Projektpraktikum im SS 2000

Im Sommersemester 2000 veranstalten wir ein Projektpraktikum zu den Schwerpunkten: mit Anwendungen Interessenten wenden sich bitte an Herrn Dipl.-Inf. O. Karch (E 27) oder an Herrn Dipl.-Inf. A. Kaussner (Interdisziplinäres Zentrum für Verkehrswisenschaften).

Eine Vorbesprechung mit Anmeldemöglichkeit wird am Freitag, 5. Mai 2000, 9.00 Uhr stattfinden. Eine (unverbindliche) Voranmeldung ist unter karch@informatik.uni-wuerzburg.de bzw. kaussner@informatik.uni-wuerzburg.de moeglich.

Themenbereich: Probabilistische 3D-Bewegungsplanung
Anwendung bei der Montageplanung und Walkthroughs

Bei der Bewegungsplanung besteht die Aufgabe darin, ein Objekt (z.B. einen Roboter im dreidimensionalen Raum) von einer gegebenen Startposition zu einer Zielposition zu steuern -- in der Regel auf eine möglichst effiziente Art und Weise (z.B. auf einem möglichst kurzen Weg). Besitzt dabei der Roboter viele Freiheitsgrade (z.B. ein Gelenkarmroboter mit sechs und mehr Gelenken) und befinden sich Hindernisse im Arbeitsraum, so ist diese Aufgabe i.a. nur sehr schwer, d.h. mit hohem Zeitaufwand, zu lösen.

Abhilfe schaffen hier sogenannte probabilistische Bewegungsplaner, die unter einigermaßen moderaten Voraussetzungen mit einer hohen Wahrscheinlichkeit nachweisbar gute Lösungen für das Bewegungsplanungsproblem finden. Am Lehrstuhl für Informatik I wurde bereits im Rahmen einer Diplomarbeit ein solcher probabilistischer Bewegungsplaner (RAMONA) entwickelt.

Im Rahmen des Projektpraktikums soll nun RAMONA in die neu angeschaffte CAD- und Robotersimulationsumgebung des Lehrstuhls eingebunden werden. Hierzu besitzt der Lehrstuhl einen Grafikrechner O2 der Firma SGI und ist mittels einer Glasfaserpipe zu dem Hochleistungsgrafiksystem Onyx2 im Rechenzentrum verbunden. Die installierte Software umfasst u.a. die CAD-Software CATIA sowie die Robotersimulation KISMET. Weiterhin soll RAMONA so modularisiert und erweitert werden, dass eine größere Zahl verschiedener Bewegungsplaner realisiert und evaluiert werden kann. Die Thematik bietet Raum für mehrere Arbeiten mit folgenden Schwerpunkten:

Die Themen eignen sich auch für eine Fortführung im Rahmen einer Diplomarbeit.

Betreuer:  Dipl.-Inf. O. Karch
Email:karch@informatik.uni-wuerzburg.de
Tel.: (0931) 888 5025

Themenbereich: Fahrerassistenzsysteme, Szenengenerierung, Augmented Reality

Die WIVW GmbH (Würzburger Institut für Verkehrswissenschaften) entwickelt in Zusammenarbeit mit dem IZVW (Interdisziplinäres Zentrum für Verkehrswissenschaften an der Universität Würzburg) einen PKW-Simulator, der z.B. zur Untersuchung von Fahrerassistenzsystemen eingesetzt werden soll. Er besteht aus einem elektro-pneumatischen Bewegungssystem, einer voll instrumentierten Fahrzeugkonsole und einer 6-Kanal-Projektion. In diesem Zusammenhang ergeben sich für ein Projektpraktikum in den Bereichen augmented reality und Szenengenerierung folgende Themen:

Beleuchtungssimulation

Problem:
Das Beleuchtungsmodell von OpenGL ist rechenaufwendig und für die Fahrsimulation zu detailliert. Außerdem stehen bei den meisten 3D-Beschleunigerkarten zu wenig Lichtquellen zur Verfügung, um z.B. bei einer Nachtfahrt alle Lichtquellen (Scheinwerferkegel der Verkehrsteilnehmer, Straßenbeleuchtung, ...) zu simulieren.
Idee:
Konstruktion spezieller Texturen, die mittels Blending-Techniken zum Aufhellen bestimmter Bereiche benutzt werden. Hierdurch müssten sich z.B. Scheinwerferkegel bei Fahrzeugen ganz gut simulieren lassen.

Optimierung der Grafik

Problem:
3D-Beschleuniger-Hardware unterscheidet sich stark hinsichtlich der Geschwindigkeit bei verschiedenen OpenGL-Features (z.B. Mip-Maps, Texturfilter, Texturgrößen, Nebel, ...). Um auf einer gegebenen Hardware möglichst hohe Frame-Raten zur erreichen und damit die Gesamt-Verzögerung in der Fahrsimulation zu verringern, sollten diese Besonderheiten berücksichtigt werden.
Idee:
Entwicklung von Tests (z.B. in Form kleiner OpenGL-Benchmark-Programme), die Kenngrößen o.g. Features bestimmen. Implementierung eines Verfahrens, das unter Berücksichtigung der ermittelten Kenngrößen den Render-Prozeß optimiert. Dies könnte z.B. beinhalten: Reihenfolge, in der Primitive gerendert werden, automatischer Verzicht auf Transparenz und Texturfilter).

Minimierung von Vektor-Anzahlen

Problem:
3D-Modeller generieren für Objekte wie Autos etc. in der Regel eine für die Darstellung in Echtzeit zu große Anzahl von Vektoren des 3D-Modells
Idee:
Implementierung von schon existierenden Verfahren zur Minimierung der Vektorenanzahl von gegebenen 3D-Modellen. Ein denkbares Kriterium für die Minimierung ist z.B. die hauptsächliche Verwendung von für die Hardware schnellen Primitiven wie Tristrips.

Anpassung der Grafik an Geometrie der Projektionsfläche

Problem:
Um in Simulatoren große Projektionswinkel (>= 180°) zu erreichen, wird auf gekrümmte Flächen projiziert, z.B. auf die Innenseite einer Kugelschale. Die Perspektiven-Berechnungen in OpenGL setzen jedoch ebene Projektionsflächen voraus, so dass das gerenderte Bild nachträglich an die Geometrie der Simulator-Leinwand angepasst werden muss.
Idee:
Implementation eines allgemeinen Algorithmus, der, bei Vorgabe einer Leinwand-Geometrie, der Projektoren-Anordnung und des Betrachter-Augpunkts, die Entzerrung des von der Grafikhardware generierten Bildes berechnet.

Kosmetik an Grafik

Problem:
Mit einigen Tricks und wenig Rechenaufwand lässt sich die Qualität der Visualisierung deutlich verbessern.
Idee:
Implementation einiger Verfahren wie z.B. fraktale Level-Of-Detail Algorithmen bei Hügeln, Wolkensimulation, abwechslungsreicher, automatischer Einsatz verschiedener Landschafts-Texturen (Wiesen, Felder, ..).

Für alle Themen sind gute C++ - Kenntnisse nötig. Ein Arbeitsplatz steht sowohl am Simulator als auch an der Grafik-Pipe des Lehrstuhl für Informatik I zur Verfügung.

Betreuer:   Dipl.-Inf. A. Kaussner
Email: kaussner@informatik.uni-wuerzburg.de
Tel.: (0931) 970 9942