73 research outputs found
Design Recommendations for Augmented Reality based Training of Maintenance Skills
No full textTraining for service technicians inmaintenance tasks is a classical application field of Augmented Reality explored by different research groups. Mostly technical aspects (tracking, visualization etc.) have been in focus of this research field. In this chapter we present results of interdisciplinary research based on the fusion of cognitive science, psychology and computer science. We focus on analyzing the improvement of Augmented Reality based training of skills which are relevant for maintenance and assembly tasks. The skills considered in this work comprise sensorimotor skills as well as cognitive skills. Different experiments have been conducted in order to find recommendations for the design of Augmented Reality training systems which overcome problems of existing approaches. The suggestions concern the fields of content visualization and multimodal feedback
Towards automatic generation of multimodal AR-Training applications and workflow descriptions
No full textAugmented Reality (AR) is a technology which has
become very popular in the last years. In this context also the
idea of using of AR for training applications has become very
important. AR offers a large potential for training only if the
training is well focused to the skills that have to be trained
and if the training protocol is well designed. On the other
hand, the generation of the training content to be transferred
via AR is a comprehensive problem that is addressed in this
paper.
Thus, this paper tries to describe the whole chain of
implementations and general aspects involved in the creation
of AR training applications, including examples for used
multimodal devices. This chain starts with the capturing of
expert actions to be hold in the "digital representation of skill". The digital representation of skill is transferred to the
training protocol that specifies the storyboard of the AR
training session.
The paper includes two different implementations of AR
training systems
and describes the general idea of
informational abstraction from low level data up to
interaction and from design to application
A Multimodal Training Platform for Minimally Invasive Robotic Surgery
No full textAbstract— This paper gives an overview of a multimodal
training platform developed for minimally invasive robotic
surgery, based on the DLR MiroSurge system. It describes the
technological components and integration of the hardware and
software platform and presents the first integrated training
tasks that enable surgeons to get familiar with the robotic
system. The training platform shares the same surgical operator
workstation as MiroSurge and simulates the behaviour of the
telemanipulator arms and the surgical instruments. Like the
real system the training platform provides haptic feedback and
3D-vision. However instead of the real telemanipulator itself,
a virtual environment with abstracted tasks is connected to
the operator workstation. This allows reduction in costs, to
provide various levels of difficulty, and to focus on the skills
to be taught. Thus a training platform is presented that aims
at training a surgeon’s skills in handling the robotic system
MiroSurge rather than training surgery in general
Virtuelle Endoskopie
No full textIn dieser Arbeit wird zunächst der aktuelle Stand der Technik im Bereich der Virtuellen Endoskopie vorgestellt, darauf aufbauend wird ein Konzept zur Generierung von virtuellen Endoskopien präsentiert und implementiert. Basierend auf der Technik des Keyframing wird die manuelle Planung von Kameraflügen und die anschließende Generierung von Animationen ermöglicht. Dazu können mittels eines Volumenrenderers Schlüsselpositionen für einen Kameraflug durch anatomischen Strukturen markiert und in die Keyframes übernommen werden. Mit Hilfe des Kochanek-Bartels-Splines wird eine geglättete Kurve, die nachträglich modifiziert werden kann, durch die Schlüsselpositionen gelegt und für die Berechnung der Kamerapositionen verwendet. Die Einführung einer flexiblen virtuellen Kamera ermöglicht in den Keyframes eine unabhängige Definition von Bewegungsrichtung, Geschwindigkeit und Orientierung und somit für den Anwender die Möglichkeit einer individuellen Steuerung. Für eine weiche Interpolation der Kamera-Orientierung wird ein Verfahren basierend auf einem Look-At-Spline vorgestellt. Die gezielte Festlegung der Kameraeigenschaften erlaubt eine wesentlich verbesserte Beobachtung relevanter Details und trägt so zu einer gesteigerten Qualität der Animationen bei. Um abrupte Änderungen der Kamera-Orientierung zu reduzieren wurde ein Verfahren entwickelt, das auf der Berechnung des Kamera-Koordinatensystems mit einem festen Aufwärtsvektor basiert. Jedem Keyframe kann außerdem ein Etikett zugeordnet werden, das sowohl die Verwendung der Liste der Keyframes erleichtert, als auch Informationen in einer Animation zur Verfügung stellt. Mit Hilfe der Keyframes können die Einstellungen der virtuellen Kamera für jedes Bild eines Kamerafluges berechnet werden (Inbetweening). Diese dienen als Grundlage für die Durchführung von Kontrollsequenzen und auch der Berechnung der fertigen Animation
RIJEČ "VINOGRADAR" KAO PRIMJER ZA PROUČAVANJE ODNOSA IZMEĐU JUŽNIH I ISTOČNOSLAVENSKIH JEZIKA
No full textIn mittelalterlichen Kontaktsituationen sind die Südslaven Geber, die Ostslaven Empfänger. Einige besondere Beispiele (vor allem der Codex Marianus) verdienen weitere Forschungsarbeit. In der Neuzeit kehren sich die Verhältnisse um. Die Geschichte des Wortes 'vinogradar' zeigt, daß man zunächst die Binnenentwicklung der ostslavischen Schriftsprachen berücksichtigen muß, im Rahmen derer die russische Sprache im Moskauer Staat im 17. Jahrhundert aus der ukrainischen Sprache Wörter entlehnt (so genannter 3. südslavischer Einfluß). Das Problem von Entlehnungsprozessen aus den ostslavischen Sprachen nach Kroatien wird unter dem Gesichtspunkt seiner kulturpolitischen Voraussetzungen behandelt. Diese unterscheiden sich von den Gegebenheiten in Serbien. Der konkrete Fall des 'vinogradar' zeigt, daß für Serbien eine diskontinuierliche Entwicklung mit einer Rückentlehnung des Wortes aus Rußland vorliegt. Für den katholischen Raum ergibt sich für das Beispiel 'vinogradar', daß die Entwicklung bis zum Ende des 18. Jahrhunderts völlig ohne Beeinflussung aus dem orthodoxen Kulturkreis verlaufen sein kann. Potentielle Einfallstore nach Kroatien sind neben Slovenien das Montenegro mit seinen Kontakten zu Dubrovnik und vor allem die ukrainisierten liturgischen Texte der Glagoliten. D.h. daβ auch die kroatische Sprache potentiell diskontinuierliche Entwicklungen durchlaufen kann. Identische Resultate der kroatischen und serbischen Entwicklungen müssen nicht unbedingt auf eine unmittelbare Kontaktsituation zurückgehen. Der vinogradar ist im slavisch-germanischen Kontaktbereich in das Slovenische gelangt und von dort über kirchenslavische Handschriften nach Bulgarien und Serbien vermittelt worden. Aus Bulgarien oder Serbien kann das Wort sehr früh in den ostslavischen Raum weitervermittelt worden sein.U srednjovjekovnim jezičnim kontaktima južni su Slaveni davatelji, a istočni su Slaveni prirnatelji. Neki posebni primjeri (osobito Marijinsko evanđelje) vrijedni su daljnjih istraživanja. U novije doba utjecaji su obratni. Tradicija riječi 'vinogradar' pokazuje da treba imati na umu unutrašnji razvitak istočnoslavenskih jezika, u okviru kojeg moskovski ruski jezik posuđuje riječi iz ukrajinskog jezika (takozvani treći južnoslavenski utjecaj na velikoruski jezik). Obrađuje se proces posuđivanja riječi iz istočnoslavenskih jezika u hrvatski prema kriteriju kulturnopolitičkih veza, koje se razlikuju od onih u Srbiji. Za riječ 'vinogradar' pokazuje se da je razvitak u Srbiji isprekidan i da se riječ preuzima iz Rusije. Za katoličku sredinu 'vinogradar' pokazuje da mogu postojati razvojne tradicije bez utjecaja iz pravoslavne sredine do kraja 18. stoljeća. Mogući izvori za riječi u Hrvatskoj jesu, osim Slovenije, Crna Gora sa svojim kontaktima s Dubrovnikom i ukrajinizirani liturgijski tekstovi glagoljaša. To znači da mogu postojati isprekidane strukture u tradiciji riječi i u povijesti hrvatskoga jezika. Identičan rezultat razvitka u Hrvatskoj i u Srbiji nije obavezno posljedica direktnoga posuđivanja. Riječ 'vinogradar' dospjela je u slovenski i hrvatskokajkavski jezik putern slovensko-germanskih kontakata, pa je odande proslijeđena dalje u Bugarsku i Srbiju kroz crkvenoslavenske rukopise. Iz Bugarske i Srbije mogla je vrlo rano biti preuzeta u istočnoslavenski jezični prostor
Simulation von Belastungsverteilungen der Wirbelsäule mit Hilfe von FEM
No full textDie Finite Element Methode ist ein Verfahren, um das mechanische Verhalten von Materialien numerisch zu beschreiben. In den Ingenieurswissenschaften wird sie seit circa 20 Jahren eingesetzt und hat sich in der Forschung und der Praxis bewährt. Da in medizinischen Simulationen und Planungssystemen heute dazu übergegangen wird auch die Gewebeeigenschaften zu simulieren, bietet es sich an, mit der Finite Element Methode ein ausgereiftes Verfahren zu verwenden. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Verfahrens, mit dessen Hilfe die Belastung von Bandscheiben individuell, d. h. an patientenspezifischen Daten, simuliert werden kann. Dazu ist es nötig ein FEM-Gitter, beruhend auf patientenspezisischen Daten, zu erzeugen, ein Materialmodell zu entwickeln, das die Eigenschaften von Bandscheibengewebe nachbildet, und die Randbedingungen des gesamten Modells zu bestimmen. Anschließend soll die Integration in ein bestehendes Operationsplanungssystem möglich sein. Zur Erzeugung des FEM-Gitters wurden CT-Daten verwendet, aus denen zunächst ein dreidimensionales geometrisches Modell abgeleitet wurde. Aus diesem 3D-Modell wurde ein FEM-Gitter erzeugt, welches die Bedingungen erfüllt, die von den numerischen Algorithmen gestellt werden. Da die Anwendung der Finite Element Methode auf biologisches Gewebe bisher nicht weit verbreitet ist, mußten ein geeignetes Gewebemodell und die zugehörigen Parameter ausgewählt werden. Es wurden verschiedene Materialmodelle untersucht und schließlich das am besten geeignete, anisotrope Modell ausgewählt. Desweiteren wurden Randbedingungen festgelegt, die das Anbringen der Kräfte, die Lagerung des Gesamtmodells, bzw. die Kopplung der einzelnen Modellteile bestimmen. Zur Berechnung der auftretenden Kräfte wurde ein biomechanisches Modell eines Bewegungssegmentes der Wirbelsäule erstellt. Anhand dieses Modells wurden verschiedene Bewegungen bzw. Belastungen simuliert und die auftretenden Kräfte berechnet. Diese Belastungen dienten neben der Geometrie, der Randbedingungen und der Gewebeeigenschaften als Eingabegrößen für die verwendete FEM-Software (ANSYS). Mit Hilfe der Berechnungen konnten die Belastungen und deren Verteilung auf der Bandscheibenoberfläche berechnet werden. Die Ergebnisse können im Volumenrenderer visualisiert und mit den Tomographiedaten des Patienten überlagert werden. Das vorgestellte Verfahren erlaubt es, die Belastungen in den Bandscheiben zu quantifizieren und deren Verteilung darzustellen. Als Weiterentwicklung ist die Integration in ein Operationsplanungssystem denkbar, wodurch nicht nur der tatsächliche Zustand simuliert werden kann, sondern auch der potentielle Zustand nach einer Bandscheibenoperation unter Berücksichtigung der einsetztbaren Implantate. So könnte der Erfolg einer Operation im voraus besser abgeschätzt werden
Interaktionsparadigmen zur Erstellung von Annotationen in immersiven Umgebungen
No full textDie Arbeit beschäftigt sich mit der Konzeption eines Systems zur Erstellung von Annotationen in immersiven Umgebungen unter der Verwendung VR spezifischer Interaktionsmetaphern. In diesem Zusammenhang wurde ein Annotationssystem entwickelt, das unter Verwendung VR spezifischer Interaktionsmetaphern die Dokumentation von Ergebnisprotokollen innerhalb der VR Umgebung unterstützt. Das System beinhaltet das Erstellen von Annotationen unterschiedlicher Art (Text, Skizze, Symbol, Audio, etc.), verschiedene Formen zur Darstellung der Anmerkungen, sowie das Erzeugen und Einlesen eines Protokolls über alle vorhandenen Annotationen. Das Konzept wurde innerhalb des VR-Systems AVALON implementiert und getestet
Echtzeitsimulation eines chirurgischen Eingriffs mit dem Lasersystem zur Integration in einen Endoskopiesimulator
No full textDevelopment of a robust registration method for computer assisted surgery
No full textCurrent developments in surgery and computer science expose many new technologies and techniques. In the context of minimal invasive surgery, the surgeon is using very small instruments, which are inserted into patient's body through ports. The disadvantage of new surgical approaches like minimal invasive techniques is the more difficult intraoperative orientation for the surgeon, based on intraoperative sensors that delivers only a small part of the intraoperative situation. To assist the surgeon also preoperative data will be acquired. Those data can be used in combination with techniques of augmented reality to enhance the field of view of the surgeon. Registration aims to close the gap between the preoperative operating planning scenario and the intraoperative support based on that information during operation. The developed registration algorithm calculates the transformation that maps preoperative data onto intraoperative data. The main idea is not to calculate the transformation in a traditional way by building point correspondences on both data sets based on minimal distances, like the Iterative Closest Point-algorithm. The developed algorithm instead characterizes preoperative and intraoperative surface data to build the desired correspondences between both data sets. Those characteristics can be created for vertices for example and encodes the local neighborhood around such vertices. The integration of additional information, like directed characteristics or histological information, is simple and has been used to enhance the accuracy and performance of the algorithm
Real-time rendering of volumetric tomography data for the integration into a surgical simulator
No full textOver the last fifteen years volume rendering have become an important part of examining, exploring and evaluating volume data. Huge medical datasets generated by Computed Tomography (CT) or Magnetic Resonance Imaging (MRI) have with volume rendering been made possible to explore in 3D. Even interaction with the data is today possible and it has been shown that this is of great value when diagnosing, practicing and/or learning. In order to make interactive volume rendering possible a range of sophisticated methods have been developed. Often high-end graphic hardware are applied when developing applications for 3D volume rendering. This is an obstacle when it comes to integrating the techniques into the normal hospital environment. It would be preferable if the applications are general enough to run on standard computers. In this thesis a volume renderer for standard computers with good visual result and a relatively high update rate, sufficient for interaction, is developed. The last years tremendous development of graphic hardware have made it possible to write programs, so called shaders, directly communicating with the graphic pipeline. The developed renderer employs the use of such shaders because of its superiority in speed to normal software rendering. One purpose for the renderer is that it will be used for exploring medical data as a part of a project between Fraunhofer Institut and the Hospital of Mainz
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