Fraunhofer IAIS: Entwicklungs- und Forschungsarbeiten zum Thema Interaktive Visualisierungssysteme für fortgeschrittene Studierende als Graduierende

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1 Fraunhofer IAIS: Entwicklungs- und Forschungsarbeiten zum Thema Interaktive Visualisierungssysteme für fortgeschrittene Studierende als Graduierende Die Fraunhofer-Gesellschaft ist mit über Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern die größte Organisation für angewandte Forschung in Europa und betreibt derzeit 67 Fraunhofer-Institute und selbstständige Forschungseinrichtungen. Mit ihrer zentralen Aufgabe»Forschen für die Praxis«prägt die Fraunhofer-Gesellschaft in enger Kooperation mit ihren Auftraggebern aus der Wirtschaft und der öffentlichen Hand den Innovationsprozess und die Entwicklung von Schlüsseltechnologien. Im Mittelpunkt der Forschung stehen die Bedürfnisse des Menschen hinsichtlich Gesundheit, Sicherheit, Kommunikation, Mobilität, Energie und Umwelt. Internationale Standorte und Repräsentanzen in den USA, Asien und Europa sorgen für Kontakt zu den wichtigsten Wissenschafts- und Wirtschaftsräumen. Das Fraunhofer IAIS gehört zum Verbund Informations- und Kommunikationstechnik, es erforscht und entwickelt innovative Systeme, um Daten zu analysieren und Informationen zu erschließen, in Software und Hardware. Seit 1993 wird auf dem Campus Schloss Birlinghoven in Sankt Augustin angewandte Spitzenforschung in den Bereichen Virtual Reality (VR) und Augmented Reality (AR) betrieben. Ein interdisziplinäres Team arbeitet an zukunftsweisenden Technologien und Anwendungen mit dem Fokus auf interaktiven, immersiven Visualisierungssystemen. Mit unseren Technologien helfen wir Unternehmen und Organisationen des Energiesektors, nachhaltig und zugleich umweltfreundlich die Energieversorgung für die Zukunft zu sichern. Dabei arbeiten wir sowohl im Bereich fossiler, als auch erneuerbarer Energien. Ein weiteres wichtiges Anwendungsfeld unserer Technologien ist die zivile Sicherheit. Entsprechend der Mission des Fraunhofer Instituts für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS ermöglichen wir unseren Kunden und Kooperationspartnern mehr aus ihren Daten zu machen, sie besser zu verstehen, auf vollkommen neue Art und Weise zu erleben sowie auch besser zu vermitteln. In den von uns geschaffenen Interaktiven Visualisierungssystemen und Virtuellen Umgebungen können die Besucher einzigartige Erfahrungen gemeinsam erleben, sie können in Virtuelle Welten eintauchen ( Immersion ), Einfluss auf das Erlebte und die visualisierten Daten nehmen ( Interaktion ) oder miteinander kommunizieren und auch kooperieren, also Aufgaben gemeinsam lösen. Die folgenden Entwickungs- und Forschungsthemen sind für fortgeschrittene Studierende als Graduierende. Gemeinsam mit Hochschulen und Universitäten in Bonn, Sankt Augustin, Köln, Düsseldorf, Koblenz und Weimar betreuen wir seit 2004 in anwendungsorientierten Projekten erfolgreich Graduierende in ihren Graduierungs- und Abschlussarbeiten Bachelor, Master oder Diplom. Seite

2 Für diese Forschungs- und Entwicklungsarbeiten suchen wir studentische Hilfskräfte zu den folgenden Themen und Themengebieten: Themengebiet I: Interaktive Visualisierung... 3 Klassifikation von seismischen Volumendaten... 3 Themengebiet II: Human-Computer Interaction (HCI)... 5 Natürliche Interaktion und multimodale Benutzeroberflächen... 5 Themengebiet III: Kollaborative Virtuelle Umgebungen... 7 Themengebiet IV: Visual Analytics für die Zivile Sicherheit... 9 Thema: Interaktive Visualisierung großer raumbezogener Datensätze I... 9 Thema: Interaktive Visualisierung großer raumbezogener Datensätze II Allgemeine Randbedingungen Detaillierte Kontaktdaten Seite

3 Themengebiet I: Interaktive Visualisierung Klassifikation von seismischen Volumendaten Abbildung 1: Darstellung von seismischen Daten mittels verschiedener Transferfunktionen und Attribute Hintergrund: Seismische Messungen mittels akustischer Impedanz liefern Geologen wichtige Informationen bei der Suche nach Öl- und Gas-Vorkommen. Diese Messungen generieren, ähnlich wie medizinische bildgebende Verfahren, große dreidimensionale Volumendatensätze. Aus diesen Messungen können durch Filterung verschiedene Größen wie Gradienten oder lokale Verdeckungswerte berechnet werden. Ziel ist es, durch den Einsatz von geeigneten Verfahren geologische Strukturen wie Salzstöcke oder Kanalsysteme in seismischen Volumendaten zu identifizieren. Die Klassifikation dieser Daten erfolgt in der Regel benutzergestützt mittels mehrdimensionaler Transferfunktionen und stellt aufgrund der enormen Daten- und Informationsmenge eine große Herausforderung dar. Aufgabe: Im Rahmen der Arbeit soll ein bereits bestehendes System zur Klassifikation von seismischen Volumendaten weiterentwickelt und evaluiert werden. Hierbei müssen zum einen Algorithmen zur Generierung von seismischen Attributen unter Verwendung von GPU-Programmierung implementiert werden, zum anderen müssen für diese Verfahren geeignete Schnittstellen zur Benutzerinteraktion unter Berücksichtigung der speziellen Arbeitsabläufe und Arbeitsumgebungen in der Öl & Gas Industrie entwickelt werden. Stichwörter: Volumenrendering, Klassifikation, seismische Daten Kernanforderungen: Fundierte Kenntnisse der Computergraphik, GPU- Programmierung, C++ Seite

4 Hilfreiche Zusatzfähigkeiten: CUDA, Qt 1, Volumenrendering Vorarbeiten: Advanced Techniques for the Rendering and Visualization of Volumetric Seismic Data, Masterarbeit, HS Düsseldorf Interaktive Klassifizierung seismischer Volumendaten mittels lokal definierter Transferfunktionen, Masterarbeit, HS Reutlingen Interaktive Volumenvisualisierung mit multidimensionalen Transferfunktionen, Bachelorarbeit, Universität Koblenz Kontakt Themengebiet Interaktive Visualisierung Dr. Stefan Rilling, Dipl.-Inform. 1 Seite

5 Themengebiet II: Human-Computer Interaction (HCI) Natürliche Interaktion und multimodale Benutzeroberflächen Abbildung 2: Ein Nutzer verwendet Gesten und Sprachbefehle für die Navigation und Interaktion mit einem Outcrop-Datensatz Hintergrund: Die Interpretation komplexer Daten verlangt nach effektiven und effizienten Interaktionstechniken und Benutzerschnittstellen. Interaktive virtuelle Umgebungen sind hierbei ein nützliches Werkzeug mit großem Potential. Die Interaktion mit solchen virtuellen Umgebungen unter Verwendung von verschiedenen Ein- und Ausgabemodalitäten bietet einen einfachen, natürlichen und intuitiven Zugang zu virtuellen Umgebungen und stellt einen maßgeblichen Beitrag zur Steigerung der Effektivität dar. Besonders in großen, immersiven Projektionsumgebungen mit mehreren Benutzern ist diese Art der Interaktion eine vielversprechende Alternative zu gängigen Benutzerschnittstellen. Durch die Verfügbarkeit von kostengünstigen Hard- und Software-Lösungen, wie z.b. der Microsoft Kinect oder Tablet-Computern, sind die technischen Herausforderungen in den Hintergrund gerückt. Jedoch existieren für diese Art der Benutzerschnittstellen keine etablierten Standards und Gestaltungsrichtlinien; somit ergeben sich viele offene Fragen bezüglich der konkreten Ausgestaltung dieser Benutzerschnittstellen. Aufgabe: Es sollen verschiedene, natürliche und multimodale Interaktionstechniken und Benutzerschnittstellen für dreidimensionale virtuelle Umgebungen unter der Berücksichtigung von ergonomischen- und Usability-Kriterien implementiert und durch Benutzerstudien evaluiert werden. Stichwörter: Natural interaction, gestural interfaces, HCI Seite

6 Kernanforderungen: Kenntnisse der Computergrafik und -visualistik, Erfahrung und Sicherheit in der Programmentwicklung unter Windows und Linux mit den Programmiersprache C, C++ und Python Hilfreiche Zusatzfähigkeiten: Netzwerkprotokolle, Kenntnisse in der ergonomischen Gestaltung von Benutzeroberflächen Vorarbeiten: Novel Pen & Touch Based Interaction Techniques for Seismic Interpretation, Masterarbeit, HS Düsseldorf Multimodal Interaction Techniques for Scientific Data Visualization, Bachelorarbeit, HS Düsseldorf Multimodale Interaktion mit Spracheingabe und Zeigeoperation für Virtuelle Umgebungen, Diplomarbeit, Uni Weimar Gesture Control in Virtual Environments, Bachelorarbeit, HS Bonn-Rhein-Sieg Using the Microsoft Kinect sensor for improving multi-touch interaction in the context of geological analysis, Masterarbeit, Uni Bonn Kontakt Themengebiet Human Computer Interaction (HCI) Dr. Stefan Rilling, Dipl.-Inform. Seite

7 Themengebiet III: Kollaborative Virtuelle Umgebungen Abbildung 3: Drei Nutzer arbeiten gemeinsam an einem seismischen Datensatz Hintergrund: Im Energiesektor ermöglicht ein tiefgreifendes, interaktives und nennenswert stärkeres, kollaboratives, kognitives Umfeld den Geologen, Geophysikern, Petrochemie- Ingenieuren, Ökonomisten, Planern und Entwicklern sich in einer einzigen Umgebung zu treffen, die ihre jeweils persönlichen und einzigartigen Fähigkeiten, Werkzeuge und Anwendungen nutzt. Die Zeiten der Einzelkämpfer sind vorbei, Teamarbeit ist auch in der Seismischen Interpretation angesagt, um möglichst frühzeitig verschiedene Standpunkte und Sichten einbeziehen zu können. Kognitive Umgebungen können die kollektive Intelligenz eines Teams steigern und die Richtung strategischer Entscheidungen im Sinne besserer Ergebnisse beeinflussen, die die Optimierung der Produktion von Lagerstätten oder die Verbesserung des Entscheidungsprozesses in Zusammenhang mit neuen Energievorkommen betreffen Aufgabe: Der Fokus dieser Aufgabe liegt auf dem Finden von effektiven Lösungen zur kollaborativen Zusammenarbeit innerhalb großer und komplexer Explorationsprojekte. Hierbei sollen konkret Methoden zur Kommunikation und Kollaboration zwischen verteilten Arbeitsplätzen implementiert und integriert werden. Obgleich der räumlichen Trennung sollen die Benutzer des Systems die Möglichkeit haben, ihre jeweiligen Ergebnisse in der seismischen Interpretation miteinander zu vergleichen, zu diskutieren und letztlich zu einer gemeinsamen Lösung zu finden. Im Rahmen des VRGeo-Projekts wurde eine Anwendung für die kollaborative seismische Interpretation basierend auf Android Tablet-PCs entwickelt. Diese Anwendung tauscht ihre Daten transparent mit einer existierenden Open-Source Software aus dem Öl&Gas Bereich 2 aus. Ziel dieser Arbeit soll nun sowohl die Erweiterung der Funktionalität dieser 2 Seite

8 Anwendung als auch die Evaluierung einer Anbindung an weitere Frameworks zur seismischen Interpretation sein. Stichwörter: HCI, Android, Öl&Gas-Industrie, seismische Interpretation Kernanforderungen: Kenntnisse der Computergrafik und -visualistik, Erfahrung und Sicherheit in der Programmentwicklung unter Windows, Android und Linux mit den Programmiersprache C++ und Java. Hilfreiche Zusatzfähigkeiten: Grundkenntnisse der HCI, C / C++, Python Vorarbeiten: Verschiedene Ansichten für mehrere Anwender in gemeinsam genutzten virtuellen Umgebungen, Masterarbeit, HS Bonn-Rhein-Sieg Navigation für mehrere Benutzer in mehrdimensionalen Daten, Bachelorarbeit, HS Bonn-Rhein-Sieg Mehrbenutzerinteraktion in einem projektionsbasierten Two-Viewer System, Diplomarbeit, Uni Weimar; Kontakt Themengebiet Kollaborative Virtuelle Umgebungen Dr. Manfred Bogen, Dipl.-Inform. Seite

9 Themengebiet IV: Visual Analytics für die Zivile Sicherheit Abbildung 4: Modell einer Sicherheitszentrale mit einem Multi-Touch-Tisch zur Überwachung eines öffentlichen Bereichs Hintergrund: Entscheidungsträger in der Katastrophenvorsorge und im Krisenmanagement müssen eine große Anzahl an Informationen in kürzester Zeit verarbeiten. Dabei ist auch die wechselseitige Abhängigkeit wichtiger Infrastrukturen in sicherheitskritischen Situationen zu beachten. Visual Analytics verbindet die automatische Datenanalyse mit neuartigen Techniken zur Visualisierung. So lassen sich die unterschiedlichen Fähigkeiten von Computer und Mensch optimal nutzen: Der Rechner ist zuständig für die sequentielle Abarbeitung großer Datenmengen und deren Verwandlung in eine für den Menschen erfassbare optische Darstellung. Der Nutzer kann sich auf das Erkennen von Mustern sowie die Bewertung und Auswertung der betrachteten Daten konzentrieren. Das erleichtert es ihm, schnell die richtigen Entscheidungen zu treffen. Letztlich sollen mit den Methoden der Visual Analytics Leitstand- oder Einsatzverantwortliche in die Lage versetzt werden, komplexe Krisensituationen anhand von grafischen Auswertungen schnell zu überblicken. So können rasch Maßnahmen veranlasst werden, um Ausfälle zu verhindern oder ihre Auswirkungen zu minimieren. Thema: Interaktive Visualisierung großer raumbezogener Datensätze I Aufgabe: Für das Sicherheitspersonal in einer Sicherheitszentrale soll eine State-of-the- Art Managementkonsole zur Realisierung einer integrierten Sicht in der Sicherheitszentrale entwickelt werden. Diese Aufgabe umfasst im Wesentlichen 2 komplexe Teilaufgaben die Festlegung und Entwicklung der erforderlichen Visualisierungsmöglichkeiten (SW/HW) für Rohdaten von verteilten, vernetzen Kamerasystemen und für Seite

10 aufbereiteten Daten wie z.b. Trajektorienmuster (nach Extraktion, Filterung, Clustering,...) in Echtzeit die Festlegung und Entwicklung der erforderlichen Interaktionsmethoden (SW/HW) Stichworte: Human Computer Interaction, Informationsvisualisierung, Interaktive Visualisierungslösungen, Echtzeitlösungen Kernanforderungen: C / C++, Kenntnisse der Computergrafik, Entwicklung unter Windows und Linux Hilfreiche Zusatzfähigkeiten: Entwicklung für Embedded-Systeme, Geräteansteuerung Vorarbeiten: Visualisierung und Interaktion von Trajektorien und assoziierter multidimensionaler Daten mittels Multitouch-Tablets, Diplomarbeit, Uni Koblenz- Landau Kontakt Themengebiet Interaktive Visualisierung großer raumbezogener Datensätze I Dr. Manfred A. Bogen, Dipl.-Inform. Seite

11 Thema: Interaktive Visualisierung großer raumbezogener Datensätze II Abbildung 5: Tablet-PC-basierte Überwachungslösung für mobiles Sicherheitspersonal Aufgabe: Im Rahmen eines mehrjährigen Projektes zum Thema "Zivile Sicherheit" soll für mobiles Sicherheitspersonal in einem zu überwachenden Bereich eine State-of-the- Art situationsabhängige Sicht einer Lage und/oder eines Bedrohungsszenarios für mobile Endgeräte (z.b. PDA, Netbook, Tablet-PC, Smartphone) entwickelt werden. Diese Aufgabe umfasst im Wesentlichen 2 komplexe Teilaufgaben: die Festlegung und Entwicklung einer kontext-abhängigen Datenrepräsentationen und von Kontrollschnittstellen für die mobilen Endgeräte die Festlegung und Entwicklung der erforderlichen Interaktionsmethode (HW/SW) Stichworte: Human Computer Interaction, Informationsvisualisierung, Interaktive Visualisierungslösungen, Echtzeitlösungen, Mobilkommunikation Kernanforderungen: C / C++, Kenntnisse der Computergrafik, Entwicklung unter Windows und Linux Hilfreiche Zusatzfähigkeiten: Entwicklung für Embedded-Systeme, Geräteansteuerung, Grundlagen der Elektrotechnik, handwerkliches Geschick Vorarbeiten: Visualisierung und Interaktion von Trajektorien und assoziierter multidimensionaler Daten mittels Multitouch-Tablets, Diplomarbeit, Uni Koblenz- Landau Kontakt Themengebiet Interaktive Visualisierung großer raumbezogener Datensätze II Dr. Manfred A. Bogen, Dipl.-Inform. Seite

12 Allgemeine Randbedingungen Das Fraunhofer-Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme (IAIS) in Sankt Augustin, Abteilung Adaptive Reflective Teams (IAIS.ART), sucht zum nächstmöglichen Termin fortgeschrittene Studierende der Informatik, Medieninformatik, (Geo-) Physik oder Geologie als Graduierende Wir bieten Ihnen die Möglichkeit zur Mitarbeit im Rahmen einer ausbildungsnahen studentischen Hilfstätigkeit zur studienbegleitenden Qualifikation. Sie verfügen über gute Englischkenntnisse und Sie haben Ihre Team- und Kommunikationsfähigkeit bereits bewiesen. Computerkenntnisse in den Standardanwendungen werden vorausgesetzt. Unser Ziel ist es, dass die erarbeiteten Kenntnisse und Ideen in eine Studienarbeit oder zumindest einen Praxisbericht einfließen. Die Vergütung richtet sich nach der Gesamtbetriebsvereinbarung zur Beschäftigung der Studentischen Hilfskräfte. Die Stelle ist zunächst auf 6 Monate befristet. Die wöchentliche Arbeitszeit beträgt 10 Stunden. Schwerbehinderte Menschen werden bei gleicher Qualifikation bevorzugt eingestellt. Seite

13 Detaillierte Kontaktdaten Bitte kontaktieren Sie nur eine der nachfolgenden Personen. Dr. Manfred A. Bogen, Dipl.-Inform. Fraunhofer IAIS Schloss Birlinghoven D Sankt Augustin Fon: +49 (0) Fax: +49 (0) Dr. Stefan Rilling, Dipl.-Inform. Fraunhofer IAIS Schloss Birlinghoven D Sankt Augustin Tel: Fax: Seite