Hochschulbibliothekszentrum des Landes Nordrhein-Westfalen
Publication Server of Koblenz UniversityNot a member yet
1752 research outputs found
Sort by
Measurement, Simulation and Modelling of Runoff and Soil Erosion on Forest Roads in Forested Catchments
No full textDie vorliegende Arbeit betrachtet den Einfluss von Wald- und Wirtschaftswegen auf Abflussentstehung und Bodenerosionsraten innerhalb eines bewaldeten Einzugsgebiets im Naturschutzgebiet Laacher See. Hierfür wurden sowohl bestehende Erosions- und Akkumulationsformen im Gelände kartiert, als auch Erosionssimulationen mittels einer Kleinberegnungsanlage durchgeführt. Zuletzt erfolgte eine Modellierung des Erosionspotentials auf Grundlage der Simulationsergebnisse.
Die Analyse bestehender Erosions- und Akkumulationsformen im Gelände gab einen Hinweis auf Bodenerosionsraten von Wegoberflächen, die zwischen 27,3 und 93,5 t ha-1 a-1 und somit in derselben Größenordnung wie Erosionsraten unter intensiver ackerbaulicher Nutzung lagen.
Die Simulationsläufe zeigten, dass persistente Waldwege ein deutlich verändertes Infiltrationsverhalten aufwiesen. Auf natürlichen Waldböden lag der Anteil des infiltrierten Niederschlags bei durchschnittlich 96%. Im Falle von Waldwegen nahm dieser Anteil im Mittel auf 14% bis 7% ab. Besonders auffällig waren die Ergebnisse auf Rückegassen, auf denen ein erheblicher Einfluss der Bodenverdichtung durch Befahrung nachgewiesen werden konnte. Hier sank der Anteil des infiltrierten Niederschlags auf 31% in den Fahrspuren, zwischen den Spuren wurden noch 76 % infiltriert.
Während der Simulationsläufe konnten maximale Sedimentmengen von 446 g m-2 erodiert werden, was einer mittleren Bodenerosionsrate von 4,96 g m-2 min-1 entspricht. Diese hohen Abtragsraten wurden auf persistenten Wegen mit geringer Befestigung gemessen. Rückegassen wiesen die geringsten Abtragswerte auf, maximal konnten 37 g m-2 erodiert werden, gleichbedeutend mit einer Abtragsrate von 0,41 g m-2 min-1. Die erodierten Sedimentmengen betrugen im Mittel bei Wegen 167 bis 319 g m-2 und im Falle von Rückegassen 17 g m-2. Anhand von Vergleichsmessungen auf Waldstandorten, bei denen ein mittlerer Bodenabtrag von ca. 5 g m-2 festgestellt wurde, konnte eine erhöhte Erodierbarkeit für jedwede Form der Weganlage bestätigt werden.
Auf Basis der im Gelände gemessenen Abtragsraten wurden die Modellierungen kalibriert. Die Ergebnisse der ABAG / DIN 19708 zeigten für das betrachtete Untersuchungsgebiet eine mittlere jährliche Bodenerosionsgefährdung von 2,4 - 5,8 t ha-1 a-1 für persistente Wege und von 0,5 t ha-1 a-1 für Rückegassen. Im Vergleich zum Mittelwert weitgehend unbeeinflusster Waldflächen im Untersuchungsgebiet von 0,1 t ha-1 a-1 zeigte sich abermals ein erhöhtes Abtragspotential. Die physikalisch basierte Modellierung der Beregnungsversuche mittels WEPP zeigte ein zufriedenstellendes Ergebnis bei der Einschätzung des Abflussverhaltens, so wurden für persistente Wege nur Abweichungen von maximal -5% festgestellt. Die Abflussmodellierung auf Rückegassen sowie die generelle Modellierung der Bodenerosion während der Beregnungsversuche zeigte sich im Kontrast hierzu noch fehlerbehaftet, was ursächlich mit der für ein physikalisches Modell relativ geringen Eingangsdatentiefe zu begründen ist.
Es wurde nachgewiesen, dass Waldwege einen bedeutenden Einfluss auf den Wasserhaushalt und das Bodenerosionsgeschehen haben. Der Rückhalt von Niederschlägen wird gemindert und es kommt zu intensivierten Bodenerosionsprozessen. Schlecht befestigte Wege zeigten einen stark erhöhten Bodenabtrag, der zu ökologischen Folgeschäden führen kann. Der Abtrag kann ebenso zu einer Beeinträchtigung der Befahrbarkeit führen. Anhand der Folgen lässt sich die Relevanz der Betrachtung von Abfluss- und Bodenerosionsprozessen auf Wald- und Wirtschaftswegen deutlich machen. Die vorliegende Arbeit stellt die erste Studie dar, innerhalb derer Abfluss- und Bodenerosionspozesse für Walderschließungsnetzwerke in Mitteleuropa untersucht wurden
NeuLand Ausg. 2014,02 = Nr. 37
No full textSchwerpunkt Europa
Poetik-Dozentur: Éric-Emmanuel Schmitt über Theater und Philosophie
Parallelwelt Internet? Hintergrund und Interview
Selbst ist der Student: Studentisches Engagement am Campus Landau
Moralapostel: Ethik im Unternehme
Simulation von Schnee
No full textPhysik-Simulationen erlauben die Erstellung dynamischer Szenen auf dem Rechner. Sie lassen die Computergrafik lebendig werden und finden unter anderem Anwendung in Film, Spiel und Ingenieurswesen. Durch GPGPU-Techniken kann diese Arbeit erstmals auf der Grafikkarte stattfinden. Die dynamische Simulation von Schnee ist ein Gebiet, das aufgrund seiner physikalischen Komplexität noch wenig erforscht ist. Die Materie-Punkt-Methode ist das erste Modell, dass in der Lage ist die Dynamik und verschiedenen Arten von Schnee darzustellen.
Die hybride Nutzung von Lagrange-Partikeln und einem kartesischen Euler-Gitter ermöglichen das Lösen der partiellen Differentialgleichungen. Die Partikel werden dazu auf die Gitterknoten transformiert. Durch Anwendung der Finite-Elemente-Methode auf das Gitter können Gradienten zur Aktualisierung der Geschwindigkeit berechnet werden. Die Geschwindigkeiten werden dann auf die Partikel zurückgewichtet, um diese in der Simulation voranschreiten zu lassen. Gepaart mit einem spezifischen Materialmodell wird die dynamische Natur von Schnee erlangt. Diese schließt Kollision und Bruch mit ein.
Diese Bachelorarbeit verbindet die kürzlich erschienenen GPGPU-Techniken von OpenGL mit der Materie-Punkt-Methode, um die verschiedenen Schneearten dynamisch, visuell ansprechend und effizient zu simulierenPhysic simulations allow the creation of dynamic scenes on the computer. Computer generated images become lively and find use in movies, games and engineering applications. GPGPU techniques make use of the graphics card to simulate physics. The simulation of dynamic snow is still little researched. The Material Point Method is the first technique which is capable of showing the dynamics andrncharacteristics of snow.
The hybrid use of Lagrangian particles and a regular cartesian grid enables solving of partial differential equations. Therefore articles are transformed to the grid. The grid velocities can then be updated with the calculation of gradients in an FEM-manner (finite element method). Finally grid node velocities are weight back to the particles to move them across the scene. This method is coupled with a constitutive model to cover the dynamic nature of snow. This include collisions and breaking.
This bachelor thesis connects the recent developments in GPGPU techniques of OpenGL with the Material Point Method to efficiently simulate visually compelling, dynamic snow scenes
Crowdsourcing als Instrument zur Arbeitsteilung
No full textDurch eine systematische Literaturanalyse sollen die wichtigsten Aspekte des Phänomens Crowdsourcing abgedeckt werden. Da die Summe an Forschungsfragen relativ breit gefächert ist, soll der Fokus der Arbeit auf die im Folgenden aufgelisteten Fragen gelegt werden: Was ist unter dem Begriff Crowdsourcing gezielt zu verstehen? Wie lässt sich das Phänomen Crowdsourcing von anderen angrenzenden Konzepten trennen? Wo liegen die Gemeinsamkeiten und wesentlichen Unterschiede zwischen den einzelnen Konzepten? Welche Ausprägungsformen von Crowdsourcing sind in Theorie und Praxis vorzufinden? In welchen Bereichen kommt Crowdsourcing zum Einsatz? Welche Unternehmen setzen Crowdsourcing erfolgreich um? Welche Plattformen zur Unterstützung von Crowdsourcing sind vorhanden? Welche Ziele bzw. Ergebnisse sollen mit dem Einsatz von Crowdsourcing erreicht bzw. erzielt werden? Wie läuft der Crowdsourcing-Prozess ab und in welche Phasen lässt sich dieser unterteilen? Wie sieht die Wertschöpfung durch Crowdsourcing (a) allgemein und (b) speziell für Unternehmen aus? Welche Chancen und Potenziale sowie Risiken und Grenzen entstehen dabei den Unternehmen? Was lässt sich in Zukunft im Bereich des Crowdsourcing noch verbessern, das heißt in welchen Bereichen besteht noch Forschungsbedarf
Mitteilungsblatt der Universität Koblenz-Landau Nr. 2/2015
No full textFünfte Ordnung zur Änderung der Prüfungsordnung für die Prüfung im lehramtsbezogenen Bachelorstudiengang Berufsbildende Schulen an der Universität Koblenz-Landau und der Hochschule Koblenz
Vierte Ordnung zur Änderung der Ordnung für die Prüfung im Masterstudiengang für das Lehramt an berufsbildenden Schulen an der Universität Koblenz-Landau und der Hochschule Koblenz
Promotionsordnung des Fachbereichs 3: Mathematik/Naturwissenschaften der Universität Koblenz-Landau, Campus Koblenz
Zweite Ordnung zur Änderung der Masterprüfungsordnung für den Weiterbildenden Fernstudiengang "Energiemanagement" an der Universität Koblenz-Landa
Semi-Automatic Segmentation of the Mitral Valve Leaflets on 4D Ultrasound Images
No full textThe mitral valve is one of the four valves in the human heart. It is located in the left heart chamber and its function is to control the blood flow from the left atrium to the left ventricle. Pathologies can lead to malfunctions of the valve so that blood can flow back to the atrium. Patients with a faulty mitral valve function may suffer from fatigue and chest pain. The functionality can be surgically restored, which is often a long and exhaustive intervention. Thorough planning is necessary to ensure a safe and effective surgery. This can be supported by creating pre-operative segmentations of the mitral valve. A post-operative analysis can determine the success of an intervention. This work will combine existing and new ideas to propose a new approach to (semi-)automatically create such valve models. The manual part can guarantee a high quality model and reliability, whereas the automatic part contributes to saving valuable labour time.
The main contributions of the automatic algorithm are an estimated semantic separation of the two leaflets of the mitral valve and an optimization process that is capable of finding a coaptation-line and -area between the leaflets. The segmentation method can perform a fully automatic segmentation of the mitral leaflets if the annulus ring is already given. The intermediate steps of this process will be integrated into a manual segmentation method so a user can guide the whole procedure. The quality of the valve models generated by the method proposed in this work will be measured by comparing them to completely manually segmented models. This will show that commonly used methods to measure the quality of a segmentation are too general and do not suffice to reflect the real quality of a model. Consequently the work at hand will introduce a set of measurements that can qualify a mitral valve segmentation in more detail and with respect to anatomical landmarks. Besides the intra-operative support for a surgeon, a segmented mitral valve provides additional benefits. The ability to patient-specifically obtain and objectively describe the valve anatomy may be the base for future medical research in this field and automation allows to process large data sets with reduced expert dependency. Further, simulation methods that use the segmented models as input may predict the outcome of a surgery.Die Mitralklappe ist eine der vier Herzklappen des Menschen und in der linken Herzkammer zu finden. Ihre Funktion ist es, den Blutfluss vom linken Atrium zum linken Ventrikel zu regeln. Pathologien können zu eingeschränker Funktionalität der Klappe führen, sodass Blut zurück ins Atrium fließen kann. Patienten, die von einer Fehlfunktion betroffen sind, leiden möglicherweise an Erschöpfung und Schmerzen in der Brust. Die Funktionalität kann chirurgisch wiederhergestellt werden, was meist ein langer und anstrengender Eingriff ist. Eine gründliche Planung ist daher nötig, um eine sichere und effektive Operation zu garantieren. Dies kann durch prä-operative Segmentierungen der Mitralklappe unterstützt werden. Eine post-operative Analyse kann den Erfolg eines Eingriffs feststellen. Diese Arbeit wird bestehende und neue Ideen zu einem neuen Ansatz kombinieren, der zur (semi-)automatischen Erstellung solcher Mitralmodelle dienen kann. Der manuelle Anteil garantiert ein Modell hoher Qualität, während der automatische Teil dazu beiträgt, wertvolle Arbeitszeit zu sparen.
Die Hauptbeiträge des automatischen Algorithmus sind eine ungefähre semantische Trennung der beiden Mitralsegel und ein Optimierungsprozess, der in der Lage ist, eine Koaptations-Linie und -Fläche zwischen den Segeln zu finden. Die Methode kann eine vollautomatische Segmentierung der Mitralsegel durchführen, wenn der Annulusring bereits gegeben ist. Die Zwischenschritte dieses Vorgangs werden in eine manuelle Segmentierungsmethode integriert, so dass ein Benutzer den Gesamtprozess beeinflussen kann. Die Qualität der generierten Mitralmodelle wird durch das Vergleichen mit vollständig manuell erstellten Modellen gemessen. Dies wird zeigen, dass übliche Methoden zur Bestimmung der Qualität einer Segmentierung zu allgemein gefasst sind und nicht ausreichen, um die echte Qualität eines Modells widerspiegeln zu können. Folglich führt diese Arbeit Messungen ein, die in der Lage sind, eine Segmentierung der Mitralklappe detailliert und unter Betracht anatomischer Landmarken bewerten zu können. Neben der intra-operativen Unterstützung eines Chirurgen liefert eine segmentierte Mitralklappe weitere Vorteile. Die Möglichkeit, die Anatomie einer Klappe patientenspezifisch aufzunehmen und objektiv zu bewerten, könnte als Grundlage für zukünftige medizinische Forschung in diesem Bereich dienen. Die Automatisierung erlaubt dabei das Bearbeiten großer Datenmengen mit reduzierter Abhängigkeit von Experten. Desweiteren könnten Simulationsmethoden, welche ein segmentiertes Modell als Eingabe nutzen, das Ergebnis einer Operation vorhersagen
Advances in mathematical programming-based error-correction decoding
No full textThe formulation of the decoding problem for linear block codes as an integer program (IP) with a rather tight linear programming (LP) relaxation has made a central part of channel coding accessible for the theory and methods of mathematical optimization, especially integer programming, polyhedral combinatorics and also algorithmic graph theory, since the important class of turbo codes exhibits an inherent graphical structure. We present several novel models, algorithms and theoretical results for error-correction decoding based on mathematical optimization. Our contribution includes a partly combinatorial LP decoder for turbo codes, a fast branch-and-cut algorithm for maximum-likelihood (ML) decoding of arbitrary binary linear codes, a theoretical analysis of the LP decoder's performance for 3-dimensional turbo codes, compact IP models for various heuristic algorithms as well as ML decoding in combination with higher-order modulation, and, finally, first steps towards an implementation of the LP decoder in specialized hardware. The scientific contributions are presented in the form of seven revised reprints of papers that appeared in peer-reviewed international journals or conference proceedings. They are accompanied by an extensive introductory part that reviews the basics of mathematical optimization, coding theory, and the previous results on LP decoding that we rely on afterwards
Flowering habitats to enhance biodiversity and pest control services in agricultural landscapes
No full textMeeting growing demands for agricultural products requires management solutions that enhance food production, whilst minimizing negative environmental impacts. Conventional agricultural intensification jeopardizes farmland biodiversity and associated ecosystem services through excessive anthropogenic inputs and landscape simplification. Agri-environment schemes (AES) are commonly implemented to mitigate the adverse effects of conventional intensification on biodiversity. However the moderate success of such schemes thus far would strongly benefit from more explicit goals regarding ecosystem service provisioning. Providing key resources to beneficial organisms may improve their abundance, fitness, diversity and the ecosystem services they provide. With targeted habitat management, AES may synergistically enhance biodiversity and agricultural production and thus contribute to ecological intensification. We demonstrate that sown perennial wildflower strips, as implemented in current AES focusing on biodiversity conservation also benefit biological pest control in nearby crops (Chapter 2).
Comparing winter wheat fields adjacent to wildflower strips with fields without wildflower strips we found strongly reduced cereal leaf beetle (Oulema sp.) density and plant damage near wildflower strips. In addition, winter wheat yield was 10 % higher when fields adjoined wildflower strips. This confirms previous assumptions that wildflower strips, known for positive effects on farmland biodiversity, can also enhance ecosystem services such as pest control and the positive correlation of yield with flower abundance and diversity suggests that floral resources are key. Refining sown flower strips for enhanced service provision requires mechanistic understanding of how organisms benefit from floral resources. In climate chamber experiments investigating the impact of single and multiple flowering plant species on fitness components of three key arthropod natural enemies of aphids, we demonstrate that different natural enemies benefit differently from the offered resources (Chapter 3).
Some flower species were hereby more valuable to natural enemies than others overall. Additionally, the mixture with all flowers generally performed better than monocultures, yet with no transgressive overyielding. By explicitly tailoring flower strips to the requirements of key natural enemies of crop pests we aimed to maximise natural enemy mediated pest control in winter wheat (Chapter 4)and potato (Chapter 5) crops.
Respecting the manifold requirements of diverse natural enemies but not pests, in terms of temporal and spatial provisioning of floral, extra floral and structural resources, we designed targeted annual flower strips that can be included in crop rotation to support key arthropods at the place and time they are needed. Indeed, field experiments revealed that cereal leaf beetle density and plant damage in winter wheat can be reduced by 40 % to 61 % and aphid densities in potatoes even by 77 %, if a targeted flower strip is sown into the field. These effects were not restricted to the vicinity of flower strips and, in contrast to fields without flower strip, often prevented action thresholds from being reached. This suggests that targeted flower strips could replace insecticides. All adult natural enemies were enhanced inside targeted flower strips when compared to control strips. Yet, spillover to the field was restricted to key natural enemies such as ground beetles (winter wheat), hoverflies (potato) and lacewings (winter wheat and potato), suggesting their dominant role in biological control. In potatoes, targeted flower strips also enhanced hoverfly species richness in strips and crop, highlighting their additional benefits for diversity.
The present results provide more insights into the mechanisms underlying conservation biological control and highlight the potential of tailored habitat management for ecological intensification.Die wachsende Nachfrage nach landwirtschaftlichen Produkten benötigt Bewirtschaftungslösungen, die die Lebensmittelproduktion unter minimaler Beeinträchtigung der Umwelt steigern. Durch den übermässigen Einsatz künstlicher Hilfsstoffe und die Landschaftsvereinfachung gefährdet die konventionelle landwirtschaftliche Intensivierung die Biodiversität und die damit verknüpften Ökosystemleistungen im landwirtschaftlichen Raum.
Agrarumweltmassnahmen (AES) werden häufig eingesetzt, um die negativen Auswirkungen konventioneller Intensivierung auf die Biodiversität zu mildern. Ihr bisher nur moderater Erfolg könnte jedoch von expliziteren Zielen bezüglich Ökosystemleistungen profitieren. Das Bereitstellen von Schlüsselressourcen für Nützlinge dürfte deren Häufigkeit, Fitness und Diversität, sowie die durch sie bereitgestellten Ökosystemleistungen begünstigen. Durch gezieltes Lebensraummanagement könnten AES sowohl die Biodiversität als auch die landwirtschaftliche Produktion fördern und so zu einer ökologischen Intensivierung beitragen.
Wir zeigen, dass gesäte mehrjährige Wildblumenstreifen, wie sie gegenwärtig in AES mit Fokus auf Biodiversitätsförderung umgesetzt werden, auch die biologische Kontrolle in benachbarten Kulturen fördern (Kapitel 2). Der Vergleich von Winterweizenfeldern mit angrenzendem Wildblumenstreifen, mit Feldern ohne Wildblumenstreifen, zeigte stark reduzierte Getreidehähnchendichten (Oulema sp.) und Pflanzenschaden nahe Wildblumenstreifen, sowie ein um 10 % gesteigerter Ertrag. Dies bestätigt Annahmen, wonach, für ihre positiven Auswirkungen auf die Biodiversität bekannte Wildblumenstreifen, auch Ökosystemleistung-en, wie biologische Schädlingskontrolle fördern können. Die positive Korrelation des Ertrags mit Blütenabundanz und –diversität weist auf Blütenressourcen als Schlüsselfaktor hin.
Um gesäte Blühstreifen für die verstärkte Bereitstellung von Ökosystemleistungen zu verbessern, benötigt es ein mechanistisches Verständnis davon, wie Organismen von Blütenressourcen profitieren. In Klimakabinenversuchen, die den Einfluss von einzelnen und mehreren blühenden Pflanzenarten auf Fitnesskomponenten von drei grundlegenden natürlichen Feind-Arthropoden von Blattläusen untersuchten, zeigen wir, dass natürliche Feinde unterschiedlich von den angebotenen Ressourcen profitieren (Kapitel 3).
Einige Blühpflanzenarten waren dabei im Allgemeinen wertvoller für natürliche Feinde als andere. Die Mischung aller Blütenpflanzen war zudem generell besser als Monokulturen, jedoch nicht besser als die jeweils beste Art in der Mischung (kein „transgressive overyielding“). Durch gezieltes Massschneidern von Blühstreifen auf die Bedürfnisse von wichtigen natürlichen Feinden von Kulturschädlingen, versuchten wir, die durch natürliche Feinde vermittelte biologische Schädlingskontrolle in Winterweizen (Kapitel 4) und Kartoffelkulturen (Kapitel 5) zu maximieren.
Unter Berücksichtigung der vielseitigen Ansprüchen von diversen natürlichen Feinden - aber nicht Schädlingen - bezüglich zeitlicher und räumlicher Bereitstellung von floralen, extrafloralen und strukturellen Ressourcen, konzipierten wir einjährige Nützlingsblühstreifen, die durch Einbau in die Kulturfolge wichtige Arthropoden an Ort und Zeit unterstützen, an denen sie benötigt werden. Tatsächlich zeigten Feldexperimente, dass Getreidehähnchen und Pflanzenschaden in Winterweizen um 40 % bis 61 % gesenkt werden können und Blattläuse in Kartoffelkulturen sogar um 77 %, wenn ein Nützlingsblühstreifen ins Feld gesät wurde. Diese Effekte waren nicht auf die Nähe zum Blühstreifen beschränkt und verhinderten oft, dass im Vergleich zu Feldern ohne Blühstreifen die Schadschwelle erreicht wurde. Dies zeigt, dass Nützlingsblühstreifen Insektizide ersetzen könnten. Alle adulten natürlichen Feinde waren innerhalb der Nützlingsblühstreifen zahlreicher als innerhalb von Kontrollstreifen. Der Überlauf (spillover) von Nützlingen ins Feld war jedoch auf wichtige natürliche Feinde, wie Laufkäfer (Winterweizen), Schwebfliegen (Kartoffeln) und Florfliegen (Win-terweizen und Kartoffeln) beschränkt, was deren dominante Rolle für die biologische Schäd-lingskontrolle nahelegt. In Kartoffeln erhöhten Nützlingsblühstreifen auch die Artenzahl Schwebfliegen in Streifen und Feld, was einen zusätzlichen Nutzen für die Diversität heraushebt.
Die vorliegenden Resultate liefern Einblicke in die Mechanismen, die der biologischen Schädlingskontrolle durch Nützlingsförderung (conservation biological control) unterliegen und heben das Potential von massgeschneidertem Lebensraum-Management für eine ökologische Intensivierung hervor
Rendering view dependent reflections using the graphics card
No full textReal-time graphics applications are tending to get more realistic and approximate real world illumination gets more reasonable due to improvement of graphics hardware. Using a wide variation of algorithms and ideas, graphics processing units (GPU) can simulate complex lighting situations rendering computer generated imagery with complicated effects such as shadows, refraction and reflection of light. Particularly, reflections are an improvement of realism, because they make shiny materials, e.g. brushed metals, wet surfaces like puddles or polished floors, appear more realistic and reveal information of their properties such as roughness and reflectance. Moreover, reflections can get more complex, depending on the view: a wet surface like a street during rain for example will reflect lights depending on the distance of the viewer, resulting in more streaky reflection, which will look more stretched, if the viewer is locatedrnfarther away from the light source. This bachelor thesis aims to give an overview of the state-of-the-art in terms of rendering reflections. Understanding light is a basic need to understand reflections and therefore a physical model of light and its reflection will be covered in section 2, followed by the motivational section 2.2, that will give visual appealing examples for reflections from the real world and the media. Coming to rendering techniques, first, the main principle will be explained in section 3 followed by a short general view of a wide variety of approaches that try to generate correct reflections in section 4. This thesis will describe the implementation of three major algorithms, that produce plausible local reflections. Therefore, the developed framework is described in section 5, then three major algorithms will be covered, that are common methods in most current game and graphics engines: Screen space reflections (SSR), parallax-corrected cube mapping (PCCM) and billboard reflections (BBR). After describing their functional principle, they will be analysed of their visual quality and the possibilities of their real-time application. Finally they will be compared to each other to investigate the advantages and disadvantages over each other. In conclusion, the gained experiences will be described by summarizing advantages and disadvantages of each technique and giving suggestions for improvements. A short perspective will be given, trying to create a view of upcoming real-time rendering techniques for the creation of reflections as specular effects.Die Entwicklung der echtzeitfähigen Computergrafik ermöglicht mittlerweile immer realistischere Bilder und die Hardware kann dafür optimal ausgenutzt werden, wodurch immer glaubwürdigere Lichtverhältnisse simuliert werden können. Eine große Anzahl von Algorithmen, effizient implementiert auf der Grafikkarte (GPU, auch Grafikprozessor)), sind fähig komplexe Lichtsituationen zu simulieren. Effekternwie Schatten, Lichtbrechung und Lichtreflexion können mittlerweile glaubwürdig erzeugt werden. Besonders durch Reflexionen wird der Realismus der Darstellung erhöht, da sie glänzende Materialien, wie z.B. gebürstete Metalle, nasse Oberflächen, insbesondere Pfützen oder polierte Böden, natürlich erscheinen lassen. Dabei geben sie einen Eindruck der Materialeigenschaften, wie Rauheit oder Reflexionsgrad.rnAußerdem können Reflexionen vom Blickpunkt abhängen: Eine verregnete Straße zum Beispiel würde Licht, abhängig von der Entfernung des Betrachters reflektieren und verwaschene Lichtreflexe erzeugen. Je weiter der Betrachter von der Lichtquelle entfernt ist, desto gestreckter erscheinen diese. Ziel dieser Bachelorarbeit ist, eine Übersicht über existierende Render-Techniken für Reflexionen zu geben, um den aktuellen Stand der Technik abzubilden. Reflexion entsteht durch den Einfall von Licht auf Oberflächen, die dieses in eine andere Richtung zurückwerfen. Um dieses Phänomen zu verstehen, wird eine Auffassung von Licht benötigt. Kapitel 2.1 beschreibt daher ein physikalisches Modell von Licht, gefolgt von Kapitel 2.2, das anhand von Beispielen ästhetisch wirkender Reflexionseffekte aus der realenrnWelt und den Medien die Motivation dieser Arbeit darlegt. In Kapitel 3 soll die generelle Vorgehensweise beim Rendern von Reflexionen deutlich gemacht werden. Danach wird in Kapitel 4 eine grobe Übersicht über existierende Ansätze gegeben. In Abschnitt 5 werden dann drei wesentliche Algorithmen vorgestellt, die zur Zeit oft in Spiel- und Grafikengines verwendet werden: Screen Space Reflections (SSR), Parallax-corrected cube mapping (PCCM) und Billboard Reflections (BBR). Diese drei Ansätze wurden zusammen in einem Framework implementiert. Dieses wird in Kapitel 5 vorgestellt und erklärt, gefolgt von detaillierten Beschreibungen der drei Techniken. Nachdem ihre Funktionsweise erklärt wurde, werden die Ansätze analysiert und auf ihre visuelle Qualität sowie ihre Echtzeitfähigkeit getestet. Abschließend werden die einzelnen Verfahren miteinander verglichen, um ihre Vor- und Nachteile zu untersuchen. Außerdem werden die gewonnenen Erfahrungen beschrieben und Verbesserungsansätze vorgeschlagen. Danach wird ein kurzer Ausblick zur voraussichtlichen Entwicklung von Render-Techniken spekularer Effekte gegeben
360 degree tracking for 3D objects
No full textAugmented Reality gewinnt heutzutage immer mehr an Bedeutung in Gebieten wie der Industrie, der Medizin oder der Tourismus-Branche. Dieser Anstieg kann durch die Möglichkeit der Erweiterung der realen Welt mit weiteren Information durch Augmented Reality erklärt werden. Somit ist dieses Verfahren zu einer Methode geworden, den Informationsfluss wesentlich zu verbessern. Um ein System zu erstellen, das die reale Welt mit Zusatzinhalten erweitert, muss die Relation zwischen System und realer Welt bekannt sein. Die gängigste Methode zum Erstellen dieser Verbindung ist optisches Tracking. Das System berechnet die Relation zur realen Welt aus Kamerabildern. Dabei wird eine Referenz in der realen Welt als Orientierung genutzt. Zumeist sind dies 2D-Marker oder 2D-Texturen, die in der Szene der realen Welt platziert werden. Dies bedeutet allerdings auch einen Eingriff in die Szene. Deshalb ist es wünschenswert, dass das System ohne eine solche Hilfe arbeitet. Ein Ansatz ohne Manipulation der Szene ist Objekt-Tracking. In diesem Ansatz kann ein beliebiges Objekt als Referenz genutzt werden. Da ein Objekt viel komplexer als ein Marker oder eine Textur ist, ist es für das System schwerer, daraus eine Relation zur realen Welt herzustellen. Deshalb reduzieren die meisten Ansätze für 3D-Objekt-Tracking das Objekt, indem nicht das gesamte als Referenz dient. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung, wie ein ganzes Objekt als Referenz genutzt werden kann, sodass das System oder die Kamera sich 360 Grad um das Objekt herum bewegen kann, ohne dass das System die Relation zur realen Welt verliert. Als Basis dient das Augmented Reality-Framework "VisionLib". Verschiedene Erweiterungen wurden im Rahmen dieser Arbeit für 360-Grad-Tracking in das System integriert und analysiert. Die unterschiedlichen Erweiterungen werden miteinander verglichen. Durch das Verbessern des Reinitialisierungsprozesses konnten die besten Ergebnisse erzielt werden. Dabei werden dem System aktuelle Bilder der Szene übergeben, mit dem das System schneller eine neue Relation zur realen Welt herstellen kann, wenn diese verloren geht.Today, augmented reality is becoming more and more important in several areas like industrial sectors, medicine, or tourism. This gain of importance can easily be explained by its powerful extension of real world content. Therefore, augmented realty became a way to explain and enhance the real world information. Yet, to create a system which can enhance a scene with additional information, the relation between the system and the real world must be known. In order to establish this relationship a commonly used method is optical tracking. The system calculates its relation to the real world from camera images. To do so, a reference which is known is needed in the scene to serve as an orientation. Today, this is mostly a 2D-marker or a 2D-texture. These are placed in the real world scenery to serve as a reference. But, this is an intrusion in the scene. That is why it is desirable that the system works without such an additional aid. An strategy without manipulating the scene is object-tracking. In this approach, any object from the scene can be used as a reference for the system. As an object is far more complex than a marker, it is harder for the system to establish its relationship with the real world. That is why most methods for 3D-object-tracking reduce the object by not using the whole object as reference. The focus of this thesis is to research how a whole object can be used as a reference in a way that either the system or the camera can be moved in any 360 degree angle around the object without loosing the relation to the real world. As a basis the augmented reality framework, the so called VisionLib, is used. Extensions to this system for 360 degree tracking are implemented in different ways and analyzed in the scope of this work. Also, the different extensions are compared. The best results were achieved by improving the reinitialization process. With this extension, current camera images of the scene are given to the system. With the hek of these images, the system can calculate the relation to the real world faster in case the relation went missing