Für mobile autonome Roboter ist ein solides Modell der Umwelt eine wichtige Voraussetzung um die richtigen Entscheidungen zu treffen. Die gängigen existierenden Verfahren zur Weltmodellierung basieren auf dem Bayes-Filter und verarbeiten Informationen mit Hidden Markov Modellen. Dabei wird der geschätzte Zustand der Welt (Belief) iterativ aktualisiert, indem abwechselnd Sensordaten und das Wissen über die ausgeführten Aktionen des Roboters integriert werden; alle Informationen aus der Vergangenheit sind im Belief integriert. Wenn Sensordaten nur einen geringen Informationsgehalt haben, wie zum Beispiel Peilungsmessungen, kommen sowohl parametrische Filter (z.B. Kalman-Filter) als auch nicht-parametrische Filter (z.B. Partikel-Filter) schnell an ihre Grenzen. Das Problem ist dabei die Repräsentation des Beliefs. Es kann zum Beispiel sein, dass die gaußschen Modelle beim Kalman-Filter nicht ausreichen oder Partikel-Filter so viele Partikel benötigen, dass die Rechendauer zu groß wird. In dieser Dissertation stelle ich ein neues Verfahren zur Weltmodellierung vor, das Informationen nicht sofort integriert, sondern erst bei Bedarf kombiniert. Das Verfahren wird exemplarisch auf verschiedene Anwendungsfälle aus dem RoboCup (autonome Roboter spielen Fußball) angewendet. Es wird gezeigt, wie vierbeinige und humanoide Roboter ihre Position und Ausrichtung auf einem Spielfeld sehr präzise bestimmen können. Grundlage für die Lokalisierung sind bildbasierte Peilungsmessungen zu Objekten. Für die Roboter-Ausrichtung sind dabei Feldlinien eine wichtige Informationsquelle. In dieser Dissertation wird ein Verfahren zur Erkennung von Feldlinien in Kamerabildern vorgestellt, das ohne Kalibrierung auskommt und sehr gute Resultate liefert, auch wenn es starke Schatten und Verdeckungen im Bild gibt. / For autonomous mobile robots, a solid world model is an important prerequisite for decision making. Current state estimation techniques are based on Hidden Markov Models and Bayesian filtering. These methods estimate the state of the world (belief) in an iterative manner. Data obtained from perceptions and actions is accumulated in the belief which can be represented parametrically (like in Kalman filters) or non-parametrically (like in particle filters). When the sensor''s information gain is low, as in the case of bearing-only measurements, the representation of the belief can be challenging. For instance, a Kalman filter''s Gaussian models might not be sufficient or a particle filter might need an unreasonable number of particles. In this thesis, I introduce a new state estimation method which doesn''t accumulate information in a belief. Instead, perceptions and actions are stored in a memory. Based on this, the state is calculated when needed. The system has a particular advantage when processing sparse information. This thesis presents how the memory-based technique can be applied to examples from RoboCup (autonomous robots play soccer). In experiments, it is shown how four-legged and humanoid robots can localize themselves very precisely on a soccer field. The localization is based on bearings to objects obtained from digital images. This thesis presents a new technique to recognize field lines which doesn''t need any pre-run calibration and also works when the field lines are partly concealed and affected by shadows.

In den letzten Jahren wurden viele Methoden entwickelt, um den Schutz der Privatsphäre bei der Veröffentlichung von Daten zu gewährleisten. Die meisten Verfahren anonymisieren eine gesamte Datentabelle, sodass sensible Werte einzelnen Individuen nicht mehr eindeutig zugeordnet werden können. Deren Privatsphäre gilt als ausreichend geschützt, wenn eine Menge von mindestens k sensiblen Werten existiert, aus der potentielle Angreifer den tatsächlichen Wert nicht herausfinden können. Ausgangspunkt für die vorliegende Arbeit ist eine Sequenz von Anfragen auf personenbezogene Daten, die durch ein Datenbankmanagementsystem mit der Rückgabe einer Menge von Tupeln beantwortet werden. Das Ziel besteht darin herauszufinden, ob Angreifer durch die Kenntnis aller Ergebnisse in der Lage sind, Individuen eindeutig ihre sensiblen Werte zuzuordnen, selbst wenn alle Ergebnismengen anonymisiert sind. Bisher sind Verfahren nur für aggregierte Anfragen wie Summen- oder Durchschnittsbildung bekannt. Daher werden in dieser Arbeit Ansätze entwickelt, die den Schutz auch für beliebige Anfragen gewährleisten. Es wird gezeigt, dass die Lösungsansätze auf Matchingprobleme in speziellen Graphen zurückgeführt werden können. Allerdings ist das Bestimmen größter Matchings in diesen Graphen NP-vollständig. Aus diesem Grund werden Approximationsalgorithmen vorgestellt, die in Polynomialzeit eine Teilmenge aller Matchings konstruieren, ohne die Privatsphäre zu kompromittieren. / Over the last ten years many techniques for privacy-preserving data publishing have been proposed. Most of them anonymize a complete data table such that sensitive values cannot clearly be assigned to individuals. Their privacy is considered to be adequately protected, if an adversary cannot discover the actual value from a given set of at least k values. For this thesis we assume that users interact with a data base by issuing a sequence of queries against one table. The system returns a sequence of results that contains sensitive values. The goal of this thesis is to check if adversaries are able to link uniquely sensitive values to individuals despite anonymized result sets. So far, there exist algorithms to prevent deanonymization for aggregate queries. Our novel approach prevents deanonymization for arbitrary queries. We show that our approach can be transformed to matching problems in special graphs. However, finding maximum matchings in these graphs is NP-complete. Therefore, we develop several approximation algorithms, which compute specific matchings in polynomial time, that still maintaining privacy.

Die erweiterte CSP-CASL Syntax wird dazu verwendet, sowohl positive als auch negative Testfälle zu generieren. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass erwartetes und unerwünschtes Verhalten in den Testfäallen enthalten ist. Ferner werden Testterminologien für die CSP-CASL Spezifikation beschrieben, welche Softwareverfeinerungen und Erweiterungen untersuchen. Anschliessend wird die formale Definition von Softwareeigenschaften verwendet, um die Wiederverwendbarkeit von Testbestandteilen zu überprüfen. Diese Definitionen beschreiben die grundlegenden Eigenschaften im vorgeschlagenen Produkt und Prozessqualitäts- Framework. Ferner wird die Möglichkeit untersucht, die vorgeschlagenen Formalismus für die Entwicklung eines CMMI Prozesskonformen Frameworks zu verwenden. Dabei werden die Kernaspekte des CMMI Prozessmodells berücksichtigt. Das CMMI Compliance Bewertungssystem wurde entwickelt, um den Grad der Konformit ät der eingesetzten Softwareentwicklungsmethoden mit formalen Methoden zu bewerten. Ein generischer Algorithmus wird vorgeschlagen, um das Compliance Level der CMMI Prozessfelder und ihrer Komponenten zu ermitteln. Das Framework wird durch ein Tool unterstützt. Dieses Tool erlaubt es, die theoretischen Aspekte der vorgeschlagenen Theoreme praktisch zu unterstützen. Die Verwendbarkeit des vorgeschlagenen Frameworks wird an einem Anwendungsbeispiel aus der Medizintechnik gezeigt. Im Rahmen dieser Arbeit wird das Verständnis der Anwendung von formalen Methoden auf das Organisatorische Prozessmodell CMMI erweitert. Das komplette Framework wird repräsentiert durch die formale Spezifikationssprache CSP- CASL sowie der Prozessmodell CMMI. Ähnliche Ergebnisse können auch mit anderen formalen Methoden und Prozessverbesserungsmodellen erzielt werden. Diese Forschungsarbeit dagegen bildet einen Startpunkt für eine Prozessmodellkonformit ät mit einen auf formalen Methoden basierenden Softwaresystems sowie deren Entwicklung und Wartung. / The proposed formalisms and the other properties of formal methods are used to propose a framework of CMMI process model compliance. The core aspects of the CMMI process model are the process areas. A process area is a collection of best practices in a selected area. The CMMI compliance grading scheme is developed to evaluate the level of compliance with formal method based software development. A compliance algorithm is proposed to evaluate the process model through the evaluation of its components. The CMMI process areas are evaluated with a proposed algorithm. The compliance evaluation result is presented in the thesis. The complete framework is supported with a developed tool. This tool allows us to practically support our theoretical concepts. As a proof of concept, we explore our proposed framework for a medical instrument development and maintenance. In this thesis, the understanding of formal methods applicability is extended to the organizational process model, CMMI. The complete framework is presented for a formal specification language, CSP-CASL and process model, CMMI. However, similar result can be achieved with other formal methods for the compliance of other process models. This research is a starting point of process model compliance with formal methods. This has significant potential to automate the achievement of process and product quality goals of software systems.

Der Trend hin zu virtueller Realität (VR) hat neues Interesse an Themen wie der Modellierung menschlicher Körper geweckt, da sich neue Möglichkeiten für Unterhaltung, Konferenzsysteme und immersive Anwendungen bieten. Diese Dissertation stellt deshalb neue Ansätze für die Erstellung animierbarer/realistischer 3D-Kopfmodelle, zur computergestützten Gesichtsanimation aus Text/Sprache sowie zum fotorealistischen Echtzeit-Rendering vor. Um die 3D-Erfassung zu vereinfachen, wird ein hybrider Ansatz genutzt, der statistische Kopfmodelle mit dynamischen Texturen kombiniert. Das Modell erfasst Kopfhaltung und großflächige Deformationen, während die Texturen feine Details und komplexe Bewegungen kodieren. Anhand der erfassten Daten wird ein generatives Modell trainiert, das realistische Gesichtsausdrücke aus einem latenten Merkmalsvektor rekonstruiert. Zudem wird eine neue neuronale Rendering-Technik presentiert, die lernt den Vordergrund (Kopf) vom Hintergrund zu trennen. Das erhöht die Flexibilität während der Inferenz (z. B. neuer Hintergrund) und vereinfacht den Trainingsprozess, da die Segmentierung nicht vorab berechnet werden muss. Ein neuer Animationsansatz ermöglicht die automatische Synthese von Gesichtsvideos auf der Grundlage weniger Trainingssequenzen. Im Gegensatz zu bestehenden Arbeiten lernt das Verfahren einen latenten Merkmalsraum, der sowohl Emotionen als auch visuelle Variationen der Sprache erfasst, während gelernte Priors Animations-Artefakte und unrealistische Kopfbewegungen minimieren. Nach dem Training ist es möglich, realistische Sprachsequenzen zu erzeugen, während der latente Stil-Raum zusätzliche Gestaltungsmöglichkeiten bietet. Die vorgestellten Methoden bilden ein Komplettsystem für die realistische 3D-Modellierung, Animation und Darstellung von menschlichen Köpfen, das den Stand der Technik übertrifft. Dies wird in verschiedenen Experimenten, Ablations-/Nutzerstudien gezeigt und ausführlich diskutiert. / The recent trend of virtual reality (VR) has sparked new interest in human body modeling by offering new possibilities for entertainment, conferencing, and immersive applications (e.g., intelligent virtual assistants). Therefore, this dissertation presents new approaches to creating animatable and realistic 3D head models, animating human faces from text/speech, and the photo-realistic rendering of head models in real-time. To simplify complex 3D face reconstruction, a hybrid approach is introduced that combines a lightweight statistical head model for 3D geometry with dynamic textures. The model captures head orientation and large-scale deformations, while textures encode fine details and complex motions. A deep variational autoencoder trained on these textured meshes learns to synthesize realistic facial expressions from a compact vector. Additionally, a new neural-rendering technique is proposed that separates the head (foreground) from the background, providing more flexibility during inference (e.g., rendering on novel backgrounds) and simplifying the training process as no segmentation masks have to be pre-computed. This dissertation also presents a new neural-network-based approach to synthesizing novel face animations based on emotional speech videos of an actor. Unlike existing works, the proposed model learns a latent animation style space that captures emotions as well as natural variations in visual speech. Additionally, learned animation priors minimize animation artifacts and unrealistic head movements. After training, the animation model offers temporally consistent editing of the animation style according to the users’ needs. Together, the presented methods provide an end-to-end system for realistic 3D modeling, animation, and rendering of human heads. Various experimental results, ablation studies, and user evaluations demonstrate that the proposed approaches outperform the state-of-the-art.

Die Studie untersucht mit der Augmented Reality (AR)-Technologie ein vergleichsweise neues techni-sches Phänomen aus urheberrechtlicher Perspektive, das sich insbesondere durch eine dynamische Ver-mischung von Realität und Virtualität kennzeichnet. Schwerpunktmäßig wird die Einordnung solcher interaktiver Werke als Filmwerk untersucht und abge-lehnt, um dann einen konkreten Vorschlag für die passendere Werkart des Multimediawerks zu unter-breiten und die Verkehrsfähigkeit und Urheberschaft hieran zu untersuchen. Konkret werden zunächst die technische Funktionsweise und die Anwendungsfelder der AR-Technologie untersucht (Kapitel 1) um in der Folge auf die Schutzfähigkeit einzugehen (Kapitel 2). Hierbei wird ins-besondere die Verwandtschaft mit anderen Werken mit einer künstlerisch-technischen Doppelnatur (hybride Werke), namentlich den Videospielen, herausgearbeitet. Daran angelehnt wird einerseits die Schutzmöglichkeit des zugrundeliegenden Codes als Computerprogramm und andererseits der erzeug-ten AR-Oberfläche insbesondere als Filmwerk untersucht. Die Einordnung als Film und auch als sonstige bekannte Werkart kann hier im Ergebnis nicht überzeugen und auch die herrschende Ansicht zur Ein-ordnung von Videospielen als Film wird kritisch hinterfragt. Es wird ein Vorschlag für eine unbenannte Werkart – das Multimediawerk – erarbeitet. Hierunter kön-nen moderne interaktive Gestaltungen flexibel und zeitgemäß subsumiert werden, insbesondere auch die digitale Oberfläche von Augmented Reality Umgebungen. Im dritten Kapitel werden dann die praktische Verkehrsfähigkeit sowie die Urheberschaft an entspre-chenden Multimediawerken untersucht. Ein Schwerpunkt liegt dabei insbesondere auf der Herleitung einer analogen Anwendbarkeit der Sonderregelungen zur Verwertung von Filmen (§§ 88 ff. UrhG) auf das hier vorgeschlagene Multimediawerk. / This study focuses on augmented reality (AR) technology from a copyright perspective. This compara-tively new technical phenomenon is characterized in particular by a dynamic intermingling of reality and virtuality. One of the key aspects of the study is the potential classification of such interactive works as cinemato-graphic works, which is examined and rejected. Consequently, a proposal of a better suited work type, the multimedia work, is presented before the marketability and authorship of such works is analyzed. First, the technical functionality and scope of AR technology are examined (chapter 1) in order to sub-sequently address its protectability (chapter 2). In particular, the similarity to other works defined by a combined aesthetic and technical nature (hybrid works), namely video games, is explored. Based on this, the possibility of protecting the underlying code as a computer program, on the one hand, and protecting the generated AR surface, in particular as a cinematographic work, on the other hand, is analyzed. It is concluded that the classification as cinematographic work, and also as any other known type of work, is to be rejected and furthermore, the prevailing view classifying video games as cine-matographic works is critically questioned. A proposal for an unnamed type of work – the multimedia work – is made. Modern interactive designs, in particular the digital surface of augmented reality environments, can be subsumed as such in a flex-ible and contemporary way. This study concludes with the third chapter, analyzing the practical marketability of such multimedia works as well as their authorship. A particular focus is set on the development of an analogous applica-bility of the legal framework for the exploitation of films (Sec. 88 et seq. German Copyright Act) to the multimedia work proposed here.

Time-of-Flight (ToF)-Kameras erzeugen Tiefenbilder (3D-Bilder), indem sie Infrarotlicht aussenden und die Zeit messen, bis die Reflexion des Lichtes wieder empfangen wird. Durch den Einsatz mehrerer ToF-Kameras können ihre vergleichsweise geringere Auflösungen überwunden, das Sichtfeld vergrößert und Verdeckungen reduziert werden. Der gleichzeitige Betrieb birgt jedoch die Möglichkeit von Störungen, die zu fehlerhaften Tiefenmessungen führen. Das Problem der gegenseitigen Störungen tritt nicht nur bei Mehrkamerasystemen auf, sondern auch wenn mehrere unabhängige ToF-Kameras eingesetzt werden. In dieser Arbeit wird eine neue optische Synchronisation vorgestellt, die keine zusätzliche Hardware oder Infrastruktur erfordert, um ein Zeitmultiplexverfahren (engl. Time-Division Multiple Access, TDMA) für die Anwendung mit ToF-Kameras zu nutzen, um so die Störungen zu vermeiden. Dies ermöglicht es einer Kamera, den Aufnahmeprozess anderer ToF-Kameras zu erkennen und ihre Aufnahmezeiten schnell zu synchronisieren, um störungsfrei zu arbeiten. Anstatt Kabel zur Synchronisation zu benötigen, wird nur die vorhandene Hardware genutzt, um eine optische Synchronisation zu erreichen. Dazu wird die Firmware der Kamera um das Synchronisationsverfahren erweitert. Die optische Synchronisation wurde konzipiert, implementiert und in einem Versuchsaufbau mit drei ToF-Kameras verifiziert. Die Messungen zeigen die Wirksamkeit der vorgeschlagenen optischen Synchronisation. Während der Experimente wurde die Bildrate durch das zusätzliche Synchronisationsverfahren lediglich um etwa 1 Prozent reduziert. / Time-of-Flight (ToF) cameras produce depth images (three-dimensional images) by measuring the time between the emission of infrared light and the reception of its reflection. A setup of multiple ToF cameras may be used to overcome their comparatively low resolution, increase the field of view, and reduce occlusion. However, the simultaneous operation of multiple ToF cameras introduces the possibility of interference resulting in erroneous depth measurements. The problem of interference is not only related to a collaborative multicamera setup but also to multiple ToF cameras operating independently. In this work, a new optical synchronization for ToF cameras is presented, requiring no additional hardware or infrastructure to utilize a time-division multiple access (TDMA) scheme to mitigate interference. It effectively enables a camera to sense the acquisition process of other ToF cameras and rapidly synchronizes its acquisition times to operate without interference. Instead of requiring cables to synchronize, only the existing hardware is utilized to enable an optical synchronization. To achieve this, the camera’s firmware is extended with the synchronization procedure. The optical synchronization has been conceptualized, implemented, and verified with an experimental setup deploying three ToF cameras. The measurements show the efficacy of the proposed optical synchronization. During the experiments, the frame rate was reduced by only about 1% due to the synchronization procedure.

Sequentielle Daten sind meist zeitlich geordnete (un)endliche Datenströme von Events über einem multi-dimensionalen Eventschema. Systeme über sequentiellen Daten nutzen Anfragen, um Zusammenhänge von besonderem Interesse in sequentiellen Daten zu beschreiben. Basierend auf historischen Daten müssen solche Anfragen zunächst definiert werden. Diese komplexe Aufgabe wird zumeist nicht automatisiert gelöst. In dieser Dissertation behandeln wir multi-dimensionale Teilfolge-Anfragen mit Platzhaltern und beschränkten Lücken als Anfragesprache für sequentielle Daten. Anfragen bestehen aus einer Zeichenkette s über einem Alphabet aus Symbolen und Variablen, einem globalen Fenster w und einem Tupel c aus lokalen Lückenbeschränkungen. Eine Anfrage passt zu einer Folge t über der Menge an Symbolen, falls die in s vorkommenden Variablen so durch einzelne Symbole ersetzt werden können, dass die daraus resultierende Zeichenkette s' als Teilfolge in t vorkommt. Die Gesamtlänge des Vorkommens darf dabei nicht mehr als w Events umfassen und die Distanz zwischen konsekutiven Positionen der Teilfolge muss c entsprechen. Wir untersuchen, wie zu einer Menge von Folgen S eine Anfrage gefunden werden kann, die S bestmöglich beschreibt (Suchproblem). Wir geben einen Algorithmus an, der dieses Problem löst, und analysieren dessen Komplexität. Zu entscheiden, ob eine Anfrage zu einer Folge passt (Matchingproblem), dominiert die Laufzeit des Algorithmus. Wir führen disjunktive multi-dimensionale Teilfolge-Anfragen mit Platzhaltern und beschränkten Lücken, sowie multi-dimensionale Teilfolge-Anfragen mit Platzhaltern und verallgemeinerten beschränkten Lücken als Erweiterungen ein, und passen den oben genannter Algorithmus an, um das Suchproblem für diese Anfragemodelle zu lösen. Die theoretischen Ergebnisse werden durch die Beschreibung der prototypischen Implementierung der genannten Algorithmen und der experimentellen Evaluation basierend auf synthetischen und realen Datensätzen ergänzt. / Sequence data are (usually temporally) ordered finite or infinite streams over events that are instances of a multi-dimensional schema. Systems which deal with sequence data usually use queries to detect situations of interest. However, finding such queries from historical sequence data is notoriously hard and is often assumed to be a non-automated task. In this dissertation, we propose multi-dimensional subsequence queries with wildcards and gap-size constraints (mswg-queries) as an expressive query model for sequence data. These queries consist of a query string s over an alphabet of variables and types, as well as a global window size w and a tuple c of local gap-size constraints. A query matches a trace t, i.e., a sequence of events, if the variables in s can be replaced by single types in such a way that the resulting string s' occurs as a subsequence in t that spans an area of at most w events, and the distance between consecutive positions in the subsequence conforms with c. We study the task of discovering an mswg-query that describes best a given sample, i.e. a finite set of traces. For that, we provide an algorithm solving this problem, and investigate its complexity. Our analysis identifies the subroutine for solving the matching problem (i.e., deciding whether a given query q matches in a given trace t) as the only potential bottleneck. We propose extensions of mswg-queries for the one-dimensional setting, namely, subsequence queries with generalised gap-size constraints (swgg-queries) and disjunctive subsequence queries (dswg-queries), and discuss how the aforementioned algorithm can be adapted to compute swgg- and dswg-queries that describes best a sample. The formal results are complemented by a description of our prototypical implementation of query discovery and an experimental evaluation based on both, synthetic and real-world data.

Wir befinden uns mitten im Langzeitprojekt »Aufklärung«, dem Ausgang der Menschheit aus ihrer selbstverschuldeten Unmündigkeit – und bislang sieht es gut aus: Die Freiheit der Andersdenkenden, die Gleichheit aller vor dem Gesetz und die Solidarität unter den Menschen auf dem Erdball sind allgemein akzeptierte Entwicklungsziele. Über den Weg dahin lässt sich trefflich streiten, am besten in einer der schwatzhaftesten Staatsformen, eben in der parlamentarischen Demokratie. Der Aushandlungsprozess wird medienöffentlich geführt, von Kants Leserwelt bis zum world wide web von Berners-Lee nutzt der politische Mensch die Kulturtechniken Schrift, Bild und Zahl, um öffentlich von seiner Vernunft Gebrauch zu machen. Informatik ist die technische Wissenschaft, die sich mit dem Entwurf von informations- und kommunikationstechnischen Artefakten und deren Auswirkungen auf die Lebenswelt des Menschen beschäftigt, diese Arbeit fokussiert die technischen Bedingungen der Möglichkeit des öffentlichen Vernunftgebrauchs. Unter Technik soll in dieser Arbeit nicht nur die Gesamtheit der technischen Artefakte oder Systeme verstanden werden, sondern auch Handwerk, Handwerkskunst und sogar Geisteshaltungen, Gedankenketten sowie Algorithmen – ganz wie es die Etymologie des griechischen Wortes τέχνη verrät. Die vorliegende Untersuchung einer technē der Publizität führt uns von der antiken Agora über die aufklärerischen Salons bis zu den virtuellen und realen Orten der Netzöffentlichkeit. Technisch Handelnde besitzen eine ungeheure Macht, die öffentliche Deliberation zu ermöglichen oder zu bremsen. In der nun ausgerufenen Turing-Galaxis muss nun gerade die Informatik in allen Bindestrich-Varianten Verantwortung für die Gewährleistung von Öffentlichkeit übernehmen. Diese Arbeit soll dazu beitragen. / The long term project »Enlightenment« is in full swing: the freedom to dissent, equality under public law, and solidarity with all the people from all over the world – these self-imposed development goals are widely accepted by all human beings. Since everything is exquisitely debated in a parliamentary democracy, this chatty form of government, citizens will of course exquisitely debate on how to achieve these goals. The negotiation process is conducted in and by public media, from Kant''s world of readers (»Leserwelt«) on to the hypermedia of the world wide web, the homo politicus uses cultural techniques like writing, image and number for his public display of reasoning. Informatics (and also computer science for that matter) is the study of designing information and communications technology and assessing it in all social respects; this dissertation focuses on the necessary conditions for the possibility of public reasoning. The Greek word τέχνη is translated as either craft or art, in this political context technē also means mindset, chain of ideas or algorithms. In this enquiry entitled »technē der Publizität«, we will visit places of the public, starting from the Greek »agora« via Victorian coffee houses to the contemporary locations of the networked public sphere. Technicians yield the power to enable or suppress public deliberation; in the so called Turing Galaxy, Informaticians have the responsibility to ensure the possibilities of the existence of an informed public. This thesis tries to accept this responsibility.

Lebende Organismen sind komplexe Systeme von miteinander interagierenden Komponen- ten. Ein entscheidender Schritt zum besseren Verständnis solcher biologischen Systeme ist die Erstellung biologischer Netzwerke, welche unser bisheriges Verständnis dieser Systeme widerspiegelt. Verschiedene Ansätze zur Netzwerk-Rekonstruktion unterscheiden sich zwar in ihrem Zweck und ihrer Komplexität, allerding haben sie ein gemeinsames Ziel: die Übersetzung des biologischen Wissens in ein mathematisches Modell zur Aufdeckung von Inkonsistenzen und Wissenslücken innerhalb der Rekonstruktionen durch computerbasierte Analysen. Während es für metabolische Netzwerke bereits gut entwickelte Rekonstruktionsansätze gibt, existieren derzeit nur wenige Ansätze für Signal-Transduktionsnetzwerke. In dieser Arbeit stelle ich eine Methode zur systematischen und komprimierten Rekonstruk- tion von Signal-Transduktionsnetzwerken vor – rxncon. Diese Methode hat zwei grundlegende Aspekte: Einerseits haben wir eine Sprache zur Rekonstruktion biologischer Netzwerke entwickelt, die die Probleme kombinatorischer Komplexität durch die Kombination von Zuständen während des Rekonstruktionsprozesses angeht. Diese kombinatorische Komplexität wird durch die Verwendung kontextfreier Grammatik und der Beschreibung der Daten auf derselben Ebene wie experimentelle Erkenntnisse umgangen. Andererseits haben wir eine computerbasierte Struktur zur Interpretation und zum Export entwickelt, welche es ermöglicht das rekonstruierte Wissen in mathematische Modelle und unterschiedliche Visualisierungsformate zu übersetzen. Dadurch sind wir in der Lage, erstens Signal-Transduktionsnetzwerke detailliert zu rekon- struieren, zweitens diese Netzwerke in ausführbare Boolesche Modelle zur Verbesserung, Evaluation und Validierung dieser Netzwerke zu übersetzen und drittens diese Netzwerke als Regelbasierte Modelle zu exportieren. Daher ermöglicht rxncon die Rekonstruktion, Validierung und Simulation von umfangreichen Signal-Transduktionsnetzwerken und verbindet dadurch den Rekonstruktionsprozess mit klassischen mathematischen Modellierungsansätzen. / Living organisms are complex systems of interacting components. A crucial step to understand those complex biological systems is the construction of biological networks that re ect our current knowledge of the system. The scope and coverage of different network reconstructions can differ, but they have one aim in common – to convert the knowledge into a mathematical model enabling computational analysis to nd possible inconsistencies and gaps. While reconstruction methods for metabolic networks are well established, only a few methods exist for reconstructing cellular signal- transduction networks. In this thesis, I present a method – rxncon – enabling a systematised and condensed reconstruction of signal-transduction networks. This method has two aspects. On the one hand, we developed a language for reconstructing biological networks. The language addresses the issue, that states are combined in signal-transduction networks, which create a large number of speci c states, generating highly complex structures. Due to the context-free grammar in the language and the description of the data on the same level of detail as biological ndings we can largely avoid the combinatorial complexity. On the other hand, we developed a framework for interpreting and exporting this knowledge into different mathematical models and visualisation formats, enabling a work ow to: 1) reconstruct mechanistic detailed signal-transduction network, 2) convert them into an executable Boolean model for evaluation, validation and improvement of the network and 3) export the reconstructed model into a rule-based model. Hence, rxncon has the potential to reconstruct, validate and simulate large-scale signalling networks – bridging large scale network reconstruction and classical mathematical modelling approaches.

In dieser Arbeit werden zwei Fragen im Zusammenhang mit Fehlern von Fingerabdruckerkennungssystemen untersucht. Erstens: Welche strukturellen Merkmale und begrifflichen Implikationen hat der spezifische Fehlerdiskurs in diesem Teilgebiet der Biometrie? Zur Beantwortung dieser Frage werden im Rahmen einer diskursanalytischen Betrachtung der Fachtexte des Forschungsfeldes die gängigen Fehlertypologien der Biometrie untersucht. Die Arbeitshypothese der Analyse ist, dass der massenhafte Einsatz von Fingerabdruckerkennungssystemen im Alltag trotz aller ihrer Fehler diskursiv durchsetzungsfähig ist. Undzwar nicht unbedingt, weil die Fehler zu vernachlässigen sind, sondern weil die Angst vor „Identitätsbetrug“, die Idee einer Messbarkeit von Identität und die wirtschaftliche und politische Bedeutung von Sicherheitstechniken in einer für unsicher gehaltenen Welt große Wirkmächtigkeit haben. Es wird diskutiert, inwiefern die Auseinandersetzung mit System- und Überwindungsfehlern in der Informatik zu kurz greift. Daher wird ein erweitertes Fehlermodell vorgeschlagen, das an jüngere transdisziplinäre Fehlerforschung anknüpft und als kritisches Analyseinstrument für die Beurteilung der Wechselwirkung zwischen Informatik(-system) und Gesellschaft genutzt werden kann. Zweitens: Wie lassen sich die diskursanalytische Methode und ein experimentelles Hands-On-Lernen zu einem Lern- und Lehrkonzept verbinden, dass eine kritische Vermittlung der Probleme von Fingerabdruckerkennungssystemen ermöglicht? Ausgehend von schulischen Unterrichtskonzepten einer an der Lebenswelt orientierten Informatiklehre sowie der Idee des „be-greifbaren Lernens“ an konkreten Gegenständen wurde ein Lern- und Lehrkonzept für Universität und Schule entwickelt und in drei verschiedenen Institutionen ausprobiert. / In this paper two questions will be addressed relating to deficits in fingerprint recognition systems. Firstly, what structural features and conceptual implications does the analysis of errors have in the field of biometrics? To answer this question, the common error types in biometrics will be examined, as part of an analytical discourse taking into consideration technical texts from the research field. The working hypothesis of this analysis is that the structure of the discourse surrounding fingerprint recognition systems would present no barriers to their widespread implementation in everyday life despite all their faults – not because their shortcomings are negligible but due to the great potency of the fear of “identity fraud”, the notion that identity can be measured, and the economic and political importance of security technologies in a world deemed unsafe. It will be discussed how the examination of system errors and spoofing attacks in computer science falls short in addressing the whole picture of failing fingerprint recognition systems. Therefore an extended error model will be proposed, one which builds on recent transdisciplinary error research and which can be used as a critical tool for analysing and assessing the interaction between computer systems and society. Secondly, how could the analytical discourse method and experimental hands-on learning be combined into a teaching concept that would enable critical teaching of the problems of fingerprint recognition systems? Starting from the school-based teaching concepts of a theory of computer science based on real life and the idea of “hands-on learning” using concrete objects, a teaching concept for universities and schools has been developed and tested in three different institutions.