Informatik
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Metahumans ist ein innovatives Framework für die Unreal Engine, das hochgradig realistische digitale Charaktere zur Verfügung stellt. Metahumans zeichnen sich durch eine vollständige Control Rig aus, die es Entwicklern ermöglicht, vorgefertigte Animationen zu nutzen und sie nach Bedarf anzupassen und zu erweitern.
Im Rahmen dieser wissenschaftlichen Arbeit wird die Anwendung von Metahumans in der virtuellen Umgebung der Unreal Engine 5 untersucht. Das Hauptziel besteht darin, die Fähigkeit eines Metahumans zu untersuchen, mittels eines herkömmlichen Virtual Reality Headsets mithilfe von Motion Tracking gesteuert und animiert zu werden. Dabei wird speziell auf die Verwendung von Inverse Kinematics als Methode zur Erzeugung möglichst natürlicher Bewegungsabläufe eingegangen. Zusätzlich wird angestrebt, die Interaktion zwischen verschiedenen Metahuman-Avataren in einer Online-Sitzung zu ermöglichen.
Um den Einfluss auf das Immersionserlebnis der Benutzerinnen und Benutzer zu analysieren, werden Probandinnen und Probanden eingeladen, ihre Nutzererfahrungen zu evaluieren. Zu diesem Zweck werden zwei vergleichbare Level erstellt: eines in der Unreal Engine mit Metahumans und das andere in Unity mit den Meta Avataren von Oculus.
Diese wissenschaftliche Untersuchung zielt darauf ab, ein umfassendes Verständnis für die Leistungsfähigkeit von Metahumans zu erlangen, insbesondere im Vergleich zu anderen Avatar-Systemen.
Im Fachbereich der Computerlinguistik ist die automatische Generierung von Szenen aus, in natürlicher Sprache verfassten, Text seit bereits vielen Jahrzehnten ein wichtiger Bestandteil der Forschung, welche in der "Kunst", "Lehre" und "Robotik" Verwendung finden. Mit Hilfe von neuen Technologien im Bereich der Künstlichen Intelligenzen (KI), werden neue Entwicklungen möglich, welche diese Generierungen vereinfachen, allerdings auch undurchsichtige interne vom Modell getroffene Entscheidungen fördern.
Ziel der vorgeschlagenen Lösung „ARES: Annotation von Relationen und Eigenschaften zur Szenengenerierung“ ist es, ein modulares System zu entwerfen, wobei einzelne Prozesse für den Benutzer verständlich bleiben. Außerdem sollen Möglichkeiten geboten werden, neue Entitäten und Relationen, welche über die Textanalyse bereitgestellt werden, auch in die Szenengenerierung im dreidimensionalen Raum einzupflegen, ohne dass hierfür Code zwingend notwendig wird.
Der Fokus liegt auf der syntaktisch korrekten Darstellung der Elemente im Raum. Dagegen lässt sich die semantische Korrektheit durch weitere manuelle Anpassungen, welche für spätere Generierungen gespeichert werden erhöhen. Letztlich soll die Menge der zur Darstellung benötigten Annotationen möglichst gering bleiben und neue szenenbezogene Annotationen durch die implementierten Annotationstools hinzugefügt werden.
In der Arbeit wird das Certainty-Tool, eine Erweiterung für den Unity-basierten Teil des Stolperwege Projektes, vorgestellt. Dieses verfolgt die Idee des VAnnotatoR weiter und erlaubt die Visualisierung von informationeller Ungewissheit der im Stolperwege-Praktikum digital rekonstruierten Gebäude. Dabei inkorporiert das Tool das Konzept hinter BIM (Building Information Modelling), eine neuartige Methode der Planung in der AEC-Branche, welches ein Selbstbewusstsein von Informationen für Teile eines Gebäudes ermöglicht. Dabei werden im Certainty-Tool Stufen der informationellen Ungewissheit entwickelt und diese auf Teile des Gebäudes zugewiesen. Das Tool wird anhand einer digitalen Rekonstruktion des zerstörten Rothschild-Palais vorgestellt. Des Weiteren wurde eine Evaluation basierend auf der Usability Metric for User Experience durchgeführt und weiterführende Entwicklungen und Verbesserungen des Tools diskutiert.
Die allgemein steigende Komplexität technischer Systeme macht sich auch in eingebetteten Systemen bemerkbar. Außerdem schrumpfen die Strukturgrößen der eingesetzten Komponenten, was wiederum die Auftrittswahrscheinlichkeit verschiedener Effekte erhöht, die zu Fehlern und Ausfällen dieser Komponenten und damit der Gesamtsysteme führen können. Da in vielen Anwendungsbereichen ferner Sicherheitsanforderungen eingehalten werden müssen, sind zur Gewährleistung der Zuverlässigkeit flexible Redundanzkonzepte nötig.
Ein Forschungsgebiet, das sich mit Methoden zur Beherrschung der Systemkomplexität befasst, ist das Organic Computing. In dessen Rahmen werden Konzepte erforscht, um in natürlichen Systemen beobachtbare Eigenschaften und Organisationsprinzipien auf technische Systeme zu übertragen. Hierbei sind insbesondere sogenannte Selbst-X-Eigenschaften wie Selbstorganisation, -konfiguration und -heilung von Bedeutung.
Eine konkrete Ausprägung dieses Forschungszweigs ist das künstliche Hormonsystem (artificial hormone system, AHS). Hierbei handelt es sich um eine Middleware für verteilte Systeme, welche es ermöglicht, die Tasks des Systems selbstständig auf seine Prozessorelemente (PEs) zu verteilen und insbesondere Ausfälle einzelner Tasks oder ganzer PEs automatisch zu kompensieren, indem die betroffenen Tasks auf andere PEs migriert werden. Hierbei existiert keine zentrale Instanz, welche die Taskverteilung steuert und somit einen Single-Point-of-Failure darstellen könnte. Entsprechend kann das AHS aufgrund seiner automatischen (Re)konfiguration der Tasks als selbstkonfigurierend und selbstheilend bezeichnet werden, was insbesondere die Zuverlässigkeit des realisierten Systems erhöht. Die Dauer der Selbstkonfiguration und Selbstheilung unterliegt zudem harten Zeitschranken, was den Einsatz des AHS auch in Echtzeitsystemen erlaubt.
Das AHS nimmt jedoch an, dass alle Tasks gleichwertig sind, zudem werden alle Tasks beim Systemstart in einer zufälligen Reihenfolge auf die einzelnen PEs verteilt. Häufig sind die in einem System auszuführenden Tasks jedoch für das Gesamtsystem von unterschiedlicher Wichtigkeit oder müssen gar in einer bestimmten Reihenfolge gestartet werden.
Um den genannten Eigenschaften Rechnung zu tragen, liefert diese Dissertation gegenüber dem aktuellen Stand der Forschung folgende Beiträge:
Zunächst werden die bisher bekannten Zeitschranken des AHS genauer betrachtet und verfeinert.
Anschließend wird das AHS durch die Einführung von Zuteilungsprioritäten erweitert: Mithilfe dieser Prioritäten kann eine Reihenfolge definiert werden, in welcher die Tasks beim Start des Systems auf die PEs verteilt beziehungsweise in welcher betroffene Tasks nach einem Ausfall auf andere PEs migriert werden.
Die Zeitschranken dieser AHS-Erweiterung werden im Detail analysiert.
Durch die Priorisierung von Tasks ist es möglich, implizit Teilmengen von Tasks zu definieren, die ausgeführt werden sollen, falls die Rechenkapazitäten des Systems nach einer bestimmten Anzahl von PE-Ausfällen nicht mehr ausreichen, um alle Tasks auszuführen: Die im Rahmen dieser Dissertation entwickelten Erweiterungen erlauben es in solchen Überlastsituationen, das System automatisch und kontrolliert zu degradieren, sodass die wichtigsten Systemfunktionalitäten lauffähig bleiben.
Überlastsituationen werden daher im Detail betrachtet und analysiert. In solchen müssen gegebenenfalls Tasks niedriger Priorität gestoppt werden, um auf den funktionsfähig verbleibenden PEs hinreichend viel Rechenkapazität zu schaffen, um Tasks höherer Priorität ausführen zu können und das System so in einen wohldefinierten Zustand zu überführen. Die Entscheidung, in welcher Reihenfolge hierbei Tasks gestoppt werden, wird von einer Task-Dropping-Strategie getroffen, die entsprechend einen großen Einfluss auf die Dauer einer solchen Selbstheilung nimmt.
Es werden zwei verschiedene Task-Dropping-Strategien entwickelt und im Detail analysiert: die naive Task-Dropping-Strategie, welche alle niedrigprioren Tasks auf einmal stoppt, sowie das Eager Task Dropping, das in mehreren Phasen jeweils höchstens eine Task pro PE stoppt. Im Vergleich zeigt sich, dass von letzterem fast immer weniger Tasks gestoppt werden als von der naiven Strategie, was einen deutlich schnelleren Abschluss der Selbstheilung ermöglicht. Lediglich in wenigen Sonderfällen ist die naive Strategie überlegen.
Es wird detailliert gezeigt, dass die entwickelte AHS-Erweiterung auch in Überlastsituationen die Einhaltung bestimmter harter Zeitschranken garantieren kann, was den Einsatz des erweiterten AHS in Echtzeitsystemen erlaubt.
Alle theoretisch hergeleiteten Zeitschranken werden durch umfassende Evaluationen vollumfänglich bestätigt.
Abschließend wird das erweiterte, prioritätsbasierten AHS mit verschiedenen verwandten Konzepten verglichen, um dessen Vorteile gegenüber dem Stand der Forschung herauszuarbeiten sowie zukünftige vertiefende Forschung zu motivieren.
In dieser Arbeit werden 4,6 Millionen englische Tweets, welche das Keyword „Bitcoin“ enthalten, analysiert und der Zusammenhang zwischen dem Sentiment der Tweets und den Renditen des Bitcoin untersucht. Zur Bestimmung der Sentiment-Klassen werden Text-Klassifizierer mit verschiedenen Ansätzen, darunter auch auf Convolutional Neural Networks und Transformern basierende Modelle, in diesem Kontext evaluiert und optimiert. Es wird außerdem ein Meta-Modell konstruiert, welches beim Problem der Sentiment-Klassifikation von Tweets in drei Klassen {Positiv, Negativ, Neutral} in der betrachteten Domäne besser abschneidet, als die anderen begutachteten Modelle. Bezüglich des Zusammenhangs wird im Speziellen auch der Einfluss von Merkmalen der Tweets und ihrer Verfassern anhand der Distanzkorrelation untersucht.