Kaiserslautern - Fachbereich Informatik
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Faculty / Organisational entity
Partitioned chain grammars
(1979)
This paper introduces a new class of grammars, the partitioned chain grammars, for which efficient parsers can be automatically generated. Besides being efficiently parsable these grammars possess a number of other properties, which make them very attractive for the use in parser-generators. They for instance form a large grammarclass and describe all deterministic context-free languages. Main advantage of the partitioned chain grammars however is, that given a language it is usually easier to describe it by a partitioned chain grammar than to construct a grammar of some other type commonly used in parser-generators for it.
This article describes the basic concepts of an extensible customizable knowledge-basedgraphical editor and its adoption to the DOCASE methodology and tool environment. Oneaspect in this field is the mapping of conceptual models (expressed in a specific language)to their graphical representations. This also has impacts to the semantic of the user actionsin a graphical editor tool. The ability to extend and customize the editor can be used tobuild specific graphical interfaces to various kinds of tools in the software developmentprocess. Major aspects of ODE are semantics-directed editing besides normal syntax-directed editing, support of abstraction mechanisms, multiple modeless views to attack com-plexity, semantic analization and animation. The result is an highly customizable graphicaleditor construction set that matches requirements of applications in many domains of systemdesign.
Based on the experiences from an autonomous mobile robot project called MOBOT-III, we found hard realtime-constraints for the operating- system-design. ALBATROSS is "A flexible multi-tasking and realtime network-operating-system-kernel". The focusin this article is on a communication-scheme fulfilling the previous demanded assurances. The centralchapters discuss the shared buffer management and the way to design the communication architecture.Some further aspects beside the strict realtime-requirements like the possibilities to control and watch a running system, are mentioned. ALBATROSS is actually implemented on a multi-processor VMEbus-system.
On-line Kollisionserkennung mit hierarchisch modellierten Hindernissen für ein Mehrarm-Robotersystem
(1991)
Dieses Kapitel gliedert sich in drei Teile. Zuerst wird die Vorgehensweise in dieser Diplomarbeit zusammengefaßt. Dann folgen die gewonnenen Schlußfolgerungen mit einer Bewertung der verglichenen Ansätze. Der letzte Teil ist ein Ausblick auf die möglichen Anwendungen der Ergebnisse dieser Arbeit. Methodik Bei der Aufgabe, eine on-line Kollisionserkennung mit hierarchisch modellierten Hindernissen für ein Mehrarm-Robotersystem zu untersuchen, wurden folgende Schritte vorgenommen: " Klassifizierung der bisherigen Ansätze zur Beschleunigung der Kollisionserkennung mit einem Arm. Dabei wurde unterschieden zwischen dem Einsatz-Zeitpunkt und der Methode der Ansätze. " Modifikation des Weltmodells der Kollisionserkennung für den Einsatz von mehreren Roboterarmen. Kollisionsklassen wurden in einer formalen Darstellung eingeführt und ihre Eigenschaften betrachtet. " Untersuchung der Approximation von Objekten (z. B. Armsegmente und Hindernisse) durch Primitive. Dabei wurden Algorithmen zur Berechnung der Approximationen entworfen und implementiert. Unterschiedliche Strategien zur Abstandsberechnung mit Primitiven-Approximationen wurden entwickelt. " Untersuchung und Erweiterung der hierarchischen Modellierung für den Einsatz bei bewegten Objekten (wie z. B. Roboterarmen). Dazu wurden eine on-line Aktualisierung der Geometrie und eine Auswahl der optimalen Baumstruktur eingesetzt. " Implementierung der bisherigen und eigenen Beschleunigungs-Ansätze. Für die Durchführung von Experimenten wurden die Ansätze in ein Simulationssystem eingebunden und das Simulationssystem erweitert. " Vergleich und Bewertung der Beschleunigungs-Ansätze durch Messung von Laufzeiten und Qualität der resultierenden Abstandsvektoren. Untersuchung anderer einflußnehmender Parameter, wie z. B. der Sicherheitsabstand oder die Frequenz (Schrittweite) der Kollisionserkennung. Schlußfolgerungen Die Untersuchung der implementierten Ansätze zur on-line Kollisionserkennung erlaubt folgende Bewertung und Folgerungen: " Die on-line Kollisionserkennung mit Abstandsvektoren für mehrere Arme ist bei der Verwendung der entsprechenden Beschleunigungs-Ansätze möglich. Die Berechnungszeit pro Bewegungsschritt liegt im Bereich von wenigen Millisekunden. " Die eingeführte Unterteilung der Umwelt in Kollisionsklassen schafft einen einfachen Mechanismus zur Kollisionserkennung in Szenen mit mehreren bewegten Objekten. Die Kollisionsklassen ermöglichen eine systematische Kollisionserkennung für ein Mehrarm-Robotersystem. " Der Vergleich der Primitiven-Approximationen zeigt, daß der ausschließliche Einsatz der Bounding-Box als Primitiv zu besseren Ergebnissen führt als der Einsatz von mehreren Primitiven wie z. B. in [Adolphs]. Die Verbesserungen betreffen den Aufwand der Abstandsberechnung und die Qualität des Abstandsvektors. " Schon bei wenigen Objekten empfiehlt sich eine hierarchische Darstellung zur Beschleunigung der Kollisionserkennung, da sie zu sehr schnellen Abstandsberechnungen führt. Vor allem bei Szenen mit vielen Objekten ist eine hierarchische Darstellung unverzichtbar. " Durch das neue Konzept der dynamischen Hierarchien ist eine hierarchische Modellierung auch für bewegte Objekte möglich. Die dynamischen Hierarchien garantieren eine optimale Darstellung und ermöglichen eine relativ genaue Modellierung des Roboterarms. Bei der Kollisionserkennung für mehrere Roboterarme ist durch den Einsatz von dynamischen Hierarchien ein Beschleunigungsfaktor von 100 gegenüber dem einfachen Verfahren erreicht worden. Damit ist eine on-line Anwendung möglich. Ausblick Aufbauend auf den hier erzielten Ergebnissen sind folgende Anwendungen denkbar: " Eine on-line Bahnplanung basierend auf den berechneten Abstandsvektoren ist möglich. Von Punkt zu Punkt geplante Bahnen können mit Hilfe der Abstandsvektoren modifiziert und Ausweichtrajektorien generiert werden. " Die Potential-Feld-Methode zur lokalen Bahnplanung kann aufgrund den on-line berechneten Abstandsvektoren angewendet werden. " Auch exakte Abstände können schnell berechnet werden. Diese Abstandsberechnung wird effizient durch die Kombination der dynamischen Hierarchien mit einer A*-Suche. " Die schnelle Abstandsberechnung kann auch für andere Gebiete eingesetzt werden. Beispiele dafür sind der Aufbau von Konfigurations-Räumen oder die Layout-Planung. " Bei zu handhabenden Objekten, wie z. B. Werkstücke, kann das Konzept der Kollisionsklassen einfach um einen dynamischen Wechsel erweitert werden. Dabei wechselt z. B. ein Werkstück, wenn es von dem Arm gegriffen wird, die Klasse.
Im Bereich der Expertensysteme ist das Problemlösen auf der Basis von Fallbeispielen ein derzeit sehr aktuelles Thema. Da sich sehr unterschiedliche Fachgebiete und Disziplinen hiermit auseinandersetzen, existiert allerdings eine entsprechende Vielfalt an Begriffen und Sichten auf fallbasiertes Problemlösen. In diesem Beitrag werden wir einige für das fallbasierte Problemlösen wichtige Begriffe präzisieren bzw. begriffliche Zusammenhänge aufdecken. Die dabei verfolgte Leitlinie ist weniger die, ein vollständiges Begriffsgebäude zu entwickeln, sondern einen ersten Schritt in Richtung eines einfachen Beschreibungsrahmens zu gehen, um damit den Vergleich verschiedener Ansätze und Systeme zu ermöglichen. Auf dieser Basis wird dann der derzeitige Stand der Forschung am Beispiel konkreter Systeme zur fallbasierten Diagnose dargelegt. Den Abschluss bildet eine Darstellung bislang offener Fragen und interessanter Forschungsziele.
Retrieval of cases is one important step within the case-based reasoning paradigm. We propose an improvement of this stage in the process model for finding most similar cases with an average effort of O[log2n], n number of cases. The basic idea of the algorithm is to use the heterogeneity of the search space for a density-based structuring and to employ this precomputed structure, a k-d tree, for efficient case retrieval according to a given similarity measure sim. In addition to illustrating the basic idea, we present the expe- rimental results of a comparison of four different k-d tree generating strategies as well as introduce the notion of virtual bounds as a new one that significantly reduces the retrieval effort from a more pragmatic perspective. The presented approach is fully implemented within the (Patdex) system, a case-based reasoning system for diagnostic applications in engineering domains.
In Laufe der letzten Jahrzehnte ist der Prozeß der Softwareentwicklung methodisiert und zum Teil auch formalisiert worden. I.a. unterteilt man den Vorgang in grobe Stufen, Entwicklungsphasen genannt. Jede dieser Phasen betrachtet den entstehenden Entwurf des Projekts aus verschiedenen Sichtweisen. Aus dieser Sichtweise resultieren etliche Modelle und Darstellungsformen und mit ihnen auch verschiedene rechnergestützte Entwicklungswerkzeuge. In frühen Phasen sind beispielsweise Datenflußdiagramme eine nützliche Darstellungsform, in späteren konkrete Algorithmenbeschreibungen. Entwurfsänderungen im Laufe der Entwicklungszeit müssen in allen betroffenen Ebenen neu formuliert werden, eine automatisierte phasenübergreifende Behandlung ist
daher i.a. nicht oder nur teilweise möglich. Um effizienter und weniger fehleranfällig arbeiten zu können, wurden aus diesem Grund in letzter Zeit Ansätze gemacht, den gesamten Softwareentwicklungsprozeß von der ·Anforderungsanalyse bis hin zur Wartungsphase einem einheitlichen Konzept und einer einheitlichen Darstellungsform zu unterwerfen, die sich darüberhinaus zur Realisation auf Rechnersystemen eignen. Der vorliegende Bericht entstand im Rahmen eines solchen Projekts. Es wurden eine allumfassende Systementwurfssprache und die dazugehörigen Konzepte entwickelt, die sämtliche Entwurfsphasen und die wichtigsten -prinzipien zu unterstützen vermögen. Es liegen bereits zwei Arbeiten zu diesem Projekt vor. Sie stellen im wesentlichen neben der eigentlichen Definition der Systementwurfssprache zwei Entwicklungswerkzeuge vor, die auf einer einheitlichen Datenbasis operieren [GK-91, Kel-90]. Ein Bereich innerhalb der Forschungen ist die Wiederverwendung von Softwareentwürfen. Schon existierende Lösungen sollen bei der Entwicklung eines neuen Entwurfs durch Vergleich und Bewertung des Grades der Ähnlichkeit ausgewählt und dem Entwickler nutzbar gemacht werden. Dieser Bericht beschäftigt sich mit einem Kernpunkt der Wiederverwendung, dem Vergleich zweier Softwareentwürfe. Es werden zunächst grundsätzliche Konzepte ausgearbeitet, die den Ähnlichkeitsaspekt unter verschiedenen Gesichtspunkten charakterisieren. Daraufhin werden Algorithmen konstruiert, die verschiedenartige Vergleichsfunktionen realisieren und zu einer Gesamtfunktion kombinieren. Um zu einem späteren Zeitpunkt die Leistungsfähigkeit dieser
Funktionen in der Praxis untersuchen zu können, liegt darüberhinaus ein lauffähiges
Programm vor.
Trimming of surfaces and volumes, curve and surface modeling via Bézier's idea of destortion, segmentation, reparametrization, geometric continuity are examples of applications of functional composition. This paper shows how to
compose polynomial and rational tensor product Bézier representations. The problem of composing Bezier splines and B-spline representations will also be addressed in this paper.
The use of non-volatile semiconductor memory within an extended storage hierarchy promises significant performance improvements for transaction processing. Although page-addressable semiconductor memories like extended memory, solid-state disks and disk caches are commercially available since several years, no detailed investigation of their use for transaction processing has been performed so far. We present a comprehensive simulation study that compares the performance of these storage types and of different usage forms. The following usage forms are considered: allocation of entire log and database files in non-volatile semiconductor memory, using a so-called write buffer to perform disk writes asynchronously, and caching of database pages at intermediate storage levels (in addition to main memory caching). Our simulations are conducted with both synthetically generated workloads and traces from real-life database applications. In particular, simulation results will be presented for the debit-credit workload frequently used in transaction processing benchmarks. As expected, the greatest performance improvements (but at the highest cost) can be achieved by storing log and database files completely in non-volatile semiconductor memory. For update-intensive
workloads, a limited amount of non-volatile memory used as a write buffer also proved to be very effective. To reduce the number of disk reads; caching of database pages in addition to main memory is best supported by an extended memory buffer. In this respect, disk caches are found to be less effective as they are designed for one-level caching. Different storage costs suggest that it may be cost-effective to use two or even three of the intermediate storage types together. The performance improvements obtainable by the use of non-volatile semiconductor memory is also found to reduce the need for sophisticated DBMS buffer management in order to achieve high transaction processing performance.
In der CAGD Literatur werden häufig Ableitungen und Graderhöhungen von Bezierkurven und -flächen wiederum in Bezierform angegeben [1][2][3][6]. Meistens werden diese Darstellungen nur für theoretische Betrachtungen verwendet, z.B. geometrischer Deutung von Stetigkeiten zwischen angrenzenden Flächenstücken. Für praktische Anwendungen reicht die Menge der Operationen jedoch nicht aus. Farouki und Rajan [4] zeigten, daß die Resultate arithmetischer Operationen, wie Addition und Multiplikation auf Bezierkurven auch als Bezierkurven darstellbar sind. Hier werden wir die Operationen auf polynomiale und rationale Tensorprodukt Bezierflächen und Flächen über Dreiecken ausdehnen. Eine Erweiterung auf rationale Flächen ermöglicht insbesondere die Ausführung einer Division, wie sie für viele Anwendungen benötigt wird. Das Rechnen mit Flächen hat im Gegensatz zu punktweisen Auswertungen den Vorteil gleichzeitig mit Hilfe von notwendigen Bedingungen an das entstandene Beziernetz sichere Ergebnisabschätungen angeben zu können. Diese lassen sich für adaptive Verfahren nutzen und sind insbesondere dort wichtig, wo es auf exakte Aussagen über das Verhalten von Flächen ankommt, wie z.B. bei der Qualitätsanalyse von Freiformflächen [5]. Mit Hilfe der hier vorgestellten Operationen läßt sich u.a. an Vorzeichenwechseln erkennen, ob eine zu untersuchende Bezierfläche konvex ist oder nicht (siehe Kapitel 4). Außerdem können Fehler, die bei punktweisen Auswertungen auf Gittern mit großer Maschenweite entstehen, vermieden werden. Nachdem in Kapitel 2 die zum Verständnis nötigen Definitionen und Schreibweisen erläutert wurden, werden in Kapitel 3 die grundlegenden Operationen für eine Arithmetik
auf Bezierflächen beschrieben. Dabei werden Formeln angegeben, die die Bezierpunkte und Gewichte der Ergebnisfläche aus denen der Operandenflächen bestimmen. Durch Aneinanderreihung und Verkettung einzelner Operationen lassen sich dann komplexe Berechnungen mit der gesamten Fläche ausführen. Zum Schluß werden in Kapitel 4 einige Beispiele aus dem Bereich der Qualitätsanalyse von Freiformflächen angegeben.
For the online collision detection with a multi-arm robot a fast method for computing the so-called collision vector is presented. Manipulators and obstacles are modelled by sets of convex polytopes. Known distance algorithms serve as a foundation. To speed up the collision detection dynamic obstacles are approximated by geometric primitives and organized in hierarchies. On-line, the here introduced Dynamic Hierarchies are adjusted to the current arm configuration. A comparison with previous methods shows an increased acceleration of the computations.
Grob skizziert soll das System in der Lage sein, aus einer vorgegebenen Konstruktionszeichnung eines Drehteils einen Plan f"ur die maschinelle Fertigung dieses Teils zu erstellen. Ausgehend vom Ansatz des fallbasierten Schliessens besteht die Aufgabe des Systems darin, aus einer Menge bekannter Drehteile, für die bereits ein Fertigungsplan erstellt worden ist, das Teil zu finden, dessen Darstellung zu der des eingegebenen Teils am ähnlichsten ist. Der Plan dieses ähnlichsten Teils ist dann so zu modifizieren und anzupassen, dass damit das vorgegebene Teil gefertigt werden kann. Ein zentrales Problem ist hierbei die Definition des Ähnlichkeitsbegriffes, der auf jeden Fall den fertigungstechnischen Aspekt berücksichtigen muss.
Fallbasiertes Schliessen ist ein derzeit viel diskutierter Problemlösesansatz. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über den aktuellen Stand der Forschung auf diesem Gebiet, insbesondere im Hinblick auf die Entwicklung von Expertensystemen (einen ersten Schritt in diese Richtung stellte bereits der Beitrag von Bartsch-Spörl, [BS87] dar). Dazu stellen wir die dem fallbasierten Schliessen zugrundeliegenden Mechanismen vor. Ergänzt wird dies durch den Vergleich mit alternativen Verfahren wie z.B. regelbasiertes, analoges und induktives Schliessen sowie eine ausführliche Literaturübersicht.
Forschungsprojekte im Bereich des fallbasierten Schliessens in den USA, die Verfügbarkeit kommerzieller fallbasierter Shells, sowie erste Forschungsergebnisse initialer deutscher Projekte haben auch in Deutschland verstärkte Aktivitäten auf dem Gebiet des fallbasierten Schliessens ausgelöst. In diesem Artikel sollen daher Projekte, die sich als Schwerpunkt oder als Teilaspekt mit fallbasierten Aspekten beschäftigen, einer breiteren Öffentlichkeit kurz vorgestellt werden.
Gauss Frame Offsets
(1992)
Virtual Reality (VR) is to be seen as the superset of simulation and animation. Visualization is done by rendering. The fundamental model of VR accounts for all phenomenons to be modelled with help of a computer. Examples range from simple dragging actions with a mouse device to the complex simulation of physically based animation.
Der ProLan-X - Sprachreport
(1992)
Bei der Realisierung großer Software-Projekte treten immer wieder Probleme auf, was die
Koordination der Mitarbeiter, die Ausnutzung der vorhandenen Ressourcen und nicht zuletzt die
Qualität der erzeugten Produkte angeht. Um die Vorgänge bei der Produktion von Software
durchschaubarer und verständlicher zu machen, versucht man, diese aus der Sicht von Meta-Modellen zu beschreiben. Dabei fließen die individuellen Rahmenbedingungen einer jeden
Entwicklungsumgebung ein; die vorhandenen Ressourcen werden ebenso modellien wie die
durchzuführenden Tätigkeiten und ihre Abhängigkeiten. Die Beschreibungssprache für den Software-Prozeß ProLan-X dient der (konkreten) Beschreibung der Bestandteile des Meta-Modells MoMo, das ebenfalls in dieser Arbeitsgruppe entwickelt wurde [Schramm]. Die am Projekt beteiligten Personen, Hardware- und Software-Ressourcen und ihre Aufgaben werden in möglichst natürlicher Weise verhaltensorientien beschrieben. Aus dieser Beschreibung kann eine Ablaufumgebung generien werden, die die Durchführung des Projekts unterstützt und protokolliert. Der vorliegende Bericht faßt die Eigenschaften der Sprache ProLan-X zusammen und erläuten ihre Verwendung. Er setzt das MoMo-Modell als bekannt voraus.
User interfaces for large distributed applications have to handle specific problems: the complexity of the application itself and the integration of online-data into the user interface. A main task of the user interface architecture is to provide powerful tools to design and augment the end-user system easily, hence giving the designer more time to focus on user requirements. Our experiences developing a user interface system for a process control room showed that a lot of time during the development process is wasted for the integration of online-data residing anywhere but not in the user interface itself. Furtheron external data may be kept by different kinds of programs, e.g. C-programs running
a numerical process model or PROLOG-programs running a diagnosis system, both in parallel to the process and in parallel to the user interface. Facing these specific requirements, we developed a user interface architecture following two main goals: 1. integration of external information into high-level graphical objects and 2. the system should be open for any program running as a separate process using its own problem-oriented language. The architecture is based on two approaches: an asynchronous, distributed and language independent communication model and an object model describing the problem domain and the interface using object-oriented techniques. Other areas like rule-based programming are involved, too. With this paper, we will present the XAVIA user interface architecture, the (as far as we know) first user inteface architecture, which is consequently based on a distributed object model.
Vorliegender Bericht ist eine Studie für einen möglichen Immissionsdatenverbund in Österreich. Die Grundlage dieser ersten Version der Studie sind Gespräche, welche Anfang Januar 1992 im Forschungszentrum Seibersdorf und im Umweltbundesamt in Wien stattfanden. Seit einigen Jahren beschäftigt sich die von mir geleitete Gruppe Umweltinformatik an der Universität Kaiserslautern mit den besonderen Schwierigkeiten bei der Vernetzung und Integration heterogener Systeme, welche darüberhinaus unter unterschiedlichen Vollzugshoheiten stehen können. Wir haben diese Problemstellung bei der Führung verfahrenstechnischer Anlagen weitestgehend gelöst und beschäftigen uns, zum Teil in Zusammenarbeit mit Kollegen aus anderen Institutionen, nun hauptsächlich mit der Umsetzung dieser Lösungen in verteilten Systemen im Umweltschutz. Unsere derzeitigen Arbeiten haben zum Ziel, möglichst allgemeine Ansätze für die Integration in verteilten, offenen Umweltinformationssystemen (UIS) zu entwickeln. Dabei sind wir uns darüber bewußt, daß diese allgemeinen Ansätze nur aus den konkreten Gegebenheiten, Zielen und Vorstellungen abgeleitet werden können. Diese Studie soll zwei Dinge bezwecken: einerseits will ich versuchen, den Blick dafür zu öffnen, wie ein Immissionsdatenverbund aussehen könnte, welcher allen Betreibern eine hohe Funktionalität und großen Komfort bietet. Es soll auch diskutiert werden, welcher technischer und organisatorischer Aufwand unter Verwendung welcher Konzepte entsteht. Auch wenn man sich in naher Zukunft nicht dazu entschließen sollte, die von mir vorgeschlagenen oder ähnliche Wege zu gehen, so könnte man doch bei der Realisierung auf
niedrigerem funktionalen Niveau zukünftige Möglichkeiten schon heute berücksichtigen und damit zukünftige Entwicklungen begünstigen. Ich hoffe, daß die Leser dieser Studie in dieser Hinsicht von meinen Erfahrungen profitieren. Zum zweiten ist diese Studie für meine Arbeitsgruppe ein Einstieg in die konkreten Problemstellungen großer verteilter UIS. Meßnetze sind inhärente Komponenten solcher UIS und weisen aufgrund ihrer technischen Orientierung interessante Merkmale auf. Daher erhoffen wir uns, hier wichtige Erkenntnisse auch für unsere Arbeiten zu gewinnen. Im Prinzip weiß heute noch niemand, wie man einen großen Umweltdatenverbund organisieren könnte. Ein Teil eines solchen Verbundes sind die Meßnetze. Die damit verbundenen Probleme alleine technischer Art sind riesig und es gibt bisher nur wenige Personen, die in der Umweltinformatik sich überhaupt mit diesen Themen beschäftigen. Diese Studie versteht sich daher hochgradig als Diskussionpapier. Jegliche geäußerten Ideen und Konzepte sollen von Lesern kritisch bewertet, notfalls angegriffen und vernichtend geschlagen werden - sofern sie dies verdienen. Diese Diskussion ist notwendig, damit wir überhaupt einmal eine Ahnung davon bekommen, wohin die Umweltinformatik der verteilten Systeme gehen kann.
This report contains a collection of abstracts for talks given at the "Deduktionstreffen" held at Kaiserslautern, October 6 to 8, 1993. The topics of the talks range from theoretical aspects of term rewriting systems and higher order resolution to descriptions of practical proof systems in various applications. They are grouped together according the following classification: Distribution and Combination of Theorem Provers, Termination, Completion, Functional Programs, Inductive Theorem Proving, Automatic Theorem Proving, Proof Presentation. The Deduktionstreffen is the annual meeting of the Fachgruppe Deduktionssysteme in the Gesellschaft für Informatik (GI), the German association for computer science.
SPIN-NFDS Learning and Preset Knowledge for Surface Fusion - A Neural Fuzzy Decision System -
(1993)
The problem to be discussed in this paper may be characterized in short by the question: "Are these two surface fragments belonging together (i.e. belonging to the same surface)?" The presented techniques try to benefit from some predefined knowledge as well as from the possibility to refine and adapt this knowledge according to a (changing) real environment, resulting in a combination of fuzzy-decision systems and neural networks. The results are encouraging (fast convergence speed, high accuracy), and the model might be used for a wide range of applications. The general frame surrounding the work in this paper is the SPIN- project, where emphasis is on sub-symbolic abstractions, based on a 3-d scanned environment.
This paper refers to the problem of adaptability over an infinite period of time, regarding dynamic networks. A never ending flow of examples have to be clustered, based on a distance measure. The developed model is based on the self-organizing feature maps of Kohonen [6], [7] and some adaptations by Fritzke [3]. The problem of dynamic surface classification is embedded in the SPIN project, where sub-symbolic abstractions, based on a 3-d scanned environment is being done.
Case-based problem solving can be significantly improved by applying domain knowledge (in opposition to problem solving knowledge), which can be acquired with reasonable effort, to derive explanations of the correctness of a case. Such explanations, constructed on several levels of abstraction, can be employed as the basis for similarity assessment as well as for adaptation by solution refinement. The general approach for explanation-based similarity can be applied to different real world problem solving tasks such as diagnosis and planning in technical areas. This paper presents the general idea as well as the two specific, completely implemented realizations for a diagnosis and a planning task.
In this paper we present an interpreter which allows to support the validation of conceptual models in early stages of the development. We compare hypermedia and expert system approaches to knowledge processing and show how an integrated approach eases the creation of expert systems. Our knowledge engineering tool CoMo-Kit allows a "smooth" transition from initial protocols via a semi-formal specification based on a typed hypertext up to an running expert system. The interpreter uses the intermediate hypertext representation for the interactive solution of problems. Thereby, tasks are distributed to agents via an local area network. This means that the specification of an expert system can directly be used to solve real world problems. If there exist formal (operational) specifications for subtasks then these are delegated to computers. Therefore, our approach allows to specify and validate distributed, cooperative systems where some subtasks are solved by humans and other subtasks are solved automatically by computers.
In diesem Papier vergleichen wir Hypermedia- und Expertensystemansaetze zur Wissensverarbeitung. Wir zeigen, wie ein integrierter Ansatz die Erstellung von Expertensystemen erleichtert. Das von uns entwickelte und implementierte System ermoeglicht einen "sanften" Entwicklungsprozess ausgehend von initialen Protokollen zu einer semi-formale Strukturierung in Form eines getypten Hypertextes. Dem Hypertext ist eine aufgabenorientierte Struktur aufgepraegt, so dass eine anschliessende Operationalisierung in Form eines Expertensystems vereinfacht wird. Die in diesem Prozess erzeugte Zwischenrepraesentation (der Hypertext) wird von einem Interpreter direkt zur interaktiven Loesung von Problemen benutzt, wobei die einzelnen Aufgaben auf die verschiedenen Sachbearbeiter verteilt werden. Abschliessend erlaeutern wir, dass Hypertext und Expertensysteme nur die Raender eines Kontinuums einer allgemeinen Wissensverarbeitung sind.
In diesem Papier stellen wir einen Interpreter vor, der die Validierung von konzeptuellen Modellen bereits in fruehen Entwicklungsphasen unterstuetzt. Wir vergleichen Hypermedia- und Expertensystemansaetze zur Wissensverarbeitung und erlaeutern, wie ein integrierter Ansatz die Erstellung von Expertensystemen vereinfacht. Das von uns entwickelte Knowledge Engineering Werkzeug ermoeglicht einen "sanften" Uebergang von initialen Protokollen ueber eine semi-formale Spezifikation in Form eines getypten Hypertextes hin zu einem operationalen Expertensystem. Ein Interpreter nutzt die in diesem Prozess erzeugte Zwischenrepraesentation direkt zur interaktiven Loesung von Problemen, wobei einzelne Aufgaben ueber ein lokales Rechnernetz auf die Bearbeiter verteilt werden. Das heisst, die Spezifikation des Expertensystems wird direkt fuer die Loesung realer Probleme eingesetzt. Existieren zu einzelnen Teilaufgaben Operationalisierungen (d.h. Programme), dann werden diese vom Computer bearbeitet.
Die Lösung einer Konfigurationsaufgabe in technischen Domänen besteht aus einer Menge von Bauteilen, die miteinander verträglich sind und in ihrem Zusammenspiel die gegebenen Anforderung erfüllen. Eine gängige Vorgehensweise bei der Suche nach einer Lösung ist die schrittweise Spezialisierung einer abstrakten Aufgabenstellung oder ihre Zerlegung in Teilaufgaben. Ein Konfigurationssystem, das diese Vorgehensweise unterstützt, muss Wissen enthalten, wie eine Aufgabe spezialisiert oder in Teilaufgaben zerlegt werden kann, welche konkreten Bauteile zur Erfüllung einer ausreichend detaillierten Teilaufgabe verwendet werden können und ob alle Teile einer Lösung miteinander verträglich sind. Aufgrund dieses Wissens kann eine konsistente Lösung durch Tiefensuche hergeleitet werden.
Neuronale Netze sind ein derzeit (wieder) aktuelles Thema. Trotz der oft eher schlagwortartigen
Verwendung dieses Begriffs beinhaltet er eine Vielfalt von Ideen, unterschiedlichste methodische
Ansätze und konkrete Anwendungsmöglichkeiten. Die grundlegenden Vorstellungen sind dabei nicht neu, sondern haben eine mitunter recht lange Tradition in angrenzenden Disziplinen wie Biologie, Kybernetik , Mathematik und Physik . Vielversprechende Forschungsergebnisse der letzten Zeit haben dieses Thema wieder in den Mittelpunkt des Interesses gerückt und eine Vielzahl neuer Querbezüge zur Informatik und Neurobiologie sowie zu anderen, auf den ersten Blick weit entfernten Gebieten offenbart. Gegenstand des Forschungsgebiets Neuronale Netze ist dabei die Untersuchung und Konstruktion informationsverarbeitender Systeme, die sich aus vielen mitunter nur sehr primitiven, uniformen Einheiten zusammensetzen und deren wesentliches Verarbeitungsprinzip die Kommunikation zwischen diesen Einheiten ist, d.h. die Übertragung von Nachrichten oder Signalen. Ein weiteres
Charakteristikum dieser Systeme ist die hochgradig parallele Verarbeitung von Information innerhalb
des Systems. Neben der Modellierung kognitiver Prozesse und dem Interesse, wie das menschliche Gehirn komplexe kognitive Leistungen vollbringt, ist über das rein wissenschaftliche Interesse hinaus in zunehmendem Maße auch der konkrete Einsatz neuronaler Netze in verschiedenen technischen Anwendungsgebieten zu sehen. Der vorliegende Report beinhaltet die schriftlichen Ausarbeitungen der Teilnehmerinnen des Seminars Theorie und Praxis neuronaler Netze , das von der Arbeitsgruppe Richter im Sommersemester 1993 an der Universität Kaiserslautern veranstaltet wurde. Besonderer Wert wurde darauf gelegt, nicht nur die theoretischen Grundlagen neuronaler Netze zu behandeln, sondern auch deren Einsatz in der Praxis zu diskutieren. Die Themenauswahl spiegelt einen Teil des weiten Spektrums der Arbeiten auf diesem Gebiet wider. Ein Anspruch auf Vollständigkeit kann daher nicht erhoben werden. Insbesondere sei darauf verwiesen, daß für eine intensive, vertiefende Beschäftigung mit einem Thema auf die jeweiligen Originalarbeiten zurückgegriffen werden sollte. Ohne die Mitarbeit der Teilnehmerinnen und Teilnehmer des Seminars wäre dieser Report nicht möglich gewesen. Wir bedanken uns daher bei Frank Hauptmann, Peter Conrad, Christoph Keller, Martin Buch, Philip Ziegler, Frank Leidermann, Martin Kronenburg, Michael Dieterich, Ulrike Becker, Christoph Krome, Susanne Meyfarth , Markus Schmitz, Kenan Çarki, Oliver Schweikart, Michael Schick und Ralf Comes.
W-Lisp Sprachbeschreibung
(1993)
W-Lisp [Wippennann 91] ist eine Sprache, die im Bereich der Implementierung höherer
Programmiersprachen verwendet wird. Ihre Anwendung ist nicht auf diesen Bereich beschränkt. Gute Lesbarkeit der W-Lisp-Notation wird durch zahlreiche Anleihen aus dem Bereich der bekannten imperativen Sprachen erzielt. W-Lisp-Programme können im Rahmen eines Common Lisp-Systems ausgeführt werden. In der WLisp Notation können alle Lisp-Funktionen (inkl. MCS) verwendet werden, so daß die Mächtigkeit von Common-Lisp [Steele 90] in dieser Hinsicht auch in W-Lisp verfügbar ist.
In den Modellierungssystemen des CAD/CAM werden oft unterschiedliche Methoden zur mathematischen Beschreibung von Freiformkurven und -flächen eingesetzt. Als Basisfunktionen können sowohl Monome, Bernstein-Polynome, B-Spline-Basisfunktionen als auch nicht lineare Funktionen auftreten. In den einzelnen CAD-Systemen kann der maximal zulässige Grad dieser Basisfunktionen variieren. Müssen nun Daten zwischen verschiedenen CAD-Systemen ausgetauscht werden, so muß u. U. eine Basistransformation
und/oder eine Gradanpassung durchgeführt werden. Diese Transformationen sind i.a. nicht exakt möglich. Hier sind geeignete, möglichst optimale Approximationen nötig. Bisher wurden verschiedene Verfahren entwickelt. Das älteste geht zurück auf Forrest [Forr72]. Farin [FAR90] invertiert den Prozeß der Graderhöhung. Watkins und Worsey [Wat88] sowie Lachance [Lach88] reduzieren den Polynomgrad in der Tschebyscheff-Basis. Hoschek et al. [Hos89] sowie Plass und Stone [Plas83] approximieren die Kurve bzw. Fläche punktweise. Dadurch lassen sich alle Kurven- und Flächenrepräsentationen durch eine Bézier-Darstellung approximieren. Ein Approximationsfehler kann jedoch auch nur punktweise garantiert werden. Durch einen anschließenden Parameteriterationsprozeß läßt sich eine weitere Approximationsverbesserung erzielen. Eine solche Parameterkorrektur ist jedoch nur dann sinnvoll, wenn die Parametrisierung der Approximationskurve bzw. -fläche frei gewählt werden kann. In Fällen, in denen die Funktionswerte dei; zu approximierenden Flächen bzgl. ihrer Parameterwerte mit anderen Flächen korrespondieren, darf keine Parameteränderung durchgeführt werden, wie z.B. bei der Approximation sogenannter Eigenschaftsflächen, die eine bestimmte Eigenschaft einer anderen Fläche, wie etwa die Gausskrümmung oder die Normalenrichtung darstellen. In dieser Arbeit wird ein Verfahren zur optimalen Gradreduktion von Bézierkurven und -flächen vorgestellt. Damit eine \(C^0\)-stetige Approximation innerhalb einer vom Benutzer vorgegebenen Fehlertoleranz durchgeführt werden kann, muß die Approximation mindestens eine Berührordnung ersten Grades mit der Originalkurve bzw. -fläche aufweisen. Mit Hilfe arithmetischer Operationen auf Bézierdarstellungen [Faro88], [Schr92] werden lineare Gleichungssysteme für eine optimale Belegung der freien Parameter aufgestellt, sowie eine Fehlerkurve bzw. -fläche in Bézierform berechnet, um die Einhaltung einer Fehlertoleranz zu gewährleisten.
This paper describes some new algorithms for the accurate calculation of surface properties. In the first part an arithmetic on Bézier surfaces is introduced. Formulas are given, which determine the Bézier points and weights of the resulting surface from the points and weights of the operand surfaces. An application of the arithmetic operations to the surface interrogation methods are described in the second part. It turns out, that the quality analysis can be reduced to a few numerical stable operations. Finally the advantages and disadvantages of this method are discussed.
Four different initialization methods for parallel Branch-and-bound algorithms are described and compared with reference to several criteria. A formal analysis of their idle times and efficiency follows. It indicates that the efficiency of three methods depends on the branching factor of the search tree. Furthermore, the fourth method offers the best efficiency of the overall algorithm when a centralized OPEN set is used. Experimental results by a PRAM simulation support these statements.
In fallbasierten Systemen ist es notwendig, ein über die normalen Datenbank-Suchaufgaben hinausgehendes Retrieval bereitzustellen. Hier müssen die n zu einem Anfragefall ähnlichsten Fälle aus einer Fallbasis gesucht werden.In dieser Diplomarbeit wird ein solches System zum ähnlichkeitsbasierten Retrieval von Fällen entwickelt. Dieses System übernimmt die Verwaltung der Fälle unter Verwendung der Datenstruktur des k-d-Baumes, hierbei werden die k-d-Bäume so aufgebaut, dass sie in optimaler Weise die sogenannte Best-Match- bzw. Nearest-Neighbour-Suche ermöglichen. Hierbei stand bereits ein existierendes System zur Verfügung, welches diese Suche zwar schon unterstützt, aber noch eine unbefriedigende Performance aufwies.
Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf Analysen unterschiedlicher Lernstrategien für CBL-Systeme anhand einer universellen Testumgebung mit variablen Fallbasen. Keine der untersuchten dynamischen Lernregeln und keine feste Belegung der globalen Konstanten im Ähnlichkeitsmass besitzt im statistischen Mittel signifikante Vorzüge. Dagegen zeigen sich Abhängigkeiten des Lernerfolgs von bestimmten Merkmalen der Fallbasis. Deswegen wird als Synthese ein auto-adaptives Lernschema vorgeschlagen, das die Eigenheiten verschiedener Fallbasen berücksichtigt und durch die Wahl spezifischer Lernstrategien ein deutlich verbessertes Ergebnis zu erzielen vermag.
Based on experiences from an autonomous mobile robot project called MOBOT -III, we found hard realtime-constraints for the operating-system-design. ALBATROSS is "A flexible multi-tasking and realtime network-operatingsystem-kernel", not limited to mobile- robot-projects only, but which might be useful also wherever you have to guarantee a high reliability of a realtime-system. The focus in this article is on a communication-scheme fulfilling the demanded (hard realtime-) assurances although not implying time-delays or jitters on the critical informationchannels. The central chapters discuss a locking-free shared buffer management, without the need for interrupts and a way to arrange the communication architecture in order to produce minimal protocol-overhead and short cycle-times. Most of the remaining communication-capacity (if there is any) is used for redundant transfers, increasing the reliability of the whole system. ALBATROSS is actually implemented on a multi-processor VMEbus-system.
We study deterministic conditional rewrite systems, i.e. conditional rewrite systemswhere the extra variables are not totally free but 'input bounded'. If such a systemR is quasi-reductive then !R is decidable and terminating. We develop a critical paircriterion to prove confluence if R is quasi-reductive and strongly deterministic. In thiscase we prove that R is logical, i.e./!R==R holds. We apply our results to proveHorn clause programs to be uniquely terminating.This research was supported by the Deutsche Forschungsgemeinschaft, SFB 314, Project D4
We investigate restricted termination and confluence properties of term rewritADing systems, in particular weak termination and innermost termination, and theirinterrelation. New criteria are provided which are sufficient for the equivalenceof innermost / weak termination and uniform termination of term rewriting sysADtems. These criteria provide interesting possibilities to infer completeness, i.e.termination plus confluence, from restricted termination and confluence properADties.Using these basic results we are also able to prove some new results aboutmodular termination of rewriting. In particular, we show that termination ismodular for some classes of innermost terminating and locally confluent termrewriting systems, namely for nonADoverlapping and even for overlay systems. Asan easy consequence this latter result also entails a simplified proof of the factthat completeness is a decomposable property of soADcalled constructor systems.Furthermore we show how to obtain similar results for even more general cases of(nonADdisjoint) combined systems with shared constructors and of certain hierarADchical combinations of systems with constructors. Interestingly, these modularityresults are obtained by means of a proof technique which itself constitutes a modADular approach.
The composition of Bézier curves and tensor product Bézier surfaces, polynomial as well as rational, is applied to exactly and explicitely represent trim curves of tensor product Bézier surfaces. Trimming curves are assumed to be defined as Bézier curves in surface parameter domain. A Bézier spline approximation of lower polynomial degree is built up as weil which is based on the exact trim curve representation in coordinate space.
Shadow-Mapping
(1993)
Most radiosity techniques store radiosities in certain sample points, typically the vertices of polyhedral scenes. As diffuse radiosities are view independent they can be used for an interactive 'walk-through'. This paper presents an algorithm for storing radiosities independent of the representation of the object. A distributed rendering system, which uses this shadow-mapping technique is described. The basic thermophysical definitions, needed to derive a sum formula for a form factor calculation of polygons, are explained.
A method for efficiently handling associativity and commutativity (AC) in implementations of (equational) theorem provers without incorporating AC as an underlying theory will be presented. The key of substantial efficiency gains resides in a more suitable representation of permutation-equations (such as f(x,f(y,z))=f(y,f(z,x)) for instance). By representing these permutation-equations through permutations in the mathematical sense (i.e. bijective func- tions :{1,..,n} {1,..,n}), and by applying adapted and specialized inference rules, we can cope more appropriately with the fact that permutation-equations are playing a particular role. Moreover, a number of restrictions concerning application and generation of permuta- tion-equations can be found that would not be possible in this extent when treating permu- tation-equations just like any other equation. Thus, further improvements in efficiency can be achieved.
We present a convenient notation for positive/negativeADconditional equations. Theidea is to merge rules specifying the same function by using caseAD, ifAD, matchAD, and letADexpressions.Based on the presented macroADruleADconstruct, positive/negativeADconditional equational specifiADcations can be written on a higher level. A rewrite system translates the macroADruleADconstructsinto positive/negativeADconditional equations.
Ohne auf wesentliche Aspekte der in [Bergstra&al.89] vorgestellten alge-braischen Spezifikationssprache ASF zu verzichten, haben wir ASF um die folgenden Konzepteerweitert: Während in ASF einmal exportierte Namen bis zur Spitze der Modulhierarchie sichtbarbleiben müssen, ermöglicht ASF + ein differenziertes Verdecken von Signaturnamen. Das fehlerhafteVermischen unterschiedlicher Strukturen, welches in ASF beim Import verschiedener Aktualisie-rungen desselben parametrisierten Moduls auftritt, wird in ASF + durch eine adäquatere Form derParameterbindung vermieden. Das neue Namensraum_Konzept von ASF + erlaubt es dem Spe-zifizierer, einerseits die Herkunft verdeckter Namen direkt zu identifizieren und anderseits beimImport eines Moduls auszudrücken, ob dieses Modul nur benutzt oder in seinen wesentlichen Ei-genschaften verändert werden soll. Im ersten Fall kann er auf eine einzige global zur Verfügungstehende Version zugreifen; im zweiten Fall muß er eine Kopie des Moduls importieren. Schließlicherlaubt ASF + semantische Bedingungen an Parameter und die Angabe von Beweiszielen.
Based on the idea of using topologic feature-mapsinstead of geometric environment maps in practical mobile robot tasks, we show an applicable way tonavigate on such topologic maps. The main features regarding this kind of navigation are: handling of very inaccurate position (and orientation) information as well as implicit modelling of complex kinematics during an adaptation phase. Due to the lack of proper a-priori knowledge, a re-inforcement based model is used for the translation of navigator commands to motor actions. Instead of employing a backpropagation network for the cen-tral associative memory module (attaching actionprobabilities to sensor situations resp. navigatorcommands) a much faster dynamic cell structure system based on dynamic feature maps is shown. Standard graph-search heuristics like A* are applied in the planning phase.
The problem to be discussed here, is the usage of neural network clustering techniques on a mobile robot, in order to build qualitative topologic environment maps. This has to be done in realtime, i.e. the internal world model has to be adapted by the flow of sensor- samples without the possibility to stop this data-flow.Our experiments are done in a simulation environment as well as on a robot, called ALICE.
Visual Search has been investigated by many researchers inspired by the biological fact, that the sensory elements on the mammal retina are not equably distributed. Therefore the focus of attention (the area of the retina with the highest density of sensory elements) has to be directed in a way to efficiently gather data according to certain criteria. The work discussed in this article concentrates on applying a laser range finder instead of a silicon retina. The laser range finder is maximal focused at any time, but therefore a low resolution total-scene-image, available with camera-like devices from scratch on, cannot be used here. By adapting a couple of algorithms, the edge-scanning module steering the laser range finder is able to trace a detected edge. Based on the data scanned so far , two questions have to be answered. First: "Should the actual (edge-) scanning be interrupted in order to give another area of interest a chance of being investigated?" and second: "Where to start a new edge-scanning, after being interrupted?". These two decision-problems might be solved by a range of decision systems. The correctness of the decisions depends widely on the actual environment and the underlying rules may not be well initialized with a-priori knowledge. So we will present a version of a reinforcement decision system together with an overall scheme for efficiently controlling highly focused devices.
Planung ist ein vielfach untersuchtes Gebiet im Bereich der Künstlichen Intelligenz. Die hier vorgestellte Arbeit ist in diesem Gebiet angesiedelt: es geht um ein Planungssystem, welches auf die Unterstützung der Arbeitsplanerstellung in der computerintegrierten Fertigung abzielt. Der Bereich der computerintegrierten Fertigung ist allerdings nur als ein spezieller Anwendungsbereich für das System zu sehen.
In dieser Arbeit wird eine Kombinationsmöglichkeit von fallbasiertem und induktivem Schliessen, basierend auf k-d- und Entscheidungsbäumen, entwickelt. Dabei wurde versucht, die Vorteile des induktiven Mechanismus, wie z. B. die sehr effiziente Klassifiz ierung und automatische Generierung, in den fallbasierten Mechanismus zu integrieren. Die Aufgabe zerfällt dabei in zwei Teilaufgaben, die im folgenden zusammengefasst werden.
Planabstraktion ist eine Möglichkeit, den Aufwand bei der Suche nach einem Plan zur Lösung eines konkreten Problems zu reduzieren. Hierbei wird eine konkrete Welt mit einer Problemstellung auf eine abstrakte Welt abgebildet. Die abstrakte Problemstellung wird nun in der abstrakten Welt gelöst. Durch die Rückabbildung der abstrakten Lösung auf eine konkrete Lösung erhält man eine Lösung für das konkrete Problem. Da die Anzahl der zur Lösung des abstrakten Problems benötigten Operationen geringer ist und die abstrakten Zustände und Operatoren einer weniger komplexen Beschreibung genügen, wird der Aufwand zur Suche einer konkreten Problemlösung reduziert.
In this paper we describe a framework for defining and operationalizing conceptual models of distributed knowledge-based systems which extends published approaches by the notion of ,agents" and multiple task decompositions. The main part deals with techniques underlying our distributed interpreter. We show how a client-server-architecture can be implemented which allows prototyping distributed knowledge-based systems. Further we describe our mechanism which manages task interactions and supports dependency-directed backtracking efficiently.
This report presents a generalization of tensor-product B-spline surfaces. The new scheme permits knots whose endpoints lie in the interior of the domain rectangle of a surface. This allows local refinement of the knot structure for approximation purposes as well as modeling surfaces with local tangent or curvature discontinuities. The surfaces are represented in terms of B-spline basis functions, ensuring affine invariance, local control, the convex hull property, and evaluation by de Boor's algorithm. A dimension formula for a class of generalized tensor-product spline spaces is developed.
Die dreidimensionale Darstellung hybrider Datensätze hat sich in den letzten Jahren als
ein wichtiger Teilbereich der wissenschaftlichen Visualisierung etabliert. Hybride Datensätze enthalten sowohl diskrete Volumendaten als auch durch geometrische Primitive
definierte Objekte. Bei der visuellen Verarbeitung einer gegebenen Szene spielen Schatteninformationen eine wichtige Rolle, indem sie die Beziehungen von Objekten untereinander verständlich machen. Wir beschreiben ein einfaches Verfahren zur Berechnung von Schatteninformation, das in ein bestehendes System zur Visualisierung hybrider Datensätze integriert wurde. An einem Beispiel aus der klinischen Anwendung werden die Ergebnisse illustriert.
Free Form Volumes
(1994)
This paper presents fill algorithms for boundary-defined regions in raster graphics. The algorithms require only a constant size working memory. The methods presented are based on the so-called "seed fill" algorithms using the internal connectivity of the region with a given inner point. Basic methods as well as additional heuristics for speeding up the algorithm are described and verified. For different classes of regions, the time complexity of the algorithms is compared using empirical results.
Diese Diplomarbeit hat zwei Schwerpunkte: Zum einen werden die Gebiete fallbasierte Planung und Arbeitsplanung unter- sucht, bisherige Methoden und Systeme vorgestellt und deren Fähigkeiten und Schwächen herausgearbeitet. Dieser Teil macht etwa die Hälfte der Arbeit aus. Zum anderen wird, basierend auf den Ergebnissen dieser Untersuchungen, ein Konzept für die fallbasierte Arbeits- planung vorgestellt, gegenüber alternativen Ansätzen abgegrenzt und die Möglichkeit der Realisierung anhand einer prototypischen Imple- mentierung aufgezeigt. Während dem ersten Teil vorwiegend eine Literaturarbeit zugrundeliegt, beinhaltet der zweite Teil ausschliesslich eigene Ansätze.
Bei der industriellen Fertigung von rotationssymmetrischen Drehteilen kommt es in hohem Masse auf die Effizienz der verwendeten Fertigungspläne an. Diese können durch eine ungeschickte Wahl der Abfolge der Fertigungsschritte zusätzliche Werkzeug- oder Aufspannungswechsel enthalten, welche die Bearbeitungszeit eines Werkstückes wesentlich verlängern und durch die so bedingte geringere Ausnutzung der Maschinenkapazitäten erhebliche Kosten verursachen. In der vorliegenden Arbeit wird in diesem Rahmen eine Komponente zur Fallauswahl implementiert, deren Steuerung sowohl auf oberflächlicher als auch auf struktureller Ähnlichkeit zwischen zwei Werkstücken beruht. Zielsetzung dieser Zweiteilung ist eine Reduzierung der Anzahl der zu betrachtenden Fallbeispiele durch eine Indizierung der Fallbasis mit (schnellen) Algorithmen aufgrund von syntaktischen Übereinstimmungen bestimmter Attributwerte; anschliessend werden diese (wenigen) Fälle mit Hilfe tiefergreifender Analyseschritte nach maximaler Übereinstimmung mit der Aufgabenstellung durchsucht. Des weiteren wird eine Komponente zur Verfügung gestellt, die hilft, frühere Planungsfehler durch Wahl geeigneter Fallbeispiele zu vermeiden.
Eine Möglichkeit das Planen in Planungssystemen zu realisieren, ist das fallbasierte Planen. Vereinfacht kann darun ter das Lösen von neuen Planungsproblemen anhand von bereits bekannten Plänen aus der Planungsdomäne verstanden werden. Dazu werden Pläne, die in der Vergangenheit ein Planungsproblem gelöst haben, gesammelt und bei der Lösung neuer Planungsprobleme dahin gehend modifiziert, dass sie das aktuelle Planungsproblem lösen. Um eine grössere Wiederverwendbarkeit der bereits bekannten Pläne zu erreichen, kann man nun eine konkrete Problemstellung mit ihrer Lösung aus der konkreten Planungswelt in eine abstraktere Planungswelt durch eine Abstraktion transformieren.
Nicht nur im Bereich der Forschung, sondern auch in der industriellen Anwendung wird die Informationsversorgung - die Bereitstellung der für Arbeitsabläufe benötigten Daten - immer wichtiger. Soll mit mehreren Personen im Team eine Aufgabe gelöst werden, so müssen die dazu benötigten Daten rechtzeitig in der erforderlichen Form zur Verfügung stehen. Die Kommunikation zwischen den Mitarbeitern und die Koordination der anfallenden Tätigkeiten ist mitentscheidend für die Leistung des Teams. Besonders wichtig wird dies, wenn die kooperierenden Personen nicht nur verschiedene Arbeitsplätze haben, beispielsweise verschiedene Bildschirme, sondern diese Arbeitsplätze weit voneinander entfernt sind. So können sich die Arbeitsplätze durchaus in verschiedenen Stockwerken eines Firmengebäudes oder an verschiedenen Orten befinden, jedoch müssen die Mitarbeiter trotzdem eng zusammenarbeiten. Die sich dabei herausbildenden Arbeitsprozesse sind keineswegs statisch, sondern müssen - bedingt durch neue Aufgaben, neue Rahmenbedingungen und neue Erkenntnisse - ständig angepasst werden.
Termination of Rewriting
(1994)
More and more, term rewriting systems are applied in computer science aswell as in mathematics. They are based on directed equations which may be used as non-deterministic functional programs. Termination is a key property for computing with termrewriting systems.In this thesis, we deal with different classes of so-called simplification orderings which areable to prove the termination of term rewriting systems. Above all, we focus on the problemof applying these termination methods to examples occurring in practice. We introduce aformalism that allows clear representations of orderings. The power of classical simplifica-tion orderings - namely recursive path orderings, path and decomposition orderings, Knuth-Bendix orderings and polynomial orderings - is improved. Further, we restrict these orderingssuch that they are compatible with underlying AC-theories by extending well-known methodsas well as by developing new techniques. For automatically generating all these orderings,heuristic-based algorithms are given. A comparison of these orderings with respect to theirpowers and their time complexities concludes the theoretical part of this thesis. Finally, notonly a detailed statistical evaluation of examples but also a brief introduction into the designof a software tool representing the integration of the specified approaches is given.
A Case Study on Specifikation,Detection and Resolution of IN Feature Interactions with Estelle
(1994)
We present an approach for the treatment of Feature Interactions in Intelligent Networks. The approach is based on the formal description technique Estelle and consists of three steps. For the first step, a specification style supporting the integration of additional features into a basic service is introduced . As a result, feature integration is achieved by adding specification text, i.e . on a purely syntactical level. The second step is the detection of feature interactions resulting from the integration of additional features. A formal criterion is given that can be used for the automatic detection of a particular class of feature interactions. In the third step, previously detected feature interactions are resolved. An algorithm has been devised that allows the automatical incorporation of high-level design decisions into the formal specification. The presented approach is applied to the Basic Call Service and several supplementary interacting features.
Lernen von Abstraktionshierarchien zur Optimierung der Auswahl von maschinell abstrahierten Plänen
(1994)
Mit Hilfe von "Multistrategy" Ansätzen, die erklärungsbasiertes und induktives Lernen integrieren, ist es möglich, die Performanz von Planungssystemen signifikant zu verbessern. Dabei können gelöste Planungsprobleme zunächst mit einem wissensintensiven Verfahren abstrahiert und generalisiert werden. Durch den in diesem Beitrag im Vordergrund stehenden induktiven inkrementellen Lernalgorithmus ist es dann weiterhin möglich, die Gesamtheit des deduktiv generierten Wissens in einer Abstraktionshierarchie anzuordnen. Dabei wird die, im allgemeinen unentscheidbare, "spezieller-als-Relation" zwischen generalisierten Plänen, induktiv aus den gegebenen Planungsfällen gelernt. Diese Abstraktionshierarchie dient dann zur Klassifikation neuer Problemstellungen und damit zur Bestimmung einer speziellsten anwendbaren abstrakten Problemlösung.
Within the present paper we investigate case-based representability as well as case-based learnability of indexed families of uniformly recursive languages. Since we are mainly interested in case-based learning with respect to an arbitrary fixed similarity measure, case-based learnability of an indexed family requires its representability, first. We show that every indexed family is case- based representable by positive and negative cases. If only positive cases are allowed the class of representable families is comparatively small. Furthermore, we present results that provide some bounds concerning the necessary size of case bases. We study, in detail, how the choice of a case selection strategy influences the learning capabilities of a case-based learner. We define different case selection strategies and compare their learning power to one another. Furthermore, we elaborate the relations to Gold-style language learning from positive and both positive and negative examples.
Automatic proof systems are becoming more and more powerful.However, the proofs generated by these systems are not met withwide acceptance, because they are presented in a way inappropriatefor human understanding.In this paper we pursue two different, but related, aims. First wedescribe methods to structure and transform equational proofs in away that they conform to human reading conventions. We developalgorithms to impose a hierarchical structure on proof protocols fromcompletion based proof systems and to generate equational chainsfrom them.Our second aim is to demonstrate the difficulties of obtaining suchprotocols from distributed proof systems and to present our solutionto these problems for provers using the TEAMWORK method. Wealso show that proof systems using this method can give considerablehelp in structuring the proof listing in a way analogous to humanbehaviour.In addition to theoretical results we also include descriptions onalgorithms, implementation notes, examples and data on a variety ofexamples.
ALICE
(1994)
While symbolic learning approaches encode the knowledge provided by the presentation of the cases explicitly into a symbolic representation of the concept, e.g. formulas, rules, or decision trees, case-based approaches describe learned concepts implicitly by a pair (CB; d), i.e. by a set CB of cases and a distance measure d. Given the same information, symbolic as well as the case-based approach compute a classification when a new case is presented. This poses the question if there are any differences concerning the learning power of the two approaches. In this work we will study the relationship between the case base, the measure of distance, and the target concept of the learning process. To do so, we transform a simple symbolic learning algorithm (the version space algorithm) into an equivalent case-based variant. The achieved results strengthen the conjecture of the equivalence of the learning power of symbolic and casebased methods and show the interdependency between the measure used by a case-based algorithm and the target concept.
The introduction of sorts to first-order automated deduc-tion has brought greater conciseness of representation and a considerablegain in efficiency by reducing search spaces. This suggests that sort in-formation can be employed in higher-order theorem proving with similarresults. This paper develops a sorted (lambda)-calculus suitable for automatictheorem proving applications. It extends the simply typed (lambda)-calculus by ahigher-order sort concept that includes term declarations and functionalbase sorts. The term declaration mechanism studied here is powerfulenough to subsume subsorting as a derived notion and therefore gives ajustification for the special form of subsort inference. We present a set oftransformations for sorted (pre-) unification and prove the nondetermin-istic completeness of the algorithm induced by these transformations.
We introduce the concept of streamballs for fluid flow visualization. Streamballs are based upon implicit surface generation techniques adopted from the well-known metaballs. Their property to split or merge automatically in areas of significant divergence or convergence makes them an ideal tool for the visualization of arbitrary complex flow fields. Using convolution surfaces generated by continuous skeletons for streamball construction offers the possibility to visualize even tensor fields.
Best-Fit Pattern Matching
(1994)
This report shows that dispatching of methods in object oriented languages is in principle the same as best fit pattern matching. A general conceptual description of best fit pattern matching is presented. Many object oriented features are modelled by means of the general concept. This shows that simple methods, multi methods, overloading of functions, pattern matching,
dynamic and union types, and extendable records can be combined in a single comprehensive concept.
We study the complexity of local solution of Fredholm integral equations. This means that we want to compute not the full solution, but rather a functional (weighted mean, value in a point) of it. For certain Sobolev classes of multivariate periodic functions we prove matching upper and lower bounds and construct an algorithm of the optimal order, based on Fourier coefficients and a hyperbolic cross approximation.
In this paper the complexity of the local solution of Fredholm integral equations
is studied. For certain Sobolev classes of multivariate periodic functions with dominating mixed derivative we prove matching lower and upper bounds. The lower bound is shown using relations to s-numbers. The upper bound is proved in a constructive way providing an implementable algorithm of optimal order based on Fourier coefficients and a hyperbolic cross approximation.
Visualization of large data sets, especially on small machines, requires advanced techniques in image processing and image generation. Our hybrid raytracer is capable of rendering volumetric and geometric data simultaneously, without loss of accuracy due to data conversion. Compound data sets, consisting of several types of data, are called "hybrid data sets". There is only one rendering pipeline to obtain loss-less and efficient visualization of hybrid data. Algorithms apply to both types of data. Optical material properties are stored in the same data base for both volumetric and geometric objects, and anti-aliasing methods appeal to both data types. Stereoscopic display routines have been added to obtain true three-dimensional visualization on various media, and animation features allow generation of recordable 3-D sequences.
In dieser Arbeit beschreiben wir einen Ansatz zur automatischen Synthese zustandsendlicher, reaktiver Systeme, ausgehend von einer rein deklarativen, logischen Spezifikation. Dazu verwenden wir temporal stratifizierte Programme,
das sind spezielle Logik-Programme auf der Grundlage einer linearen, temporalen Aussagenlogik. Die Umgebung eines zu implementierenden Steuerungsprogrammes wird hier durch eine Menge von PROLOG-ähnlichen Programmklauseln beschrieben; zusätzlich wird eine Sicherheitsbedingung angegeben, die in dem System gelten soll. Wir zeigen, wie durch eine solche Spezifikation ein sie implementierender endlicher Automat definiert ist und geben einen Algorithmus zu seiner Berechnung auf der Grundlage einer Fixpunkt-Iteration an.
Temporal stratifizierte Programme sind spezielle Logik-Programme auf der Grundlage einer linearen, temporalen Aussagenlogik, mit denen zustandsendliche reaktive Systeme spezifiziert werden können. Dabei wird die Umgebung eines zu implementierenden Steuerungsprogrammes durch eine Menge von PROLOG-ähnlichen Programmklauseln beschrieben; zusätzlich wird eine Sicherheitsbedingung angegeben, die in dem System gelten soll. Die Sprache ist so gestaltet, daß sie für resolutionsbasierte Verfahren zur Verifikation und Synthese von Steuerungsprogrammen geeignet ist. Wir zeigen, daß temporal stratifizierte Programme in ihrer Ausdrucksmächtigkeit endlichen Automaten gleichkommen.
Optimization of Projection Methods for Solving ill-posed Problems. In this paper we propose a modification of the projection scheme for solving ill-posed problems. We show that this modification allows to obtain the best possible order of accuracy of Tikhonov Regularization using an amount of information which is far less than for the standard projection technique.
The Basic Reference Model of ODP introduces a number of basic concepts in order to provide a common basis for the development of a coherent set of standards. To achieve this objective, a clear understanding of the basic concepts is one prerequisite. This paper makes an effort at clarifying some of the basic concepts independently of standardized or non-standardized formal description techniques. Among the basic concepts considered here are: agent, action, interaction, interaction point, architecture, behaviour, system, composition, refinement, and abstraction. In a case study, it is then shown how these basic concepts can be represented in a formal specification written in temporal logic.
The problem to interpolate Hermite-type data (i.e. two points with attached tangent vectors) with elastic curves of prescribed tension is known to have multiple solutions. A method is presented that finds all solutions of length not exceeding one period of its curvature function. The algorithm is based on algebraic relations between discrete curvature information which allow to transform the problem into a univariate one. The method operates with curves that by construction partially interpolate the given data. Hereby the objective function of the problem is drastically simplified. A bound on the maximum curvature value is established that provides an interval containing all solutions.
Hardware / Software Codesign
(1994)
Monte Carlo integration is often used for antialiasing in rendering processes.
Due to low sampling rates only expected error estimates can be stated, and the variance can be high. In this article quasi-Monte Carlo methods are presented, achieving a guaranteed upper error bound and a convergence rate essentially as fast as usual Monte Carlo.
The radiance equation, which describes the global illumination problem in computer graphics, is a high dimensional integral equation. Estimates of the solution are usually computed on the basis of Monte Carlo methods. In this paper we propose and investigate quasi-Monte Carlo methods, which means that we replace (pseudo-) random samples by low discrepancy sequences, yielding deterministic algorithms. We carry out a comparative numerical study between Monte Carlo and quasi-Monte Carlo methods. Our results show that quasi-Monte Carlo converges considerably faster.
The rapid development of any field of knowledge brings with it unavoidable fragmentation and proliferation of new disciplines. The development of computer science is no exception. Software engineering (SE) and human-computer interaction (HCI) are both relatively new disciplines of computer science. Furthermore, as both names suggest, they each have strong connections with other subjects. SE is concerned with methods and tools for general software development based on engineering principles. This discipline has its roots not only in computer science but also in a number of traditional engineering disciplines. HCI is concerned with methods and tools for the development of human-computer interfaces, assessing the usability of computer systems and with broader issues about how people interact with computers. It is based on theories about how humans process information and interact with computers, other objects and other people in the organizational and social contexts in
which computers are used. HCI draws on knowledge and skills from psychology, anthropology and sociology in addition to computer science. Both disciplines need ways of measuring how well their products and development processes fulfil their intended requirements. Traditionally SE has been concerned with 'how software is constructed' and HCI with 'how people use software'. Given the
different histories of the disciplines and their different objectives, it is not surprising that they take different approaches to measurement. Thus, each has its own distinct 'measurement culture.' In this paper we analyse the differences and the commonalties of the two cultures by examining the measurement approaches used by each. We then argue the need for a common measurement taxonomy and framework, which is derived from our analyses of the two disciplines. Next we demonstrate the usefulness of the taxonomy and framework via specific example studies drawn from our own work and that of others and show that, in fact, the two disciplines have many important similarities as well as differences and that there is some evidence to suggest that they are growing closer. Finally, we discuss the role of the taxonomy as a framework to support: reuse, planning future studies, guiding practice and facilitating communication between the two disciplines.
Software-Projekte bestehen aus einer Vielzahl von Teilaufgaben, die durch komplexe Wechselbeziehungen miteinander verknüpft sind. Systematische Unterstützung bei der Durchführung von Software-Projekten erfordert deshalb nicht nur die isolierte Unterstützung einzelner Teilaufgaben, sondern insbesondere der Wechselbeziehungen. Außerdem müssen Aktivitäten des Messens und Bewertens durchgeführt werden, um quantitative Aussagen über Produkte und Prozesse ableiten zu können. Ziel des MVP-Projekts (Multi-View Process modeling) ist es, derartige integrierte Unterstützung auf der Basis meßbarer Projektpläne zur Verfügung zu stellen. Projektpläne setzen sich dabei unter anderem aus Prozeß-, Produkt-, Ressourcen- und Qualitätsmodellen zusammen. Meßansätze werden nicht nur zur systematischen Unterstützung von Projekten, sondern auch zur Verbesserung existierender Prozeß-, Produkt-, Ressource- und Qualitätsmodelle aufgrund 'gemessener' Erfahrungswerte verwendet. Die Benutzer des MVP-Entwicklungssystems (MVP-S) werden durch ihre Rollen im Rahmen eines Projekts charakterisiert werden können. Es wird beschrieben, wie Rollen das MVP-System nutzen können. Dies geschieht entweder durch direkte Repräsentation ihrer Aufgaben als Prozesse oder indem die im Projektplan repräsentierte Information ausgewertet und präsentiert wird; entsprechend bezeichnen wir eine Rolle als "zustandsverändernd" oder als "zustandserfragend". Um diese Rollen zu unterstützen, existieren unterschiedliche Möglichkeiten abhängig vom Grad der Automatisierung. Es werden beispielhaft drei Stufen aufgezeigt. Anschließend wird die Realisierung einer prototypischen, qualitätsorientierten, prozeßsensitiven Software-Entwicklungsumgebung diskutiert. Zum Abschluß wird auf gegenwärtige und zukünftige Forschungsfragen im Rahmen des MVP-Projekts eingegangen.
The main problem in computer graphics is to solve the global illumination problem,
which is given by a Fredholm integral equation of the second kind, called the radiance equation (REQ). In order to achieve realistic images, a very complex kernel
of the integral equation, modelling all physical effects of light, must be considered. Due to this complexity Monte Carlo methods seem to be an appropriate approach to solve the REQ approximately. We show that replacing Monte Carlo by quasi-Monte Carlo in some steps of the algorithm results in a faster convergence.
Self-localization in unknown environments respectively correlation of current and former impressions of the world is an essential ability for most mobile robots. The method,proposed in this article is the construction of a qualitative, topological world model as a basis for self-localization. As a central aspect the reliability regarding error-tolerance and stability will be emphasized. The proposed techniques demand very low constraints for the kind and quality of the employed sensors as well as for the kinematic precisionof the utilized mobile platform. Hard real-time constraints can be handled due to the low computational complexity. The principal discussions are supported by real-world experiments with the mobile robot.
Die Lösung einer Konfigurationsaufgabe innerhalb einer technischen Domäne besteht in der Konstruktion eines komplexen Objektes, das sowohl alle in der Aufgabe gestellten Anforderungen bezüglich seiner Funktionalität erfüllt, als auch den innerhalb der Domäne vorhandenen Restriktionen vollständig genügt. Durch die als bekannt vorausgesetzte Struktur der Anwendungsdomäne wird ein Suchraum aufgespannt, in dem es eine in diesem Sinne korrekte - und wenn möglich besonders gute - Lösung zu finden gilt. Wegen der Grösse des Suchraums wird zu diesem Zweck im allgemeinen ein Verfahren zur Tiefensuche eingesetzt.
CAPlan[Web94] basiert auf dem SNLP-Algorithmus [BW92], einer bekannten Version des Originalalgorithmus von McAllester und Rosenblitt [MR91]. Seit dessen Veröffentlichung hat eine Flut von Papieren die Überlegenheit dieses Planers gegenüber herkömmlichen Planverfahren gezeigt. Diese Überlegenheit liegt einerseits in seinem nur partiell ordnenden least-commitment Ansatz begründet und anderseits in der Systematik der Suche, die einen minimalen Suchraum garantiert.
David Chapman hat 1987 mit seinem Artikel Planning for Conjunctive Goals einen wichtigen Schritt in Richtung der Formalisierung von partiell ordnen der Planung und ihrem Verständnis gemacht. Grundlegendes Konzept von David Chapman ist die Idee modaler Wahrheit in Plänen; sein Modal Truth Criterion (MTC) macht Aussagen über die Gültigkeit einer Aussage in einem partiell geordneten Plan. Kambhampati und Nau zeigten mit ihrem Papier On the Nature of Modal Truth Criteria in Planning einige wesentliche Mängel bzw. begriffliche Ungenauigkeiten an Chapmans Kriterium auf und machten mit ihrem Modal Conditional Truth Criterion Vorschläge für eine Korrektur. Insbesondere bekam die Frage nach der Ausführbarkeit eines Planes hier ein grösseres Gewicht. Ziel dieser Projektarbeit ist es zunächst, das MTC von Chapman sowie die Modifikation darzustellen und, als praktische Aufgabe, die Realisierung des MTC für den Causal Link Planer CAPlan, basierend auf der bestehenden Implementation des Systems.