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Forschung


Aktuelle Projekte

Dekomposition von Signalflankengraphen
Theorie verteilter Systeme
Wegen ihrer hohen, der jeweiligen Situation angepaßten Reaktionsgeschwindigkeit, der geringen Ruheverlustleistung und der günstigeren EMV-Eigenschaften genießen asynchrone Schaltungen derzeit besondere Aufmerksamkeit. Aufgrund der Nebenläufigkeit haben sich zu ihrer Spezifikation Signalflankengraphen (signal transition graphs, STGs) bewährt. Aus diesen werden zur Synthese endliche Automaten abgeleitet, deren Zustandszahl aber oft prohibitiv groß ist.
Zur Bewältigung dieser Zustandsexplosion kann man den STG in kleinere Teilnetze dekomponieren; unabhängig vom Problem der Zustandsexplosion führt dies auf eine Verbund-Lösung, die einer En-bloc-Lösung i.a. vorzuziehen ist. Die bisher bekannten Dekompositionsverfahren sind allerdings nur für sehr eingeschränkte Netzklassen anwendbar.
Ziel des Projektes ist es, diese Verfahren zu verallgemeinern - speziell auch auf die sog. generalized STGs - und dabei besonderen Wert auf eine saubere formale Absicherung zu legen. Weiter sollen Qualitätskriterien zum Vergleich verschiedener Dekompositionen sowie an diesen Kriterien ausgerichtete Dekompositionsmethoden entwickelt werden, wobei die Wiederverwendung von Bausteinen ein wichtiger Gesichtspunkt ist. Schließlich sollen die Ergebnisse in ein CAD-Werkzeug integriert werden.
URL zum Projekt: http://www.informatik.uni-augsburg.de/lehrstuehle/swt/ti/research/projects/stg/

Effizienz asynchroner Systeme
Theorie verteiler Systeme
Charakteristisch für asynchrone, also ungetaktete Systeme ist, dass sich ihre Komponenten nicht aufgrund von Zeitmessungen koordinieren können. Im Projekt werden solche Systeme in Prozessalgebren oder mit Petrinetzen modelliert. Werden Petrinetze oder Prozessalgebren um Zeit erweitert, so führt das üblicherweise auf Modelle synchroner Systeme, die Funktionalität ändert sich also durch Einführung der Zeit; auch spielt Modularität oft keine Rolle bei einer solchen Erweiterung. Im Projekt wird Zeit lediglich zum Effizienzvergleich verwendet, die Funktionalität der asynchronen Systeme bleibt dabei erhalten.
Bei der Systemanalyse ist es offensichtlich wichtig, gerade solche Aspekte des Systemverhaltens zu untersuchen, die für den System-Benutzer wahrnehmbar sind; was das bedeutet, lässt sich im Testansatz von De Nicola und Hennessy formalisieren, der in der Regel auf Semantiken führt, die einen modularen Systementwurf ermöglichen. Mit dem Effizienztesten wurde im Projekt eine Variante dieses Ansatzes entwickelt, die auf eine "schneller-als"-Relation führt, welche asynchrone Systeme auf Basis der Worst-Case-Effizienz vergleicht. Alternativ zum Testansatz können "schneller-als"-Relationen auch auf Basis der Standard-Äquivalenz Bisimulation definiert werden, welche Systeme üblicherweise feiner unterscheidet. In Zusammenarbeit mit G. Lüttgen (Uni. York, UK) wurde dazu die verbreitete Prozessalgebra CCS in geeigneter Weise um Zeit erweitert. U.a. wurde eine "schneller-als"-Relation als eine Kombination von Bisimulation auf Aktionen und Simulation auf Zeitschritten definiert; diese technisch einfache Definition wurde validiert, indem ihre Übereinstimmung mit unmittelbar einsichtigeren, aber aufwendigeren Definitionen gezeigt wurde.
URL zum Projekt: http://www.informatik.uni-augsburg.de/lehrstuehle/swt/ti/research/projects/efficiency/


Java Workflow Tooling

Java Workflow Tooling
Programmierung verteilter Systeme
Im Rahmen des Eclipseprojekts Java Workflow Tooling (JWT) werden Tools für das Design, die Entwicklung und Laufzeit eines Workflows entwickelt, um eine Plattform für flexibles und interoperables Geschäftsprozessmanagement zu schaffen.
Dafür wurde eine erweiterbare Architektur geschaffen, die es erlaubt unterschiedlichste graphische Prozessmodellrepräsentationen, Sprachen und Ausführungsumgebungen zu unterstützen. Aus den Komponenten des JWT Projekts können dadurch Distributionen für unterschiedliche Zielplattformen individuell zusammengestellt werden.
URL zum Projekt: http://www.eclipse.org/jwt/


sempa

Semantisches Software-Engineering
Programmierung verteilter Systeme
Im Rahmen des semantischen Software-Engineerings forschen wir an der Verbesserung der modellgetriebenen Software-Entwicklung durch die Nutzung semantischer Technologien. Beispiele sind eine automatische Modellsynthese durch semantische Annotationen (im Rahmen des DFG-Projektes SEMPRO) sowie erleichterte Aktualisierung von Modelltransformationen bei Metamodelländerungen im Projekt OntMT.


AWACS

AWACS
Programmierung verteilter Systeme
Im Rahmen des AWACS-Projekts werden Verfahren und Techniken entwickelt, welche die Vertrauenswürdigkeit von selbst-organisierenden emergenten Systemen bzw. dezentralen Autonomic Computing Systemen erhöhen. Da es bei dieser Klasse von adaptiven Systemen zur Entwicklungszeit nicht möglich ist, mittels Test- und Verifikationsverfahren alle möglichen Situationen, Adaptionen und Systemzustände zu testen bzw. zu verifizieren, können zur Laufzeit unvorhersehbare Situationen auftreten, welche ein System zu vom Entwickler unbeabsichtigten Adaptionen verleiten. Die durch diese Adaptionen erreichten Systemzustände können jedoch zu einem vom Anwender nicht erwünschten, emergenten Fehlverhalten führen, welches schädlich für das System selbst oder für Dritte sein kann. Dieses potentielle Risiko reduziert die Vertrauenswürdigkeit solcher autonomen Systeme und verhindert deren Einsatz in industriellen oder wirtschaftlichen Umgebungen. Das Ziel des Projekts ist es daher, solch ein ungewolltes Fehlverhalten zur Laufzeit antizipieren und mittels geeigneter Mechanismen vor seinem Auftreten vermeiden zu können.
URL zum Projekt: http://www.informatik.uni-augsburg.de/lehrstuehle/swt/vs/projekte-alt/ac_oc/awacs/




AUTOSAR

MDSD für Automotive
Programmierung verteilter Systeme
MDSD für Automotive beschäftigt sich mit der Entwicklung von Mechanismen, die eine virtuelle Integration von Automotive Software, d.h. eine Integration auf Modellebene, ermöglichen. Das Projekt setzt dabei in erster Linie auf dem offenen Standard AUTOSAR (AUTomotive Open System ARchitecture) auf. Zusammen mit weiteren modellbasierten Ansätzen, wie der EAST-ADL2.0, einer Architekturbeschreibungssprache, wird eine durchgängig modellbasierte Entwicklungsmethodik entwickelt. Diese Methodik soll einen Rahmen um die verschiedenen Standards und Ansätze im Automotive Umfeld spannen und dabei die Kernprozesse der Entwicklung (System-, Software-, Hardware-, Mechanik-Entwicklung) ebenso unterstützen, wie Unterstützungsprozesse der Entwicklung (Konfigurationsmanagement, Projektmanagement,…). Durchgängigkeit zwischen Modellen verschiedener Abstraktionsebenen bzw. Entwicklungsphasen spielt dabei ebenso eine Rolle, wie die Entwicklung von Tools und deren Interoperabilität.


ConSenS

ConSenS
Datenbanken und Informationssysteme
Ziel der Gruppe ist die gemeinsame Forschungsarbeit im Themenbereich situierte, individualisierte und personalisierte Systeme insbesondere mit dynamischen Kontexten. Gestaltung und Organisationsform, Nutzen und Unterhaltungswert, Nutzungs- und Nutzermerkmale, Vorteil und Anreize, Wert und Geschäftsmodell sowie viele weitere Dimensionen werden untersucht, in prototypischen Systemen realisiert und mit Partnern aus der Wirtschaft in professionelle Anwendungen transferiert.
Der Bayerische Forschungsverbund FORSIP hatte für diesen Themenbereich erste Erfolge erzielt bei der Charakterisierung und prototypischen Umsetzung situierter, individualisierter und personalisierter Dienste. Mitglieder dieses 5-jährigen, nunmehr abgeschlossenen Forschungsverbunds sind die Gründer der Forschungsgruppe ConSenS.
Links:
http://www.mycosima.com/
http://www.forsip.de/
http://www.consens-research.de/

  Algebraische Kalküle für Separationslogik
Programmiermethodik und Multimediale Informationssysteme
Seit etwa 40 Jahren wird daran gearbeitet, mit formaler Methodiken die Korrektheit von Programmen sicherzustellen. Die prominenten Zusicherungskalküle von C.A.R. Hoare und E.W. Dijkstra haben sich dabei für zahlreiche Gebiete als effektive Werkzeuge erwiesen. Ein wesentliches Problem ist aber, dass sie keine Ausdrucksmittel für komplexe Datenstrukturen mit Zeigern bieten. Deshalb wurde von J. Reynolds, P. O'Hearn und anderen die Familie der Separationslogiken entwickelt. Sie erlaubt die Behandlung von nebenläufigen Prozessen, insbesondere von parallelen Zugriffen auf komplexe Datenstrukturen. Die Logikfamilie ist durch speziell entwickelte Beweissysteme computergestützt, d.h., gültige Eigenschaften lassen sich voll- oder halbautomatisch herleiten. Der Nachteil dieser Systeme ist aber, dass sie sowohl Syntax- als auch sprachabhängig sind und somit für jeden neuen Kalkül eigens neu entwickelt werden müssen. Diese Vorgehensweise ist mühsam, kosten- und zeitintensiv.

Abhilfe schafft nun eine abstraktere Algebraisierung. Oft erlaubt sie streng formale Herleitungen mittels einfacher Gleichungsgesetze. Diese können direkt in beliebige vollautomatische Beweissysteme eingegeben werden, so dass nicht für jedes Anwendungsfeld ein neues Beweissystem erstellt werden muss. Aufbauend auf einem bereits vorhandenen Grundstock wird im Projekt eine algebraische Darstellung der essentiellen separationslogischen Konstrukte entwickelt, die sich für den geschilderten Ansatz eignet.

URL zum Projekt: Algebraische Kalküle für Separationslogik

 

FeatureFoundation - Algebra-Basierte Feature-Orientierte Programmsynthese
Programmiermethodik und Multimediale Informationssysteme
Das Projekt FeatureFoundation hat zum Ziel, bisherige Arbeiten unter dem Ansatz der Algebra-Basierten Feature-Orientierten Programmsynthese zu vereinheitlichen. Die Synthese von Programmen aus Features soll weitestgehend automatisiert und auf ein solides formales Fundament gestellt werden.
Der erste Schwerpunkt des Projekts beschäftigt sich damit, die grundsätzlichen Gesetzmäßigkeiten, denen die Definition und Komposition von Features unterliegen, zu präzisieren und Alternativen zu benennen und zu erforschen. Dies geschieht durch die Weiterentwicklung einer bestehenden rudimentären Feature-Algebra, in der einfache, alternative Regeln im Umgehen mit Features definiert werden und ihre Konsequenzen evaluiert und gegeneinander abgewogen werden können. Viele der existierenden Ansätze finden sich in diesen Alternativen wieder.
Der zweite Schwerpunkt des Projekts liegt auf der praktischen Umsetzung und Anwendung der Feature-Algebra bzw. der Untersuchung ihrer Implikationen für die Softwareentwicklung. Auf Basis der Algebra werden prototypische Werkzeuge, z. B. der FeatureHouse, zur automatisierten Programmsynthese entwickelt. Alternativen in der Algebra werden als alternative Syntheseprozesse automatisch erzeugt. Im Rahmen mehrerer Fallstudien werden die praktische Relevanz der Algebra überprüft und Rückschlüsse auf die Validität der Entwurfsentscheidungen der Feature-Algebra gezogen.
URL zum Projekt: http://www.infosun.fim.uni-passau.de/cl/staff/apel/FeatureFoundation/index_de.html

 

CAR-SoC: Connective Autonomic Realtime System-on-Chip
Systemnahe Informatik und Kommunikationssysteme
CAR-SoC definiert einen neuen SoC-Ansatz, der Konnektivität, Prinzipien des Autonomic Computing und Echzeitanforderungen auf einem Chip vereint. Diese Anforderungen sollen durch einen mehrfädigen Prozessorkern erfüllt werden. Dieser wird dabei von zusätzlicher rekonfigurierbarer Hardware unterstützt. Der mehrfädige Prozessorkern basiert auf der Architektur des Infineon TriCore, die um einen integrierten Echtzeit-Scheduler erweitert wurde. Helper Threads, die mit niedriger Priorität in eigenen Threatslots parallel zur Anwendung laufen implementieren autonome Manager, welche relevante Chipparameter wie Prozessorlast und Speicherverbrauch überwachen. Diese autonomen Manager entscheiden zusammen mit einer Middleware, ob Maßnahmen zu Selbstoptimierung, Selbstschutz oder Selbstheilung ausgelöst werden müssen.
URL zum Projekt: http://www.informatik.uni-augsburg.de/en/chairs/sik/research/embedded/carsoc/


MERASA: Multi-Core Execution of Hard Real-Time Applications Supporting Analysability
Systemnahe Informatik und Kommunikationssysteme
Im Rahmen des MERASA-Projekts werden Mehrkernprozessoren (mit zwei bis 16 Kernen) für eingebettete harte Echtzeitsysteme entwickelt. Dies geschieht Hand in Hand mit der Entwicklung von Techniken zur Analyse des Zeitverhaltens sowie von Werkzeugen, mit deren Hilfe die Analysierbarkeit und Vorhersagbarkeit des Laufzeitverhaltens bezüglich jedes Einzelmerkmals eines Prozessors garantiert werden kann. Innerhalb des Projekts werden dabei sowohl Werkzeuge zur statischen WCET-Analyse (Worst Case Execution Time; die OTAWA Tools) als auch hybride, messungsbasierte Werkzeuge (RapiTime) sowie deren Interoperabilität untersucht. Desweiteren wird eine Systemsoftware mit vorhersagbarem Zeitverhalten entwickelt.
Um Produktionskosten und Risiken der Technologieintegration zu beschränken, werden hardwarebasierte Schedulingtechniken untersucht. Diese nutzen denselben Mehrkernprozessor, um harte, weiche, und nicht-Echtzeitanwendungen auf verschiedenen Kernen auszuführen. Die entwickelten Hard- und Softwaretechniken werden in Fallstudien an Anwendungen aus dem Automobilbau, aus der Luft- und Raumfahrtstechnik sowie aus der Baumaschinentechnik evaluiert. Diese Evaluierungen werden zusammen mit ausgewählten Industriepartnern durchgeführt.
URL zum Projekt: http://www.merasa.org

 

GAP: Grid-ALU-Processor
Systemnahe Informatik und Kommunikationssysteme
Das GAP-Projekt (Grid ALU Processor) vereint eine den rekonfigurierbaren Strukturen sehr ähnliche Architektur mit der einfacheren Programmierbarkeit und der Flexibilität von Prozessoren. Dadurch können sequentielle Steuerfluss-orientierte Anwendungen erheblich beschleunigt werden, ohne dass auf den Komfort und die Erfahrung der herkömmlichen Programmierung verzichtet werden muss. Der vom GAP-Prozessor verwendete Befehlsstrom ist identisch zu dem eines herkömmlichen Universalprozessors. Die im Befehlsstrom enthaltenen Maschinenbefehle werden innerhalb des GAP-Prozessors in Konfigurationsdaten für ein Array aus arithmetisch-logischen Funktionseinheiten umgesetzt. Die Konfiguration des Array und die Ausführung der Befehle, d.h. die Berechnungen innerhalb des Array, erfolgen in zwei getrennten Phasen. Dadurch ist es möglich, abhängige Befehle gleichzeitig den Funktionseinheiten zuzuordnen. Während der Ausführungsphase erfolgt die Befehlsabarbeitung mit der größtmöglichen Parallelität, so dass hier eine enorme Leistungssteigerung erzielt wird. Durch die mögliche Überlappung von Konfigurations- und Ausführungsphase kann der erzielte Leistungsgewinn direkt auf die Leistung des Prozessors und somit auf die Ausführung der gesamten Anwendung übertragen werden.


Callas

CALLAS: Emotionale Mensch-Technik Interaktion in adaptiven Systemen
Multimedia-Konzepte und Anwendungen
CALLAS ist ein von der EU gefördertes Integriertes Projekt. Innerhalb des Projekts wird ein multimodales Framework entwickelt, das die Forschung im Bereich emotionale Mensch-Technik Interaktion vorantreiben soll. Zum einen geht es um die Erkennung von Emotionen eines Benutzers anhand von Mimik, Gestik und Sprache. Zum anderen wird die Replikation emotionalen Ausdrucks durch animierte virtuelle Agenten angestrebt. Die Universität Augsburg leitet innerhalb von CALLAS eines von drei Teilprojekten, das Software zur Erfassung und Analyse von emotionalen Benutzereingaben sowie zur Animation und Verhaltenssteuerung von virtuellen Agenten bereitstellen soll. Darüber hinaus werden in CALLAS drei von uns entwickelte Komponenten eingesetzt: EmoVoice und EmoText (Komponenten zur Erkennung von Emotionen anhand von akustischen und linguistischen Merkmalen), Smart Sensor Integration (eine Middleware, die die Entwicklung multimodaler Anwendungen mit einem oder mehreren Eingabesensoren unterstützt), WiiGLE (eine Umgebung zur Erkennung von Gesten, die mit einer Wii von Nintendo ausgeführt werden).
URL zum Projekt: http://www.callas-newmedia.eu/

 

DynaLearn – Werkzeuge um Erwerb von konzeptuellem Wissen
Multimedia-Konzepte und Anwendungen
Das von der EU-geförderte DynaLearn Projekt hat zum Ziel, Schülern mit Hilfe effektiver computerbasierter Werkzeuge zu helfen, technische Vorgänge besser zu verstehen. Insbesondere sollen Schüler die Möglichkeit erhalten, ihre Ideen anhand von Diagrammen zu artikulieren und dabei konzeptuelles Wissen aufbauen. Techniken, die Begriffe aus unterschiedlichen Ontologien aufeinander abbilden, kommen zum Einsatz, um ähnliche Ideen miteinander vergleichen zu können. Virtuelle Charaktere sollen schließlich zur Motivation des Studenten bei der Interaktion mit dem Lernsystem beitragen. Die Entwicklung des Lernsystems wird auf existierende Curricula abgestimmt und im Kontext von diesen evaluiert.

 

IRIS: Elitenetzwerk zur Forschung im Bereich Interactive Storytelling
Multimedia-Konzepte und Anwendungen
Techniken zur Erzeugung interaktiver Geschichten bergen ein hohes Potential zur Revolutionierung der Unterhaltungsindustrie. In naher Zukunft werden Zuschauer wie selbstverständlich mit Filmcharakteren interagieren und so den Ablauf einer Geschichte aktiv beeinflussen können. Das von der EU-geförderte Elitenetzerk IRIS strebt an, ein virtuelles Exzellenzzentrum aufzubauen, das dem Gebiet “Interactive Storytelling” auf europäischer Ebene zum Durchbruch verhelfen soll. Das Netzwerk verfolgt vier grundlegende Zielsetzungen: Techniken des Interactive Storytelling sollen im Hinblick auf Performanz und Skalierbarkeit verbessert werden, so dass die Produktion von längeren Geschichten mit lohnenswerten Interaktionen unterstützt wird. Zudem sollen Techniken des interaktiven Geschichtenerzählens Autoren mit unterschiedlichem Hintergrund und Vorwissen (Drehbuchschreiber, Game Designer etc.) besser zugänglich gemacht werden und verschiedene Ansätze zum Interactive Storytelling integriert und mit Techniken aus der Filmindustrie kombiniert werden. Auch sollen neue Evaluationstechniken zum Einsatz kommen, um die subjektive Erfahrung von Nutzern eines Interactive Storytelling Systems verlässlich einschätzen zu können.


Cube-G

Cube-G: Generierung kulturspezifischer Verhaltensweisen für virtuelle Agenten
Multimedia-Konzepte und Anwendungen
CUBE- G steht für "CUlture-adaptive BEhavior Generation for interactions with embodied conversational agents". Im Rahmen dieses DFG-Projekts entwickeln unter Federführung des Lehrstuhls für Multimedia-Konzepte und Anwendungen der Universität Augsburg deutsche und japanische Wissenschaftler ein Modell für die automatische Generierung kulturell adäquaten non-verbalen Verhaltens virtueller Charaktere. Dabei baut das Team zum einem auf sozialwissenschaftlichen Arbeiten auf, zum anderen werden im Rahmen des Projekts gezielt empirische Studien in Japan und Deutschland durchgeführt, um die notwendigen Daten zu sammeln. Grundlegende Idee des Projekts ist es, kulturspezifisches Wissen anhand eines Rollenspiels mit virtuellen Charakteren zu vermitteln.
URL zum Projekt: https://mm-werkstatt.informatik.uni-augsburg.de/projects/cube-g/


HUMAINE

HUMAINE: Europäisches Elitenetzwerk zur Emotionsforschung
Multimedia-Konzepte und Anwendungen
Das von der EU geförderte Elitenetzwerk HUMAINE bündelte internationale Forschungsaktivitäten zur Entwicklung emotional intelligenter Machinen, die die Emotionen eines Nutzers verstehen und sozial angemessen darauf reagieren. HUMAINE brachte Informatiker und Ingenieure mit Psychologen und Philosophen zusammen, um Grundlagen auf dem Gebiet der emotionalen Mensch-Maschine Interaktion zu legen. Im Rahmen des Netzwerks beschäftigte sich die Universität Augsburg im Wesentlichen mit Technologien aus der Signalverarbeitung, um Emotionen eines Nutzers, z.B. aus Biosignalen, zu erkennen, und dem Ausdruck von Emotionen durch virtuelle Charaktere. Die Ergebnisse des Netzwerks werden in naher Zukunft in einem Handbuch zur Emotionsforschung veröffentlicht. Nach Auslaufen der Förderung durch die EU werden die Aktivitäten des Netzwerks durch die Humaine Association fortgesetzt.
URL zum Projekt: http://emotion-research.net/association


eCircus

eCircus: Trainieren von emotionaler Intelligenz durch Rollenspiel mit virtuellen Charakteren
Multimedia-Konzepte und Anwendungen
Mit eCIRCUS wird ein neuer Ansatz im Bereich der innovativen Informations- und Kommunikationstechnologien entwickelt, um soziales und emotionales Lernen zu fördern. Dies wird erreicht, indem im virtuellen Rollenspiel mit virtuellen Charakteren eine glaubhafte und empathische Beziehung zum Lernenden aufgebaut wird. Damit diese Beziehung entsteht, wird in eCIRCUS edukatives Rollenspiel in einer virtuellen Lernumgebung eingesetzt, das durch die Bereitstellung innovativer Interaktionsmöglichkeiten die Bereitschaft der Schüler erhöht, sich auf die dargestellten Inhalte emotional einzulassen. Das eCIRCUS Projekt entwickelt neuartige konzeptionelle Modelle und innovative Technologien, um das Lernen durch Rollenspiele und die emotionale Einbindung der Benutzer zur Förderung des sozialen und emotionalen Lernens zu unterstützen. Dies geschieht durch die Verwendung von modernen Rollenspieltheorien, die in emotionalen, autonomen, graphischen Charakteren umgesetzt werden – “Actors with attitude”.
URL zum Projekt: http://www.e-circus.org


Metabo

Metabo: Kontrolle von chronischen durch Stoffwechselstörungen bedingten Krankheiten
Multimedia-Konzepte und Anwendungen
Ziel des von der EU geförderten Projekts METABO ist die Entwicklung einer medizinischen Plattform, die sowohl in klinischen Umgebungen als auch in Alltagssituationen zum Einsatz kommen soll, um den Stoffwechsel von Risikopatienten mit Diabetes oder anderen Stoffwechselstörungen kontinuierlich überwachen soll. Zusätzlich zu „traditionellen“ klinischen und biomedizinischen Parametern sollen auch die subkutane Glukosekonzentration, Diätgewohnheiten, körperliche Aktivität und Energieverbrauch, Auswirkungen von Behandlungen und Reaktionen des autonomen Nervensystems überwacht werden. Die Universität Augsburg steuert zu dem Projekt Technologie bei, um den emotionalen Zustand von Patienten zu ermitteln.
URL zum Projekt: http://www.metabo-eu.org/


Horde3D

Horde3D und Erweiterungen
Multimedia-Konzepte und Anwendungen
Horde3D ist eine Open Source 3D Rendering Engine, die als Studentenprojekt von Nicolas Schulz konzipiert und entwickelt wurde. Ziel war die Entwicklung einer möglichst schlanken Engine, die trotz ihrer Kompaktheit die mit der nächsten Generation von Spielen zu erwartenden visuellen Effekte ermöglicht. Horde3D stellt eine intuitive API bereit, die eine einfache Anbindung von Applikationen ermöglicht. Die Engine hat sich vor allem bei Anwendungen mit animierten Charakteren bewährt, die selbst dann, wenn sie in großen Massen auftreten, grafisch hochwertig gerendert werden können. Teilweise gefördert durch die Universität Augsburg, DFG und die EU wurden folgende Erweiterungen zu Horde3D entwickelt: der Horde3D Szeneneditor und die Horde3D Game Engine.
URL zum Projekt: http://www.horde3d.org

 

Software zum technischen Zeichnen
Theoretische Informatik
Es soll eine Programmbibliothek erstellt werden, die es ermöglicht, hochwertige technische Abbildungen insbesondere für den Informatikunterricht mit geringem Aufwand anzufertigen. Die Bibliothek soll mächtig, robust, effizient und gut dokumentiert sein. Unter Robustheit verstehen wir, dass das System selbst unter dem Einfluss der Rechenungenauigkeit weder abstürzt noch grob falsche Ergebnisse liefert. Die von der Software erstellten Abbildungen sollen als integrale Bestandteile in Dokumente wie wissenschaftliche Artikel, Lehrbücher und Skripten eingebunden werden können. Durch die Benutzung einer modernen objektorientierten Programmiersprache soll erreicht werden, dass der Benutzer der Bibliothek die zu erstellenden Abbildungen auf hoher konzeptueller Ebene beschreiben kann und dass die Bibliothek mit existierender Software, beispielsweise mit Implementierungen von Algorithmen und Datenstrukturen der algorithmischen Geometrie, kooperieren kann. Um dies in hoher Allgemeinheit zu erlauben, wird das System nicht in erster Linie aus Routinen zur direkten Grafikausgabe bestehen. Vielmehr sollen zunächst die geometrische Objekte erzeugt werden, aus denen eine Abbildung besteht. Diese Objekte bleiben in hohem Ausmaße manipulierbar und können aufeinander abgestimmt werden. Erst am Ende verwandelt das System die Objekte in beispielsweise Postscript-Kurven oder Pixel.

 

Echtzeit Ereignisdetektion in Videos
Multimedia Computing
Es ist heutzutage selbstverständlich, dass Kunden an öffentlichen Orten wie Kneipen, Restaurants und Fitnessstudios - vor allem während großer nationaler und internationaler Meisterschaften - mit großen Flachbildschirmen oder Videoprojektionen unterhalten werden. Für den Betreiber dieser Unterhaltung ist es wünschenswert, kontrollieren und auswählen zu können, welche Werbespots dem Publikum gezeigt werden. Allgemeine Werbespots sollen gegen speziell auf seine Besucher als Zielgruppe ausgerichtete Werbung ausgetauscht werden. In diesem gemeinsamen Projekt mit Half Minute Media Ltd. (www.halfminute.co.uk) werden Algorithmen für die robuste Echtzeiterkennung und den Austausch von Werbung in Live-Videoströmen erforscht. Vor allem werden schnelle und extrem zuverlässige Algorithmen entwickelt, die eine Vielzahl von Live-Fernsehkanälen permanent und automatisch nach neuen Werbespots durchsuchen und diese extrahieren und klassifizieren.


Parallele Algorithmen

Parallele Algorithmen für schnelles maschinelles Lernen
Multimedia Computing
Maschinellen Lernverfahren gehört die Zukunft bei der Entwicklung von neuen verbesserten Lösungen zu zahlreichen aktuellen Problemen der Informatik. Dazu müssen normalerweise große Datenmengen oft tagelang (manchmal auch über Wochen hinweg) von den Lernverfahren untersucht und bearbeitet werden. Das Ziel unserer Forschung ist es, durch skalierbare Parallelisierung der Lernverfahren die notwendigen Trainingszeiten annähernd linear mit der Anzahl der CPUs zu verkürzen. Dabei werden für maschinelle Lernverfahren typischen Design-Patterns zur Parallelisierung identifiziert und dokumentiert.


Bildsuche

Bildsuche auf großen Bilddatenbanken
Multimedia Computing
Heutzutage existieren große Online-Datenbanken mit mehreren Milliarden an Bildern von unterschiedlicher Qualität, Größe und Inhalt. Die Anzahl der Bilder in diesen Datenbanken steigt von Tag zu Tag und deshalb werden intelligente Techniken zur Navigation in der Datenbank, zum Indizieren und Suchen der Bilder benötigt. Momentan basiert die Indizierung hauptsächlich auf der manuellen Eingabe von Bildbeschreibungen und/oder auf den Nutzungsmustern einzelner Personen oder ganzer Benutzergruppen. Allerdings sind manuelle Beschriftungen sehr subjektiv und beziehen sich nicht notwendigerweise auf den dargestellten Bildinhalt. Die Subjektivität dieser manuellen Beschreibungen und manchmal auch die Mehrdeutigkeit der verwendeten Begriffe macht es schwierig, darauf basierend eine Bildsuche durchzuführen. In diesem Projekt verwenden wir den Bildinhalt als Informationsquelle, um nach Bilder zu suchen und deren Bildinhalte automatisch zu bestimmen. Wir testen die entwickelten Ansätze auf reellen, sehr großen Datenbanken wie beispielsweise Flickr.


DynaSoft

DynaSoft - Dynamisch selbstorganisierende Softwaresysteme im Fahrzeug
Kommunikationstechnik
Viele der Funktionen in modernen Fahrzeugen sind nur durch Software realisierbar. Diese ist aktuell fest mit der Hardware, sogenannten Steuergeräten oder Electronic Control Units (ECU), verbunden. Im Forschungsprojekt Dynasoft werden Methoden entwickelt, mit denen die Software r ECUs dynamisch, d.h. im laufenden Betrieb des Fahrzeugs, zugeordnet werden kann. Dadurch lassen sich mehr Funktionen auf weniger komplexen Hardwarearchitekturen zuverlässig umsetzen und so die Effizienz der verfügbaren Ressourcen optimieren. Die Entkopplung von Hard- und Software bringt vor allem Vorteile hinsichtlich der Fehlertoleranz, der Ressourcenoptimierung und der Erweiterbarkeit. Die Fehlertoleranz erlaubt es bei einer defekten ECU die Software während dem Fahren auf eine andere umzulagern wodurch die Funktion dem Fahrer erhalten bleibt. Durch Ressourcenoptimierung werden aktuell nicht benötigte Funktionen, wie der Einparkassistent auf der Autobahn, nicht geladen und verbrauchen demnach weder Hardwareressourcen noch Energie. Die Erweiterbarkeit macht die Integration neuer Geräte und Funktionen einfach, so kann ein Autobesitzer auch Jahre nach dem Kauf neue Funktionen, z.B. sein neues Handy, in das Multimediasystem seines Fahrzeugs integrieren. Das Projekt wird durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie gefördert.
URL zum Projekt: http://www.informatik.uni-augsburg.de/lehrstuehle/lkt/Forschungsprojekte/DynaSoft/


Multicore

Echtzeitfähiger Hypervisor für Embedded Systems
Kommunikationstechnik
In vielen Anwendungsbereichen müssen Embedded Systems hohe Echtzeitanforderungen in Verbindung mit einem geringen Energiebedarf erfüllen. Dies wird in der Zukunft zu einem vermehrten Einsatz von Multicore-Prozessoren führen. Die höhere Rechenleistung gegenüber Single-Core-Prozessoren erlaubt es, durch die Möglichkeit erhöhter Aggregation von Diensten und Anwendungen, die Zahl der notwendigen Komponenten zu reduzieren. Für den Entwurf, die Realisierung und die Absicherung der Echtzeitfähigkeit der Systeme sind neue Verfahren und Methoden notwendig. Einen Forschungsschwerpunkt bildet hierbei ein echtzeitfähiger Hypervisor für Embedded Systems, der ein Ressourcenmanagement für Echtzeitprozesse durchführt. Die gewonnen Daten erlauben dem Betriebssystem eine Selbstoptimierung des Laufzeitverhaltens durchzuführen. Ein wesentlicher Bestandteil für den Entwurf des Gesamtsystems und die Absicherung der Echtzeitfähigkeit ist die Selbstbeschreibung von Software- und Hardware-Komponenten. Diese Vorgaben müssen dann vom Embedded System überwacht und begrenzt werden können. Zu berücksichtigen ist ebenfalls, wie eine Verteilung der Ausführungsstränge von Anwendungssoftware durchgängig bis zur Virtualisierungsebene spezifiziert, simuliert und optimiert werden kann. Das Projekt wird durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie gefördert.
URL zum Projekt: http://www.informatik.uni-augsburg.de/lehrstuehle/lkt/Forschungsprojekte/Multicore/

 

DFG-Projekt SYNOPS (Synthese von Petrinetzen aus Szenarien)
Lehrprofessur für Informatik
Petrinetze gehören zu den bekanntesten Formalismen zur Modellierung nebenläufiger Systeme und der Analyse deren Verhaltens in vielen Anwendungsfeldern, wie z.B. Kommunikations-Netzwerken, Geschäftsprozessen, eingebetteten Systemen oder Webdiensten.
Das Verhalten eines Petrinetzes kann gegeben sein durch die Menge seiner Schalt- oder Schrittfolgen, durch Erreichbarkeitsgraphen, aber auch durch halbgeordenete Ereignismengen, die oft als beschriftete azyklische Graphen dargestellt werden. Die zuletzt genannte Semantik erlaubt die explizite Darstellung von kausaler Unabhängigkeit. Während halbgeordnete Semantiken in der Theorie seit langer Zeit betrachtetet werden, finden sie erst in jüngerer Zeit in Anwendungen Beachtung, meist in Form verschiedener Varianten von Sequenzdiagrammen.
Die traditionelle Vorgehensweise beim modellbasierten Systementwurf - Konstruktion eines Modells und anschließende explizite oder implizite Betrachtung seines Verhaltens - wird vielfach abgelöst durch eine umgekehrte Vorgehensweise:
Das Verhalten wird zunächst formalisiert und modelliert, und das Systemmodell wird daraus anschließend automatisch synthetisiert. Während für Petrinetze entsprechende Syntheseverfahren für Schrittfolgen und Erreichbarkeitsgraphen bekannt sind und in der Praxis eingesetzt werden, fehlen Verfahren für die Synthese von Petrinetzen aus halbgeordneten Verhaltensbeschreibungen.
Die Entwicklung derartiger Verfahren, ihre Implementierung und Erprobung ist Gegenstand dieses Vorhabens.

Abgeschlossene Projekte


Placement

Optimale Platzierung mehrerer visueller Sensoren
Multimedia Computing
Arrays bestehend aus visuellen Sensoren werden in zahlreichen neuartigen Multimedia-Anwendungen eingesetzt, wie zum Beispiel in der Videoüberwachung, in intelligenten Räumen, im unterstützten Wohnen oder in immersiven Konferenzräumen. Oft sind hierbei unterschiedliche Arten von Kameras vorhanden. Sie unterscheiden sich in Bezug auf ihre intrinsischen Parameter, die Auflösung der verwendeten Bildsensoren, ihre Optik, sowie die Anschaffungskosten.
Die meisten der oben genannten Anwendungen erfordern eine Anordnung der verschiedenen Kameras in einem Raum derart, dass ein Mindestmaß an Bildqualität oder Bildauflösung garantiert ist. Deshalb ist ein wichtiger Aspekt des Entwurfs von Kameraarrays die geeignete Platzierung der visuellen Sensoren, sodass sie eine oder mehrere vordefinierte Anforderungen erfüllen. Da die Anzahl an Sensoren in solchen Arrays ständig wächst, sowie die Anforderungen komplexer werden, müssen effiziente Techniken zur Platzierung von Kameras entwickelt werden.
URL zum Projekt: Optimale Platzierung mehrerer visueller Sensoren


Audio Brush

Audio Brush: Was du siehst, ist was du hörst
Multimedia Computing
Jeder Mensch kann Geräusche hören, analysieren und bewerten. Der „Referenzsensor“ für Schalle - das menschliche Gehör - ist von beeindruckender Leistung und hoher Qualität. Die Bearbeitung und die Synthetisierung von Schallen ist allerdings eine indirekte und wenig intuitive Aufgabe, die Fachwissen und Erfahrung erfordert. Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, wurde Audio Brush entwickelt. Audio Brush ist eine intelligente Anwendung zur visuellen Bearbeitung von Schallen. Es ermöglicht, das Spektrogramm eines Schalls ähnlich wie ein Bild direkt zu bearbeiten. Im Kern basiert es auf einer flexiblen Zeit-Frequenz-Zerlegung des Signals mittels Gabor-Analyse und -Synthese. Diese Zerlegung erreicht gemäß den absoluten physikalischen Grenzen die feinste Genauigkeit der Darstellung in Zeit und Frequenz. Darüber hinaus ist sie vollständig invertierbar und erlaubt es, die Zeit-Frequenz-Auflösung während der Bearbeitung beliebig an das aktuelle Signal anzupassen.
URL zum Projekt: Audio Brush: Was du siehst, ist was du hörst


RoVeS

RoVeS - Sichere und komfortable Funkschließsysteme
Kommunikationstechnik
Ein selbstorganisierendes Funkschließsystem vereinfacht die Installation und den Betrieb von Schließanlagen: Neue Komponenten buchen sich selbstständig in das System ein und Störungen können automatisch erkannt und behoben werden. Zudem bieten sie die Möglichkeit, Schließpläne kurzfristig zu ändern, verlorene Schlüssel zu sperren oder Schließprotokolle zu erstellen. Dadurch werden Änderungen der Schließberechtigungen, z. B. bei verloren gegangenen Schlüsseln, ohne Zeitverzögerung wirksam, was die Sicherheit drastisch erhöht. Das System besteht aus Schließzylindern mit integriertem Funksystem, Access Points und einer Schließsystemverwaltung. Da die Energieversorgung der Funkschließzylinder über Batterien erfolgt, wurde das Funksystem auf einen extrem niedrigen Energieverbrauch ausgerichtet. Das Funksystem wird in einem energiesparenden »Schlafmodus« betrieben, Empfänger werden durch eine »Wake on Radio«-Funktion nur dann aktiv, wenn Daten zu empfangen sind. Dadurch kann die Lebensdauer der verwendeten Batterien deutlich erhöht werden. Wesentlich bei einer derartigen drahtlosen Vernetzung ist die Selbstorganisation des Funksystems. Sie umfasst Mechanismen wie Selbstkonfiguration, Selbstoptimierung, Selbstheilung und Selbstschutz. Darüber hinaus ist das Funksystem skalierbar und modular aufgebaut. So kann beispielsweise die eingesetzte drahtlose Übertragungstechnologie individuell an die Anforderungen einer neuen Anwendung angepasst werden. Das Projekt wurde durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie gefördert.
URL zum Projekt: http://www.informatik.uni-augsburg.de/lehrstuehle/lkt/Forschungsprojekte/RoVeS/


MOCON

MOCON - Plattform für konvergente Mobilfunkdienste
Kommunikationstechnik
Das Mobiltelefon bietet Mitarbeitern Zugang zu Diensten wie etwa E-Mail, Instant Messaging und Voice over IP. Für jeden dieser Dienste muss heute jeweils ein Zugang auf dem Mobiltelefon und in der Firma konfiguriert werden. Dieser Aufwand beschränkt die Anzahl der Benutzer und stellt eine Hürde für die Einführung neuer Dienste dar. Um sicher und komfortabel mit dem Handy auf neue Dienste zuzugreifen, wurde eine Plattform für konvergente Dienste geschaffen. Zwei Forschungsthemen, die Selbstorganisation der konvergenten Dienste und ein Protokollinterworking, sind dabei die Grundlage für die Implementierung von intelligenten mobilen Diensten. Bei der Presence-basierten Selbstorganisation meldet das Mobiltelefon seine Verfügbarkeit an das zentrale Gateway, das daraufhin die Integration des mobilen Geräts in die Infrastruktur organisiert. Die Gateways bilden damit die Grundlage eines konvergenten Overlaynetzes, das auf verschiedenen Netzinfrastrukturen aufsetzen kann. Für einen bestimmten Dienst sind heute oft unterschiedliche Protokolle und Plattformen im Einsatz. Mit der MOCON Plattform für mobile Dienste wird es möglich sein, alle Dienste aus den unterschiedlichen Netzwerken, über Gateways miteinander zu vernetzen, unabhängig davon welches Protokoll eingesetzt wird. Basis dieses Interworkings ist ein Metaprotokoll. Das entwickelte Konvergenzgateway verbindet die mobilen Endgeräte nahtlos mit den internen Firmennetz, wobei die sichere Konfiguration dieser Verbindung selbstorganisierend erfolgt. Mit der neuen Plattform können so die vollen Möglichkeiten der Breitbandkommunikation für alle Firmendienste genutzt werden. Das Projekt wurde durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie gefördert.
URL zum Projekt: http://www.informatik.uni-augsburg.de/lehrstuehle/lkt/Forschungsprojekte/MoCon/