@misc{Lunemann2006, type = {Master Thesis}, author = {Lunemann, Carolin}, title = {Quantum cryptography : security analysis of multiuser quantum communication with embedded authentication}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-12756}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2006}, abstract = {Three quantum cryptographic protocols of multiuser quantum networks with embedded authentication, allowing quantum key distribution or quantum direct communication, are discussed in this work. The security of the protocols against different types of attacks is analysed with a focus on various impersonation attacks and the man-in-the-middle attack. On the basis of the security analyses several improvements are suggested and implemented in order to adjust the investigated vulnerabilities. Furthermore, the impact of the eavesdropping test procedure on impersonation attacks is outlined. The framework of a general eavesdropping test is proposed to provide additional protection against security risks in impersonation attacks.}, language = {en} } @phdthesis{Knoepfel2004, author = {Kn{\"o}pfel, Andreas}, title = {Konzepte der Beschreibung interaktiver Systeme}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-2898}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2004}, abstract = {Interaktive System sind dynamische Systeme mit einem zumeist informationellen Kern, die {\"u}ber eine Benutzungsschnittstelle von einem oder mehreren Benutzern bedient werden k{\"o}nnen. Grundlage f{\"u}r die Benutzung interaktiver Systeme ist das Verst{\"a}ndnis von Zweck und Funktionsweise. Allein aus Form und Gestalt der Benutzungsschnittstelle ergibt sich ein solches Verst{\"a}ndnis nur in einfachen F{\"a}llen. Mit steigender Komplexit{\"a}t ist daher eine verst{\"a}ndliche Beschreibung solcher Systeme f{\"u}r deren Entwicklung und Benutzung unverzichtbar. Abh{\"a}ngig von ihrem Zweck variieren die Formen vorgefundener Beschreibungen in der Literatur sehr stark. Ausschlaggebend f{\"u}r die Verst{\"a}ndlichkeit einer Beschreibung ist jedoch prim{\"a}r die ihr zugrundeliegende Begriffswelt. Zur Beschreibung allgemeiner komplexer diskreter Systeme - aufbauend auf einer getrennten Betrachtung von Aufbau-, Ablauf- und Wertestrukturen - existiert eine bew{\"a}hrte Begriffswelt. Eine Spezialisierung dieser Begriffs- und Vorstellungswelt, die den unterschiedlichen Betrachtungsebenen interaktiver Systeme gerecht wird und die als Grundlage beliebiger Beschreibungsans{\"a}tze interaktiver Systeme dienen kann, gibt es bisher nicht. Ziel dieser Arbeit ist die Bereitstellung einer solchen Begriffswelt zur effizienten Kommunikation der Strukturen interaktiver Systeme. Dadurch soll die Grundlage f{\"u}r eine sinnvolle Erg{\"a}nzung bestehender Beschreibungs- und Entwicklungsans{\"a}tze geschaffen werden. Prinzipien der Gestaltung von Benutzungsschnittstellen, Usability- oder Ergonomiebetrachtungen stehen nicht im Mittelpunkt der Arbeit. Ausgehend von der informationellen Komponente einer Benutzungsschnittstelle werden drei Modellebenen abgegrenzt, die bei der Betrachtung eines interaktiven Systems zu unterscheiden sind. Jede Modellebene ist durch eine typische Begriffswelt gekennzeichnet, die ihren Ursprung in einer aufbauverwurzelten Vorstellung hat. Der durchg{\"a}ngige Bezug auf eine Systemvorstellung unterscheidet diesen Ansatz von dem bereits bekannten Konzept der Abgrenzung unterschiedlicher Ebenen verschiedenartiger Entwurfsentscheidungen. Die Fundamental Modeling Concepts (FMC) bilden dabei die Grundlage f{\"u}r die Findung und die Darstellung von Systemstrukturen. Anhand bestehender Systembeschreibungen wird gezeigt, wie die vorgestellte Begriffswelt zur Modellfindung genutzt werden kann. Dazu wird eine repr{\"a}sentative Auswahl vorgefundener Systembeschreibungen aus der einschl{\"a}gigen Literatur daraufhin untersucht, in welchem Umfang durch sie die Vorstellungswelt dynamischer Systeme zum Ausdruck kommt. Defizite in der urspr{\"u}nglichen Darstellung werden identifiziert. Anhand von Alternativmodellen zu den betrachteten Systemen wird der Nutzen der vorgestellten Begriffswelt und Darstellungsweise demonstriert.}, subject = {Systementwurf}, language = {de} } @phdthesis{RobinsonMallett2005, author = {Robinson-Mallett, Christopher}, title = {Modellbasierte Modulpr{\"u}fung f{\"u}r die Entwicklung technischer, softwareintensiver Systeme mit Real-Time Object-Oriented Modeling}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-6045}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2005}, abstract = {Mit zunehmender Komplexit{\"a}t technischer Softwaresysteme ist die Nachfrage an produktiveren Methoden und Werkzeugen auch im sicherheitskritischen Umfeld gewachsen. Da insbesondere objektorientierte und modellbasierte Ans{\"a}tze und Methoden ausgezeichnete Eigenschaften zur Entwicklung großer und komplexer Systeme besitzen, ist zu erwarten, dass diese in naher Zukunft selbst bis in sicherheitskritische Bereiche der Softwareentwicklung vordringen. Mit der Unified Modeling Language Real-Time (UML-RT) wird eine Softwareentwicklungsmethode f{\"u}r technische Systeme durch die Object Management Group (OMG) propagiert. F{\"u}r den praktischen Einsatz im technischen und sicherheitskritischen Umfeld muss diese Methode nicht nur bestimmte technische Eigenschaften, beispielsweise temporale Analysierbarkeit, besitzen, sondern auch in einen bestehenden Qualit{\"a}tssicherungsprozess integrierbar sein. Ein wichtiger Aspekt der Integration der UML-RT in ein qualit{\"a}tsorientiertes Prozessmodell, beispielsweise in das V-Modell, ist die Verf{\"u}gbarkeit von ausgereiften Konzepten und Methoden f{\"u}r einen systematischen Modultest. Der Modultest dient als erste Qualitit{\"a}tssicherungsphase nach der Implementierung der Fehlerfindung und dem Qualit{\"a}tsnachweis f{\"u}r jede separat pr{\"u}fbare Softwarekomponente eines Systems. W{\"a}hrend dieser Phase stellt die Durchf{\"u}hrung von systematischen Tests die wichtigste Qualit{\"a}tssicherungsmaßnahme dar. W{\"a}hrend zum jetzigen Zeitpunkt zwar ausgereifte Methoden und Werkzeuge f{\"u}r die modellbasierte Softwareentwicklung zur Verf{\"u}gung stehen, existieren nur wenig {\"u}berzeugende L{\"o}sungen f{\"u}r eine systematische modellbasierte Modulpr{\"u}fung. Die durchg{\"a}ngige Verwendung ausf{\"u}hrbarer Modelle und Codegenerierung stellen wesentliche Konzepte der modellbasierten Softwareentwicklung dar. Sie dienen der konstruktiven Fehlerreduktion durch Automatisierung ansonsten fehlertr{\"a}chtiger, manueller Vorg{\"a}nge. Im Rahmen einer modellbasierten Qualit{\"a}tssicherung sollten diese Konzepte konsequenterweise in die sp{\"a}teren Qualit{\"a}tssicherungsphasen transportiert werden. Daher ist eine wesentliche Forderung an ein Verfahren zur modellbasierten Modulpr{\"u}fung ein m{\"o}glichst hoher Grad an Automatisierung. In aktuellen Entwicklungen hat sich f{\"u}r die Generierung von Testf{\"a}llen auf Basis von Zustandsautomaten die Verwendung von Model Checking als effiziente und an die vielf{\"a}ltigsten Testprobleme anpassbare Methode bew{\"a}hrt. Der Ansatz des Model Checking stammt urspr{\"u}nglich aus dem Entwurf von Kommunikationsprotokollen und wurde bereits erfolgreich auf verschiedene Probleme der Modellierung technischer Software angewendet. Insbesondere in der Gegenwart ausf{\"u}hrbarer, automatenbasierter Modelle erscheint die Verwendung von Model Checking sinnvoll, das die Existenz einer formalen, zustandsbasierten Spezifikation voraussetzt. Ein ausf{\"u}hrbares, zustandsbasiertes Modell erf{\"u}llt diese Anforderungen in der Regel. Aus diesen Gr{\"u}nden ist die Wahl eines Model Checking Ansatzes f{\"u}r die Generierung von Testf{\"a}llen im Rahmen eines modellbasierten Modultestverfahrens eine logische Konsequenz. Obwohl in der aktuellen Spezifikation der UML-RT keine eindeutigen Aussagen {\"u}ber den zur Verhaltensbeschreibung zu verwendenden Formalismus gemacht werden, ist es wahrscheinlich, dass es sich bei der UML-RT um eine zu Real-Time Object-Oriented Modeling (ROOM) kompatible Methode handelt. Alle in dieser Arbeit pr{\"a}sentierten Methoden und Ergebnisse sind somit auf die kommende UML-RT {\"u}bertragbar und von sehr aktueller Bedeutung. Aus den genannten Gr{\"u}nden verfolgt diese Arbeit das Ziel, die analytische Qualit{\"a}tssicherung in der modellbasierten Softwareentwicklung mittels einer modellbasierten Methode f{\"u}r den Modultest zu verbessern. Zu diesem Zweck wird eine neuartige Testmethode pr{\"a}sentiert, die auf automatenbasierten Verhaltensmodellen und CTL Model Checking basiert. Die Testfallgenerierung kann weitgehend automatisch erfolgen, um Fehler durch menschlichen Einfluss auszuschließen. Das entwickelte Modultestverfahren ist in die technischen Konzepte Model Driven Architecture und ROOM, beziehungsweise UML-RT, sowie in die organisatorischen Konzepte eines qualit{\"a}tsorientierten Prozessmodells, beispielsweise das V-Modell, integrierbar.}, subject = {Software}, language = {de} } @misc{Ohme2003, type = {Master Thesis}, author = {Ohme, Sebastian}, title = {Konzeption von Dokumentenservern f{\"u}r Digitale Bibliotheken im Hinblick auf Langzeitarchivierung und Retrieval}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-5880}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2003}, abstract = {Entwickelt wird ein Dokument Management System zur elektronischen, Client-Server-basierten Publikation und Langzeitarchivierung von Hochschulschriften f{\"u}r die Universit{\"a}tsbibliothek Potsdam. Der zu konzipierende Dokumentenserver muss den bibliothekarischen Anforderungen im Hinblick auf die Sicherung von Authentizit{\"a}t und Integrit{\"a}t des Servers und der einzelnen Textdokumente entsprechen. Eine Analyse der Eignung verbreiteter Dateiformate zur dauerhaften Speicherung unter Ber{\"u}cksichtigung von Verf{\"u}gbarkeit, Strukturierbarkeit, Konvertierbarkeit und Austauschbarkeit sowie Recherchierbarkeit erbringt eine langfristig anzustrebende Pr{\"a}ferenz f{\"u}r XML als Archivierungs- und Rechercheformat sowie PDF und/oder HTML als Pr{\"a}sentationsformate. Die Formalerfassung erfolgt {\"u}ber die Anreicherung des Dokumentes mit Metadaten nach dem DC qualified Standard, die in einer Datenbank strukturiert abgelegt sind. Der dauerhafte Zugang zur Publikation kann durch Verwendung einer zitierf{\"a}higen URN (Persistent Identifier) gesichert werden. Bestehende Archivierungssysteme werden untersucht und auf Vereinbarkeit mit den lokalen Bed{\"u}rfnissen gepr{\"u}ft. Ein Workflow f{\"u}r die Anlieferung von Dokument und beschreibenden Metadaten durch den Autor und die weitere Bearbeitung durch die Bibliothek wird erarbeitet und die technische Umsetzung mittels Perl, HTML, XML und einer MS Access Datenbank beschrieben. Der Dokumentenserver erm{\"o}glicht performantes Retrieval und ist als Dataprovider mit einer OAI-Schnittstelle f{\"u}r den weltweiten, standardisierten Datenaustausch ausgestattet. Das System kann in wissenschaftlichen Informationseinrichtungen als Internet- oder Intranet-Repositorium eingesetzt werden. (Fremdreferat)}, subject = {Elektronisches Publizieren}, language = {de} } @phdthesis{Ziehe2005, author = {Ziehe, Andreas}, title = {Blind source separation based on joint diagonalization of matrices with applications in biomedical signal processing}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-5694}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2005}, abstract = {This thesis is concerned with the solution of the blind source separation problem (BSS). The BSS problem occurs frequently in various scientific and technical applications. In essence, it consists in separating meaningful underlying components out of a mixture of a multitude of superimposed signals. In the recent research literature there are two related approaches to the BSS problem: The first is known as Independent Component Analysis (ICA), where the goal is to transform the data such that the components become as independent as possible. The second is based on the notion of diagonality of certain characteristic matrices derived from the data. Here the goal is to transform the matrices such that they become as diagonal as possible. In this thesis we study the latter method of approximate joint diagonalization (AJD) to achieve a solution of the BSS problem. After an introduction to the general setting, the thesis provides an overview on particular choices for the set of target matrices that can be used for BSS by joint diagonalization. As the main contribution of the thesis, new algorithms for approximate joint diagonalization of several matrices with non-orthogonal transformations are developed. These newly developed algorithms will be tested on synthetic benchmark datasets and compared to other previous diagonalization algorithms. Applications of the BSS methods to biomedical signal processing are discussed and exemplified with real-life data sets of multi-channel biomagnetic recordings.}, subject = {Signaltrennung}, language = {en} } @phdthesis{Groene2004, author = {Gr{\"o}ne, Bernhard}, title = {Konzeptionelle Patterns und ihre Darstellung}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-2302}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {vii ; 120}, year = {2004}, abstract = {Zur Beherrschung großer Systeme, insbesondere zur Weitergabe und Nutzung von Erfahrungswissen in der fr{\"u}hen Entwurfs- und Planungsphase, ben{\"o}tigt man Abstraktionen f{\"u}r deren Strukturen. Trennt man Software- von Systemstrukturen, kann man mit letzteren Systeme auf ausreichend hohem Abstraktionsgrad beschreiben.Software-Patterns dienen dazu, Erfahrungswissen bez{\"u}glich programmierter Systeme strukturiert weiterzugeben. Dabei wird unterschieden zwischen Idiomen, die sich auf L{\"o}sungen mit einer bestimmten Programmiersprache beziehen, Design-Patterns, die nur einen kleinen Teil des Programms betreffen und Architektur-Patterns, deren Einfluss {\"u}ber einen gr{\"o}ßeren Teil oder gar das komplette Programm reicht. Eine Untersuchung von existierenden Patterns zeigt, dass deren Konzepte n{\"u}tzlich zum Finden von Systemstrukturen sind. Die grafische Darstellung dieser Patterns ist dagegen oft auf Software-Strukturen eingeschr{\"a}nkt und ist f{\"u}r die Vermittlung von Erfahrungen zum Finden von Systemstrukturen meist nicht geeignet. Daher wird die Kategorie der konzeptionellen Patterns mit einer darauf abgestimmten grafischen Darstellungsform vorgeschlagen, bei denen Problem und L{\"o}sungsvorschlag im Bereich der Systemstrukturen liegen. Sie betreffen informationelle Systeme, sind aber nicht auf L{\"o}sungen mit Software beschr{\"a}nkt. Die Systemstrukturen werden grafisch dargestellt, wobei daf{\"u}r die Fundamental Modeling Concepts (FMC) verwendet werden, die zur Darstellung von Systemstrukturen entwickelt wurden.}, language = {de} } @misc{Baermann2006, type = {Master Thesis}, author = {B{\"a}rmann, Daniel}, title = {Aufz{\"a}hlen von DNA-Codes}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-10264}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2006}, abstract = {In dieser Arbeit wird ein Modell zum Aufz{\"a}hlen von DNA-Codes entwickelt. Indem eine Ordnung auf der Menge aller DNA-Codew{\"o}rter eingef{\"u}hrt und auf die Menge aller Codes erweitert wird, erlaubt das Modell das Auffinden von DNA-Codes mit bestimmten Eigenschaften, wie {\"U}berlappungsfreiheit, Konformit{\"a}t, Kommafreiheit, Stickyfreiheit, {\"U}berhangfreiheit, Teilwortkonformit{\"a}t und anderer bez{\"u}glich einer gegebenen Involution auf der Menge der Codew{\"o}rter. Ein auf Grundlage des geschaffenen Modells entstandenes Werkzeug erlaubt das Suchen von Codes mit beliebigen Kombinationen von Codeeigenschaften. Ein weiterer wesentlicher Bestandteil dieser Arbeit ist die Untersuchung der Optimalit{\"a}t von DNA-Codes bez{\"u}glich ihrer Informationsrate sowie das Finden solider DNA-Codes.}, subject = {DNS}, language = {de} } @phdthesis{Floeter2005, author = {Fl{\"o}ter, Andr{\´e}}, title = {Analyzing biological expression data based on decision tree induction}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-6416}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2005}, abstract = {Modern biological analysis techniques supply scientists with various forms of data. One category of such data are the so called "expression data". These data indicate the quantities of biochemical compounds present in tissue samples. Recently, expression data can be generated at a high speed. This leads in turn to amounts of data no longer analysable by classical statistical techniques. Systems biology is the new field that focuses on the modelling of this information. At present, various methods are used for this purpose. One superordinate class of these meth­ods is machine learning. Methods of this kind had, until recently, predominantly been used for classification and prediction tasks. This neglected a powerful secondary benefit: the ability to induce interpretable models. Obtaining such models from data has become a key issue within Systems biology. Numerous approaches have been proposed and intensively discussed. This thesis focuses on the examination and exploitation of one basic technique: decision trees. The concept of comparing sets of decision trees is developed. This method offers the pos­sibility of identifying significant thresholds in continuous or discrete valued attributes through their corresponding set of decision trees. Finding significant thresholds in attributes is a means of identifying states in living organisms. Knowing about states is an invaluable clue to the un­derstanding of dynamic processes in organisms. Applied to metabolite concentration data, the proposed method was able to identify states which were not found with conventional techniques for threshold extraction. A second approach exploits the structure of sets of decision trees for the discovery of com­binatorial dependencies between attributes. Previous work on this issue has focused either on expensive computational methods or the interpretation of single decision trees ­ a very limited exploitation of the data. This has led to incomplete or unstable results. That is why a new method is developed that uses sets of decision trees to overcome these limitations. Both the introduced methods are available as software tools. They can be applied consecu­tively or separately. That way they make up a package of analytical tools that usefully supplement existing methods. By means of these tools, the newly introduced methods were able to confirm existing knowl­edge and to suggest interesting and new relationships between metabolites.}, subject = {Molekulare Bioinformatik}, language = {en} } @phdthesis{Semmo2016, author = {Semmo, Amir}, title = {Design and implementation of non-photorealistic rendering techniques for 3D geospatial data}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-99525}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {XVI, 155}, year = {2016}, abstract = {Geospatial data has become a natural part of a growing number of information systems and services in the economy, society, and people's personal lives. In particular, virtual 3D city and landscape models constitute valuable information sources within a wide variety of applications such as urban planning, navigation, tourist information, and disaster management. Today, these models are often visualized in detail to provide realistic imagery. However, a photorealistic rendering does not automatically lead to high image quality, with respect to an effective information transfer, which requires important or prioritized information to be interactively highlighted in a context-dependent manner. Approaches in non-photorealistic renderings particularly consider a user's task and camera perspective when attempting optimal expression, recognition, and communication of important or prioritized information. However, the design and implementation of non-photorealistic rendering techniques for 3D geospatial data pose a number of challenges, especially when inherently complex geometry, appearance, and thematic data must be processed interactively. Hence, a promising technical foundation is established by the programmable and parallel computing architecture of graphics processing units. This thesis proposes non-photorealistic rendering techniques that enable both the computation and selection of the abstraction level of 3D geospatial model contents according to user interaction and dynamically changing thematic information. To achieve this goal, the techniques integrate with hardware-accelerated rendering pipelines using shader technologies of graphics processing units for real-time image synthesis. The techniques employ principles of artistic rendering, cartographic generalization, and 3D semiotics—unlike photorealistic rendering—to synthesize illustrative renditions of geospatial feature type entities such as water surfaces, buildings, and infrastructure networks. In addition, this thesis contributes a generic system that enables to integrate different graphic styles—photorealistic and non-photorealistic—and provide their seamless transition according to user tasks, camera view, and image resolution. Evaluations of the proposed techniques have demonstrated their significance to the field of geospatial information visualization including topics such as spatial perception, cognition, and mapping. In addition, the applications in illustrative and focus+context visualization have reflected their potential impact on optimizing the information transfer regarding factors such as cognitive load, integration of non-realistic information, visualization of uncertainty, and visualization on small displays.}, language = {en} } @phdthesis{Kyprianidis2013, author = {Kyprianidis, Jan Eric}, title = {Structure adaptive stylization of images and video}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-64104}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2013}, abstract = {In the early days of computer graphics, research was mainly driven by the goal to create realistic synthetic imagery. By contrast, non-photorealistic computer graphics, established as its own branch of computer graphics in the early 1990s, is mainly motivated by concepts and principles found in traditional art forms, such as painting, illustration, and graphic design, and it investigates concepts and techniques that abstract from reality using expressive, stylized, or illustrative rendering techniques. This thesis focuses on the artistic stylization of two-dimensional content and presents several novel automatic techniques for the creation of simplified stylistic illustrations from color images, video, and 3D renderings. Primary innovation of these novel techniques is that they utilize the smooth structure tensor as a simple and efficient way to obtain information about the local structure of an image. More specifically, this thesis contributes to knowledge in this field in the following ways. First, a comprehensive review of the structure tensor is provided. In particular, different methods for integrating the minor eigenvector field of the smoothed structure tensor are developed, and the superiority of the smoothed structure tensor over the popular edge tangent flow is demonstrated. Second, separable implementations of the popular bilateral and difference of Gaussians filters that adapt to the local structure are presented. These filters avoid artifacts while being computationally highly efficient. Taken together, both provide an effective way to create a cartoon-style effect. Third, a generalization of the Kuwahara filter is presented that avoids artifacts by adapting the shape, scale, and orientation of the filter to the local structure. This causes directional image features to be better preserved and emphasized, resulting in overall sharper edges and a more feature-abiding painterly effect. In addition to the single-scale variant, a multi-scale variant is presented, which is capable of performing a highly aggressive abstraction. Fourth, a technique that builds upon the idea of combining flow-guided smoothing with shock filtering is presented, allowing for an aggressive exaggeration and an emphasis of directional image features. All presented techniques are suitable for temporally coherent per-frame filtering of video or dynamic 3D renderings, without requiring expensive extra processing, such as optical flow. Moreover, they can be efficiently implemented to process content in real-time on a GPU.}, language = {en} } @phdthesis{Prohaska2007, author = {Prohaska, Steffen}, title = {Skeleton-based visualization of massive voxel objects with network-like architecture}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-14888}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2007}, abstract = {This work introduces novel internal and external memory algorithms for computing voxel skeletons of massive voxel objects with complex network-like architecture and for converting these voxel skeletons to piecewise linear geometry, that is triangle meshes and piecewise straight lines. The presented techniques help to tackle the challenge of visualizing and analyzing 3d images of increasing size and complexity, which are becoming more and more important in, for example, biological and medical research. Section 2.3.1 contributes to the theoretical foundations of thinning algorithms with a discussion of homotopic thinning in the grid cell model. The grid cell model explicitly represents a cell complex built of faces, edges, and vertices shared between voxels. A characterization of pairs of cells to be deleted is much simpler than characterizations of simple voxels were before. The grid cell model resolves topologically unclear voxel configurations at junctions and locked voxel configurations causing, for example, interior voxels in sets of non-simple voxels. A general conclusion is that the grid cell model is superior to indecomposable voxels for algorithms that need detailed control of topology. Section 2.3.2 introduces a noise-insensitive measure based on the geodesic distance along the boundary to compute two-dimensional skeletons. The measure is able to retain thin object structures if they are geometrically important while ignoring noise on the object's boundary. This combination of properties is not known of other measures. The measure is also used to guide erosion in a thinning process from the boundary towards lines centered within plate-like structures. Geodesic distance based quantities seem to be well suited to robustly identify one- and two-dimensional skeletons. Chapter 6 applies the method to visualization of bone micro-architecture. Chapter 3 describes a novel geometry generation scheme for representing voxel skeletons, which retracts voxel skeletons to piecewise linear geometry per dual cube. The generated triangle meshes and graphs provide a link to geometry processing and efficient rendering of voxel skeletons. The scheme creates non-closed surfaces with boundaries, which contain fewer triangles than a representation of voxel skeletons using closed surfaces like small cubes or iso-surfaces. A conclusion is that thinking specifically about voxel skeleton configurations instead of generic voxel configurations helps to deal with the topological implications. The geometry generation is one foundation of the applications presented in Chapter 6. Chapter 5 presents a novel external memory algorithm for distance ordered homotopic thinning. The presented method extends known algorithms for computing chamfer distance transformations and thinning to execute I/O-efficiently when input is larger than the available main memory. The applied block-wise decomposition schemes are quite simple. Yet it was necessary to carefully analyze effects of block boundaries to devise globally correct external memory variants of known algorithms. In general, doing so is superior to naive block-wise processing ignoring boundary effects. Chapter 6 applies the algorithms in a novel method based on confocal microscopy for quantitative study of micro-vascular networks in the field of microcirculation.}, language = {en} } @phdthesis{AbdelwahabHusseinAbdelwahabElsayed2019, author = {Abdelwahab Hussein Abdelwahab Elsayed, Ahmed}, title = {Probabilistic, deep, and metric learning for biometric identification from eye movements}, doi = {10.25932/publishup-46798}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-467980}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {vi, 65}, year = {2019}, abstract = {A central insight from psychological studies on human eye movements is that eye movement patterns are highly individually characteristic. They can, therefore, be used as a biometric feature, that is, subjects can be identified based on their eye movements. This thesis introduces new machine learning methods to identify subjects based on their eye movements while viewing arbitrary content. The thesis focuses on probabilistic modeling of the problem, which has yielded the best results in the most recent literature. The thesis studies the problem in three phases by proposing a purely probabilistic, probabilistic deep learning, and probabilistic deep metric learning approach. In the first phase, the thesis studies models that rely on psychological concepts about eye movements. Recent literature illustrates that individual-specific distributions of gaze patterns can be used to accurately identify individuals. In these studies, models were based on a simple parametric family of distributions. Such simple parametric models can be robustly estimated from sparse data, but have limited flexibility to capture the differences between individuals. Therefore, this thesis proposes a semiparametric model of gaze patterns that is flexible yet robust for individual identification. These patterns can be understood as domain knowledge derived from psychological literature. Fixations and saccades are examples of simple gaze patterns. The proposed semiparametric densities are drawn under a Gaussian process prior centered at a simple parametric distribution. Thus, the model will stay close to the parametric class of densities if little data is available, but it can also deviate from this class if enough data is available, increasing the flexibility of the model. The proposed method is evaluated on a large-scale dataset, showing significant improvements over the state-of-the-art. Later, the thesis replaces the model based on gaze patterns derived from psychological concepts with a deep neural network that can learn more informative and complex patterns from raw eye movement data. As previous work has shown that the distribution of these patterns across a sequence is informative, a novel statistical aggregation layer called the quantile layer is introduced. It explicitly fits the distribution of deep patterns learned directly from the raw eye movement data. The proposed deep learning approach is end-to-end learnable, such that the deep model learns to extract informative, short local patterns while the quantile layer learns to approximate the distributions of these patterns. Quantile layers are a generic approach that can converge to standard pooling layers or have a more detailed description of the features being pooled, depending on the problem. The proposed model is evaluated in a large-scale study using the eye movements of subjects viewing arbitrary visual input. The model improves upon the standard pooling layers and other statistical aggregation layers proposed in the literature. It also improves upon the state-of-the-art eye movement biometrics by a wide margin. Finally, for the model to identify any subject — not just the set of subjects it is trained on — a metric learning approach is developed. Metric learning learns a distance function over instances. The metric learning model maps the instances into a metric space, where sequences of the same individual are close, and sequences of different individuals are further apart. This thesis introduces a deep metric learning approach with distributional embeddings. The approach represents sequences as a set of continuous distributions in a metric space; to achieve this, a new loss function based on Wasserstein distances is introduced. The proposed method is evaluated on multiple domains besides eye movement biometrics. This approach outperforms the state of the art in deep metric learning in several domains while also outperforming the state of the art in eye movement biometrics.}, language = {en} } @misc{Fandinno2019, author = {Fandinno, Jorge}, title = {Founded (auto)epistemic equilibrium logic satisfies epistemic splitting}, series = {Postprints der Universit{\"a}t Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe}, journal = {Postprints der Universit{\"a}t Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe}, number = {1060}, issn = {1866-8372}, doi = {10.25932/publishup-46968}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-469685}, pages = {671 -- 687}, year = {2019}, abstract = {In a recent line of research, two familiar concepts from logic programming semantics (unfounded sets and splitting) were extrapolated to the case of epistemic logic programs. The property of epistemic splitting provides a natural and modular way to understand programs without epistemic cycles but, surprisingly, was only fulfilled by Gelfond's original semantics (G91), among the many proposals in the literature. On the other hand, G91 may suffer from a kind of self-supported, unfounded derivations when epistemic cycles come into play. Recently, the absence of these derivations was also formalised as a property of epistemic semantics called foundedness. Moreover, a first semantics proved to satisfy foundedness was also proposed, the so-called Founded Autoepistemic Equilibrium Logic (FAEEL). In this paper, we prove that FAEEL also satisfies the epistemic splitting property something that, together with foundedness, was not fulfilled by any other approach up to date. To prove this result, we provide an alternative characterisation of FAEEL as a combination of G91 with a simpler logic we called Founded Epistemic Equilibrium Logic (FEEL), which is somehow an extrapolation of the stable model semantics to the modal logic S5.}, language = {en} } @misc{AguadoCabalarFandinnoetal.2019, author = {Aguado, Felicidad and Cabalar, Pedro and Fandinno, Jorge and Pearce, David and Perez, Gilberto and Vidal, Concepcion}, title = {Revisiting explicit negation in answer set programming}, series = {Postprints der Universit{\"a}t Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe}, journal = {Postprints der Universit{\"a}t Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe}, number = {1104}, issn = {1866-8372}, doi = {10.25932/publishup-46969}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-469697}, pages = {908 -- 924}, year = {2019}, abstract = {A common feature in Answer Set Programming is the use of a second negation, stronger than default negation and sometimes called explicit, strong or classical negation. This explicit negation is normally used in front of atoms, rather than allowing its use as a regular operator. In this paper we consider the arbitrary combination of explicit negation with nested expressions, as those defined by Lifschitz, Tang and Turner. We extend the concept of reduct for this new syntax and then prove that it can be captured by an extension of Equilibrium Logic with this second negation. We study some properties of this variant and compare to the already known combination of Equilibrium Logic with Nelson's strong negation.}, language = {en} } @misc{AfantenosPeldszusStede2018, author = {Afantenos, Stergos and Peldszus, Andreas and Stede, Manfred}, title = {Comparing decoding mechanisms for parsing argumentative structures}, series = {Postprints der Universit{\"a}t Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe}, journal = {Postprints der Universit{\"a}t Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe}, number = {1062}, issn = {1866-8372}, doi = {10.25932/publishup-47052}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-470527}, pages = {18}, year = {2018}, abstract = {Parsing of argumentative structures has become a very active line of research in recent years. Like discourse parsing or any other natural language task that requires prediction of linguistic structures, most approaches choose to learn a local model and then perform global decoding over the local probability distributions, often imposing constraints that are specific to the task at hand. Specifically for argumentation parsing, two decoding approaches have been recently proposed: Minimum Spanning Trees (MST) and Integer Linear Programming (ILP), following similar trends in discourse parsing. In contrast to discourse parsing though, where trees are not always used as underlying annotation schemes, argumentation structures so far have always been represented with trees. Using the 'argumentative microtext corpus' [in: Argumentation and Reasoned Action: Proceedings of the 1st European Conference on Argumentation, Lisbon 2015 / Vol. 2, College Publications, London, 2016, pp. 801-815] as underlying data and replicating three different decoding mechanisms, in this paper we propose a novel ILP decoder and an extension to our earlier MST work, and then thoroughly compare the approaches. The result is that our new decoder outperforms related work in important respects, and that in general, ILP and MST yield very similar performance.}, language = {en} } @misc{Strickroth2019, author = {Strickroth, Sven}, title = {PLATON}, series = {Postprints der Universit{\"a}t Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe}, journal = {Postprints der Universit{\"a}t Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe}, number = {804}, issn = {1866-8372}, doi = {10.25932/publishup-44188}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-441887}, pages = {28}, year = {2019}, abstract = {Lesson planning is both an important and demanding task—especially as part of teacher training. This paper presents the requirements for a lesson planning system and evaluates existing systems regarding these requirements. One major drawback of existing software tools is that most are limited to a text- or form-based representation of the lesson designs. In this article, a new approach with a graphical, time-based representation with (automatic) analyses methods is proposed and the system architecture and domain model are described in detail. The approach is implemented in an interactive, web-based prototype called PLATON, which additionally supports the management of lessons in units as well as the modelling of teacher and student-generated resources. The prototype was evaluated in a study with 61 prospective teachers (bachelor's and master's preservice teachers as well as teacher trainees in post-university teacher training) in Berlin, Germany, with a focus on usability. The results show that this approach proofed usable for lesson planning and offers positive effects for the perception of time and self-reflection.}, language = {en} } @misc{Kujath2011, author = {Kujath, Bertold}, title = {Keine Angst vor Informatikproblemen}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, isbn = {978-3-86956-150-9}, doi = {10.25932/publishup-32638}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-326380}, pages = {1 DVD-Video (ca. 33 Min.) : farb. ; 12 cm}, year = {2011}, abstract = {Dieses Lehrvideo zeigt aus der Perspektive einer {\"U}bertischkamera den fiktiven informatischen Hochleister Tom bei der Bearbeitung eines schwierigen F{\"a}rbeproblems. Dabei kann man die fortlaufend von ihm angefertigten Skizzen beobachten und seine Gedankeng{\"a}nge genau verfolgen. Denn dieser Probleml{\"o}ser arbeitet unter lautem Denken, d. h. er spricht alle seine Gedankeng{\"a}nge laut aus. Man kann zuschauen, wie Tom zun{\"a}chst die Aufgabe analysiert und die dadurch gewonnenen Erkenntnisse in der anschließenden Problembearbeitung gewinnbringend einsetzt. Der Zuschauer wird dabei aber nicht allein gelassen. An markanten Stellen wird das Video unterbrochen und Toms zur{\"u}ckliegende Aktivit{\"a}ten mit animierten Bildsequenzen vertiefend erl{\"a}utert. Schwache Probleml{\"o}ser k{\"o}nnen so die in Unterricht oder Vorlesung vermittelten Kenntnisse {\"u}ber informatische Probleml{\"o}semethoden vertiefen und deren Anwendung durch einen starken Probleml{\"o}ser beispielhaft miterleben. Entstanden ist dieses Video aus einer Vergleichsstudie mit starken und schwachen Probleml{\"o}sern. Die effizienten Methoden der Hochleister wurden didaktisch aufgearbeitet und zu einem modellhaften Probleml{\"o}seprozess zusammengesetzt. Der wissenschaftliche Hintergrund des Lehrvideos wird durch eine als Bildergeschichte erz{\"a}hlte Rahmenhandlung verdeutlicht. Bei Erstsemesterstudenten der Informatik, denen dieses Video zur Bewertung vorgespielt wurde, fand dieses Konzept große Zustimmung. Tenor: Unterhaltsam und lehrreich zugleich.}, subject = {Graphf{\"a}rbung}, language = {de} } @article{HilseLucke2013, author = {Hilse, Michael and Lucke, Ulrike}, title = {eLiS - E-Learning in Studienbereichen}, series = {E-Learning Symposium 2012 : Aktuelle Anwendungen, innovative Prozesse und neueste Ergebnisse aus der E-Learning-Praxis ; Potsdam, 17. November 2012}, journal = {E-Learning Symposium 2012 : Aktuelle Anwendungen, innovative Prozesse und neueste Ergebnisse aus der E-Learning-Praxis ; Potsdam, 17. November 2012}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, doi = {10.25932/publishup-44227}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-442275}, pages = {73 -- 75}, year = {2013}, abstract = {Deutsche Universit{\"a}ten erweitern ihre E-Learning-Angebote als Service f{\"u}r die Studierenden und Lehrenden. Diese sind je nach Fakult{\"a}t unterschiedlich ausgepr{\"a}gt. Dieser Artikel zeigt, wie durch technische Erweiterung der Infrastruktur, einer Anpassung der Organisationsstruktur und einer gezielten Inhaltsentwicklung eine durchg{\"a}ngige und personalisierbare Lehr- und Lernumgebung (Personal Learning Environment, PLE) geschaffen und damit die Akzeptanz bei den Lehrenden und Studierenden f{\"u}r E-Learning erh{\"o}ht werden kann. Aus der vorausgehenden, systematischen Anforderungsanalyse k{\"o}nnen Kennzahlen f{\"u}r die Qualit{\"a}tssicherung von E-Learning-Angeboten abgeleitet werden.}, language = {de} } @article{ZoernerKoehlmannBrandt2014, author = {Zoerner, Dietmar and K{\"o}hlmann, Wiebke and Brandt, Christopher}, title = {Mobiles spielebasiertes Lernen an historischen Lernorten}, series = {E-Learning Symposium 2014 : Mobil und vernetzt - studieren im digitalen Zeitalter ; Potsdam, 14. November 2014}, journal = {E-Learning Symposium 2014 : Mobil und vernetzt - studieren im digitalen Zeitalter ; Potsdam, 14. November 2014}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, doi = {10.25932/publishup-44235}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-442354}, pages = {53 -- 54}, year = {2014}, abstract = {Im Rahmen eines interdisziplin{\"a}ren studentischen Projekts wurde ein Framework f{\"u}r mobile pervasive Lernspiele entwickelt. Am Beispiel des historischen Lernortes Park Sanssouci wurde auf dieser Grundlage ein Lernspiel f{\"u}r Sch{\"u}lerinnen und Sch{\"u}ler implementiert. Die geplante Evaluation soll die Lernwirksamkeit von geobasierten mobilen Lernspielen messen. Dazu wird die Intensit{\"a}t des Flow-Erlebens mit einer ortsgebundenen alternativen Umsetzung verglichen.}, language = {de} } @misc{EbertLamprechtSteffenetal.2012, author = {Ebert, Birgitta E. and Lamprecht, Anna-Lena and Steffen, Bernhard and Blank, Lars M.}, title = {Flux-P}, series = {Postprints der Universit{\"a}t Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe}, journal = {Postprints der Universit{\"a}t Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe}, number = {1054}, issn = {1866-8372}, doi = {10.25932/publishup-47669}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-476696}, pages = {872 -- 890}, year = {2012}, abstract = {Quantitative knowledge of intracellular fluxes in metabolic networks is invaluable for inferring metabolic system behavior and the design principles of biological systems. However, intracellular reaction rates can not often be calculated directly but have to be estimated; for instance, via 13C-based metabolic flux analysis, a model-based interpretation of stable carbon isotope patterns in intermediates of metabolism. Existing software such as FiatFlux, OpenFLUX or 13CFLUX supports experts in this complex analysis, but requires several steps that have to be carried out manually, hence restricting the use of this software for data interpretation to a rather small number of experiments. In this paper, we present Flux-P as an approach to automate and standardize 13C-based metabolic flux analysis, using the Bio-jETI workflow framework. Exemplarily based on the FiatFlux software, it demonstrates how services can be created that carry out the different analysis steps autonomously and how these can subsequently be assembled into software workflows that perform automated, high-throughput intracellular flux analysis of high quality and reproducibility. Besides significant acceleration and standardization of the data analysis, the agile workflow-based realization supports flexible changes of the analysis workflows on the user level, making it easy to perform custom analyses.}, language = {en} } @phdthesis{Morozov2005, author = {Morozov, Alexei}, title = {Optimierung von Fehlererkennungsschaltungen auf der Grundlage von komplement{\"a}ren Erg{\"a}nzungen f{\"u}r 1-aus-3 und Berger Codes}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-5360}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2005}, abstract = {Die Dissertation stellt eine neue Herangehensweise an die L{\"o}sung der Aufgabe der funktionalen Diagnostik digitaler Systeme vor. In dieser Arbeit wird eine neue Methode f{\"u}r die Fehlererkennung vorgeschlagen, basierend auf der Logischen Erg{\"a}nzung und der Verwendung von Berger-Codes und dem 1-aus-3 Code. Die neue Fehlererkennungsmethode der Logischen Erg{\"a}nzung gestattet einen hohen Optimierungsgrad der ben{\"o}tigten Realisationsfl{\"a}che der konstruierten Fehlererkennungsschaltungen. Außerdem ist eins der wichtigen in dieser Dissertation gel{\"o}sten Probleme die Synthese vollst{\"a}ndig selbstpr{\"u}fender Schaltungen.}, subject = {logische Erg{\"a}nzung}, language = {de} } @phdthesis{Seuring2000, author = {Seuring, Markus}, title = {Output space compaction for testing and concurrent checking}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0000165}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2000}, abstract = {In der Dissertation werden neue Entwurfsmethoden f{\"u}r Kompaktoren f{\"u}r die Ausg{\"a}nge von digitalen Schaltungen beschrieben, die die Anzahl der zu testenden Ausg{\"a}nge drastisch verkleinern und dabei die Testbarkeit der Schaltungen nur wenig oder gar nicht verschlechtern. Der erste Teil der Arbeit behandelt f{\"u}r kombinatorische Schaltungen Methoden, die die Struktur der Schaltungen beim Entwurf der Kompaktoren ber{\"u}cksichtigen. Verschiedene Algorithmen zur Analyse von Schaltungsstrukturen werden zum ersten Mal vorgestellt und untersucht. Die Komplexit{\"a}t der vorgestellten Verfahren zur Erzeugung von Kompaktoren ist linear bez{\"u}glich der Anzahl der Gatter in der Schaltung und ist damit auf sehr große Schaltungen anwendbar. Im zweiten Teil wird erstmals ein solches Verfahren f{\"u}r sequentielle Schaltkreise beschrieben. Dieses Verfahren baut im wesentlichen auf das erste auf. Der dritte Teil beschreibt eine Entwurfsmethode, die keine Informationen {\"u}ber die interne Struktur der Schaltung oder {\"u}ber das zugrundeliegende Fehlermodell ben{\"o}tigt. Der Entwurf basiert alleine auf einem vorgegebenen Satz von Testvektoren und die dazugeh{\"o}renden Testantworten der fehlerfreien Schaltung. Ein nach diesem Verfahren erzeugter Kompaktor maskiert keinen der Fehler, die durch das Testen mit den vorgegebenen Vektoren an den Ausg{\"a}ngen der Schaltung beobachtbar sind.}, language = {en} } @inproceedings{TavangarianSchroederIgeletal.2013, author = {Tavangarian, Djamshid and Schroeder, Ulrik and Igel, Christoph and Magenheim, Johannes and Kundisch, Dennis and Beutner, Marc and Herrmann, Philipp and Whittaker, Michael and Reinhardt, Wolfgang and Zoyke, Andrea and Elbeshausen, Stefanie and Griesbaum, Joachim and Koelle, Ralph and Kneiphoff, Anika Hanna and Mauch, Martina and H{\"u}bner, Sandra and Walter, Satjawan and Dittler, Ullrich and Baumann, Annette and Reeh, Lucas and Beuster, Liane and Elkina, Margarita and Fortenbacher, Albrecht and Kappe, Leonard and Merceron, Agathe and Pursian, Andreas and Schwarzrock, Sebastian and Wenzlaff, Boris and Hilse, Michael and Lucke, Ulrike}, title = {E-Learning Symposium 2012}, editor = {Lucke, Ulrike}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, doi = {10.25932/publishup-6162}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-62661}, pages = {77}, year = {2013}, abstract = {Dieser Tagungsband beinhaltet die auf dem E-Learning Symposium 2012 an der Universit{\"a}t Potsdam vorgestellten Beitr{\"a}ge zu aktuellen Anwendungen, innovativen Prozesse und neuesten Ergebnissen im Themenbereich E-Learning. Lehrende, E-Learning-Praktiker und -Entscheider tauschten ihr Wissen {\"u}ber etablierte und geplante Konzepte im Zusammenhang mit dem Student-Life-Cycle aus. Der Schwerpunkt lag hierbei auf der unmittelbaren Unterst{\"u}tzung von Lehr- und Lernprozessen, auf Pr{\"a}sentation, Aktivierung und Kooperation durch Verwendung von neuen und etablierten Technologien.}, language = {de} } @phdthesis{Muehlbauer2011, author = {M{\"u}hlbauer, Felix}, title = {Entwurf, Methoden und Werkzeuge f{\"u}r komplexe Bildverarbeitungssysteme auf Rekonfigurierbaren System-on-Chip-Architekturen}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-59923}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2011}, abstract = {Bildverarbeitungsanwendungen stellen besondere Anspr{\"u}che an das ausf{\"u}hrende Rechensystem. Einerseits ist eine hohe Rechenleistung erforderlich. Andererseits ist eine hohe Flexibilit{\"a}t von Vorteil, da die Entwicklung tendentiell ein experimenteller und interaktiver Prozess ist. F{\"u}r neue Anwendungen tendieren Entwickler dazu, eine Rechenarchitektur zu w{\"a}hlen, die sie gut kennen, anstatt eine Architektur einzusetzen, die am besten zur Anwendung passt. Bildverarbeitungsalgorithmen sind inh{\"a}rent parallel, doch herk{\"o}mmliche bildverarbeitende eingebettete Systeme basieren meist auf sequentiell arbeitenden Prozessoren. Im Gegensatz zu dieser "Unstimmigkeit" k{\"o}nnen hocheffiziente Systeme aus einer gezielten Synergie aus Software- und Hardwarekomponenten aufgebaut werden. Die Konstruktion solcher System ist jedoch komplex und viele L{\"o}sungen, wie zum Beispiel grobgranulare Architekturen oder anwendungsspezifische Programmiersprachen, sind oft zu akademisch f{\"u}r einen Einsatz in der Wirtschaft. Die vorliegende Arbeit soll ein Beitrag dazu leisten, die Komplexit{\"a}t von Hardware-Software-Systemen zu reduzieren und damit die Entwicklung hochperformanter on-Chip-Systeme im Bereich Bildverarbeitung zu vereinfachen und wirtschaftlicher zu machen. Dabei wurde Wert darauf gelegt, den Aufwand f{\"u}r Einarbeitung, Entwicklung als auch Erweiterungen gering zu halten. Es wurde ein Entwurfsfluss konzipiert und umgesetzt, welcher es dem Softwareentwickler erm{\"o}glicht, Berechnungen durch Hardwarekomponenten zu beschleunigen und das zu Grunde liegende eingebettete System komplett zu prototypisieren. Hierbei werden komplexe Bildverarbeitungsanwendungen betrachtet, welche ein Betriebssystem erfordern, wie zum Beispiel verteilte Kamerasensornetzwerke. Die eingesetzte Software basiert auf Linux und der Bildverarbeitungsbibliothek OpenCV. Die Verteilung der Berechnungen auf Software- und Hardwarekomponenten und die daraus resultierende Ablaufplanung und Generierung der Rechenarchitektur erfolgt automatisch. Mittels einer auf der Antwortmengenprogrammierung basierten Entwurfsraumexploration ergeben sich Vorteile bei der Modellierung und Erweiterung. Die Systemsoftware wird mit OpenEmbedded/Bitbake synthetisiert und die erzeugten on-Chip-Architekturen auf FPGAs realisiert.}, language = {de} } @phdthesis{Kirsch2005, author = {Kirsch, Florian}, title = {Entwurf und Implementierung eines computergraphischen Systems zur Integration komplexer, echtzeitf{\"a}higer 3D-Renderingverfahren}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-6079}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2005}, abstract = {Thema dieser Arbeit sind echtzeitf{\"a}hige 3D-Renderingverfahren, die 3D-Geometrie mit {\"u}ber der Standarddarstellung hinausgehenden Qualit{\"a}ts- und Gestaltungsmerkmalen rendern k{\"o}nnen. Beispiele sind Verfahren zur Darstellung von Schatten, Reflexionen oder Transparenz. Mit heutigen computergraphischen Software-Basissystemen ist ihre Integration in 3D-Anwendungssysteme sehr aufw{\"a}ndig: Dies liegt einerseits an der technischen, algorithmischen Komplexit{\"a}t der Einzelverfahren, andererseits an Ressourcenkonflikten und Seiteneffekten bei der Kombination mehrerer Verfahren. Szenengraphsysteme, intendiert als computergraphische Softwareschicht zur Abstraktion von der Graphikhardware, stellen derzeit keine Mechanismen zur Nutzung dieser Renderingverfahren zur Verf{\"u}gung. Ziel dieser Arbeit ist es, eine Software-Architektur f{\"u}r ein Szenengraphsystem zu konzipieren und umzusetzen, die echtzeitf{\"a}hige 3D-Renderingverfahren als Komponenten modelliert und es damit erlaubt, diese Verfahren innerhalb des Szenengraphsystems f{\"u}r die Anwendungsentwicklung effektiv zu nutzen. Ein Entwickler, der ein solches Szenengraphsystem nutzt, steuert diese Komponenten durch Elemente in der Szenenbeschreibung an, die die sichtbare Wirkung eines Renderingverfahrens auf die Geometrie in der Szene angeben, aber keine Hinweise auf die algorithmische Implementierung des Verfahrens enthalten. Damit werden Renderingverfahren in 3D-Anwendungssystemen nutzbar, ohne dass ein Entwickler detaillierte Kenntnisse {\"u}ber sie ben{\"o}tigt, so dass der Aufwand f{\"u}r ihre Entwicklung drastisch reduziert wird. Ein besonderer Augenmerk der Arbeit liegt darauf, auf diese Weise auch verschiedene Renderingverfahren in einer Szene kombiniert einsetzen zu k{\"o}nnen. Hierzu ist eine Unterteilung der Renderingverfahren in mehrere Kategorien erforderlich, die mit Hilfe unterschiedlicher Ans{\"a}tze ausgewertet werden. Dies erlaubt die Abstimmung verschiedener Komponenten f{\"u}r Renderingverfahren und ihrer verwendeten Ressourcen. Die Zusammenarbeit mehrerer Renderingverfahren hat dort ihre Grenzen, wo die Kombination von Renderingverfahren graphisch nicht sinnvoll ist oder fundamentale technische Beschr{\"a}nkungen der Verfahren eine gleichzeitige Verwendung unm{\"o}glich machen. Die in dieser Arbeit vorgestellte Software-Architektur kann diese Grenzen nicht verschieben, aber sie erm{\"o}glicht den gleichzeitigen Einsatz vieler Verfahren, bei denen eine Kombination aufgrund der hohen Komplexit{\"a}t der Implementierung bislang nicht erreicht wurde. Das Verm{\"o}gen zur Zusammenarbeit ist dabei allerdings von der Art eines Einzelverfahrens abh{\"a}ngig: Verfahren zur Darstellung transparenter Geometrie beispielsweise erfordern bei der Kombination mit anderen Verfahren in der Regel vollst{\"a}ndig neuentwickelte Renderingverfahren; entsprechende Komponenten f{\"u}r das Szenengraphsystem k{\"o}nnen daher nur eingeschr{\"a}nkt mit Komponenten f{\"u}r andere Renderingverfahren verwendet werden. Das in dieser Arbeit entwickelte System integriert und kombiniert Verfahren zur Darstellung von Bumpmapping, verschiedene Schatten- und Reflexionsverfahren sowie bildbasiertes CSG-Rendering. Damit stehen wesentliche Renderingverfahren in einem Szenengraphsystem erstmalig komponentenbasiert und auf einem hohen Abstraktionsniveau zur Verf{\"u}gung. Das System ist trotz des zus{\"a}tzlichen Verwaltungsaufwandes in der Lage, die Renderingverfahren einzeln und in Kombination grunds{\"a}tzlich in Echtzeit auszuf{\"u}hren.}, subject = {Dreidimensionale Computergraphik}, language = {de} } @phdthesis{Buchholz2006, author = {Buchholz, Henrik}, title = {Real-time visualization of 3D city models}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-13337}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2006}, abstract = {An increasing number of applications requires user interfaces that facilitate the handling of large geodata sets. Using virtual 3D city models, complex geospatial information can be communicated visually in an intuitive way. Therefore, real-time visualization of virtual 3D city models represents a key functionality for interactive exploration, presentation, analysis, and manipulation of geospatial data. This thesis concentrates on the development and implementation of concepts and techniques for real-time city model visualization. It discusses rendering algorithms as well as complementary modeling concepts and interaction techniques. Particularly, the work introduces a new real-time rendering technique to handle city models of high complexity concerning texture size and number of textures. Such models are difficult to handle by current technology, primarily due to two problems: - Limited texture memory: The amount of simultaneously usable texture data is limited by the memory of the graphics hardware. - Limited number of textures: Using several thousand different textures simultaneously causes significant performance problems due to texture switch operations during rendering. The multiresolution texture atlases approach, introduced in this thesis, overcomes both problems. During rendering, it permanently maintains a small set of textures that are sufficient for the current view and the screen resolution available. The efficiency of multiresolution texture atlases is evaluated in performance tests. To summarize, the results demonstrate that the following goals have been achieved: - Real-time rendering becomes possible for 3D scenes whose amount of texture data exceeds the main memory capacity. - Overhead due to texture switches is kept permanently low, so that the number of different textures has no significant effect on the rendering frame rate. Furthermore, this thesis introduces two new approaches for real-time city model visualization that use textures as core visualization elements: - An approach for visualization of thematic information. - An approach for illustrative visualization of 3D city models. Both techniques demonstrate that multiresolution texture atlases provide a basic functionality for the development of new applications and systems in the domain of city model visualization.}, language = {en} } @phdthesis{Trapp2013, author = {Trapp, Matthias}, title = {Interactive rendering techniques for focus+context visualization of 3D geovirtual environments}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-66824}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2013}, abstract = {This thesis introduces a collection of new real-time rendering techniques and applications for focus+context visualization of interactive 3D geovirtual environments such as virtual 3D city and landscape models. These environments are generally characterized by a large number of objects and are of high complexity with respect to geometry and textures. For these reasons, their interactive 3D rendering represents a major challenge. Their 3D depiction implies a number of weaknesses such as occlusions, cluttered image contents, and partial screen-space usage. To overcome these limitations and, thus, to facilitate the effective communication of geo-information, principles of focus+context visualization can be used for the design of real-time 3D rendering techniques for 3D geovirtual environments (see Figure). In general, detailed views of a 3D geovirtual environment are combined seamlessly with abstracted views of the context within a single image. To perform the real-time image synthesis required for interactive visualization, dedicated parallel processors (GPUs) for rasterization of computer graphics primitives are used. For this purpose, the design and implementation of appropriate data structures and rendering pipelines are necessary. The contribution of this work comprises the following five real-time rendering methods: • The rendering technique for 3D generalization lenses enables the combination of different 3D city geometries (e.g., generalized versions of a 3D city model) in a single image in real time. The method is based on a generalized and fragment-precise clipping approach, which uses a compressible, raster-based data structure. It enables the combination of detailed views in the focus area with the representation of abstracted variants in the context area. • The rendering technique for the interactive visualization of dynamic raster data in 3D geovirtual environments facilitates the rendering of 2D surface lenses. It enables a flexible combination of different raster layers (e.g., aerial images or videos) using projective texturing for decoupling image and geometry data. Thus, various overlapping and nested 2D surface lenses of different contents can be visualized interactively. • The interactive rendering technique for image-based deformation of 3D geovirtual environments enables the real-time image synthesis of non-planar projections, such as cylindrical and spherical projections, as well as multi-focal 3D fisheye-lenses and the combination of planar and non-planar projections. • The rendering technique for view-dependent multi-perspective views of 3D geovirtual environments, based on the application of global deformations to the 3D scene geometry, can be used for synthesizing interactive panorama maps to combine detailed views close to the camera (focus) with abstract views in the background (context). This approach reduces occlusions, increases the usage the available screen space, and reduces the overload of image contents. • The object-based and image-based rendering techniques for highlighting objects and focus areas inside and outside the view frustum facilitate preattentive perception. The concepts and implementations of interactive image synthesis for focus+context visualization and their selected applications enable a more effective communication of spatial information, and provide building blocks for design and development of new applications and systems in the field of 3D geovirtual environments.}, language = {en} } @phdthesis{Schumacher2017, author = {Schumacher, Kinga}, title = {Hybride semantische Suche - eine Kombination aus Fakten- und Dokumentretrieval}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-405973}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {vii, 187}, year = {2017}, abstract = {Das Thema der vorliegenden Arbeit ist die semantische Suche im Kontext heutiger Informationsmanagementsysteme. Zu diesen Systemen z{\"a}hlen Intranets, Web 3.0-Anwendungen sowie viele Webportale, die Informationen in heterogenen Formaten und Strukturen beinhalten. Auf diesen befinden sich einerseits Daten in strukturierter Form und andererseits Dokumente, die inhaltlich mit diesen Daten in Beziehung stehen. Diese Dokumente sind jedoch in der Regel nur teilweise strukturiert oder vollst{\"a}ndig unstrukturiert. So beschreiben beispielsweise Reiseportale durch strukturierte Daten den Zeitraum, das Reiseziel, den Preis einer Reise und geben in unstrukturierter Form weitere Informationen, wie Beschreibungen zum Hotel, Zielort, Ausflugsziele an. Der Fokus heutiger semantischer Suchmaschinen liegt auf dem Finden von Wissen entweder in strukturierter Form, auch Faktensuche genannt, oder in semi- bzw. unstrukturierter Form, was {\"u}blicherweise als semantische Dokumentensuche bezeichnet wird. Einige wenige Suchmaschinen versuchen die L{\"u}cke zwischen diesen beiden Ans{\"a}tzen zu schließen. Diese durchsuchen zwar gleichzeitig strukturierte sowie unstrukturierte Daten, werten diese jedoch entweder weitgehend voneinander unabh{\"a}ngig aus oder schr{\"a}nken die Suchm{\"o}glichkeiten stark ein, indem sie beispielsweise nur bestimmte Fragemuster unterst{\"u}tzen. Hierdurch werden die im System verf{\"u}gbaren Informationen nicht ausgesch{\"o}pft und gleichzeitig unterbunden, dass Zusammenh{\"a}nge zwischen einzelnen Inhalten der jeweiligen Informationssysteme und sich erg{\"a}nzende Informationen den Benutzer erreichen.
 Um diese L{\"u}cke zu schließen, wurde in der vorliegenden Arbeit ein neuer hybrider semantischer Suchansatz entwickelt und untersucht, der strukturierte und semi- bzw. unstrukturierte Inhalte w{\"a}hrend des gesamten Suchprozesses kombiniert. Durch diesen Ansatz werden nicht nur sowohl Fakten als auch Dokumente gefunden, es werden auch Zusammenh{\"a}nge, die zwischen den unterschiedlich strukturierten Daten bestehen, in jeder Phase der Suche genutzt und fließen in die Suchergebnisse mit ein. Liegt die Antwort zu einer Suchanfrage nicht vollst{\"a}ndig strukturiert, in Form von Fakten, oder unstrukturiert, in Form von Dokumenten vor, so liefert dieser Ansatz eine Kombination der beiden. Die Ber{\"u}cksichtigung von unterschiedlich Inhalten w{\"a}hrend des gesamten Suchprozesses stellt jedoch besondere Herausforderungen an die Suchmaschine. Diese muss in der Lage sein, Fakten und Dokumente in Abh{\"a}ngigkeit voneinander zu durchsuchen, sie zu kombinieren sowie die unterschiedlich strukturierten Ergebnisse in eine geeignete Rangordnung zu bringen. Weiterhin darf die Komplexit{\"a}t der Daten nicht an die Endnutzer weitergereicht werden. Die Darstellung der Inhalte muss vielmehr sowohl bei der Anfragestellung als auch bei der Darbietung der Ergebnisse verst{\"a}ndlich und leicht interpretierbar sein. Die zentrale Fragestellung der Arbeit ist, ob ein hybrider Ansatz auf einer vorgegebenen Datenbasis die Suchanfragen besser beantworten kann als die semantische Dokumentensuche und die Faktensuche f{\"u}r sich genommen, bzw. als eine Suche die diese Ans{\"a}tze im Rahmen des Suchprozesses nicht kombiniert. Die durchgef{\"u}hrten Evaluierungen aus System- und aus Benutzersicht zeigen, dass die im Rahmen der Arbeit entwickelte hybride semantische Suchl{\"o}sung durch die Kombination von strukturierten und unstrukturierten Inhalten im Suchprozess bessere Antworten liefert als die oben genannten Verfahren und somit Vorteile gegen{\"u}ber bisherigen Ans{\"a}tzen bietet. Eine Befragung von Benutzern macht deutlich, dass die hybride semantische Suche als verst{\"a}ndlich empfunden und f{\"u}r heterogen strukturierte Datenmengen bevorzugt wird.}, language = {de} } @phdthesis{Ostrowski2018, author = {Ostrowski, Max}, title = {Modern constraint answer set solving}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-407799}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {135}, year = {2018}, abstract = {Answer Set Programming (ASP) is a declarative problem solving approach, combining a rich yet simple modeling language with high-performance solving capabilities. Although this has already resulted in various applications, certain aspects of such applications are more naturally modeled using variables over finite domains, for accounting for resources, fine timings, coordinates, or functions. Our goal is thus to extend ASP with constraints over integers while preserving its declarative nature. This allows for fast prototyping and elaboration tolerant problem descriptions of resource related applications. The resulting paradigm is called Constraint Answer Set Programming (CASP). We present three different approaches for solving CASP problems. The first one, a lazy, modular approach combines an ASP solver with an external system for handling constraints. This approach has the advantage that two state of the art technologies work hand in hand to solve the problem, each concentrating on its part of the problem. The drawback is that inter-constraint dependencies cannot be communicated back to the ASP solver, impeding its learning algorithm. The second approach translates all constraints to ASP. Using the appropriate encoding techniques, this results in a very fast, monolithic system. Unfortunately, due to the large, explicit representation of constraints and variables, translation techniques are restricted to small and mid-sized domains. The third approach merges the lazy and the translational approach, combining the strength of both while removing their weaknesses. To this end, we enhance the dedicated learning techniques of an ASP solver with the inferences of the translating approach in a lazy way. That is, the important knowledge is only made explicit when needed. By using state of the art techniques from neighboring fields, we provide ways to tackle real world, industrial size problems. By extending CASP to reactive solving, we open up new application areas such as online planning with continuous domains and durations.}, language = {en} } @phdthesis{Smirnov2011, author = {Smirnov, Sergey}, title = {Business process model abstraction}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-60258}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2011}, abstract = {Business process models are used within a range of organizational initiatives, where every stakeholder has a unique perspective on a process and demands the respective model. As a consequence, multiple process models capturing the very same business process coexist. Keeping such models in sync is a challenge within an ever changing business environment: once a process is changed, all its models have to be updated. Due to a large number of models and their complex relations, model maintenance becomes error-prone and expensive. Against this background, business process model abstraction emerged as an operation reducing the number of stored process models and facilitating model management. Business process model abstraction is an operation preserving essential process properties and leaving out insignificant details in order to retain information relevant for a particular purpose. Process model abstraction has been addressed by several researchers. The focus of their studies has been on particular use cases and model transformations supporting these use cases. This thesis systematically approaches the problem of business process model abstraction shaping the outcome into a framework. We investigate the current industry demand in abstraction summarizing it in a catalog of business process model abstraction use cases. The thesis focuses on one prominent use case where the user demands a model with coarse-grained activities and overall process ordering constraints. We develop model transformations that support this use case starting with the transformations based on process model structure analysis. Further, abstraction methods considering the semantics of process model elements are investigated. First, we suggest how semantically related activities can be discovered in process models-a barely researched challenge. The thesis validates the designed abstraction methods against sets of industrial process models and discusses the method implementation aspects. Second, we develop a novel model transformation, which combined with the related activity discovery allows flexible non-hierarchical abstraction. In this way this thesis advocates novel model transformations that facilitate business process model management and provides the foundations for innovative tool support.}, language = {en} } @phdthesis{Mahr2012, author = {Mahr, Philipp}, title = {Resource efficient communication in network-based reconfigurable on-chip systems}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-59914}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2012}, abstract = {The constantly growing capacity of reconfigurable devices allows simultaneous execution of complex applications on those devices. The mere diversity of applications deems it impossible to design an interconnection network matching the requirements of every possible application perfectly, leading to suboptimal performance in many cases. However, the architecture of the interconnection network is not the only aspect affecting performance of communication. The resource manager places applications on the device and therefore influences latency between communicating partners and overall network load. Communication protocols affect performance by introducing data and processing overhead putting higher load on the network and increasing resource demand. Approaching communication holistically not only considers the architecture of the interconnect, but communication-aware resource management, communication protocols and resource usage just as well. Incorporation of different parts of a reconfigurable system during design- and runtime and optimizing them with respect to communication demand results in more resource efficient communication. Extensive evaluation shows enhanced performance and flexibility, if communication on reconfigurable devices is regarded in a holistic fashion.}, language = {en} } @phdthesis{Gebser2011, author = {Gebser, Martin}, title = {Proof theory and algorithms for answer set programming}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-55425}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, year = {2011}, abstract = {Answer Set Programming (ASP) is an emerging paradigm for declarative programming, in which a computational problem is specified by a logic program such that particular models, called answer sets, match solutions. ASP faces a growing range of applications, demanding for high-performance tools able to solve complex problems. ASP integrates ideas from a variety of neighboring fields. In particular, automated techniques to search for answer sets are inspired by Boolean Satisfiability (SAT) solving approaches. While the latter have firm proof-theoretic foundations, ASP lacks formal frameworks for characterizing and comparing solving methods. Furthermore, sophisticated search patterns of modern SAT solvers, successfully applied in areas like, e.g., model checking and verification, are not yet established in ASP solving. We address these deficiencies by, for one, providing proof-theoretic frameworks that allow for characterizing, comparing, and analyzing approaches to answer set computation. For another, we devise modern ASP solving algorithms that integrate and extend state-of-the-art techniques for Boolean constraint solving. We thus contribute to the understanding of existing ASP solving approaches and their interconnections as well as to their enhancement by incorporating sophisticated search patterns. The central idea of our approach is to identify atomic as well as composite constituents of a propositional logic program with Boolean variables. This enables us to describe fundamental inference steps, and to selectively combine them in proof-theoretic characterizations of various ASP solving methods. In particular, we show that different concepts of case analyses applied by existing ASP solvers implicate mutual exponential separations regarding their best-case complexities. We also develop a generic proof-theoretic framework amenable to language extensions, and we point out that exponential separations can likewise be obtained due to case analyses on them. We further exploit fundamental inference steps to derive Boolean constraints characterizing answer sets. They enable the conception of ASP solving algorithms including search patterns of modern SAT solvers, while also allowing for direct technology transfers between the areas of ASP and SAT solving. Beyond the search for one answer set of a logic program, we address the enumeration of answer sets and their projections to a subvocabulary, respectively. The algorithms we develop enable repetition-free enumeration in polynomial space without being intrusive, i.e., they do not necessitate any modifications of computations before an answer set is found. Our approach to ASP solving is implemented in clasp, a state-of-the-art Boolean constraint solver that has successfully participated in recent solver competitions. Although we do here not address the implementation techniques of clasp or all of its features, we present the principles of its success in the context of ASP solving.}, language = {en} } @article{BergesHubwieser2010, author = {Berges, Marc and Hubwieser, Peter}, title = {Vorkurse in objektorientierter Programmierung}, series = {Commentarii informaticae didacticae : (CID)}, journal = {Commentarii informaticae didacticae : (CID)}, number = {4}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, issn = {1868-0844}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-64299}, pages = {13 -- 22}, year = {2010}, abstract = {Die Studienanf{\"a}nger der Informatik haben in Deutschland sehr unterschiedliche Grundkenntnisse in der Programmierung. Dies f{\"u}hrt immer wieder zu Schwierigkeiten in der Ausrichtung der Einf{\"u}hrungsveranstaltungen. An der TU M{\"u}nchen wird seit dem Wintersemester 2008/2009 nun eine neue Art von Vorkursen angeboten. In nur 2,5 Tagen erstellen die Teilnehmer ein kleines objektorientiertes Programm. Dabei arbeiten sie weitestgehend alleine, unterst{\"u}tzt von einem studentischen Tutor. In dieser Arbeit sollen nun das Konzept der sogenannten „Vorprojekte" sowie erste Forschungsans{\"a}tze vorgestellt werden}, language = {de} } @article{EngbringKlar2015, author = {Engbring, Dieter and Klar, Tilman-Mathies}, title = {Medienbildung mit Informatik-Anteilen!?}, series = {HDI 2014 : Gestalten von {\"U}berg{\"a}ngen}, volume = {2015}, journal = {HDI 2014 : Gestalten von {\"U}berg{\"a}ngen}, number = {9}, editor = {Schubert, Sigrid and Schwill, Andreas}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-84693}, pages = {125 -- 142}, year = {2015}, abstract = {Auf der Grundlage der Planung, Durchf{\"u}hrung, Evaluation und Revision eines gemeinsamen Seminars von Medienp{\"a}dagogik und Didaktik der Informatik stellen wir in diesem Aufsatz dar, wo die Defizite klassischer Medienbildung in Bezug auf digitale bzw. interaktive Medien liegen und welche Inhalte der Informatik f{\"u}r Studierende aller Lehr{\"a}mter - im allgemeinbildenden Sinne - aus dieser Perspektive relevant erscheinen.}, language = {de} } @inproceedings{FroitzheimBergnerSchroederetal.2015, author = {Froitzheim, Manuel and Bergner, Nadine and Schroeder, Ulrik and Hurtienne, Dominik and Spannagel, Christian and Roderus, Simon and Wienkop, Uwe and Leonhardt, Thiemo and Kwiecien, Alexandra and Schmetz, Arno and Bellgardt, Martin and Naumann, Uwe and Weßels, Doris and Metzger, Christiane and L{\"a}ngrich, Matthias and Schulze, J{\"o}rg and Jakoblew, Marcel and Keil, Reinhard and Winkelnkemper, Felix and Engbring, Dieter and Klar, Tilman-Mathies and Kujath, Bertold and Sch{\"u}tze, Christopher and Fietkau, Julian and Kindsm{\"u}ller, Martin Christof and G{\"o}ttel, Timo and Bergner, Nadine and Taraschewski, Christian and Vosseberg, Karin and Czernik, Sofie and Erb, Ulrike and Vielhaber, Michael and Schlierkamp, Kathrin and Thurner, Veronika and Br{\"o}ker, Kathrin}, title = {HDI 2014 - Gestalten von {\"U}berg{\"a}ngen}, editor = {Forbrig, Peter and Magenheim, Johannes}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, isbn = {978-3-86956-313-8}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-74920}, pages = {186}, year = {2015}, abstract = {Die Tagung HDI 2014 in Freiburg zur Hochschuldidaktik der Informatik HDI wurde erneut vom Fachbereich Informatik und Ausbildung / Didaktik der Informatik (IAD) in der Gesellschaft f{\"u}r Informatik e. V. (GI) organisiert. Sie dient den Lehrenden der Informatik in Studieng{\"a}ngen an Hochschulen als Forum der Information und des Austauschs {\"u}ber neue didaktische Ans{\"a}tze und bildungspolitische Themen im Bereich der Hochschulausbildung aus der fachlichen Perspektive der Informatik. Die HDI 2014 ist nun bereits die sechste Ausgabe der HDI. F{\"u}r sie wurde das spezielle Motto „Gestalten und Meistern von {\"U}berg{\"a}ngen" gew{\"a}hlt. Damit soll ein besonderes Augenmerk auf die {\"U}berg{\"a}nge von Schule zum Studium, vom Bachelor zum Master, vom Studium zur Promotion oder vom Studium zur Arbeitswelt gelegt werden.}, language = {de} } @misc{Kuntzsch2015, type = {Master Thesis}, author = {Kuntzsch, Christian}, title = {Konzeption und Implementierung eines multimodalen Campusroutenplaners am Beispiel der Universit{\"a}t Potsdam}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-77467}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {XIV, 86}, year = {2015}, abstract = {Die regelm{\"a}ßige Navigation durch den Raum geh{\"o}rt f{\"u}r Studenten der Universit{\"a}t Potsdam zum Alltag. Man m{\"o}chte, unabh{\"a}ngig vom Fortbewegungsmittel, schnell und sicher von zu Hause zum H{\"o}rsaal oder Seminargeb{\"a}ude. Eine umfassende Navigationshilfe, die alle Transportmodi verbindet, wird daf{\"u}r verlangt. Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, ein Konzept f{\"u}r einen multimodalen Routenplaner zu entwickeln, der es Studenten und G{\"a}sten der Universit{\"a}t Potsdam erm{\"o}glicht, sich zwischen den dezentral gelegenen Campusstandorten zu bewegen - egal ob mit Bus und Bahn, dem Auto, Fahrrad oder zu Fuß. Die Implementierung erfolgt ausschließlich auf Grundlage freier Daten und freier, quelloffener Software (FOSS), die f{\"u}r diesen Zweck aufbereitet werden. Ergebnis ist eine webbasierte Applikation, die {\"u}ber eine Entwicklerschnittstelle (API) in andere Projekte eingebunden werden kann.}, language = {de} } @article{KujathSchuetze2015, author = {Kujath, Bertold and Sch{\"u}tze, Christopher}, title = {Evaluation der Lernwirksamkeit eines Lehrvideos zum informatischen Probleml{\"o}sen}, series = {HDI 2014 : Gestalten von {\"U}berg{\"a}ngen}, volume = {2015}, journal = {HDI 2014 : Gestalten von {\"U}berg{\"a}ngen}, number = {9}, editor = {Schubert, Sigrid and Schwill, Andreas}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-84705}, pages = {143 -- 152}, year = {2015}, abstract = {Der folgende Artikel beschreibt die Evaluation eines Lehrvideos zum informatischen Probleml{\"o}sen, welches auf der Grundlage einer Vergleichsstudie mit starken und schwachen Probleml{\"o}sern entwickelt wurde. Beispielhaft wird in dem Film ein F{\"a}rbeproblem durch einen fiktiven Hochleister unter lautem Denken gel{\"o}st, die einzelnen Arbeitsschritte werden abschnittsweise kommentiert und erkl{\"a}rt. Ob dieses Lernkonzept von Studenten akzeptiert wird und sich durch Anschauen des Videos tats{\"a}chlich ein Lerneffekt einstellt, wurde durch eine Befragung und eine erste Vergleichsstudie untersucht.}, language = {de} } @article{FietkauKindsmuellerGoettel2015, author = {Fietkau, Julian and Kindsm{\"u}ller, Martin Christof and G{\"o}ttel, Timo}, title = {Rapid Prototyping von Interaktionskonzepten in der universit{\"a}ren MCI-Lehre}, series = {HDI 2014 : Gestalten von {\"U}berg{\"a}ngen}, volume = {2015}, journal = {HDI 2014 : Gestalten von {\"U}berg{\"a}ngen}, number = {9}, editor = {Schubert, Sigrid and Schwill, Andreas}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-84718}, pages = {153 -- 160}, year = {2015}, abstract = {In der Lehre zur MCI (Mensch-Computer-Interaktion) stellt sich immer wieder die Herausforderung, praktische {\"U}bungen mit spannenden Ergebnissen durchzuf{\"u}hren, die sich dennoch nicht in technischen Details verlieren sondern MCI-fokussiert bleiben. Im Lehrmodul „Interaktionsdesign" an der Universit{\"a}t Hamburg werden von Studierenden innerhalb von drei Wochen prototypische Interaktionskonzepte f{\"u}r das Spiel Neverball entworfen und praktisch umgesetzt. Anders als in den meisten Grundlagenkursen zur MCI werden hier nicht Mock-Ups, sondern lauff{\"a}hige Software entwickelt. Um dies innerhalb der Projektzeit zu erm{\"o}glichen, wurde Neverball um eine TCP-basierte Schnittstelle erweitert. So entf{\"a}llt die aufw{\"a}ndige Einarbeitung in den Quellcode des Spiels und die Studierenden k{\"o}nnen sich auf ihre Interaktionsprototypen konzentrieren. Wir beschreiben die Erfahrungen aus der mehrmaligen Durchf{\"u}hrung des Projektes und erl{\"a}utern unser Vorgehen bei der Umsetzung. Die Ergebnisse sollen Lehrende im Bereich MCI unterst{\"u}tzen, {\"a}hnliche praxisorientierte {\"U}bungen mit Ergebnissen „zum Anfassen" zu gestalten.}, language = {de} } @article{BergnerTaraschewskiSchroeder2015, author = {Bergner, Nadine and Taraschewski, Christian and Schroeder, Ulrik}, title = {Beispiel eines Sch{\"u}lerwettbewerbs zum Thema Projektmanagement und App-Programmierung}, series = {HDI 2014 : Gestalten von {\"U}berg{\"a}ngen}, volume = {2015}, journal = {HDI 2014 : Gestalten von {\"U}berg{\"a}ngen}, number = {9}, editor = {Schubert, Sigrid and Schwill, Andreas}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-84726}, pages = {161 -- 168}, year = {2015}, abstract = {Es wird ein Informatik-Wettbewerb f{\"u}r Sch{\"u}lerinnen und Sch{\"u}ler der Sekundarstufe II beschrieben, der {\"u}ber mehrere Wochen m{\"o}glichst realit{\"a}tsnah die Arbeitswelt eines Informatikers vorstellt. Im Wettbewerb erarbeiten die Sch{\"u}lerteams eine Android-App und organisieren ihre Entwicklung durch Projektmanagementmethoden, die sich an professionellen, agilen Prozessen orientieren. Im Beitrag werden der theoretische Hintergrund zu Wettbewerben, die organisatorischen und didaktischen Entscheidung, eine erste Evaluation sowie Reflexion und Ausblick dargestellt.}, language = {de} } @article{LewinMcNicol2015, author = {Lewin, Cathy and McNicol, Sarah}, title = {Supporting the Development of 21st Century Skills through ICT}, series = {KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT}, journal = {KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT}, number = {7}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, issn = {1868-0844}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82672}, pages = {181 -- 198}, year = {2015}, abstract = {The growing impact of globalisation and the development of a 'knowledge society' have led many to argue that 21st century skills are essential for life in twenty-first century society and that ICT is central to their development. This paper describes how 21st century skills, in particular digital literacy, critical thinking, creativity, communication and collaboration skills, have been conceptualised and embedded in the resources developed for teachers in iTEC, a four-year, European project. The effectiveness of this approach is considered in light of the data collected through the evaluation of the pilots, which considers both the potential benefits of using technology to support the development of 21st century skills, but also the challenges of doing so. Finally, the paper discusses the learning support systems required in order to transform pedagogies and embed 21st century skills. It is argued that support is required in standards and assessment; curriculum and instruction; professional development; and learning environments.}, language = {en} } @article{MagenheimNellesNeugebaueretal.2015, author = {Magenheim, Johannes and Nelles, Wolfgang and Neugebauer, Jonas and Ohrndorf, Laura and Schaper, Niclas and Schubert, Sigrid}, title = {Expert Rating of Competence Levels in Upper Secondary Computer Science Education}, series = {KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT}, journal = {KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT}, number = {7}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, issn = {1868-0844}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82683}, pages = {199 -- 216}, year = {2015}, abstract = {In the project MoKoM, which is funded by the German Research Foundation (DFG) from 2008 to 2012, a test instrument measuring students' competences in computer science was developed. This paper presents the results of an expert rating of the levels of students' competences done for the items of the instrument. At first we will describe the difficulty-relevant features that were used for the evaluation. These were deduced from computer science, psychological and didactical findings and resources. Potentials and desiderata of this research method are discussed further on. Finally we will present our conclusions on the results and give an outlook on further steps.}, language = {en} } @article{OpelKramerTrommenetal.2015, author = {Opel, Simone and Kramer, Matthias and Trommen, Michael and Pottb{\"a}cker, Florian and Ilaghef, Youssef}, title = {BugHunt}, series = {KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT}, journal = {KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT}, number = {7}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, issn = {1868-0844}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82693}, pages = {217 -- 233}, year = {2015}, abstract = {Competencies related to operating systems and computer security are usually taught systematically. In this paper we present a different approach, in which students have to remove virus-like behaviour on their respective computers, which has been induced by software developed for this purpose. They have to develop appropriate problem-solving strategies and thereby explore essential elements of the operating system. The approach was implemented exemplarily in two computer science courses at a regional general upper secondary school and showed great motivation and interest in the participating students.}, language = {en} } @article{PassigTzurielKedmi2015, author = {Passig, David and Tzuriel, David and Kedmi, Ganit Eshel}, title = {Improving children's Cognitive Modifiability through Mediated Learning and Dynamic Assessment within 3D Immersive Virtual Reality Environment}, series = {KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT}, journal = {KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT}, number = {7}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, issn = {1868-0844}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82705}, pages = {235 -- 252}, year = {2015}, abstract = {The objectives of this study were to examine (a) the effect of dynamic assessment (DA) in a 3D Immersive Virtual Reality (IVR) environment as compared with computerized 2D and noncomputerized (NC) situations on cognitive modifiability, and (b) the transfer effects of these conditions on more difficult problem solving administered two weeks later in a non-computerized environment. A sample of 117 children aged 6:6-9:0 years were randomly assigned into three experimental groups of DA conditions: 3D, 2D, and NC, and one control group (C). All groups received the pre- and post-teaching Analogies subtest of the Cognitive Modifiability Battery (CMB-AN). The experimental groups received a teaching phase in conditions similar to the pre-and post-teaching phases. The findings showed that cognitive modifiability, in a 3D IVR, was distinctively higher than in the two other experimental groups (2D computer group and NC group). It was also found that the 3D group showed significantly higher performance in transfer problems than the 2D and NC groups.}, language = {en} } @article{Saito2015, author = {Saito, Toshinori}, title = {The Key Competencies in Informatics and ICT viewed from Nussbaum's Ten Central Capabilities}, series = {KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT}, journal = {KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT}, number = {7}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, issn = {1868-0844}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82718}, pages = {253 -- 266}, year = {2015}, abstract = {This article shows a discussion about the key competencies in informatics and ICT viewed from a philosophical foundation presented by Martha Nussbaum, which is known as 'ten central capabilities'. Firstly, the outline of 'The Capability Approach', which has been presented by Amartya Sen and Nussbaum as a theoretical framework of assessing the state of social welfare, will be explained. Secondly, the body of Nussbaum's ten central capabilities and the reason for being applied as the basis of discussion will be shown. Thirdly, the relationship between the concept of 'capability' and 'competency' is to be discussed. After that, the author's assumption of the key competencies in informatics and ICT led from the examination of Nussbaum's ten capabilities will be presented.}, language = {en} } @article{Webb2015, author = {Webb, Mary}, title = {Considerations for the Design of Computing Curricula}, series = {KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT}, journal = {KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT}, number = {7}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, issn = {1868-0844}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82723}, pages = {267 -- 283}, year = {2015}, abstract = {This paper originated from discussions about the need for important changes in the curriculum for Computing including two focus group meetings at IFIP conferences over the last two years. The paper examines how recent developments in curriculum, together with insights from curriculum thinking in other subject areas, especially mathematics and science, can inform curriculum design for Computing. The analysis presented in the paper provides insights into the complexity of curriculum design as well as identifying important constraints and considerations for the ongoing development of a vision and framework for a Computing curriculum.}, language = {en} } @article{HurtienneSchroederSpannagel2015, author = {Hurtienne, Dominik and Schroeder, Ulrik and Spannagel, Christian}, title = {IT EnGAGES!}, series = {HDI 2014 : Gestalten von {\"U}berg{\"a}ngen}, volume = {2015}, journal = {HDI 2014 : Gestalten von {\"U}berg{\"a}ngen}, number = {9}, editor = {Schwill, Andreas and Schubert, Sigrid}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-80258}, pages = {27 -- 43}, year = {2015}, abstract = {Durch den Einsatz von Spielen und Spielelementen in Lernkontexten wird versucht, Lernende zur Besch{\"a}ftigung mit den Lerninhalten zu motivieren. Spielerische Elemente haben allerdings nicht nur positive motivationale Effekte: Sie k{\"o}nnen sich beispielsweise negativ auf die intrinsische Motivation auswirken, und auch nicht jeder Lernende spielt gerne. Um negativen Einfl{\"u}ssen von Gamification entgegenzuwirken, wurde ein Toolkit f{\"u}r adaptierbare Lernumgebungen entwickelt. Damit erzeugte Lernumgebungen erlauben es Studierenden, den Grad der Gamification selbst zu bestimmen, indem Spielelemente an- und abgeschaltet werden. Im Rahmen einer Anf{\"a}ngerprogrammiervorlesung wurden Lernspielaufgaben aus den existierenden, optionalen interaktiven eTests entwickelt und Studierenden als zus{\"a}tzliche Lerngelegenheit angeboten. Eine erste explorative Studie best{\"a}tigt die Vermutung, dass die Akzeptanz des adaptierbaren Lernspiels sehr hoch ist, es aber dennoch Studierende gibt, welche die Lernumgebung ohne Spielelemente durcharbeiten. Somit bietet adaptierbare Gamification verschiedenen Studierenden die M{\"o}glichkeit, sich zus{\"a}tzliche motivationale Anreize durch Zuschalten von Spielelementen zu verschaffen, ohne dabei zum Spielen „gen{\"o}tigt" zu werden.}, language = {de} } @article{RoderusWienkop2015, author = {Roderus, Simon and Wienkop, Uwe}, title = {Verbesserung der Bestehensquoten durch ein Peer Assessment-Pflichtpraktikum}, series = {HDI 2014 : Gestalten von {\"U}berg{\"a}ngen}, volume = {2015}, journal = {HDI 2014 : Gestalten von {\"U}berg{\"a}ngen}, number = {9}, editor = {Schwill, Andreas and Schubert, Sigrid}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-80260}, pages = {45 -- 60}, year = {2015}, abstract = {Peer Assessment ist eine Methode, bei der die Teilnehmer eine gestellte Aufgabe nicht nur bearbeiten und einreichen, sondern - in einer zweiten Phase - diese auch gegenseitig {\"u}berpr{\"u}fen, kommentieren und bewerten. Durch diese Methode wird, auch in sehr großen Veranstaltungen, das {\"U}ben mit individuellen Bewertungen und individuellem Feedback m{\"o}glich. Im Wintersemester 2013/14 wurde dieser Ansatz in der Erstsemesterveranstaltung Programmieren an der Technischen Hochschule N{\"u}rnberg mit 340 Studierenden als semesterbegleitendes Online-Pflichtpraktikum erprobt. Bei gleichen Leistungsanforderungen wurde bei Studierenden, die erfolgreich am Praktikum teilnahmen, eine Reduzierung der Durchfallquote um durchschnittlich 60 \% und eine Verbesserung der Durchschnittsnote um 0,6 - 0,9 Notenstufen erzielt. Zudem lernten die teilnehmenden Studierenden kontinuierlicher, bereiteten Lerninhalte besser nach und gelangten zu einer {\"u}berwiegend positiven Einsch{\"a}tzung des Praktikums und der Methode. Im E-Learning System Moodle kann Peer Assessment, mit moderatem Umsetzungs- und Betreuungsaufwand, mit der Workshop-Aktivit{\"a}t realisiert werden. Im Beitrag wird auf die Schl{\"u}sselelemente des erfolgreichen Einsatzes von Peer Assessment eingegangen.}, language = {de} } @article{LeonhardtKwiecienSchmetzetal.2015, author = {Leonhardt, Thiemo and Kwiecien, Alexandra and Schmetz, Arno and Bellgardt, Martin and Naumann, Uwe}, title = {Studienabbruchsquote dauerhaft senken}, series = {HDI 2014 : Gestalten von {\"U}berg{\"a}ngen}, volume = {2015}, journal = {HDI 2014 : Gestalten von {\"U}berg{\"a}ngen}, number = {9}, editor = {Schwill, Andreas and Schubert, Sigrid}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-80274}, pages = {61 -- 76}, year = {2015}, abstract = {Es wird ein umfassendes Mentoring Konzept im Studiengang Informatik an der RWTH Aachen vorgestellt, das den {\"U}bergang von der Schule zur Universit{\"a}t unterst{\"u}tzt und gleichzeitig beim Auftreten von Schwierigkeiten im Verlauf des Studiums effiziente und kompetente Beratung bietet. Das Programm erreicht durchg{\"a}ngig hohe Akzeptanzwerte bei den Studierenden trotz verpflichtender Teilnahme im ersten Semester. Die Wirksamkeit des Programms ist durch die zahlreichen einflussgebenden Variablen zwar rein quantitativ kaum messbar, die M{\"o}glichkeit auf organisatorische und fachliche Probleme eines Jahrgangs reagieren zu k{\"o}nnen sowie einen Einblick auf die Gr{\"u}nde f{\"u}r einen Studienabbruch zu bekommen, best{\"a}tigt aber die Notwendigkeit der Maßnahme.}, language = {de} } @article{JakoblewKeilWinkelnkemper2015, author = {Jakoblew, Marcel and Keil, Reinhard and Winkelnkemper, Felix}, title = {Forschendes Lernen durch Semantisches Positionieren}, series = {HDI 2014 : Gestalten von {\"U}berg{\"a}ngen}, volume = {2015}, journal = {HDI 2014 : Gestalten von {\"U}berg{\"a}ngen}, number = {9}, editor = {Schwill, Andreas and Schubert, Sigrid}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-80301}, pages = {109 -- 124}, year = {2015}, abstract = {Der Beitrag stellt das Konzept des Semantischen Positionierens als eine M{\"o}glichkeit vor, Grundformen des wissenschaftlichen Arbeitens und elementare Formen der diskursiven Auseinandersetzung zu vermitteln, ohne dass die Studierenden sich inhaltlich an der aktuellen Forschung beteiligen m{\"u}ssten. Die Umsetzung dieses Konzepts im Bachelorstudium der Informatik verdeutlicht, dass mit diesem Ansatz sowohl die Kompetenzen f{\"u}r den {\"U}bergang in den mehr forschungsgetriebenen Masterstudiengang als auch f{\"u}r die berufliche Wissensarbeit erworben werden k{\"o}nnen.}, language = {de} } @article{Curzon2015, author = {Curzon, Paul}, title = {Unplugged Computational Thinking for Fun}, series = {KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT}, journal = {KEYCIT 2014 - Key Competencies in Informatics and ICT}, number = {7}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, issn = {1868-0844}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-82575}, pages = {15 -- 27}, year = {2015}, abstract = {Computational thinking is a fundamental skill set that is learned by studying Informatics and ICT. We argue that its core ideas can be introduced in an inspiring and integrated way to both teachers and students using fun and contextually rich cs4fn 'Computer Science for Fun' stories combined with 'unplugged' activities including games and magic tricks. We also argue that understanding people is an important part of computational thinking. Computational thinking can be fun for everyone when taught in kinaesthetic ways away from technology.}, language = {en} }