Promotionen der Fakultät für Informatik im Jahr 2013

Die Arbeit beschäftigt sich mit dem Entwerfen in Theorie und Praxis. Dabei werden die unterschiedlichen Entwurfstätigkeiten immer als eingebettet in ein Entwurfsgefüge verstanden, in dem verschiedene kooperative Disziplinen mit unterschiedlichen Bezügen, Artefakte für die zukünftige Verwendung entwerfen.

Hier geht es speziell um das kooperative Entwerfen, das von mehr als einer Person bewerkstelligt wird. Das sind oft Ingenieur und Designer, etwa Architekt und Bauingenieur oder Produktdesigner und technischer Ingenieur oder im Interaktionsdesign Designer und Informatiker. Dabei wird in der vorliegenden Arbeit Design als eine Kooperationsdisziplin und zugleich als eine Kooperationsdisziplin im Wandel dargestellt und gezeigt, wie die Zusammenarbeit mit Prototypen als manifesten Anker- und Differenzpunkten, gewinnbringender gestaltet werden kann.

Zunächst wird die Kooperation von Designer und Ingenieur zur Lösung komplexer Probleme im Allgemeinen betrachtet. Anschließend wird die entwurfspraktische Zusammenarbeit beider Berufsgruppen im Interaktionsdesign untersucht. Dabei wird vorgeschlagen, den Entwurf in Skizzen, Mock-Ups oder Prototypen als kommunikativen Bezugspunkt zu wählen. Die Dimensionen von Prototypen im Interaktionsdesign werden bestimmt und in einer Taxonomie zusammengeführt.

Abstract englisch:
Which material manifests a house? A sketch of the house? A car? A model of the car? Answering those questions is relatively simple because architecture and product design cultivate a rich and tangible tradition of prototyping and an adequate design theory.
Which material manifests an interactive system? Is it the glas of the touch screen or is it the color of the buttons? Interaction design is an emerging discipline and its accompanying design theory is even more so in its early days.

The dissertation contemplates questions of materiality in interaction design. What are interactive prototypes and how can they be sufficiently described? Which properties are inscribed and interpreted by designers, engineers, users and the environment alike? How can this knowledge be utilized for a meaningful transdisciplinary collaboration and equal participation in design processes?

The book will start with the premise, that current research positions on prototypes in interaction design are based on hypotheses that are symmetrical in construction. Contemporary prototype research in interaction design focusses on either the artefact or the designer. The proposed research strives to combine those disjunct approaches on a metatheoretical level, via Somatic-Marker-Hypothesis from Neuroscience and Actor-Network-Theory from Philosophy of Technology. This serves as a declaration basis for the symmetric posture of current research and as a point of advancement for practice based research.

A variety of empirical findings will be presented. The approach to an exhaustive working definition is building on four stages of analysis. First, this builds on the proposed theoretical framework as a structure for further analyses. In a second step, this framework was used to categorise existing dimensions of prototypes in literature. This extended literature review includes Fidelity Theories and what we call Inscription Theories as well as Form-Material Theories. In a third step, the thereby evolved categories were validated and advanced with content analysis of protocols of design processes between interaction designers and software engineers. In a final step the vocabulary was validated and advanced with of expert interviews.

Gegenstand der vorliegenden Dissertation ist die Entwicklung von Kalibrierverfahren und Algorithmen zur Bildverarbeitung im Kontext von Multiprojektorsystemen mit dem Ziel, die Einsatzmöglichkeiten von derartigen Anlagen zu erweitern und die Nutzerakzeptanz solcher Systeme zu steigern. Die Arbeit konzentriert sich dabei insbesondere auf (annähernd) planare Mehrsegment-Projektionsanlagen, die aus preisgünstigen, nicht speziell für den Visualisierungsbereich konzipierten Consumer- und Office-Projektoren aufgebaut werden.
Im ersten Teil der Arbeit werden bestehende Verfahren zur geometrischen Kalibrierung, zum Edge-Blending sowie zur Helligkeits- und Farbanpassung auf ihre Eignung im Hinblick auf die Anforderungen untersucht und Erweiterungen entwickelt. Für die kamerabasierte Geometrie- Kalibrierung wird mit Lininenpattern gearbeitet, wobei ein effizienter rekursiver Algorithmus zur Berechnung der Schnittpunkte bei leicht gekrümmten Oberflächen vorgestellt wird. Für das Edge-Blending wird ein generalisiertes Modell entwickelt, das mehrere bestehende Ansätze kombiniert und erweitert. Die vorgenommene Modifikation der Distanzfunktion erlaubt insbesondere die bessere Steuerung des Helligkeitsverlaufs und ermöglicht weichere Übergänge an den Grenzen der Überlappungszonen. Es wird weiterhin gezeigt, dass das Edge-Blending mit bestehenden Ansätzen zum Ausgleich der Helligkeitsunterschiede wie Luminance Attenutation Maps kombiniert werden kann.
Für die photometrische Kalibrierung ist die Kenntnis der Farb-Transferfunktion, also der Abbildung der Eingabe-Farbwerte auf die tatsächlich vom Projektor erzeugten Ausgaben, unerlässlich. Die herkömmlichen Ansätze betrachten dabei vorwiegend RGB-Projektoren, bei denen die dreidimensionale Transferfunktion in drei eindimensionale Funktionen für jeden Farbkanal zerlegt werden kann. Diese Annahme trifft jedoch auf die betrachteten Projektoren meist nicht zu. Insbesondere DLP-Projektoren mit Farbrad verfügen oft über zusätzliche Grundfarben, so dass der Farbraum deutlich von einem idealen RGB-Modell abweicht. In dieser Arbeit wird zunächst ein empirisches Modell einer Transferfunktion vorgestellt, das sich für derartige Projektoren besser eignet, allerdings die Helligkeit der Projektoren nicht vollständig ausnutzt. Im zweiten Teil der Arbeit wird ein kamerabasiertes Messverfahren entwickelt, mit dem direkt die dreidimensionale Farb-Transferfunktion ermittelt werden kann. Gegenüber bestehenden Verfahren werden tausende von Farbsamples gleichzeitig erfasst, so dass die erreichbare Sampledichte unter praxisrelevanten Messbedingungen von 17x17x17 auf 64x64x64 erhöht und damit die Qualität der photometrischen Kalibrierung signifikant gesteigert werden kann. Weiterhin wird ein Schnellverfahren entwickelt, dass die Messungsdauer bei 17x17x17 Samples von mehreren Stunden mit bisherigen Verfahren auf weniger als 30 Minuten reduziert.
Im dritten Teil werden Algorithmen zur effizienten Bildverarbeitung entwickelt, die der GPU-basierten Anwendung der Kalibrierparameter auf die darzustellenden Bilddaten in Echtzeit dienen. Dabei werden die Möglichkeiten zur Vermeidung redundanter Berechnungsschritte beim Einsatz Stereoskopiefähiger Projektoren ausgenutzt. Weiterhin wird das eigentliche Kalibrierverfahren effizient mit Verfahren zur Konvertierung von stereoskopischen Bildverfahren kombiniert. Es wird gezeigt, dass ein einzelner PC aus Standardkomponenten zur Ansteuerung einer Mehrsegment-Projektionsanlage mit bis zu 6 Projektoren ausreicht. Die Verwendung von DVI-Capture-Karten ermöglicht dabei den Betrieb einer solchen Anlage wie einen "großen Monitor" für beliebige Applikationen und Betriebssysteme.

Der weltweit steigende Bedarf an Energie und natürlichen Ressourcen, insbesondere an fossilen Brennstoffen und seltenen Metallen, sowie die angestrebte Reduktion des CO2-Ausstoßes führen zu steigenden Preisen für Energie und Rohstoffe. Der Energie- und Ressourcenbedarf muss daher neben der Funktionalität und den Kosten eines technischen Produkts in Planungs- und Entwicklungsprozesse einbezogen werden. Für eine Minimierung des Energie- und Ressourcenbedarfs sind insbesondere die frühen Phasen der Produktentwicklung von großem Interesse, da in diesen Phasen die wesentlichen Eigenschaften eines Produkts für den gesamten Lebenszyklus zu großen Teilen festgelegt werden. Durch die Forderung nach kürzeren Markteinführungszeiten bei gleichzeitigem Anstieg der Komplexität technischer Produkte ist der Einsatz von Softwaresystemen zur Unterstützung der Planungs- und Entwicklungsprozesse unabdingbar.
Die Zielstellung der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung und Realisierung von Methoden und Verfahren zur softwaretechnischen Unterstützung ausgewählter Abläufe der Produktentwicklung. Die gewählten Abläufe sind die Ausarbeitung von Anforderungsspezifikationen für technische Produkte, die Priorisierung von Anforderungen sowie die Analyse und Bewertung des Energiebedarfs von Werkzeugmaschinen. Der Schwerpunkt der Methoden und Verfahren liegt einerseits auf der Strukturierung und Koordinierung der Zusammenarbeit von Domänenexperten in den ausgewählten Abläufen der Produktentwicklung und andererseits auf der Erweiterung der Abläufe um Energie- und Ressourcenbetrachtungen. Die softwaretechnische Unterstützung der gewählten Abläufe ermöglicht es, die Komplexität der zu entwickelnden Produkte beherrschbar zu machen und den manuellen Aufwand der Domänenexperten in den Abläufen zu verringern.

In die Infrastruktur unserer Gesellschaft sind komplexe IT-Systeme fest eingebettet. Die Verbreitung und Verstetigung von IT-Systemen betrifft zentrale Bereiche unserer Gesellschaft beispielsweise Verkehrs-, Finanz- oder Gesundheitssystem. Lange Zeit standen funktionale Aspekte bei der Entwicklung informationstechnischer Systeme im Vordergrund. In den letzten Jahren haben sich jedoch nichtfunktionale Eigenschaften von IT-Systemen wie Robustheit zu unverzichtbaren Schlüsseleigenschaften in einer Vielzahl von Anwendungsfeldern entwickelt. Ziel der Forschungsarbeit ist es ein Konzept für die Systemeigenschaft Robustheit zu entwickeln. Dabei umfasst der vorgestellte Ansatz zwei wesentliche Problemstellungen: Bewertung der Robustheit und Robustheit durch Verhaltensadaption.

In dieser Arbeit wird ein Konzept zur Validierung vorgestellt, mit demeine bestimmte Klasse komplexer Systeme, so genannte Dienstbereitstellende Systeme, durch automatisiertes Testen überprüft werden kann. Das zu testende System wird komplett gekapselt und lediglich die funktionalen Schnittstellen als Dienste betrachtet. Die Nutzung dieser Dienste durch beliebige, heterogene Klienten ist als Last quantifzierbar. Eine Validierung besteht darin, die verschiedenen Dienste des zu testenden Systemes über die Laufzeit mit verschiedenen Lasten zu beaufschlagen und die Ergebnisse zu überprüfen. Zur Vereinfachung des Validierungsprozesses wird die Ausführung automatisiert. Alle relevanten Parameter werden in einem aufwändigen Modell zusammengefasst. Zur dynamischen Festlegung der durch den jeweiligen Klienten zu erzeugende Lasten ergibt sich ein nichtlineares Optimierungsproblem, Testpartitionierung genannt, welches mit einer Heuristik gelöst werden kann und die Testbench somit zur Laufzeit auf dynamische Änderungen reagieren kann. Die Testbench wird sowohl theoretisch wie auch anhand eines praktischen Beispiels analysiert.