alle realen Gegebenheiten angepasst werden kann.Item Open Access A-CAST: Entwicklung eines Plugin-basierten Tools zur Unfallanalyse mit CAST (Causal Accident Analysis)(2015) Root, MartinUnfälle sind auch in der heutigen Zeit keine Seltenheit. Bei sicherheitskritischen Systemen kann ein Unfall viele Menschenleben kosten. Deshalb sollte aus bereits geschehenen Unfällen gelernt werden. Durch eine Analyse solcher lassen sich mögliche zukünftige Unfälle vermeiden. Eine neue Methode für die Unfallanalyse ist der CAST-Ansatz, welcher auf dem STAMP-Modell basiert. Im Zuge dieser Arbeit wird ein Tool entwickelt, dass die Funktionen der CAST Analyse implementiert und so eine Unterstützung für die Analyse von Unfällen bieten soll.Item Open Access Acceleration of P-k-d tree traversal using probabilistic occlusion(2022) Walloner, PascalThe growing amount and complexity of particle data in various fields of study (e.g. molecular dynamics) poses an increasing demand of high-quality and high-performance visualizations of such data. Ray tracing is known for the high image quality it can produce and its well-suitedness to global illumination effects, e.g. shadows or ambient occlusion. Effects like these can serve as helpful cues for understanding three-dimensional structures within the data. As an optimization for the rendering of particle data, Wald et al. [WKJ+15] suggest the Particle-k-d (P-k-d) tree, a ray tracing acceleration structure for particles which does not require any memory overhead. Ibrahim et al. [IRR+21] propose a novel, probabilistic method to accelerate particle rendering by culling particles which are likely to be occluded. The goal of this thesis is to examine the viability of probabilistic occlusion culling in the context of a P-k-d-based ray tracer. I contribute by adapting the method proposed by Ibrahim et al. for the use within a ray tracing application and implementing the adapted method as an extension of a P-k-d ray tracer by Gralka et al. [GWG+20]. I go on to evaluate my approach with respect to visual quality and performance. My findings show that probabilistic occlusion culling can provide a performance improvement during super sampling. However, the magnitude of the improvement and the effect on visual quality are greatly dependent on the size of and features within the data set among other factors.Item Open Access Adaptierung an Zeitverhalten-Variationen in rekonfigurierbaren Hardwarestrukturen(2015) Brandhofer, SebastianDas Zeitverhalten von Komponenten in rekonfigurierbaren Hardwarestrukturen kann durch Alterungseffekte und zufällige Defekte variieren. Wenn ein System nicht an diese Abweichungen vom nominellen Zeitverhalten adaptiert werden kann, entstehen Verzögerungsfehler während des Betriebs, die zu falschen Ergebnissen oder Systemausfällen führen können. Insbesondere in sicherheitskritischen Anwendungen von rekonfigurierbaren Hardwarestrukturen kann dies zu Gefährdung von Personen führen. Diese Arbeit stellt einen Algorithmus zur Adaptierung an Zeitverhalten-Variationen in rekonfigurierbaren Hardwarestrukturen vor, der Alterung von Komponenten sowie zufällige Defekte berücksichtigt und Verzögerungsfehler durch eine dem Zeitverhalten angepasste Nutzung der rekonfigurierbaren Hardwarestrukturen vermeidet. Der entworfene Algorithmus wird mit Hilfe von verschiedenen Verzögerungsverteilungen hinsichtlich der Adaptionsfähigkeit, Speicheranforderungen und Laufzeit untersucht.Item Open Access Adaption algorithms for mobile traffic offloading(2013) Olp, DominikDer durch Smartphones generierte Datenverkehr in Mobilfunknetzen steigt seit Jahren unablässig an. Dazu trägt sowohl die steigende Verbreitung der Smartphones, als auch die immer größer werdenden Bandbreitenanforderungen z.B. durch Audio- oder Videostreaming bei. Um den Zuwachs an nötiger Bandbreite zu reduzieren, soll entstehender Traffic, von dem Mobilfunknetz auf lokale WLAN Kommunikation verschoben werden. Eine besondere Art dieser Auslagerung bezeichnet man als "Opportunistic Traffic Offloading". Dabei tauschen benachbarte Smartphones beispielsweise per WLAN Daten aus, wenn sie sich begegnen. Im Laufe dieser Arbeit werden Algorithmen vorgestellt, die anhand der Positionsdaten von Smartphones besonders günstige Ziele, das heißt Smartphones mit einer hohen Anzahl an Begegnungen, bestimmen. Diesen Zielen kann per Mobilfunk die entsprechende Nachricht übermittelt werden, woraufhin sie selbstständig die Nachricht per WLAN verbreiten. Eine hohe Zahl an Begegnungen fördert dabei die schnelle Verbreitung von Nachrichten, da nach jeder Begegnung ein weiteres Smartphone in der Lage ist die Nachricht weiter zu verteilen. Weiterhin wird gezeigt, wie mit dem periodischen Versenden einer Nachricht per Mobilfunk und dem Anwenden der beschriebenen Algorithmen, im Vergleich zum reinen Versenden per Mobilfunk, Traffic-Einsparungen von durchschnittlich 40 bis 50% möglich sind.Item Open Access Adaption des Systems XSTAMPP 4 an die Analysemethode STAMP/CAST in der Einzelplatzanwendung(2020) Zimmermann, EvaTäglich geschehen Unfälle, die analysiert werden müssen und für die Erklärungen gefunden warden sollten. Dazu gibt es einen Analyseprozess CAST, der auf STAMPP aufbauend, existierende Unfälle betrachtet und durch dessen Erkenntnisse weitere Unfälle verhindert werden sollen. Um diesen Prozess zu unterstützen, wird in dieser Bachelorarbeit eine Einzelplatzanwendung umgesetzt, die den Anwender bei der Analyse von Unfällen unterstützt. Dafür wurde aufbauend auf der Theorie und den existierenden Arbeiten, eine Anforderungsanalyse durchgeführt, auf dessen Grundlage dann die Einzelplatzanwendung implementiert wurde. Als Ergebnis der Arbeit wurde eine Software fertiggestellt, die es dem Analyst ermöglicht, alle Schritte von CAST durchzuführen.Item Open Access Adaptive frameless raycasting for interactive volume visualization(2014) Weißer, ConstantinThere have been many successful attempts to improve ray casting and ray tracing performance in the last decades. Many of these improvements form important steps towards high-performance interactive visualisation. However, growing challenges keep pace with enhancements: display resolutions skyrocket with modern technology and applications become more and more sophisticated. With the limits of Moore's law moving into sight, there have been many considerations about speeding up well-known algorithms, including a plenitude of publications on frameless rendering. In frameless renderers sampling is not synchronised with display refreshes. That allows for both spatially and temporally varying sample rates. One basic approach simply randomises samples entirely. This increases liveliness and reduces input delay, but also leads to distorted and blurred images during movements. Dayal et al. tackle this problem by focusing samples on complex regions and by applying approximating filters to reconstruct an image from incoherent buffer content. Their frameless ray tracer vastly reduces latency and yet produces outstanding image quality. In this thesis we transfer the concepts to volume ray casting. Volume data often poses different challenges due to its lack of plains and surfaces, and its fine granularity. We experiment with both Dayal's sampling and reconstruction techniques and examine their applicability on volume data. In particular, we examine whether their adaptive sampler performs as well on volume data and which adaptions might be necessary. Further, we develop another reconstruction filter which is designed to remove artefacts that frequently occur in our frameless renderer. Instead of assuming certain properties due to local sampling rates and colour gradients, our filter detects artefacts by their age signature in the buffer. Our filter seems to be more targeted and yet requires only constant time per pixel.Item Open Access Adaptives Testwerkzeug für IoT Applikationen(2020) Seber, KatjaDurch das Internet der Dinge (IoT) wird die Möglichkeit geboten, mit Hilfe von IoT- Applikationen Verbesserungen und Vorteile in diversen Anwendungsbereichen zu schaffen. Dabei werden mit Sensoren und Aktuatoren ausgestattete IoT-Geräte miteinander verknüpft, um die sich ständig ändernde Umgebung wahrzunehmen und auf diese möglichst ohne menschliches Eingreifen reagieren zu können. Die Stabilität und die korrekte Funktionsweise einer solchen Anwendung stellen dabei wichtige Anforderungen dar, welche besonders durch Ausnahmefälle (z.B. Ausreißer bei Sensorwerten) gefährdet werden. Aus diesem Grund sind Software-Tests bei der Entwicklung von IoT-Applikationen unabdinglich. Ziel dieser Bachelorarbeit ist es daher, ein weitgehend automatisiertes Testwerkzeug bereitzustellen, um stabile und korrekt arbeitende Anwendungen zu schaffen. Um effektive Tests von verschiedenen Testfällen zu ermöglichen, sollte die Simulation von Sensoren und Aktuatoren ermöglicht werden. Zur Integration der Simulatoren und des Testwerkzeugs lag die IoT-Plattform Multi-purpose Binding and Provisioning Platform (MBP) zugrunde. Innerhalb der Literatur konnten keine Quellen gefunden werden, welche konkrete Lösungen, beziehungsweise bereits bestehende Tools zur Erfüllung der Ziele zur Verfügung stellen. Daher wurden das Testwerkzeug sowie die Simulatoren eigenständig innerhalb dieser Arbeit entwickelt. Dadurch können mit Hilfe dieser verschiedene Testfälle einer IoT-Applikation effektiv geprüft werden. Anhand der Ergebnisse eines Tests können bei detektiertem Fehlverhalten erforderliche Maßnahmen getroffen werden. Dadurch sind die Anforderungen einer stabilen und korrekten Funktionsweise einer IoT-Applikation erfüllbar.Item Open Access Adoption of a new, efficient database architecture for the comet stream simulation tool IMEX(2022) Verma, RubenDust particles generated by comets pose hazards to satellites and spacecraft. The Institute of Space Systems specializes in predicting these dust particles to avoid these hazards. However, this requires long calculations that can take weeks or months. To speed up this calculation, this bachelor thesis has investigated several database infrastructures and created 3 prototypes(MariaDB,SQLite and PostgreSQL) to weigh which infrastructure is the most suitable. Agile software development was used to simplify the decision-making process to create these prototypes. In the end, PostgreSQL was selected as the new database infrastructure. Programs were provided to convert the data from the old infrastructure to the new infrastructure.Item Open Access Advanced data augmentation for the RAFT optical flow approach(2021) Fritsch, SebastianWe add several new augmentation methods to RAFT, a deep learning architecture that is used to calculate the optical flow between two sequential images. Because RAFT is trained using supervised learning, it requires annotated training data that not only contains image sequences but also the corresponding ground truth optical flow. Since the optical flow cannot be automatically generated from arbitrary image sequences, synthetic data sets are created to train these networks. One drawback of these data sets is their small size and low variety of optical flows they contain. To increase this variety, one option is to use data augmentation techniques to modify the training samples before feeding them to the network. These augmentations can change the images of a sample on the pixel level, but also modify the geometry of these images and hence the optical flow as well. We conduct experiments during each training phase to find out which kind of augmentation at which intensity is able to increase the accuracy of the trained model when estimating the optical flow of MPI-Sintel. Furthermore we compare this accuracy to that achieved by the original RAFT implementation. We find out that it depends on the specific training phase which kind of augmentation and which intensity is beneficial for the model’s performance. The model that uses our augmentations is able to beat the original RAFT implementation after both are trained on FlyingChairs and after both are trained FlyingChairs and FlyingThings3D afterwards. When using these models to estimate the optical flow of KITTI-15, these models then perform worse, which shows that ideal augmentation settings are dependent on the target data set. The results after training on MPI-Sintel in the third phase show that adding these augmentations does not necessarily improve the model’s performance, as the model that uses advanced augmentations doesn’t manage to beat the original RAFT implementation.Item Open Access Advanced object localization pipeline for robot manipulation(2020) Schäfer, TimThe thesis objective is to develop a robust tracking pipeline for a Baxter robot system. The tracking pipeline includes the applications of robot tracking and object tracking, which localizes the surrounding objects for robot manipulation. By combining, extending, and comparing state-of-theart approaches for object tracking and image segmentation, this thesis estimates the initial poses of the objects such that their pose can be used to auto-initialize object tracking algorithms. The pipeline is able to handle unfamiliar and dynamic environments. The system was implemented in simulation and can be applied to a real robotic system. The resulting pipeline uses an RGB image, a depth image, and the 3D object models as input. The outputs are the tracked object poses in real time. A dataset was generated to train the instance segmentation network. Furthermore, the pipeline was evaluated with several conditions to test the robustness of the tracking. A comparison to other 6D pose estimation approaches is provided in the results. The code of the pipeline is available on GitHub: https://github.com/timschaeferde/rai_baxterItem Open Access Aggregation von Sensordaten in modellgetriebenen IoT-Anwendungen(2023) Fischer, LinusIn vielen Internet-of-Things (IoT) Anwendungen werden Daten von Sensoren generiert und in einem zentralen System verarbeitet, um mit diesen Daten Reaktionen in der realen Welt automatisch anzustoßen. Die Verarbeitung, Aggregation und Filterung der Daten nahe an den Datenquellen durchzuführen spart Zeit und nutzt besser die verfügbaren Ressourcen der IoT-Geräte. Das IoT Application Modeling Tool (IAMT) ist eine Software, um IoT-Anwendungen zur Verarbeitung von Sensordaten mit einem grafischen Interface zu modellieren und auf IoT-Geräten bereitzustellen. Es wurde an der Universität Stuttgart entwickelt und ist abhängig von der, ebenfalls an der Universität Stuttgart entwickelten Multi-purpose Binding and Provisioning Platform (MBP). Um die im IAMT erstellten Anwendungsmodelle dynamisch ausführen zu können, kann die Messaging Engine (ME2) verwendet werden. Diese wird auf den beteiligten IoT-Geräten installiert und realisiert dann die Anwendungslogik des erstellten Modells. In dieser Arbeit wird die ME2 in ihrer Funktionalität so erweitert, dass es ihr ermöglicht wird, auch komplexere Modelle von IoT-Anwendungen zu realisieren. Zusätzlich werden ausgewählte Aggregationsmethoden implementiert, mit welchen die ME2 Nachrichten in der IoT-Anwendung im Sinne des Complex-Event-Processings verarbeiten kann. Um diese Aggregationsmethoden über das IAMT konfigurierbar zu machen, wird auf Basis von JSON ein Verarbeitungsmodell erstellt. Diese neuen Funktionen werden in einem Anwendungsszenario vorgeführt. Außerdem wird ein Vorschlag und erste Ansätze geliefert, wie sich die ME2 mit ihren erweiterten Funktionen in das IAMT integrieren lässt.Item Open Access Agile situated visualization(2021) Mayer, TillEine essentielle Funktion jedes Toolkits zur Erstellung räumlich-situierter Visualisierungen ist es, diese nahe ihres Referenten positionieren zu können. Um diese Positionierung zu erleichtern, sollten dabei Objekte und Flächen in der Umwelt automatisch erkannt werden. Allerdings besitzen keine der wenigen existierenden Toolkits diese automatische Funktion, was die Entwicklung verlangsamt und die Nutzbarkeit situierter Visualisierungen einschränkt. In dieser Arbeit präsentiere ich AVAR-X, ein Toolkit für die Entwicklung situierter Visualisierungen, welches mit Spatial Mapping und Objekterkennung die Agilität des Entwicklungsprozesses erhöht. Dazu wurde das existierende Toolkit AVAR mit automatischen Positionierungsmethoden erweitert, und die Benutzeroberfläche überarbeitet, sodass die Entwicklung von Visualisierungen benutzerfreundlicher wird. Mit AVAR-X können Visualisierungen automatisch durch zwei Methoden situiert werden, indem Positionen in der Umwelt direkt festgelegt werden. Um AVAR-X zu demonstrieren stelle ich drei Anwendungsszenarien vor, für welche ich mithilfe des Toolkits Visualisierungen entwickelt habe. Diese illustrieren wie AVAR-X verwendet werden kann um die Energieeffizienz eines Raumes zu visualisieren, und wie situierte Visualisierungen in der Verwaltung eines Supermarktes helfen können. Des Weiteren zeige ich, wie mit AVAR-X die Fehlerbehebung in einem Computernetzwerk erleichtert werden kann. Obwohl AVAR-X die Entwicklung situierter Visualisierungen erleichtert hat, könnten weitere Verbesserungen durchgeführt werden. Verwendung anderer Eingabemethoden, oder die Integration weit verbreiteter Programmierwerkzeuge, sind nur zwei Möglichkeiten um die agile Entwicklung situierter Visualisierungen zu vereinfachen.Item Open Access An AI formalization of Betty the Crow's sequential geometric tool use(2015) Sauer, LukasBetty The Crow was a new caledonian crow that, in the lab of Alex Kacelnik, demonstrated surprising skill in sequentially using tools to reach for other tools to reach for a reward. The goal of this work is to find an AI formalization of such behaviour that combines reasoning over a sequence of first-order logic decision variables as well as over the geometric path to execute the reaching and tool use motions. For that, we first consider the general area of Task And Motion Planning problems; we use an approach of decomposing the problem into smaller ones solvable by (existing, blackbox) modules; we test a simple implementation of the resulting method on some small problem instances.Item Open Access AI planning for improved ventilation management in buildings(2021) Stanullo, ClaudioOffice buildings in particular have high energy consumption followed by high operational costs and emissions. In addition, regulated air exchange is becoming increasingly necessary due to the COVID-19 pandemic. While current building management systems work with primitive rules and basic scheduling functions, Demand-Side Management (DSM) allows smart solutions by using Internet of Things (IoT) devices. Artificial Intelligence (AI) planning can be used to plan the energy demand of buildings intelligently. It provides powerful techniques for the automated and dynamic selection and organization of actions that, when carried out, achieve a specific goal. In this thesis a Demand-Side Management system with AI planning has been developed, which adjusts the temperature and CO2 values of an office room to a comfortable and healthy level. The company SPIRIT/21 equipped 12 office rooms with sensors and wants to test the developed system with real data gathered by them. The system, running with the OPTIC planner, uses the data to calculate an efficient solution, resulting in a comfortable indoor climate, regular air exchange, increased energy efficiency and in lower operating costs.Item Open Access AI planning for poker player(2022) Ashi, MikeThroughout the history of computer science, games have always been a major driving factor in the development of the artificial intelligence field. The pioneers of computer science have identified the importance of games like chess, checkers, and other similar games and have spent years working on solving them. These games offered a great research framework with well-defined rules, distinct objectives, and a means of measuring performance. However, it was also recognized that perfect information games do not reflect the decision-making process in real life, where agents must embrace uncertainty and often deal with misinformation and deception. The game of poker successfully models these aspects of decision-making and can be used to study the behavior of intelligent agents in real-life domains. Poker has recently regained the attention of researchers, leading to significant breakthroughs elevating AI agents to the level of professional players. Several approaches have been used to solve poker, such as knowledge-based agents, enhanced simulation systems, theoretic equilibrium solutions, and exploitative counter-strategies. Nevertheless, to the best of our knowledge, HTN planning techniques have never been used before. In this thesis, we will explore the use of risk-aware HTN planning for playing no limit Texas Hold’em, the most strategically demanding variation of poker, which will allow us to investigate the potential of this approach.Item Open Access AI-assisted authoring in the Software Engineering domain : an empirical study on using ChatGPT(2024) Walter, MarkusChatGPT is a popular AI tool with potentially many uses. This thesis looks at how ChatGPT 3.5 can be utilized to improve the academic writing process in the Software Engineering domain by interviewing ChatGPT users from this domain and performing a literature review. The result is a guideline that offers a general workflow and prompting templates for utilizing ChatGPT as an editing tool. An evaluation experiment was performed, suggesting, but not proving, major time savings and quality improvements for individuals with linguistic barriers. In addition, a final interview with the participants resulted in an improved version of the guidelineItem Open Access Air cooling vs. liquid immersion cooling: can liquid immersion cooling improve the energy and space efficiency of data centres?(2021) Blosch, YannisThe demand for cloud services is rising continuously, inflating the energy demand for data centres exponentially. The purpose of this literature review is to discover the positive impact liquid immersion cooling can have on data centre efficiency and density. Utilizing a systematic literature review, this paper illustrates the research already conducted on immersion cooling. The calculated results, using the available data, shows that by switching from air to liquid immersion cooling, about half the energy used by a data centre and two thirds of the space occupied by a data centre can be freed for additional hardware. This review succeeds in showing the capabilities of liquid immersion cooling in data centres. Further research can be conducted on the actual improvement when a data centre is converted to immersion cooling.Item Open Access Aktives Lernen von Fußballereignissen mit visueller Unterstützung(2017) Merz, LasseVideoanalyse gehört heutzutage zu den wichtigsten Mitteln im Sport, um das Spielverhalten von Mannschaften zu untersuchen. Dabei wird zum einen das Verhalten einzelner Spieler sowie die Taktik und Formation der Mannschaft anhand von statistischen Daten bewertet. Zum anderen wird versucht effektive Spielzüge und Verhaltensmuster zu identifizieren. Moderne Sensortechnik bietet die Möglichkeit, durch hochfrequente räumliche Bewegungsdaten der Spieler und des Balls die Videoanalyse zu erleichtern. Oftmals müssen interessante Ereignisse manuell annotiert werden, bevor die eigentliche Analyse stattfinden kann. In dieser Arbeit wird ein Konzept vorgestellt, das beim Finden von interessanten Events helfen soll. Ausgehend von ausgewählten Beispielszenen wird ein Klassifikationsmodell erstellt, mit welchem weitere ähnliche Szenen gefunden werden können. Für die optimale Modellbildung ist es möglich in jeder Phase Domainenwissen einzubringen. Dieses Konzept wurde anhand eines Fußballspiels implementiert und durch eine Evaluation mit verschiedenen Anwendungsfällen ausgewertet. Abschließend werden die Ergebnisse diskutiert.Item Open Access Algebraische Charakterisierungen von positiver Quantorenalternierung bei Zwei-Variablen-Logik(2013) Fleischer, LukasThérien und Wilke zeigten in einer Arbeit von 1998, dass Zwei-Variablen-Logik erster Stufe (FO2) einer entscheidbaren Klasse endlicher Monoide entspricht. Insbesondere lässt sich damit für jede reguläre Sprache entscheiden, ob sie in FO2 definierbar ist. Dieses Entscheidbarkeitsresultat konnte im vergangenen Jahr von Weil und Kufleitner auf die Alternierungshierarchie innerhalb von FO2 ausgedehnt werden. In einer aktuellen Arbeit von Lauser und Kufleitner wurde dieses Ergebnis noch weiter verfeinert. Sie konnten zeigen, dass die positive Alternierungshierarchie innerhalb von FO2 entscheidbar ist. Krebs und Straubing konnten mit einem anderen Zugang ebenfalls das Entscheidbarkeitsresultat von Weil und Kufleitner beweisen. Anstelle von sogenannten Rankern basiert ihre Charakterisierung auf Blockprodukten. In dieser Arbeit wird diese Technik auf die positive Alternierungshierarchie übertragen. Es werden verschiedene, auf Blockprodukten basierende, algebraische Charakterisierungen der Level der positiven Alternierungshierarchie vorgestellt und deren Entscheidbarkeit bewiesen.