Hochschulbibliothekszentrum des Landes Nordrhein-Westfalen
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Visualizing anatomical labels on brain images: developing a multi-functional display method
No full textThis work describes a novel software tool for visualizing anatomical segmentations of medical images. It was developed as part of a bachelor's thesis project, with a view to supporting research into automatic anatomical brain image segmentation. The tool builds on a widely-used visualization approach for 3D image volumes, where sections in orthogonal directions are rendered on screen as 2D images. It implements novel display modes that solve common problems with conventional viewer programs. In particular, it features a double-contour display mode to aid the user's spatial orientation in the image, as well as modes for comparing two competing segmentation labels pertaining to one and the same anatomical region. The tool was developed as an extension to an existing open-source software suite for medical image processing. The visualization modes are, however, suitable for implementation in the context of other viewer programs that follow a similar rendering approach.
The modified code can be found here: soundray.org/mm-segmentation-visualization.tar.gz
Conceptual development of a collaboration platform to improve communication between scientific institutions in the railway sector
No full textIn dieser Forschungsarbeit werden Kriterien und Anforderungen für eine erfolgreiche Kollaborationsplattform zur Verbesserung der Kommunikation zwischen weltweit ver-teilten wissenschaftlichen Instituten der Eisenbahnbranche erarbeitet und bewertet. Hierzu wird zunächst eine Einführung in Kollaborationsplattformen und deren aktuelle Marktsituation und /-trends gegeben. Das daraus resultierende Wissen wird für eine qualitative Inhaltsanalyse in Form von Interviews mit der Zielgruppe der geplante Kol-laborationsplattform genutzt. Aufbauend auf dem Grundlagenwissen und der durchge-führten Interviews werden anschließend Hypothesen zur Kommunikation in wissen-schaftlichen Instituten gebildet. Diese Hypothesen dienen der Erstellung eines Frage-bogens für eine quantitative Befragung der Zielgruppe. Die folgende Analyse von allgemeinen Kollaborationsplattformen und solchen der Eisenbahnbranche gibt weitere Erkenntnisse und beschreibt Anforderungen für eine erfolgreiche Konzeption einer Kollaborationsplattform.
Eine anschließend geplante Konzeption dieser Plattform kann im Rahmen dieser Forschungsarbeit aufgrund fehlender aussagekräftiger Ergebnisse und Informationen nicht durchgeführt werden. Die geplante quantitative Inhaltsanalyse ist für den gewählten Rahmen zu aufwendig gewesen. In dieser Forschungsarbeit wird die quantitative Befragung für folgende Forschungsarbeiten in diesem Themenfeld vorbereitet. Weitere Arbeitsergebnisse werden für folgende Forschungsarbeiten ausgewertet und bereitgestellt.In this thesis criteria and requirements for a successful collaboration platform for the improvement of communication between scientific institutes of the railway industry distributed worldwide are developed and evaluated. First, an introduction to collaboration platforms and their current market situation and trends will be given. The result-ing knowledge will be used for a qualitative content analysis in the form of interviews with the target group of the planned collaboration platform. Based on the basic knowledge and the interviews carried out, hypotheses for communication in scientific institutes will then be formed. These hypotheses serve to create a questionnaire for a quantitative survey of the target group. The following analysis of general collaboration platforms and those of the railway industry provides further insights and describes requirements for a successful conception of a collaboration platform.
A subsequently planned conception of this platform cannot be carried out within the scope of this research work due to a lack of meaningful results and information. The planned quantitative content analysis was too complex for the chosen research context. In this research work, the quantitative questioning will be prepared for the following research work in this topic area. Further work results will be evaluated and made available for the following research work
Implementation eines Modells zur Simulation von Muskeln
No full textUm realistische Bewegungsabläufe zu simulieren, müssen Muskeln anatomisch korrekt modelliert werden können. Bisher ist es in SimPack nur möglich, Muskeln als gerade Linie zwischen zwei Punkten zu definieren. In dieser Arbeit wird ein Ansatz vorgestellt, bei dem Ellipsen definiert werden können, durch die ein Muskel laufen muss. Dabei entsteht vor allem das Problem, die Länge dieses Muskels durch die Ellipsen zu berechnen. Es wird ein Algorithmus vorgestellt, der den kürzesten Weg eines Muskelpfades durch diese Ellipsen berechnet. Dieser Algorithmus wird anschließend in Fortran 90 umgesetzt und in ein bestehendes Muskelmodell in SimPack integriert.In order to simulate realistic motion sequences, muscles must be able to be modelled anatomically correct. Yet it is only possible in SimPack to define muscles as a straight line between two points. This thesis presents an approach where ellipses can be defined through which a muscle must pass. The main problem is to calculate the length of this muscle through the ellipses. An algorithm is presented that calculates the shortest path of a muscle path through this ellipses. This algorithm is then implemented in Fortran 90 and integrated into an existing muscle model in SimPack
Erweiterung der Music-Recognition-Software AudiVeris durch Bildvorverarbeitung
No full textZiel dieser Bachelorarbeit war es, in die Musiknoten-Erkennungs Software AudiVeris eine Bildvorverarbeitung einzubauen, damit auch aus fehlerbehafteten Notenbildern Daten extrahiert werden können. Der Ablauf startet mit einer Binarisierung durch ein regionales Otsu Verfahren. Daraufhin wird das Notenblatt nach etwaigen Krümmungen abgesucht, wie sie z.B. eine Buchfalz verursachen würde. Dazu wird die Hough-Transformation zur Linienfindung und der K-Means-Algorithmus zur Cluster-Detektion verwendet. Aufbauend wird das Notenbild unter Benutzung der gefundenen Krümmung geebnet.The goal of this bachelor thesis was to add an image processing step to the music recognition software AudiVeris, in order to extract data even from faulty music sheet images. The procedure starts with a binarization using a regional version of Otsu's method. Following this the music sheet is searched for possible bendings, similar to those a hardcover book would cause. To achieve this the Hough transform is used for line detection and the k-means algorithm for cluster detection. Thereafter the music image is straightened using the discovered curvature
Raytracing von NURBS
No full textNURBS sind eine Art von Splines, die besondere Eigenschaften besitzen.
Das ray tracen von NURBS ist eine der Darstellungsmöglichkeiten von NURBS.
Dies ist durch das konkrete berechnen von Schnittpunkten mit Strahlen
möglich. Durch die vielseitige Möglichkeiten der Modellierung mittels NURBS
sind diese beliebt in Anwendungen die im Maschinenbau verwendet werden
und auch anderen CAD-Programmen. Diese Arbeit befasst sich mit der
Berechnung von NURBS-Kurven und -Oberflächen, dem direkten rendern
von diesen und wägt ab ob sich der Aufwand dafür im Vergleich zu Tesselierung
lohnt
Hybrid Ray Tracing using RTX-Technology in Vulkan
No full textIm Rahmen dieser Masterarbeit wird das Prinzip des hybriden Ray Tracing, einer Kombination einer Rasterisierungs-Pipeline mit Ray Tracing-Verfahren für einzelne Effekte, vorgestellt und eine Anwendung implementiert, welche innerhalb einer hybriden Ray Tracing-Pipeline Schatten, Umgebungsverdeckung
und Reflexionen berechnet und diese Effekte mit der direkten Beleuchtung kombiniert.
Das hybride Ray Tracing basiert auf der Idee, die Performance und Flexibilität von Rasterisierungs-Pipelines mit Ray Tracing zu kombinieren, um die Limitation der Rasterisierung, nicht auf die gesamte Umgebungsgeometrie an jedem Punkt zugreifen zu können, aufzuheben.
Im Rahmen der Implementation wird in die verwendete RTX-API sowie die Grafikschnittstelle Vulkan eingeführt und diese anhand der Implementation erklärt. Auf Grundlage der Ergebnisse und der Erkenntnisse bei der Nutzung der API wird diese, ihre Einsatzzwecke und Ausgereiftheit belangend, eingeschätzt.In this master's thesis the principle of hybrid ray tracing, consisting of a rasterization pipeline which includes ray tracing techniques for certain effects, is explained and the implementation of an application which uses a hybrid approach in which ray tracing is used to calculate shadows, ambient occlusion, and reflections and combines those with direct lighting is documented and explained. Hybrid ray tracing is based on the idea of combining the performance and flexibility of rasterization-based approaches with ray tracing to overcome the limitation of not being able to access the complete surrounding geometry at any point in the scene.
While describing the implementation of said application, the RTX API which is being used for ray tracing is explained as well Vulkan, the graphics API used.
Based on the results and the insights gained while using the RTX API, it is assessed in regards of its usage scenarios and technical sophistication
Stylized image triangulation
No full textDie stilisierte Triangulierung ist ein beliebtes Stilmittel bei der Abstraktion von Bildern. Ergebnisse sind auf Covern von Magazinen zu finden oder als Kunstwerk zu kaufen. Eingesetzt wird diese Stilisierung auch bei mobilen Anwendungen oder gar bei Programmen, die sich ausschließlich mit der automatisierten Triangulation befassen.
Diese Arbeit basiert auf einer Veröffentlichung, die die adaptive dynamische Triangulierung als Optimierungsproblem versteht und damit, hinsichtlich der visuellen und technischen Qualität, neue Ergebnisse erzielt. Ziel dieser Arbeit ist es, dieses Verfahren möglichst vielen Nutzern zugänglich zu machen. Dazu wird eine mobile Anwendung - Mesh - entworfen und umgesetzt. Ein Host-Client System wird entwickelt, um die ressourcenbedürftige Berechnung nicht auf dem mobilen Endgerät ausführen zu müssen. Im Zuge dessen wird das Verfahren für die CPU portiert und zusätzlich ein Webserver entwickelt, der die Kommunikation zwischen dem Triangulierungsverfahren und der mobilen Anwendung herstellt. Die App «Mesh» bietet die Möglichkeit, ein beliebiges Bild zu dem Server zu senden, das nach der Bearbeitung heruntergeladen werden kann.
Ein Forschungsaspekt der Arbeit thematisiert die Optimierung des Verfahrens. Dafür wird der Gradientenabstieg, der die Energieminimierung durchführt, anhand verschiedener Ansätze untersucht. Die Einschränkung der Schrittmöglichkeiten, diagonale Schrittrichtungen und eine dynamische Neupositionierung werden getestet. Es zeigt sich, dass sich bei diagonaler Schrittrichtung, anstatt horizontaler und vertikaler, keine Verbesserung verzeichnen lässt. Die Einschränkung der Schrittrichtung, dass ein Punkt seine vorherige Position nicht erneut einnehmen kann, verursacht einen Verlust an optischer Qualität. Jedoch wird der globale angestrebte Approximationsfehler in kürzerer Zeit erreicht. Die vektorbasierte Variante der flexiblen Schrittrichtung resultiert mit längerer Berechnungszeit in qualitativ hochwertigeren Ergebnissen, sodass ästhetischere Resultate erzielt werden.
Ein weiterer Bestandteil dieser Arbeit setzt sich mit der Imitation eines Kunststils auseinander. Die Werke von Josh Bryan dienen als Inspiration. Mittels eines GLSL-Shaders soll durch die Verwendung von Pseudozufälligkeit ein natürlicheres Aussehen einer schraffierten Triangulierung erreicht werden. Ergebnisse zeigen, dass der Ansatz Möglichkeiten der Verbesserung aufweist, dass jedoch eine präzisere Triangulierung für eine hochwertige Imitation notwendig ist. Als letzter Bestandteil wird ein Renderstil präsentiert, der ausgehend von einem beliebigen Ausgangspunkt, die Dreiecke der Triangulation versetzt, sodass Lücken entstehen. Durch die freie Wahl des Zentrums des Effekts, ist ein Einsatz bei Animationen denkbar.Stylized image triangulation is a popular tool of image processing. Results can be found on magazine covers or bought as a piece of art. Common use cases are filters by mobile apps or programs dedicated to automated triangulation. This thesis is based upon a paper that achieves new results formulating the adaptive dynamic triangulation as optimization problem. With this approach, new results concerning visual and technical quality are accomplished. One aim of this thesis is to make this approach accessible to as many users as possible. To reach users, a mobile app called Mesh is designed and implemented. A client-host-system is presented which relieves the app from computing the result requiring a lot of resources. Therefore, transferring the approach to a CPU based solution is part of the thesis. Also, a webserver is implemented that handles the communication between app and algorithm. “Mesh” enables the user to send a arbitrary image to the server whose result can be downloaded.
Part of the research deals with optimizing the method. As the main step, the gradient descent method, which minimizes an approximation error, is examined with three different approaches re-defining the movement of a point: The limitation of the directions of movement in a meaningful manner, diagonal directions and a dynamically repositioning of points are analyzed. Results show no improvement of visual quality using diagonal instead of horizontal and vertical steps. Disallowing a point to take its last position, the limitation of step opportunities results in a loss of visual quality but reaches an intended global error earlier. The dynamically repositioning rests upon a vectorbased solution that weights the directions and applies a factor to each of them. This results in a longer computational time but also in a higher visual quality.
Inspired by the work of Josh Bryan, another part of research aims at imitating an artists style. With the use of pseudo-random events combined with a geometryshader, a more natural look shall be achieved. This method illustrates a way of adding minor details to a rendering. To imitate an artist's work, a more complex and more precise triangulation is needed. As the last aspect, a renderstyle is presented. The style uses a center for its effect moving the triangles of a triangulation apart. The arbitrary choice of placing the centrum enables the renderstyle to be used in animations
Einfluss unterschiedlicher Spielecontroller auf die Immersion und den Motion Sickness Effekt in der virtuellen Realität
No full textIn dieser Bachelorarbeit geht es um den Einsatz des Wii Balance Boards
in -Realität-Anwendungen. Als Anwendungsbeispiel wird ein Snowboard
Spiel implementiert, in dem der virtuelle Avatar mit den Drucksensoren
des Wii Balance Board gesteuert werden kann. Der Anwender soll mit seiner
Körperbalancierung, spielerisch und intuitiv in der virtuellen Umgebung
manövrieren. Es werden die Immersion und der Einfluss auf Motion-
Sickness beziehungsweise Cybersickness erforscht. Außerdem wird dasWii
Balance Board mit dem Xbox Controller verglichen was die Steuerung betrifft.
Ziel der Arbeit ist es zu evaluieren, ob das Wii Balance Board in
der Lage ist, freies Bewegen in der virtuellen Umgebung zu ermöglichen.
Außerdem soll untersucht werden, welcher der beiden Geräte vorteilhafter
ist. Die Umfrageergebnisse laufen darauf hinaus, dass das Wii Balance
Board einen wesentlich positiveren Einfluss auf die Immersion hat, als der
Controller, trotz der besseren Spielergebnisse. Außerdem hat die Untersuchung
ergeben, dass die Verwendung des Wii Balance Board viel häufiger
für Motion-Sickness und Cybersickness Fälle verantwortlich ist.This bachelor thesis investigates the utilization of the Wii Balance Board
in virtual reality applications. For the investigation a snowboard game is
implemented, in which the virtual avatar can be controlled with the pressure
sensors of the Wii Balance Board. The user should be able to move
playfully and intuitively through the virtual environment by balancing his
body. The immersiveness and the influence on motion sickness and cybersickness
will be investigated. In Addition, the Wii Balance Board will be
compared with the Xbox Controller. The aim of the work is to evaluate
whether the Wii Balance Board is able to allow free movement in virtual
environments and whether it is more advantageous to use it rather than
a conventional controller. The results of the survey indicate that the Wii
Balance Board has a positive influence on the immersivness of the game,
despite better game results by using a conventional controller. The survey
also reveals that the use of the Wii Balance Board is responsible for more
motion-sickness/cybersickness cases
Development of an Entity Component System Architecture for Realtime Simulation
No full textThe development of a game engine is considered a non-trivial problem. [3] The architecture of such simulation software must be able to manage large amounts of simulation objects in real-time while dealing with “crosscutting concerns” [3,p. 36] between subsystems. The use of object oriented paradigms to model simulation objects in class hierarchies has been reported as incompatible with constantly changing demands during game development [2, p. 9], resulting in anti-patterns and eventual, messy refactoring.[13]
Alternative architectures using data oriented paradigms revolving around object composition and aggregation have been proposed as a result. [13, 9, 1, 11]
This thesis describes the development of such an architecture with the explicit goals to be simple, inherently compatible with data oriented design, and to make reasoning about performance characteristics possible. Concepts are formally defined to help analyze the problem and evaluate results. A functional implementation of the architecture is presented together with use cases common to simulation software
Influence of aluminum and boron orthophosphate on the chemical hardening of sodium waterglass-bounded refractory dry-vibratable mixes
Get PDFRieselmassen aus einem mineralischen Füllstoff und einem organischen oder anorganischen Bindersystem kommen als hochtemperaturbeständige Auskleidung in thermisch sehr stark beanspruchten Aggregaten, beispielsweise in der Stahlindustrie, zum Einsatz. Die Komponenten der Rieselmassen werden erst während des Einbringens in das Aggregat vermischt und chemisch oder thermisch gehärtet. Die zur Aushärtung benötigte Zeit ist für die Anwendung der Rieselmassen von entscheidender Bedeutung, da sie ausreichend lang sein muss, um eine vollständige Verarbeitung der Massen zu gewährleisten, gleichzeitig jedoch zu lange Stillstandzeiten der Aggregate zu vermeiden sind. Eine Vorhersage oder Steuerung der Abbindezeiten von Rieselmassen, die für einen optimalen Ablauf des Zustellungsprozesses nötig ist, ist aktuell nur sehr eingeschränkt möglich. Dies liegt zum einen daran, dass bisher geeignete Verfahren zur Prüfung der Härtungsdauer fehlen. Zum anderen ist der sehr komplexe Ablauf der Härtung noch nicht im Detail bekannt und die Wirkung von Einflussfaktoren, wie der Rezeptur der Rieselmassen oder den vorherrschenden Temperaturen, nur unzureichend dokumentiert.
Um einen Beitrag zum Verständnis des Abbindeverhaltens zu leisten, war es das Ziel der vorliegenden Arbeit, zunächst ein geeignetes Verfahren zur zeitabhängigen Prüfung des Härtungsverlaufs von Rieselmassen zu entwickeln. Dies wurde mithilfe der Dynamisch-Mechanischen Analyse realisiert. Darüber hinaus wurde der Härtungsmechanismus in Abhängigkeit von der Temperatur und der Rezeptur anhand einer feuerfesten Rieselmasse mit einem Bindesystem aus Wasserglas und Phosphathärter (AlPO4 und BPO4) durch ergänzende gravimetrische Messungen und der Untersuchung des Lösungsverhalten der Phosphate im Wasserglas-Binder beschrieben. Darauf aufbauend wurde mittels Röntgenbeugungsanalyse, Magnetresonanzspektroskopie und Rasterelektronenmikroskopie untersucht, wie sich die festgestellten Unterschiede im Härtungsverlauf auf die kristalline und amorphe Struktur auswirken. Es konnte gezeigt werden, dass die Härtung mittels der beiden Phosphate zu ver-schiedenartigen Netzwerkstrukturen hinsichtlich der Verknüpfungsdichte führt, die mit unterschiedlichen Abbindegeschwindigkeiten korrelieren. Zusätzlich konnten hieraus Auswirkungen auf ausgewählte Eigenschaften (thermische Längenänderung, temperaturabhängige Phasenentwicklung und -umwandlungen) abgeleitet werden.Refractory dry-vibratable mixes, which consist of a mineral filling material and an organic or anorganic binder system, are widely used for linings in industrial aggregates, where a very high temperature resistance is required (e.g. steel industry). During lining, all compounds are mixed and hardening is chemically or thermally initiated. The time span required for hardening is of special relevance for the application of refractory dry-vibratable mixes. It should be long enough for adequate processability, but simultaneously avoid too long downtimes. Prediction or regulation of the hardening time, necessary for an ideal processing, is currently limited. One the one hand, this is a result of the lack of an appropriate method for time-dependent determination of the harding process. On the other hand, the mechanisms responsible for this very complex process have not yet been investigated in detail and the effect of influencing factors, like the temperature or the composition of the refractory dry-vibratable mixes, are poorly documented.
To make a contribution to the understanding of the hardening mechanism of refractory dry-vibratable mixes, it was the aim of the present work, to develop an appropriate test method for the time-dependent investigation of this process. This was realized by means of the dynamic-mechanical analysis. In addition, the hardening mechanism was described for a refractory dry-vibratable mix with a binder system, which consists of a waterglass and a phosphate hardener (AlPO4 und BPO4), using supplement gravimetric investigations and determining solubility behavior of the phosphates. By means of X-ray diffraction analysis, nuclear magnetic resonance spectroscopy and scanning electron microscopy, the impact of the hardening mechanism on the crystal and amorphous structure was studied. It could be shown, that according to the two phosphates, the hardening leads to different network structures in respect of their link denseness. These structure characteristics correlate with the speed of the hardening reactions. In addition, the impact on selected properties (thermal linear deformation, temperature-dependent phase development and phase transition) could be deducted