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Real-time visualization of 3D city models

Buchholz, Henrik January 2006 (has links)
An increasing number of applications requires user interfaces that facilitate the handling of large geodata sets. Using virtual 3D city models, complex geospatial information can be communicated visually in an intuitive way. Therefore, real-time visualization of virtual 3D city models represents a key functionality for interactive exploration, presentation, analysis, and manipulation of geospatial data. This thesis concentrates on the development and implementation of concepts and techniques for real-time city model visualization. It discusses rendering algorithms as well as complementary modeling concepts and interaction techniques. Particularly, the work introduces a new real-time rendering technique to handle city models of high complexity concerning texture size and number of textures. Such models are difficult to handle by current technology, primarily due to two problems: - Limited texture memory: The amount of simultaneously usable texture data is limited by the memory of the graphics hardware. - Limited number of textures: Using several thousand different textures simultaneously causes significant performance problems due to texture switch operations during rendering. The multiresolution texture atlases approach, introduced in this thesis, overcomes both problems. During rendering, it permanently maintains a small set of textures that are sufficient for the current view and the screen resolution available. The efficiency of multiresolution texture atlases is evaluated in performance tests. To summarize, the results demonstrate that the following goals have been achieved: - Real-time rendering becomes possible for 3D scenes whose amount of texture data exceeds the main memory capacity. - Overhead due to texture switches is kept permanently low, so that the number of different textures has no significant effect on the rendering frame rate. Furthermore, this thesis introduces two new approaches for real-time city model visualization that use textures as core visualization elements: - An approach for visualization of thematic information. - An approach for illustrative visualization of 3D city models. Both techniques demonstrate that multiresolution texture atlases provide a basic functionality for the development of new applications and systems in the domain of city model visualization. / Eine zunehmende Anzahl von Anwendungen benötigt Benutzungsschnittstellen, um den Umgang mit großen Geodatenmengen zu ermöglichen. Virtuelle 3D-Stadtmodelle bieten eine Möglichkeit, komplexe raumbezogene Informationen auf intuitive Art und Weise visuell erfassbar zu machen. Echtzeit-Visualisierung virtueller Stadtmodelle bildet daher eine Grundlage für die interaktive Exploration, Präsentation, Analyse und Bearbeitung raumbezogener Daten. Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Implementierung von Konzepten und Techniken für die Echtzeit-Visualisierung virtueller 3D-Stadtmodelle. Diese umfassen sowohl Rendering-Algorithmen als auch dazu komplementäre Modellierungskonzepte und Interaktionstechniken. Insbesondere wird in dieser Arbeit eine neue Echtzeit-Rendering-Technik für Stadtmodelle hoher Komplexität hinsichtlich Texturgröße und Texturanzahl vorgestellt. Solche Modelle sind durch die derzeit zur Verfügung stehende Technologie schwierig zu bewältigen, vor allem aus zwei Gründen: - Begrenzter Textur-Speicher: Die Menge an gleichzeitig nutzbaren Texturdaten ist beschränkt durch den Speicher der Grafik-Hardware. - Begrenzte Textur-Anzahl: Die gleichzeitige Verwendung mehrerer tausend Texturen verursacht erhebliche Performance-Probleme aufgrund von Textur-Umschaltungs-Operationen während des Renderings. Das in dieser Arbeit vorgestellte Verfahren, das Rendering mit Multiresolutions-Texturatlanten löst beide Probleme. Während der Darstellung wird dazu permanent eine kleine Textur-Menge verwaltet, die für die aktuelle Sichtperspektive und die zur Verfügung stehende Bildschirmauflösung hinreichend ist. Die Effizienz des Verfahrens wird in Performance-Tests untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die folgenden Ziele erreicht werden: - Echtzeit-Darstellung wird für Modelle möglich, deren Texturdaten-Menge die Kapazität des Hauptspeichers übersteigt. - Der Overhead durch Textur-Umschaltungs-Operationen wird permanent niedrig gehalten, so dass die Anzahl der unterschiedlichen Texturen keinen wesentlichen Einfluss auf die Bildrate der Darstellung hat. Die Arbeit stellt außerdem zwei neue Ansätze zur 3D-Stadtmodell-Visualisierung vor, in denen Texturen als zentrale Visualisierungselemente eingesetzt werden: - Ein Verfahren zur Visualisierung thematischer Informationen. - Ein Verfahren zur illustrativen Visualisierung von 3D-Stadtmodellen. Beide Ansätze zeigen, dass Rendering mit Multiresolutions-Texturatlanten eine Grundlage für die Entwicklung neuer Anwendungen und Systeme im Bereich der 3D-Stadtmodell-Visualisierung bietet.
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Texturen – Identitäten – Theorien : Ergebnisse des Arbeitstreffens des Jungen Forums Slavistische Literaturwissenschaft in Trier 2010 / Textures - Identities - Theories : Results of the workshop of the Young Forum of Slavonic Literary Studies in Trier 2010

January 2011 (has links)
Der Sammelband umfasst die Beiträge des 10. Arbeitstreffens slavistischer Nachwuchswissenschaftler im Rahmen des Jungen Forums Slavistischer Literaturwissenschaft (JFSL), das vom 26. bis zum 28. März 2010 an der Universität Trier stattfand. Präsentiert wird ein Überblick über aktuelle Forschungsrichtungen und -themen der deutschsprachigen Slavistik, der trotz der weiter bestehenden Dominanz der Russistik eine zunehmende Tendenz zu Studien über verschiedene slavische Literaturen zeigt. Die Beiträge lassen sich in drei große Bereiche differenzieren: Der erste Teil ,Texturen' beinhaltet literaturwissenschaftliche Studien, die sich mit den textimannenten Effekten literarischer Werke auseinandersetzen. Der Text als Gewebe wird auf seine Fadendichte und -verkreuzung wie Entstehung und Tradierung bestimmter Motive und Topoi, Decodierung intertextueller Referenzen oder Allegorisierungs- und Symbolisierungprozesse hin analysiert. Der zweite Teil vereinigt unter dem Begriff ,Identitäten' Arbeiten aus dem Bereich der kulturwissenschaftlich orientierten Literaturwissenschaft, die mit Geschlechter-, Raum-, Erinnerungs- und postkolonialen Konzepten den Fragen der literarischen Identitätsgenese nachgehen. Untersucht werden ästhetische Umsetzungen von Machtdispositiven, Hierarchiebildungen und Ausschlussmechanismen. Die Beiträge des dritten Teils ,Theorien' reflektieren entweder die Literaturforschung und ihre Ästhetiktheorien oder unternehmen einen Theorieimport aus verschiedenen Disziplinen wie Philosophie, strukturalistische Psychoanalyse, Neuro-, Geschichts- oder Translationswissenschaften, die sich für die Analyse literarischer Texte als fruchtbar erweisen und damit das Literaturverständnis erweitern. / This collection covers the articles compiled in the 10th workshop of Slavonic Study PhD-Students and postgraduates within the framework of the ‘Young Forum of Slavonic Literary Studies’ (JFSL) which took place at Trier University between March 26 and March 28 2010. Participants presented an overview of the current fields of research in German language Slavonic studies, which, despite a prevalence of Russian Studies, shows a growing trend towards multi-Slavonic literature studies. The articles can be divided into three different categories: The first category, textures, comprises literary studies which expose anticipated text effects of literary works. Text is analyzed in the context of its fabric density, for instance, development of particular motives and topics, and the decoding of intertextual references or allegories and symbology. The second category, identities, aggregates works from culturally-oriented Literary studies, which follow questions of the literary genesis of identity concerning gender, space, memory and post-colonialism. Here, the aesthetic shifts of power disposition, demonstrative hierarchy and the mechanisms of exclusion are evaluated. The third category, theories, reflects literary research and its theories of the aesthetic or importation of theory from a variety of disciplines such as philosophy, structural psychoanalysis, neuroscience, history and translation studies, which show themselves as fertile literary texts for analysis and as such may extend our understandings of literature.
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Texturierung und Visualisierung virtueller 3D-Stadtmodelle / Texturing and Visualization of Virtual 3D City Models

Lorenz, Haik January 2011 (has links)
Im Mittelpunkt dieser Arbeit stehen virtuelle 3D-Stadtmodelle, die Objekte, Phänomene und Prozesse in urbanen Räumen in digitaler Form repräsentieren. Sie haben sich zu einem Kernthema von Geoinformationssystemen entwickelt und bilden einen zentralen Bestandteil geovirtueller 3D-Welten. Virtuelle 3D-Stadtmodelle finden nicht nur Verwendung als Mittel für Experten in Bereichen wie Stadtplanung, Funknetzplanung, oder Lärmanalyse, sondern auch für allgemeine Nutzer, die realitätsnah dargestellte virtuelle Städte in Bereichen wie Bürgerbeteiligung, Tourismus oder Unterhaltung nutzen und z. B. in Anwendungen wie GoogleEarth eine räumliche Umgebung intuitiv erkunden und durch eigene 3D-Modelle oder zusätzliche Informationen erweitern. Die Erzeugung und Darstellung virtueller 3D-Stadtmodelle besteht aus einer Vielzahl von Prozessschritten, von denen in der vorliegenden Arbeit zwei näher betrachtet werden: Texturierung und Visualisierung. Im Bereich der Texturierung werden Konzepte und Verfahren zur automatischen Ableitung von Fototexturen aus georeferenzierten Schrägluftbildern sowie zur Speicherung oberflächengebundener Daten in virtuellen 3D-Stadtmodellen entwickelt. Im Bereich der Visualisierung werden Konzepte und Verfahren für die multiperspektivische Darstellung sowie für die hochqualitative Darstellung nichtlinearer Projektionen virtueller 3D-Stadtmodelle in interaktiven Systemen vorgestellt. Die automatische Ableitung von Fototexturen aus georeferenzierten Schrägluftbildern ermöglicht die Veredelung vorliegender virtueller 3D-Stadtmodelle. Schrägluftbilder bieten sich zur Texturierung an, da sie einen Großteil der Oberflächen einer Stadt, insbesondere Gebäudefassaden, mit hoher Redundanz erfassen. Das Verfahren extrahiert aus dem verfügbaren Bildmaterial alle Ansichten einer Oberfläche und fügt diese pixelpräzise zu einer Textur zusammen. Durch Anwendung auf alle Oberflächen wird das virtuelle 3D-Stadtmodell flächendeckend texturiert. Der beschriebene Ansatz wurde am Beispiel des offiziellen Berliner 3D-Stadtmodells sowie der in GoogleEarth integrierten Innenstadt von München erprobt. Die Speicherung oberflächengebundener Daten, zu denen auch Texturen zählen, wurde im Kontext von CityGML, einem international standardisierten Datenmodell und Austauschformat für virtuelle 3D-Stadtmodelle, untersucht. Es wird ein Datenmodell auf Basis computergrafischer Konzepte entworfen und in den CityGML-Standard integriert. Dieses Datenmodell richtet sich dabei an praktischen Anwendungsfällen aus und lässt sich domänenübergreifend verwenden. Die interaktive multiperspektivische Darstellung virtueller 3D-Stadtmodelle ergänzt die gewohnte perspektivische Darstellung nahtlos um eine zweite Perspektive mit dem Ziel, den Informationsgehalt der Darstellung zu erhöhen. Diese Art der Darstellung ist durch die Panoramakarten von H. C. Berann inspiriert; Hauptproblem ist die Übertragung des multiperspektivischen Prinzips auf ein interaktives System. Die Arbeit stellt eine technische Umsetzung dieser Darstellung für 3D-Grafikhardware vor und demonstriert die Erweiterung von Vogel- und Fußgängerperspektive. Die hochqualitative Darstellung nichtlinearer Projektionen beschreibt deren Umsetzung auf 3D-Grafikhardware, wobei neben der Bildwiederholrate die Bildqualität das wesentliche Entwicklungskriterium ist. Insbesondere erlauben die beiden vorgestellten Verfahren, dynamische Geometrieverfeinerung und stückweise perspektivische Projektionen, die uneingeschränkte Nutzung aller hardwareseitig verfügbaren, qualitätssteigernden Funktionen wie z.~B. Bildraumgradienten oder anisotroper Texturfilterung. Beide Verfahren sind generisch und unterstützen verschiedene Projektionstypen. Sie ermöglichen die anpassungsfreie Verwendung gängiger computergrafischer Effekte wie Stilisierungsverfahren oder prozeduraler Texturen für nichtlineare Projektionen bei optimaler Bildqualität. Die vorliegende Arbeit beschreibt wesentliche Technologien für die Verarbeitung virtueller 3D-Stadtmodelle: Zum einen lassen sich mit den Ergebnissen der Arbeit Texturen für virtuelle 3D-Stadtmodelle automatisiert herstellen und als eigenständige Attribute in das virtuelle 3D-Stadtmodell einfügen. Somit trägt diese Arbeit dazu bei, die Herstellung und Fortführung texturierter virtueller 3D-Stadtmodelle zu verbessern. Zum anderen zeigt die Arbeit Varianten und technische Lösungen für neuartige Projektionstypen für virtueller 3D-Stadtmodelle in interaktiven Visualisierungen. Solche nichtlinearen Projektionen stellen Schlüsselbausteine dar, um neuartige Benutzungsschnittstellen für und Interaktionsformen mit virtuellen 3D-Stadtmodellen zu ermöglichen, insbesondere für mobile Geräte und immersive Umgebungen. / This thesis concentrates on virtual 3D city models that digitally encode objects, phenomena, and processes in urban environments. Such models have become core elements of geographic information systems and constitute a major component of geovirtual 3D worlds. Expert users make use of virtual 3D city models in various application domains, such as urban planning, radio-network planning, and noise immision simulation. Regular users utilize virtual 3D city models in domains, such as tourism, and entertainment. They intuitively explore photorealistic virtual 3D city models through mainstream applications such as GoogleEarth, which additionally enable users to extend virtual 3D city models by custom 3D models and supplemental information. Creation and rendering of virtual 3D city models comprise a large number of processes, from which texturing and visualization are in the focus of this thesis. In the area of texturing, this thesis presents concepts and techniques for automatic derivation of photo textures from georeferenced oblique aerial imagery and a concept for the integration of surface-bound data into virtual 3D city model datasets. In the area of visualization, this thesis presents concepts and techniques for multiperspective views and for high-quality rendering of nonlinearly projected virtual 3D city models in interactive systems. The automatic derivation of photo textures from georeferenced oblique aerial imagery is a refinement process for a given virtual 3D city model. Our approach uses oblique aerial imagery, since it provides a citywide highly redundant coverage of surfaces, particularly building facades. From this imagery, our approach extracts all views of a given surface and creates a photo texture by selecting the best view on a pixel level. By processing all surfaces, the virtual 3D city model becomes completely textured. This approach has been tested for the official 3D city model of Berlin and the model of the inner city of Munich accessible in GoogleEarth. The integration of surface-bound data, which include textures, into virtual 3D city model datasets has been performed in the context of CityGML, an international standard for the exchange and storage of virtual 3D city models. We derive a data model from a set of use cases and integrate it into the CityGML standard. The data model uses well-known concepts from computer graphics for data representation. Interactive multiperspective views of virtual 3D city models seamlessly supplement a regular perspective view with a second perspective. Such a construction is inspired by panorama maps by H. C. Berann and aims at increasing the amount of information in the image. Key aspect is the construction's use in an interactive system. This thesis presents an approach to create multiperspective views on 3D graphics hardware and exemplifies the extension of bird's eye and pedestrian views. High-quality rendering of nonlinearly projected virtual 3D city models focuses on the implementation of nonlinear projections on 3D graphics hardware. The developed concepts and techniques focus on high image quality. This thesis presents two such concepts, namely dynamic mesh refinement and piecewise perspective projections, which both enable the use of all graphics hardware features, such as screen space gradients and anisotropic texture filtering under nonlinear projections. Both concepts are generic and customizable towards specific projections. They enable the use of common computer graphics effects, such as stylization effects or procedural textures, for nonlinear projections at optimal image quality and interactive frame rates. This thesis comprises essential techniques for virtual 3D city model processing. First, the results of this thesis enable automated creation of textures for and their integration as individual attributes into virtual 3D city models. Hence, this thesis contributes to an improved creation and continuation of textured virtual 3D city models. Furthermore, the results provide novel approaches to and technical solutions for projecting virtual 3D city models in interactive visualizations. Such nonlinear projections are key components of novel user interfaces and interaction techniques for virtual 3D city models, particularly on mobile devices and in immersive environments.
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A Framework for example-based Synthesis of Materials for Physically Based Rendering

Rudolph, Carsten 14 February 2019 (has links)
In computer graphics, textures are used to create detail along geometric surfaces. They are less computationally expensive than geometry, but this efficiency is traded for greater memory demands, especially with large output resolutions. Research has shown, that textures can be synthesized from low-resolution exemplars, reducing overall runtime memory cost and enabling applications, like remixing existing textures to create new, visually similar representations. In many modern applications, textures are not limited to simple images, but rather represent geometric detail in different ways, that describe how lights interacts at a certain point on a surface. Physically Based Rendering (PBR) is a technique, that employs complex lighting models to create effects like self-shadowing, realistic reflections or subsurface scattering. A set of multiple textures is used to describe what is called a material. In this thesis, example-based texture synthesis is extented to physical lighting models to create a physically based material synthesizer. It introduces a framework that is capable of utilizing multiple texture maps to synthesize new representations from existing material exemplars. The framework is then tested with multiple exemplars from different texture categories, to prospect synthesis performance in terms of quality and computation time. The synthesizer works in uv space, enabling to re-use the same exemplar material at runtime with different uv maps, reducing memory cost, whilst increasing visual varienty and minimizing repetition artifacts. The thesis shows, that this can be done effectively, without introducing inconsitencies like seams or discontiuities under dynamic lighting scenarios.:1. Context and Motivation 2. Introduction 2.1. Terminology: What is a Texture? 2.1.1. Classifying Textures 2.1.2. Characteristics and Appearance 2.1.3. Advanced Analysis 2.2. Texture Representation 2.2.1. Is there a theoretical Limit for Texture Resolution? 2.3. Texture Authoring 2.3.1. Texture Generation from Photographs 2.3.2. Computer-Aided Texture Generation 2.4. Introduction to Physically Based Rendering 2.4.1. Empirical Shading and Lighting Models 2.4.2. The Bi-Directional Reflectance Distribution Function (BRDF) 2.4.3. Typical Texture Representations for Physically Based Models 3. A brief History of Texture Synthesis 3.1. Algorithm Categories and their Developments 3.1.1. Pixel-based Texture Synthesis 3.1.2. Patch-based Texture Synthesis 3.1.3. Texture Optimization 3.1.4. Neural Network Texture Synthesis 3.2. The Purpose of example-based Texture Synthesis Algorithms 4. Framework Design 4.1. Dividing Synthesis into subsequent Stages 4.2. Analysis Stage 4.2.1. Search Space 4.2.2. Guidance Channel Extraction 4.3. Synthesis Stage 4.3.1. Synthesis by Neighborhood Matching 4.3.2. Validation 5. Implementation 5.1. Modules and Components 5.2. Image Processing 5.2.1. Image Representation 5.2.2. Filters and Guidance Channel Extraction 5.2.3. Search Space and Descriptors 5.2.4. Neighborhood Search 5.3. Implementing Synthesizers 5.3.1. Unified Synthesis Interface 5.3.2. Appearance Space Synthesis: A Hierarchical, Parallel, Per-Pixel Synthesizer 5.3.3. (Near-) Regular Texture Synthesis 5.3.4. Extented Appearance Space: A Physical Material Synthesizer 5.4. Persistence 5.4.1. Codecs 5.4.2. Assets 5.5. Command Line Sandbox 5.5.1. Providing Texture Images and Material Dictionaries 6. Experiments and Results 6.1. Test Setup 6.1.1. Metrics 6.1.2. Result Visualization 6.1.3. Limitations and Conventions 6.2. Experiment 1: Analysis Stage Performance 6.2.1. Influence of Exemplar Resolution 6.2.2. Influence of Exemplar Maps 6.3. Experiment 2: Synthesis Performance 6.3.1. Influence of Exemplar Resolution 6.3.2. Influence of Exemplar Maps 6.3.3. Influence of Sample Resolution 6.4. Experiment 3: Synthesis Quality 6.4.1. Influence of Per-Level Jitter 6.4.2. Influence of Exemplar Maps and Map Weights 7. Discussion and Outlook 7.1. Contributions 7.2. Further Improvements and Research 7.2.1. Performance Improvements 7.2.2. Quality Improvements 7.2.3. Methology 7.2.4. Further Problem Fields
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Exciting helimagnets

Köhler, Laura 08 February 2021 (has links)
Chiral magnets such as MnSi, FeGe or Cu2OSeO3 exhibit a non-centrosymmetric lattice structure which lacks inversion symmetry. The resulting Dzyaloshinskii-Moriya interaction originating from weak spin-orbit coupling stabilizes smooth modulated magnetic textures, namely helices and skyrmions. In this thesis, we study the properties of helimagnets which are systems with a magnetic helix as ground state. First, we examine the consequences of the helical texture for spin wave excitations, so-called helimagnons. We investigate magnon-focusing effects, i.e. magnon flow in very specific directions, which result from flat bands occurring in the helimagnon band structure when the momentum component perpendicular to the helix axis is large. We show that the softness of the Goldstone mode leads to a large dissipation even at very small frequencies cut off only by magnetocrystalline anisotropies or by a magnetic field. Finally, we discuss that dipolar interactions induce non-reciprocal behavior of the spectrum at finite fields and momenta, i.e. the spectrum is not symmetric under reversing the momentum anymore. We calculate the Brillouin light scattering cross section and compare it to experimental results obtained by N. Ogawa [1]. Then, we consider reorientation processes of the helix axis due to an applied magnetic field. We compare the results to magnetic force microscopy measurements in Cu2OSeO3 performed by P. Milde et al. [2]. Afterwards, we point out that the skyrmion lattice orientation has singular points, i.e. points where the orientation is not determined, as a function of the magnetic field direction which is a consequence of the Poincaré-Hopf theorem. Afterwards, we turn to excitations in the form of the basic defects in helimagnets: disclinations and dislocations. Due to the lamellar nature of the helimagnetic texture, analogies to liquid crystals can often be used. We present an analytic parameterization of dislocations transferred from smectic liquid crystals and illustrate that dislocations carry a topological skyrmion charge. We examine dislocation motion in the presence of weak pinning due to random impurities. We derive a Thiele-Langevin equation for the dislocation position which effectively describes one dimensional motion. When reducing the system to two dimensions, this reveals ultra slow anomalous Sinai diffusion which may explain the very long time scales observed in several experiments [3,4]. Eventually, we present our work on domain walls in helimagnets. In magnetic force microscopy experiments performed by P. Schoenherr [5], we have identified three domain wall types. At small angles between the two domains, curvature walls appear. At intermediate angles, one can observe zig-zag disclination walls and at large angles, dislocation walls occur. We present analytical descriptions for curvature and dislocation walls, which we compare to micromagnetic simulation results obtained by J. Masell [5], and comment on the non-trivial topology of helimagnetic domain walls. [1] N. Ogawa, L. Köhler, M. Garst, S. Toyoda, S. Seki, and Y. Tokura, In preparation (2019). [2] P. Milde, E. Neuber, P. Ritzinger, L. Köhler, M. Garst, A. Bauer, C. Pfleiderer, H. Berger, and L. M. Eng, In preparation (2019). [3] A. Dussaux, P. Schoenherr, K. Koumpouras, J. Chico, K. Chang, L. Lorenzelli, N. Kanazawa, Y. Tokura, M. Garst, A. Bergman, C. L. Degen, and D. Meier, Nature Communications 7, 12430 (2016). [4] A. Bauer, A. Chacon, M. Wagner, M. Halder, R. Georgii, A. Rosch, C. Pfleiderer, and M. Garst, Physical Review B 95, 024429 (2017). [5] P. Schoenherr, J. Müller, L. Köhler, A. Rosch, N. Kanazawa, Y. Tokura, M. Garst, and D. Meier, Nature Physics 14, 465 (2018).:Introduction 1. Introduction to chiral magnets 1.1. Helimagnets 1.1.1. Magnetic phase diagram of chiral magnets 1.2. Skyrmions 1.2.1. Topology 1.2.2. Magnetic skyrmions 1.2.3. Skyrmion motion 1.2.4. Emergent electrodynamics 1.3. Model for chiral magnets 2. Spin waves in helimagnets 2.1. Linear spin wave theory for helimagnons 2.1.1. Fluctuations in the harmonic approximation 2.1.2. Spectrum at small momenta and fields 2.1.3. Frequency broadening from Gilbert damping 2.2. Magnon-focusing effects 2.3. Enhanced local dissipation 2.3.1. Global static susceptibility in the limit k, k' → 0 2.3.2. Local damping 2.4. Non-reciprocity 2.4.1. Non-reciprocity of the spectrum 2.4.2. Brillouin light scattering cross section 3. Orientation of magnetic order 3.1. Helix reorientation transition in MnSi 3.1.1. Effective Landau potential for the helix pitch 3.1.2. Experimental results 3.2. Helix reorientation in Cu2OSeO3 3.3. Skyrmion lattice orientation 4. Disclinations and dislocations 4.1. Liquid crystals 4.1.1. Types of liquid crystals 4.1.2. Energetics of liquid crystals 4.2. Disclinations 4.2.1. Elasticity theory for disclinations 4.3. Dislocations 4.3.1. Volterra process and Burgers vector 4.3.2. Elasticity theory for dislocations 4.3.3. Mermin-Ho relation in helimagnets 4.3.4. Topological skyrmion charge 5. Dislocation motion 5.1. Thiele approach for one helimagnetic dislocation 5.1.1. Motion in the presence of pinning 5.1.2. Corrections from elastic deformations 5.2. Dislocation diffusion 5.2.1. Sinai diffusion and toy model simulations 5.2.2. Susceptibility with Sinai diffusion 5.2.3. Dislocation string 6. Domain walls 6.1. Experimental and numerical methods 6.2. Domain wall types in helimagnets 6.3. Energetics of helimagnetic domain walls 6.3.1. Curvature wall 6.3.2. Dislocation wall 6.4. Topological domain wall structures 7. Discussion and outlook Appendix A. Details on helimagnons B. Formalism of linear-spin wave theory in helimagnets C. Deviations from the helix Bibliography List of Figures Index Danksagung

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