Aktualisiert: 2023-04-01
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Programming4Modeling
Schlüsselwort: Parallelisierung
Programming4Modeling
Echtzeitfähige Bewegungsplanung mit Hindernisvermeidung für unbemannte, senkrecht startende Luft- und Raumfahrzeuge
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der echtzeitfähigen Bewegungsplanung unbemannter, senkrecht startender Luftfahrzeuge. Diese Autonomiefunktion behandelt das Problem der Suche und Optimierung einer Bewegungstrajektorie des Luftfahrzeuges unter Berücksichtigung von Randbedingungen wie z.B. das Vermeiden von Hindernissen, Einhalten von maximalen Fluggeschwindigkeiten oder auch die Beschränkung der Lage des Luftfahrzeugs.
Um sich diesem Problem zu nähern, wird zunächst ein Ansatz zur prädiktiven Bahnplanung auf Basis der nichtlinearen modellprädiktiven Regelung mit Beschränkungen in Zuständen und Steuergrößen vorgestellt, der besonders für die echtzeitfähige Implementierung auf kleiner und kompakter Rechnerhardware geeignet ist und eine Hindernisvermeidung unter Nutzung einer dreidimensionalen Punktwolke beinhaltet. Zur Demonstration der Echtzeitfähigkeit werden in dieser Arbeit zwei unterschiedliche Bordrechnerarchitekturen betrachtet: Der erste Ansatz verfolgt die Implementierung auf einem kleinen eingebetteten System, das einen FPGA zur Beschleunigung der für die Hindernisvermeidung benötigten Abstandsberechnungen einsetzt. Flugversuche sowie Hardware-in-the-loop Simulationen belegen die Machbarkeit.
Der zweite, verbesserte Ansatz benutzt zur echtzeitfähigen Umsetzung eine Grafikkarte auf einem Tabletcomputer zur Beschleunigung der Modellprädiktion und der aufwendigen Abstandsberechnungen zu den Hindernissen. Statistische Betrachtungen von Laufzeitmessungen zeigen die echtzeitfähige Umsetzbarkeit dieses Ansatzes.
Die Arbeit liefert damit Beiträge im Bereich Bahnplanung für unbemannte, automatisch fliegende Fluggeräte, die geeignet sind, einen sicheren Betrieb im Sinne der Einhaltung von Beschränkungen beteiligter Zustände und Steuergrößen zu garantieren.
Aktualisiert: 2021-11-03
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Visualisierung in Mathematik und Naturwissenschaften
Das Buch gibt einen Querschnitt durch das Spektrum der Anwendungen der Computergraphik in Mathematik und Naturwissenschaften. Dabei werden auch neue computergraphische Algorithmen, komplexe Anwenderpakete und sogar Hardwarelösungen diskutiert. Die Beiträge in diesem Band, die auf Vorträgen der ersten Bremer Computer-Graphik-Tage vom Juli 1988 basieren, sind entsprechend vielfältig: Sie reichen von der Berechnung und Visualisierung mathematischer Objekte und Fraktale über Probleme des Medical Imaging bei der Darstellung volumetrischer Daten, Untersuchungen von Oberflächentexturen für Bildsynthese bis hin zur Diskussion verschiedener Ansätze der Parallelisierung computergraphischer Algorithmen. Bei der Darstellung neuer Lösungswege für komplexe Probleme der Visualisierung wurde besonderer Wert auf die praktischen Details gelegt, so daß der interessierte Leser diese Lösungen auch in einer eigenen Implementierung nachvollziehen kann.
Aktualisiert: 2022-03-02
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Die Einwilligung als Zurechnungsfrage unter Parallelisierung zur Betrugsdogmatik
Mit dem Rechtsinstitut der Einwilligung gibt das Strafrecht dem Rechtsgutsinhaber ein Instrument an die Hand, mit seinen Rechtsgütern nach Belieben zu verfahren, sie also zu selbstbestimmten Zwecken preiszugeben. Auf diese Weise wird es dem in ein Rechtsgut Eingreifenden ermöglicht, fremde Rechtsgüter zu beeinträchtigen, ohne dass er eine Kriminalstrafe befürchten müsste. Besondere Bedeutung erlangt die Einwilligung in der medizinstrafrechtlichen Praxis beim ärztlichen Heileingriff im Hinblick auf die Frage, ob sich ein Mediziner, der eine medizinisch indizierte Heilmaßnahme vornimmt, strafbar macht beziehungsweise mit welcher Begründung eine Strafbarkeit zu verneinen sein könnte. Die Arbeit beschäftigt sich primär mit Fragen des Wirkgrundes der Einwilligung, wobei die inhaltliche Ausgestaltung des Rechtsgutsbegriffs eine zentrale Rolle spielen wird. Auf dem hier entwickelten eigenen Ansatz aufbauend, folgt eine Auseinandersetzung mit der Willensmängeldogmatik. Im Anschluss hieran werden die praktischen Auswirkungen der Lösungsansätze auf den medizinischen Heileingriff dargestellt.
Aktualisiert: 2020-09-01
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Datengetriebene parallelisierte Ablaufsteuerung für die automatisierte industrielle Bildverarbeitung
Gegenstand der vorliegenden Dissertation ist die Beschleunigung durch Parallelisierung für Algorithmen der industriellen Bildverarbeitung. Dazu wird ein Darstellungsmodell für Algorithmen auf Basis von Datenflüssen formal hergeleitet und dahingehend erweitert, dass notwendige Steuerungsstrukturen wie Verzweigungen und Schleifen integriert werden können.
Der Stand der Technik zur parallelen Ausführung von Bildverarbeitungsalgorithmen kennt vielfältige Ansätze, welche jedoch häufig zusätzliche Hardwarekomponenten benötigen. Außerdem stützen sich diese Verfahren fast ausschließlich auf das Prinzip der Datenparallelisierung von Teilalgorithmen, was jedoch bei vielen Aufgaben der industriellen Bildverarbeitung nicht angewendet werden kann.
Das in dieser Arbeit formalisierte und untersuchte Modell der Parallelisierung auf Basis von Datenflüssen erlaubt eine automatische Beschleunigung der Abarbeitung von Abläufen durch Identifikation von unabhängigen Operationen, sodass diese gleichzeitig ausgeführt werden können.
Anhand von Untersuchungen zur Struktur von Abläufen aus dem Praxiseinsatz von Bildverarbeitungssystemen für optische Geometriemessung wird gezeigt, dass Bildverarbeitungsverfahren ein hohes bisher ungenutztes Parallelisierungspotenzial besitzen. An zwei Beispielimplementierungen wird dargestellt, wie sich ein solches System in Abhängigkeit von der Granularität der verwendeten Befehle und der verfügbaren Hardware verhält.
Erwartungsgemäß kann das Parallelisierungspotenzial im Allgemeinen nicht vollständig genutzt werden. Die vorliegende Arbeit belegt jedoch, dass trotzdem eine erhebliche Beschleunigung von Bildverarbeitungsabläufen durch den Einsatz einer auf Datenflüssen basierenden Parallelisierung möglich ist, sodass neue Einsatzfelder und höhere Arbeitsgeschwindigkeiten für Bildverarbeitungslösungen erschlossen werden können.
Aktualisiert: 2020-02-03
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Datenabhängigkeitsanalyse in Programmen mit Zeigern
Die Bestimmung von Datenabhängigkeiten spielt eine entscheidende Rolle in vielen Bereichen der Softwareentwicklung, wie beispielsweise in der Optimierungsphase herkömmlicher Übersetzer oder in der Analysephase von Restrukturierungssystemen. Für die Datenabhängigkeitsanalyse von Programmen, die ausschließlich auf Reihungsoperanden und Schleifen basieren, sind ausgereifte Techniken bekannt. Dagegen ist das Gebiet der Bestimmung von Datenabhängigkeiten in Programmen mit Zeigern wenig erforscht, obwohl eine Vielzahl heutiger Programmiersprachen die Benutzung des Zeigerkonzepts unterstützt. In dieser Arbeit wird ein Einschrittverfahren zur statischen Bestimmung von Datenabhängigkeiten in Programmen mit Zeigern entwickelt, mit dem eine sehr genaue Berechnung der in einem Programm enthaltenen Datenabhängigkeiten durchgeführt werden kann. Zudem zeigt es im Vergleich zu anderen Verfahren ein vielversprechendes Zeitverhalten. Im Gegensatz zu den meisten in der Literatur bekannten Verfahren verwendet die vorgestellte Methode einen speicherlosen pfadorientierten Ansatz. Da die entwickelte Methode auf einem wohlbekannten Algorithmus zur statischen Programmanalyse (ein monotones Datenflusssystem) basiert, ist sie leicht in herkömmliche Übersetzer- oder Umstrukturierungssysteme integrierbar.
Aktualisiert: 2020-12-04
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Visualisierung in Mathematik und Naturwissenschaften
Das Buch gibt einen Querschnitt durch das Spektrum der Anwendungen der Computergraphik in Mathematik und Naturwissenschaften. Dabei werden auch neue computergraphische Algorithmen, komplexe Anwenderpakete und sogar Hardwarelösungen diskutiert. Die Beiträge in diesem Band, die auf Vorträgen der ersten Bremer Computer-Graphik-Tage vom Juli 1988 basieren, sind entsprechend vielfältig: Sie reichen von der Berechnung und Visualisierung mathematischer Objekte und Fraktale über Probleme des Medical Imaging bei der Darstellung volumetrischer Daten, Untersuchungen von Oberflächentexturen für Bildsynthese bis hin zur Diskussion verschiedener Ansätze der Parallelisierung computergraphischer Algorithmen. Bei der Darstellung neuer Lösungswege für komplexe Probleme der Visualisierung wurde besonderer Wert auf die praktischen Details gelegt, so daß der interessierte Leser diese Lösungen auch in einer eigenen Implementierung nachvollziehen kann.
Aktualisiert: 2023-04-04
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Die Einwilligung als Zurechnungsfrage unter Parallelisierung zur Betrugsdogmatik
Mit dem Rechtsinstitut der Einwilligung gibt das Strafrecht dem Rechtsgutsinhaber ein Instrument an die Hand, mit seinen Rechtsgütern nach Belieben zu verfahren, sie also zu selbstbestimmten Zwecken preiszugeben. Auf diese Weise wird es dem in ein Rechtsgut Eingreifenden ermöglicht, fremde Rechtsgüter zu beeinträchtigen, ohne dass er eine Kriminalstrafe befürchten müsste. Besondere Bedeutung erlangt die Einwilligung in der medizinstrafrechtlichen Praxis beim ärztlichen Heileingriff im Hinblick auf die Frage, ob sich ein Mediziner, der eine medizinisch indizierte Heilmaßnahme vornimmt, strafbar macht beziehungsweise mit welcher Begründung eine Strafbarkeit zu verneinen sein könnte. Die Arbeit beschäftigt sich primär mit Fragen des Wirkgrundes der Einwilligung, wobei die inhaltliche Ausgestaltung des Rechtsgutsbegriffs eine zentrale Rolle spielen wird. Auf dem hier entwickelten eigenen Ansatz aufbauend, folgt eine Auseinandersetzung mit der Willensmängeldogmatik. Im Anschluss hieran werden die praktischen Auswirkungen der Lösungsansätze auf den medizinischen Heileingriff dargestellt.
Aktualisiert: 2019-12-19
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Effizienter Einsatz von Multicore-Architekturen in der Steuerungstechnik
Der Einsatz von Multicore-Prozessoren in der industriellen Steuerungstechnik birgt sowohl Chancen als auch Risiken. So bietet diese Prozessorarchitektur die Chance zur Konsolidierung derzeit auf dedizierter Hardware ausgeführter heterogener Steuerungssubsysteme unter einer bisher nicht erreichbaren temporalen Isolation. Zugleich werden sich insbesondere in der Steuerungstechnik signifikante Performanzsteigerungen zukünftig nur durch den Einsatz von Multicore-Architekturen erzielen lassen, da die Taktraten von Prozessoren physikalische Grenzen erreicht haben.
Aus diesem Grund entwickelt und bewertet dieses Buch generische Strategien zur effizienten Nutzung von Multicore-Prozessoren in der Steuerungstechnik unter Berücksichtigung der spezifischen Rahmenbedingungen und Anforderungen dieser Domäne.
Aktualisiert: 2020-07-20
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