Scalable and efficient numerical simulations continue to gain importance, as computation is firmly established tool of discovery, together with theory and experiment. Meanwhile, the performance of computing hardware grows with increasing heterogeneous hardware, enabling simulations of ever more complex models. However, efficiently implementing scalable codes on heterogeneous, distributed hardware systems becomes the bottleneck. This bottleneck can be alleviated by intermediate software layers that provide higher-level abstractions closer to the problem domain, hence allowing the computational scientist to focus on the simulation. Here, we present OpenFPM, an open and scalable framework that provides an abstraction layer for numerical simulations using particles and/or meshes. OpenFPM provides transparent and scalable infrastructure for shared-memory and distributed-memory implementations of particles-only and hybrid particle-mesh simulations of both discrete and continuous models, as well as non-simulation codes. This infrastructure is complemented with frequently used numerical routines, as well as interfaces to third-party libraries. This thesis will present the architecture and design of OpenFPM, detail the underlying abstractions, and benchmark the framework in applications ranging from Smoothed-Particle Hydrodynamics (SPH) to Molecular Dynamics (MD), Discrete Element Methods (DEM), Vortex Methods, stencil codes, high-dimensional Monte Carlo sampling (CMA-ES), and Reaction-Diffusion solvers, comparing it to the current state of the art and existing software frameworks.

Vorwort Dr. Hartmut Rudolph: Die Gesellschaft für Medien in der Wissenschaft GMW e.V. hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine Kommunikationsplattform an der Schnittstelle zwischen ihren beiden, meist unterschiedlichen Bezugssystemen zugeordneten Namensbestandteilen zu bieten: für Wissenschaftler, die mit oder an Medien arbeiten, und für Medienleute, die sich um wissenschaftliche Themen kümmern. Die GMW ist damit weder eine reine Standes- oder Interessenvertretung noch eine wissenschaftliche Vereinigung; sie versteht sich vielmehr als Fachgesellschaft, die Theorie und Praxis, den Entwurf und seine Umsetzung, den Gedanken und die Tat in einem fruchtbaren Spannungsfeld zusammenführen möchte. Hierzu gehören nicht nur die rationale Auseinandersetzung mit Techniken und Terminologien der jeweils komplementären Seite, sondern auch ein Verständnis für deren professionelle Mentalität und ihr berufliches Selbstverständnis. Erst dann kann der Dialog seine kreative Kraft entfalten. In diesem Sinne freue ich mich, daß der hier vorgelegte Band 3 der Reihe „Medien in der Wissenschaft“ sich als Monographie aus der Praxis des Computergrafikers nicht nur an den Praktiker, sondern auch - oder vielleicht vor allem? - an den potentiellen Auftraggeber für einen wissenschaftlichen Film oder den Medien Nutzer aus der Wissenschaft wendet. Der Computerlaie mit Trickfilm- und Filmtrickerfahrung wird aus diesem Band ebenso neue Vorstellungen beziehen können wie der Wissenschaftler mit Visualisierungsneigung oder der grafisch ambitionierte „Computerfreak“. Bei einem so breit angelegten Adressatenkreis für ein doch recht spezialisiertes Thema kann es nicht ausbleiben, daß dem einen die Vertiefung fehlt, wo der andere sich mehr Basisinformation wünscht, daß Redundanz für den einen das „Aha-Erlebnis“ für den anderen bedeutet. Deswegen ist dieser Band auch nicht unbedingt auf eine lineare, vollständige Lektüre angelegt: Einleitungen zu den verschiedenen Kapiteln, Praxisbeispiele, ein umfangreiches Glossar (leicht erkennbar an den grauen Randstreifen) und ein Sachregister sollen jedem Leser eine für seine individuellen Bedürfnisse zugeschnittene Benutzung ermöglichen. Die GMW betritt mit diesem Band Neuland in ihrer noch jungen Vereinsgeschichte: Während die ersten beiden Titel typische Tagungsbände einer Fachgesellschaft waren, liegt nun erstmals eine monothematische Abhandlung vor. Dies entspricht durchaus der Konzeption der Reihe „Medien in der Wissenschaft“: Das Verbindende soll in dem vielfältigen Themenspektrum liegen, das zu dem Reihentitel beiträgt. Bei gegebener äußerer Form soll die innere Form aber weitgehend frei sein: ob nun Tagungsband, Monographie oder Aufsatzsammlung - der Inhalt ist das entscheidende Kriterium. Auf diese Weise soll die Reihe allen GMWMitgliedern, aber auch Gästen für ihre Publikationen offenstehen. Dem Autor des vorliegenden Bandes, Michael Gradias, ist die GMW zu mehrfachem Dank verpflichtet. So hat er nicht nur von Anfang an das grafische Erscheinungsbild der GMW geprägt und in den letzten beiden Jahren zu einem Corporate Design ausgebaut, er hat darüber hinaus seit Oktober 1992 „in vorbildlicher Weise“ (Originalton Kassenprüfer) die Finanzen des Vereins geführt, und nun gibt er seine über Jahrzehnte als Grafiker erworbenen und seit Jahren auf dem Computer angewandten Erfahrungen weiter. Seine Autorenschaft bei der „Computergrafik in der Praxis“ mag Ausdruck für den lebendigen Informationsaustausch und berufsfeldübergreifenden Wissenstransfer sein, der das Gesicht der GMW prägt. Ich wünsche diesem Band eine weite Verbreitung und bin überzeugt, daß sie - ähnlich wie bei den beiden vorangehenden Bänden der „Medien in der Wissenschaft“ - deutlich über die Mitgliedschaft der GMW hinausgehen wird. Den Lesern wünsche ich Gewinn für ihre Arbeit oder Befruchtung durch den „Blick über den Zaun“. / Vorwort Michael Gradias: Zu der Zeit, als ich mein grafisches Handwerk erlernte, war ich mir sicher, daß der Computer in meinem späteren Berufsleben nur eine untergeordnete Rolle spielen würde. Doch es kam alles ganz anders... Zu Beginn arbeitete ich ausschließlich in der „normalen“ Grafik und stellte Geschäftsunterlagen, Prospekte und Plakate her. Bald war ich aber begeistert von den vielen Varianten der Grafik, die gerade auf dem Gebiet des Films zu finden waren. Seitdem stelle ich Filmgrafiken ebenso her wie Figurenanimationen für Werbefilme oder Kurzspots. Innerhalb des weiten Bereiches des Films spezialisierte ich mich auf das Gebiet des wissenschaftlichen und technischen Films, weil es mich stets angespornt hat, komplexe Aufgabenstellungen zu bewältigen. Auch nach über einem Jahrzehnt, in dem ich überwiegend Animationen für wissenschaftliche Filme hergestellt habe, bin ich noch immer fasziniert von der Aufgabe, schwierige wissenschaftliche Sachverhalte in Grafiken umzusetzen. Die ersten Jahre habe ich alle diese Arbeiten noch manuell ausgeführt. Bereits damals entwickelte ich verschiedene neue Verfahren, um die umfangreichen Aufgaben effektiv bewältigen zu können. Die ständige Suche nach Innovationen wurde oftmals durch die Neugier angeregt, ein Problem zu lösen, das ohne Einsatz neuer Arbeitstechniken nicht bewältigt werden konnte. Vor einigen Jahren entschloß ich mich, meine Arbeit auf den Computer umzustellen. Deshalb legte ich mir einen High-End-PC zu. Inzwischen bearbeiten wir mit sechs Grafikstationen in meinem Atelier die anfallenden Aufträge. Alle Bilder werden entweder auf Kinefilm, Dias und Videobänder übertragen oder in Publikationen weiterverarbeitet. Heute kann ich Ideen realisieren, die bisher am erforderlichen Zeitaufwand oder an zu hohen Produktionskosten scheitern mußten. Da ich mit der Software, die für den Bereich Computergrafik erhältlich ist, nicht alle meine Ideen in wirkungsvolle Grafiken umsetzen kann, ergänze ich die fehlenden Funktionen mit selbstgeschriebenen Programmen. Ich produziere auch Zeitschriften von der Texterfassung über die Erstellung der dazugehörenden Grafiken bis zur Vierfarbseparation. Alle Bereiche der Druckgrafik werden hier im Atelier ebenso bearbeitet wie die Fotooptimierung. Übrigens bin ich seit vielen Jahren auch als Fotograf für internationale Fotoagenturen tätig. Im eigenen Fotofachlabor kann ich sämtliche anfallenden Fotoarbeiten durchführen. Mit dem vorliegenden Buch möchte ich meine Erfahrungen weitergeben, die ich bei der Arbeit mit dem PC sammeln konnte. Zwischen den vielen Werbeversprechen aus der Computerbranche und den Ergebnissen in der praktischen Computergrafik besteht oft eine große Diskrepanz. Es wird durch die Werbung suggeriert, daß alle grafischen Arbeiten mit dem Grafik-Computer automatisch erledigt werden können, was prinzipiell auch richtig sein mag. Leider wird aber oft der Eindruck erweckt, die Geräte würden die Arbeit alleine erledigen. Die Praxis zeigt aber, daß Grafik-Computer ebensowenig automatisch Grafiken herstellen können, wie auch Fotoapparate keine guten Bilder machen. Es ist stets das Know-how der Anwender, das für die Qualität der Arbeit verantwortlich ist. Anhand des vorliegenden Buches möchte ich in Beispielen aus der Praxis Arbeitsabläufe und Problemlösungen schildern. Es ist mein Ziel, die gelegentlich auch unorthodoxen Wege, die zu einem gewünschten Ziel führen, aufzuzeigen. In den jeweils einführenden Kapiteln zu jedem Abschnitt sollen allgemeine Zusammenhänge dargelegt werden; in den Praxisbeispielen soll qualifiziert über die Probleme berichtet werden, die bei meiner täglichen Arbeit auftreten. Wichtig für die Lösung von Aufgabenstellungen ist das Verständnis der globalen Zusammenhänge der zur Verfügung stehenden Computerfunktionen. Deshalb ist es von geringerer Bedeutung, ob man alle einzelnen Bedienungselemente der Programme auswendig kennt. Dafür gibt es zahlreiche Handbücher als Hilfestellung. Deshalb wurde in diesem Buch vor allem bei den Praxisbeispielen auf die allgemeinen Zusammenhänge viel Wert gelegt, einzelne Funktionen werden hingegen nicht besprochen.

We present a study on the automatic classification of speech acts in the domain of political communication, based on J. R. Searle’s classification of illocutionary acts. Our research involves creating a dataset using the US State of the Union corpus and the UN General Debate corpus (UNGD) as data sources. To overcome limited labelled data, we employ a combination of weak supervision and active learning techniques for dataset creation and model training. Through various experiments, we investigate the influence of external and internal factors on speech act classification. In addition, we discuss the potential for further analysis of speech act usage, using the trained model on the UNGD corpus. The findings demonstrate the effectiveness of Transformer-based models for automatic speech act classification, highlight the benefits of weak supervision and active learning for dataset creation and model training, and underscore the potential for large-scale statistical analysis of speech act usage in the domain of political communication

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Extraction, representation, organisation and application of metadata about audio recordings are in the concern of semantic audio analysis. Our broad interpretation, aligned with recent developments in the field, includes methodological aspects of semantic audio, such as those related to information management, knowledge representation and applications of the extracted information. In particular, we look at how Semantic Web technologies may be used to enhance information management practices in two audio related areas: music informatics and music production. In the first area, we are concerned with music information retrieval (MIR) and related research. We examine how structured data may be used to support reproducibility and provenance of extracted information, and aim to support multi-modality and context adaptation in the analysis. In creative music production, our goals can be summarised as follows: O↵-the-shelf sound editors do not hold appropriately structured information about the edited material, thus human-computer interaction is inefficient. We believe that recent developments in sound analysis and music understanding are capable of bringing about significant improvements in the music production workflow. Providing visual cues related to music structure can serve as an example of intelligent, context-dependent functionality. The central contributions of this work are a Semantic Web ontology for describing recording studios, including a model of technological artefacts used in music production, methodologies for collecting data about music production workflows and describing the work of audio engineers which facilitates capturing their contribution to music production, and finally a framework for creating Web-based applications for automated audio analysis. This has applications demonstrating how Semantic Web technologies and ontologies can facilitate interoperability between music research tools, and the creation of semantic audio software, for instance, for music recommendation, temperament estimation or multi-modal music tutoring.

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While modern engineering systems have become increasingly integrated and complex over the years, interest in the application of control techniques which specifically attempt to formulate and solve the control problem in its inherently uncertain environment has been moderate, at best. More specifically, although many control schemes targeted at Heating, Ventilating and Air-Conditioning (HVAC) systems have been reported in the literature, most seem to rely on conventional techniques which assume that a detailed, precise model of the HVAC plant exists, and that the control objectives of the controller are clearly defined. Experience with HVAC systems shows that these assumptions are not always justifiable, and that, in practice, these systems are usually characterized by a lack of detailed design data and a lack of a robust understanding of the processes involved. Motivated by the need to more efficiently control complex, uncertain systems, this thesis focuses on the development and evaluation of a new neuro-fuzzy model-based predictive control scheme, where certain variables used in the optimization remain in the fuzzy domain. The method requires no training data from the actual plant under consideration, since detailed knowledge of the plant is unavailable. Results of the application of the control scheme to the control of thermal comfort in a simulated zone and to the control of the supply air temperature of an air-handling unit in the laboratory are presented. It is concluded that precious resources (as measured by actuator activity, for example) need not be wasted when controlling these systems. In addition, it is also shown that a very precise (and sometimes not necessarily accurate) control value computed at each sample is unnecessary. Rather, by defining the system and its environment in the fuzzy domain, the fuzzy decision algorithms developed here may be employed to get an "acceptable" control performance.