With the increasing interest in Virtual/Augmented Reality, the next generation of application platforms is emerging in the form of immersive and engaging experiences. The company Dewire Knightec is exploring an application platform based on the web technology WebXR where users can interact with multiple applications simultaneously. However, numerous independent applications rendering content in the same 3D environment can lead to objects intersecting and occluding, leading to visual conflicts. In this thesis work, we discuss the concept of visual conflicts and avoidance strategies. We present a fully working prototype of a conflict mitigation framework for concurrent WebXR applications. The framework mitigates conflicts using two main collision avoidance strategies in the form of multiple render options and position offsetting. The proposed framework is demonstrated in a scenario where applications render contents on top of buildings in the user’s surroundings. By running multiple applications, a user can for example read a restaurant menu, see mall opening hours, and get travel directions simultaneously. The feasibility and efficiency of the proposed avoidance strategy in developed framework has been evaluated using a focus group of developers and software architects. After the evaluation, the framework can be summarized as a good foundation for future multi-application XR platforms.

La chirurgie arthroscopique présente actuellement un essor très important pour le bénéfice du plus grand nombre des patients. Cependant, cette technique possède un certain nombre d'inconvénients et il est donc nécessaire pour le médecin de s'entrainer et répéter ses gestes afin de pouvoir exécuter ce type d'opération d'une façon efficace et certaine. En effet, les méthodes traditionnelles d'enseignement de la chirurgie sont basées sur l'autopsie des cadavres et l'entrainement sur des animaux. Avec l'évolution de notre société, ces deux pratiques deviennent de plus en plus critiquées et font l'objet de réglementations très restrictives. Afin d'atteindre un niveau plus élevé, de nouveaux moyens d'apprentissage sont nécessaires pour les chirurgiens. Récemment, la réalité virtuelle commence d'être de plus en plus utilisée dans la médecine et surtout la chirurgie. Les simulateurs chirurgicaux sont devenus une des matières les plus récentes dans la recherche de la réalité virtuelle. Ils sont également devenus une méthode de formation et un outil d'entrainement valable pour les chirurgiens aussi bien que les étudiants en médecine. Dans ce travail, un simulateur de réalité virtuelle pour l'enseignement de la chirurgie arthroscopique, surtout la chirurgie du poignet, a été préesenté. Deux questions principales sont abordées : la reconstruction et l'interaction 3-D. Une séquence d'images CT a été traitée afin de générer un modèle 3-D du poignet. Les deux principales composantes de l'interface du système sont illustrées : l'interaction 3-D pour guider les instruments chirurgicaux et l'interface de l'utilisateur pour le retour d'effort. Dans ce contexte, les algorithmes qui modélisent les objets en utilisant les approches de "Convex Hull" et qui simulent la détection de collision entre les objets virtuels en temps réel, sont présentés. En outre, un dispositif de retour d'effort est utilisé comme une interface haptique avec le système. Cela conduit au développement d'un système à faible coût, avec les mêmes avantages que les appareils professionnels. A cet égard, l'arthroscopie du poignet peut être simulée et les étudiants en médecine peuvent facilement utiliser le système et peuvent apprendre les compétences de base requises en sécurité, flexibilité et moindre coût

La problématique traitée dans cette thèse concerne la commande de robots manipulateurs à articulations flexibles. Les méthodes développées visent à satisfaire les spécifications de performance et de robustesse en suivi de trajectoire, ainsi qu’à assurer un niveau de sécurité compatible avec un scénario de fonctionnement interactif dans lequel l’homme et le robot partagent un même espace de travail. Seules les mesures moteur sont utilisées dans un contexte d’instrumentation réduite. Le premier objectif de performance de la commande de mouvement est atteint grâce à l’identification expérimentale d’un modèle flexible représentatif du système, et l’usage de ce modèle pour la synthèse de lois de commande avancées intégrées au sein d’une structure cascade. Deux approches complémentaires fondées d’une part sur la commande prédictive de type GPC (Generalized Predictive Control), et d’autre part sur la commande Hinfini, sont considérées pour la synthèse de lois de commande à deux degrés de liberté, prédictives et robustes. Les performances de ces deux approches sont analysées et évaluées expérimentalement. Le deuxième objectif de sécurité est abordé à travers un algorithme de détection de collisions du robot avec son environnement, sans capteur d’effort et en présence d’incertitudes de modélisation. Afin de séparer efficacement les effets dynamiques des collisions de ceux des erreurs de modélisation, une stratégie adaptative de filtrage et de décision tenant compte de l’état du système est proposée. La validation expérimentale montre une très bonne sensibilité de détection, compatible avec les normes et les recommandations de sécurité relatives à la robotique collaborative. / The present thesis addresses the problem of motion control of flexible-joint robot manipulators using motor sensors only. The global objective is to guarantee tracking performance and robustness with respect to modeling uncertainties, together with safe human-robot interaction in a collaborative scenario where the robot and the human operator share the same workspace. The first objective of performance is achieved through the experimental identification of a flexible model of the system and the use of this model for the design of advanced control laws implemented in a cascade structure. Two complementary approaches, based either on predictive (Generalized Predictive Control, GPC) or Hinfinity control frameworks, are considered to design predictive and robust two degrees-of-freedom controllers. Experimental evaluation and analysis of the proposed strategies is provided. The second objective of safety is addressed by a novel algorithm for human-robot collision detection, without force sensors and in the presence of modeling uncertainties. In order to efficiently separate the dynamic effects of the collisions from the effects due to modeling errors, the proposed approach includes adaptive filtering and uses dynamic thresholds depending on the robot state. Experimental evaluation demonstrates a good detection sensitivity which is consistent with safety standards and recommendations for collaborative robotics.

I avhandlingen beskrivs ett hypotetiskt system som kan användas av mobila användare, bland andra taxichaufförer, som exempelvis vill följa en viktig fotbollsmatch. Flera faktorer ställer till problem: Ibland står bilen still och föraren har inget annat att tänka på än matchen. Ibland kör denne runt med en kund som inte vill bli störd av matchen. Dessutom kan det vara svårt att titta på rörliga bilder och köra bil samtidigt. I och med att bilen körs runt har man också olika bra anslutning till Internet vid olika tillfällen – det kan variera mellan inget alls, en dålig GSM/GPRS förbindelse (8 kbps) och en snabb WLAN anslutning (100 Mbps). I avhandlingen presenteras en tre-lagers modell som kan användas för att beskriva den här typen av applikationers kvalitet. Modellen delas in i tre lager: nätverk, applikation och användare/använding. Det sistnämnda lagret ligger utanför det tekniska systemet och definieras av att det är där de verkliga informationsutbytet sker. På applikationsnivån samlas data in, packas och packas upp i samband med nätverkstransport och visas sedan för användaren. Det är också här som eventuell interaktion sker med användaren. Nätverkslagret är ansvarigt för ändamålsenlig transport av data. De tre lagren är ömsesidigt beroende av varandra. Dålig prestanda på ettlager påverkar de andra lagren och tvärtom. Tre studier har genomförts av hur problem på nätverkslagret i form av begränsad bandbredd och hög fördöjning påverkar användarna. Låg bandbredd ger låg videokvalitet vilket inte uppskattas av användarnamnen genom att skifta till animeringar som fungerar med lägre bandbredd kan man ändå få användarna nöjda. Om användarna måste välja mellandålig videokvalitet och animeringar väljer de som ser sig som fotbollskunniga det förstnämnda och de som ser sig som okunniga men dock fotbollsfans väljer det sistnämnda. Men i en annan studie där användarna spelade bluffstopp mot varandra över ett datanätverk fick vi ett annat resultat. Där var det negativt med högre videokvalitet (bilder per sekund). En förklaring kan vara att användarna distraherades mer av högre bildfrekvens. I den tredje studien studerades vad som händer i Pong om man läggerin fördröjningar i spelet. Sedan tidigare visste man att det blir svårare attspela med fördröjningar – särskilt om man inte märker dem. Vi ställde ossfrågan om man kan kompensera för dem genom att informera användarna om dem. Det visade sig att användare som får information med i vårtfall en prediktiv visning lättare anpassar sin mentala insats till uppgiftens svårighetsgrad. Det är alltså inte bara möjligt utan ibland också önskvärt att utnyttja en lägre bandbredd från användarens perspektiv. Med det sagt finns det ändå i långt fler situationer där det är bättre med bättre nätverksprestanda. Pongspelet var roligare med lägre delay. Videon uppfattades som bättre medhögre bandbredd i den förstnämnda studien. Multicast, där ett paket skickas till flera användare i stället för att de skafå varsin, identiska paket, är ett viktigt verktyg för att få bättre prestanda i videoapplikationer. Tyvärr är det inbyggda stödet för multicast i den viktiga IEEE 802.11 standardfamiljen för trådlösa nätverk mycket outvecklat. Ettstort problem är att det inte går att veta om ett paket har kommit fram eller om det har försvunnit i en, mycket trolig, krock. Vi har vidareutvecklat och anpassat en föga känd krockdetektionsmekanism från 80-talet för använding i IEEE 802.11 nätverk. Den anpassade algoritmen kallar vi EMCD vilket är en förkortning för ‘‘Early Multicast Collision Detection’’ eller tidig krockupptäckt för multicast. Vi har presenterat en nysannolikhetsbaserad modell för att beräkna algoritmens prestanda undermaximal belastning. Modellen som har verifierats genom simuleringar kanäven användas för att beräkna optimala parametrar för algoritmen. Algoritmen har visats kraftigt reducera risken för oupptäckta kollisioner och reducerar den tid som går åt för dem. EMCD-algoritmen inspirerade till att utveckla en ytterligare algoritm som inte bara kan upptäcka utan också undvika kollisioner: PREMA som står för ‘‘Prioritized Repeated Eliminations Multiple Access’’ eller prioriterad kanal-åtkomst med upprepade eliminationer. Det finns två viktiga skillnader mellanhur de fungerar. I EMCD bygger kollisionsdetektionen på rektangelfördelade slumptal och en enda upptäcktsomgång. I PREMA används i stället geometriskt fördelade slumptal och upprepade omgångar. Effekten blir att man med stor säkerhet får en enda vinnare. även för PREMA presenteras en sannolikhetskalkylsbaserad prestandaanalys för maxlastfallet vilken stöds av simuleringar. Samma formler kan användas för att approximativt skatta prestanda i EY-NPMA som är en närliggande algoritm. Den var tänkt att använda i Hiperlan/1; en standard som aldrig fick något kommersiellt genombrott. Använder man den modell som vi presenterar i avhandlingens sista studiekan man med ganska god noggrannhet beräkna optimala parametrar för EY-NPMA med en beräkningsinsats O(mY S) mot O(mES×mY S) för tidigare kända algoritmer. / Imagine a taxi driver wanting to watch a football game while working. Events in the game cannot be predetermined, the driver's available attentional resources vary and network connections change from non-existing to excellent, so it will be necessary to develop a viewing application that can adapt to circumstances. This thesis presents a system model and sketches a framework for design and run time adaptations. The model has three layers: user/usage, application and network. Quality of service metrics are proposed for each layer. A particular emphasis is placed on the difference between the user/usage layer and the application layer. Satisfaction at the former means a job well done, a match played to your liking etc. Satisfaction at the latter means good picture quality, nice colours etc. The thesis continues by identifying and describing elements required to build the system used by the taxi driver. Three studies are presented where either bandwidth or delay are varied at the network level. Video is better the higher the bandwidth; animations can be used as a complement. They are shown to be better than low quality video but worse than high quality video for watching a football game. Better video in the form of higher frame rates turned out to be worse for playing a card game over the Internet. A possible explanation is the distraction experienced when the image is updated constantly. Another result of our studies is that users can adapt their mental effort to the actual load when given feedback on the network delay affecting a computer game. The results mentioned above show that it is possible to compensate for poor network performance. For the user, improved network performance is generally more satisfactory. Early multicast collision detection is a method for improved multicast performance in high load IEEE 802.11 networks. Prioritised repeated eliminations multiple access is a method for multicast and other traffic which can be used alone or in an IEEE 802.11 network. Probabilistic performance analysis and simulations show that both protocols drastically reduce the time spent in collisions and improve throughput compared to IEEE 802.11. Some of the formulae are applied to EY-NPMA as well; they are used to estimate performance and to estimate optimal operating parameters more efficiently than with previously known methods.

Under de senaste åren har en ny trend inom spelindustrin uppstått då en stor del av spelen har gått tillbaka till de tvådimensionella miljöerna som var vanligare i tv-spelens barndom, detta tack vare att mobiltelefoner och deras spel har tagit allt större plats på marknaden och de är ofta tvådimensionella på grund av sin begränsade hårdvara. De tvådimensionella spelen har enligt tradition inte haft någon dynamisk ljussättning, utan de har bestått utav färdig grafik med förutbestämda intensiteter vilket gör att spelen kan se platta ut. Men inom andra områden av spelindustrin, framförallt tredimensionella spel, har utvecklingen av dynamiska ljussättningsmetoder kommit långt. Problemet med dessa metoder är att de kräver objektens normaler, vilka normalt inte finns tillgängligt i tvådimensionella bilder. Idag är mobiltelefonerna kraftfulla och klarar av mycket tyngre beräkningar än vad de gjorde för bara några år sedan. Därför undersökte vi möjligheten att implementera dynamisk ljussättning i ett tvådimensionellt spel på androidbaserade mobiltelefoner. För att genomföra detta krävdes också att vi undersökte metoder för att generera normaler för tvådimensionell grafik. För att ett fullständigt spel skulle kunna skapas så implementerades också saker som kollisionshantering, artificiell intelligens och procedurell generering av banor. / In recent years, a new trend in the gaming industry has emerged since a large part of the games have gone back to the two-dimensional environments that were more common in the early days of the video games history . This is due to mobile phones and their games have taken more and more space on the market and they are often two-dimensional because of the limited harware. The twodimensional games have traditionally never had any dynamic lighting , they have consisted of premade graphics with predetermined intensities , which means that the games may look flat. But in other areas within the gaming industry, especially three-dimensional games, the evolution of dynamic lighting techniques have come a long way. The problem with these methods is that they require the object's normals, which are not normally available in two-dimensional images. Today mobile phones are powerful and capable of much heavier computations than they did just a few years ago. Therefore, we examined the possibility of implementing dynamic lighting in a twodimensional games on Androidbased mobile phones. To accomplish this it required that we investigated methods to generate normals for two-dimensional graphics. In order to create a full game we also implemented features such as collision handling, artificial intelligence and procedural generation of maps.

The Car Racing competition platform is used for evaluating different car control solutions under competitive conditions [1]. These competitions are organized as part of the IEEE Congress on Evolutionary Computation (CEC) and Computational Intelligence and Games Sym-posium (CIG). The goal is to learn and develop a controller for a car in the TORCS open source racing game [2]. Oussama Khatib [3] (1986) introduced Artificial potential fields (APFs) for the first time while looking for new ways to avoid obstacles for manipulators and mobile robots in real time. In car racing games a novel combination of artificial potential fields as the major control paradigm for car controls in a multi-agent system is being used to coordinate control interests in different scenarios [1]. Here we extend the work of Uusitalo and Stefan J. Johansson by introducing effective collision detection, overtaking maneuvers, run time evaluation and detailed analysis of the track using the concept of multi-agent artificial potential fields MAPFs. The results of our extended car controller in terms of lap time, number of damages and position in the race is improved. / We have concluded by implementing a controller that make use of multi agent based artificial potential field approach to achieve the tricky and complex task of collision detection and overtaking while driving in a car racing game with different other controllers as opponents. We exploited the advantages of APFs to the best of our knowledge using laws of physics and discrete mathematics in order to achieve successful overtaking behavior and overcome its drawbacks as being very complex to implement and high memory requirements for time critical applications e.g. car racing games (Section 3.1, RQ1). Dynamic objects in a fast changing environment like a car racing game are likely to collide more often with each other, thus resulting in higher number of damages. Using APFs instead of traditionally used collision avoidance techniques resulted in less number of damages during the race, thus minimizing the lap’s time which in turn contribute to better position in the race as shown in experiment 3 (Section 3.1, RQ2 and Section 6.6). Overtaking maneuvers are complex and tricky and is the major cause of collision among cars both in real life as well as in car racing games, thus the criteria to measure the performance regarding overtaking behavior of different controllers in the race is based on number of damages taken during the race. The comparison between the participating controllers in terms of damages taken during various rounds of the race is analyzed in experiment 3 (Section 3.1, RQ3 and Section 6.6). The results of the quick race along with opponents shows good results on three tracks while having bad performance on the remaining other track. Our controller got 1st position on the CG track 2 while kept 2nd position on CS Speed way 1 and Alpine 1. It had worse performance on wheel 2 which needs to be optimized in the future for better results on this track and other similar complex and tricky tracks. / +46723266771

Brittle bodies differ from the rigid ones in the possibility of shattering into small pieces according to the laws of physics. The brittle body simulation therefore uses principles of a general rigid body simulation and requires solutions to the other problems related to object decomposition into fragments and involving these fragments of the original object in the simulation. Description and evaluation of the possible solutions to this problem and a proposal with a reference implementation of such simulation are the goals of this thesis.

The thesis is focused on the description of the basic principles of the virtual reality, on utilization of data gloves in the virtual reality and it implements the application with usage of the input device P5 glove. The implementation contains among the others various visual techniques of OpenGL and also shows up-to-date work with the popular physics engine Bullet Physics. The theoretical bases of these techniques are analysed in the thesis. So the output of the thesis will serve as a source of information to people interested in the knowledge of the data gloves problems and other similar peripherals, but also to interested people who want to learn more about the realization of the computer graphics and creation of physicist models.

Background. Neural Networks have mainly been used in behavior and gameplayrelated areas in games, but they have not yet been used specifically for intersection testing. This thesis explores the possibility to use deep neural networks for intersection testing of two 3D meshes. Objectives. The main goal of the thesis is to train a Deep Neural Network that can be used to replace traditional intersection test algorithms by having similar accuracy and a faster execution time. Methods. The research methods used in this thesis are implementation and experimentation. The deep neural network is trained using TensorFlow. Two different mesh generation techniques are implemented, one generating heightmaps and one generating planets. The two mesh types are combined to test all combinations of generated meshes. Attempts to make the network as general as possible are done through importance sampling to expose the network to tricky situations. A test application is developed where the intersection testing can be performed and compared to the Separating Axis Theorem (SAT). Heatmaps are also created to see how accurate the network is. Results. The results show that the network is accurate at classifying intersection between meshes similar to the ones it trained on. However, the network lacks generality and has bad accuracy if new meshes are introduced. The measured execution times show that the trained Deep Neural Network is 15.6 times as fast as a singlethreaded implementation of the SAT and 2.3 times as fast as the multi-threaded SAT. Conclusions. The trained network can be used as an early exit intersection test before using more expensive algorithms. The faster intersection testing can be useful in game physics by allowing faster classification of which meshes need to be tested for collisions. However, the main outcome is the shown potential for future work in the area including training a more general network, allowing variable mesh sizes, and providing information for solving collision responses. / Bakgrund. Neurala Nätverk har främst använts för beteende- och spelmekanikrelaterade områden inom spel, men de har ännu inte använts för genomskärningstester. Det här examensarbetet utförskar möjligheten att använda djupinlärning för att utföra genomskärningstester mellan två tredimensionella spelobjekt. Syfte. Huvudmålet med det här examensarbetet är att träna ett djupinlärt neuralt nätverk som kan ersätta traditionella genomskärningstestalgoritmer genom likvärdig precision och snabbare exekveringstid. Metod. Forskningsmetoderna som användes under examensarbetet är implementation och experimentation. Det djupinlärda neurala nätverket tränas med TensorFlow. Två olika spelobjektsgenereringsmetoder implementeras, där den ena genererar heightmaps och den andra genererar planeter. De två objekttyperna kombineras så att alla kombinationer av spelobjekt kan testas. För att göra nätverket så generellt som möjligt används importance sampling som utsätter nätverket för svåra situationer. Ett testprogram utvecklas där genomskärningstester kan utföras och jämföras mot Separating Axis Theorem (SAT). Grafer av typen heatmaps skapas också för att visa hur hög precision nätverket har. Resultat. Resultaten visar att nätverket har hög precision vid klassificering av spelobjekt liknande de som den tidigare har tränat på. Nätverket har sämre precision när nya spelobjekt introduceras. De uppmätta exekveringstiderna visar att det neurala nätverket är 15.6 gånger så snabbt som singeltrådade implementationen av SAT och 2.3 gånger så snabbt som den flertrådade SAT-implementationen. Slutsatser. Det tränade nätverket kan användas som ett tidig avbrott innan en dyrare algoritm används. Den snabbare genomskärningstestningen kan vara användbar i spelfysik eftersom den tillåter snabbare klassificering av vilka spelobjekt som behöver testas för kollision. Det huvudsakliga utfallet är den visade potentialen för vidare forskning inom området vilket inkluderar träning av ett mer generellt nätverk, möjlighet att variera spelobjektens storlek samt ge information för att kunna lösa kollisioner.

No description available.