Der vorliegende Bericht ist als Diplomarbeit entstanden, die sich mit der umfangreichen Literatur zum Thema der soziologischen Auswirkungen von Informatik-Anwendungen beschäftigt.

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.

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.

Die Grundidee der vorliegenden Arbeit ist es, Gemeinsamkeiten der beiden grossen Forschungsgebiete der künstlichen Intelligenz, nichtmonotone Logiken und fallbasiertes Schliessen, zu untersuchen bzw. zu finden.

Vorliegender Bericht beschreibt erste Ansätze von Konzepten für große, verteilte Umweltinformationssysteme. Aus diesen grundsätzlichen Überlegungen wird ein Plan für ein Forschungsvorhaben entwickelt, welches gemeinsam mit änderen Institutionen in naher Zukunkt begonnen werden soll.

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.

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.

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 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.

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.