Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2007.

Univ., Habil.-Schr.--Stuttgart.

Bachelor-Arbeit Univ. St. Gallen, 2007.

Universiẗat, Diss., 1999--Hamburg.

University, Diss., 1999--Tübingen.

Universiẗat, Diss., 2002--Bonn.

Das vorliegende Projekt wurde im Rahmen einer Kooperationsvereinbarung zwischen dem Forschungszentrum Rossendorf (FZR) und der wissenschaftlichen Gruppe von Prof. Melnikon von der Technischen Universität Nishny Novgorod (TUNN) der Russischen Föderation durchgeführt. Es ist Teil des Wissenschaftsunterstützungsprogramms / FSU der Bundesregierung im Rahmen der Beratungshilfe für den Aufbau von Demokratie und sozialer Marktwirtschaft (TRANSFORM). Neue Methoden der Instrumentierung für Zweiphasenströmungen wurden entwickelt: Ultraschall-Wellenleitersonden können zur lokalen Gas- bzw. Dampfgehaltsmessung eingesetzt werden. Der neue Ultraschall-Gittersensor erlaubt eine Visualisierung der Zweiphasenströmung mit ca. 250 Bildern/Sekunde. Sowohl die lokalen Sonden als auch der Ultraschall-Gittersensor können erfolgreich unter den Bedingungen von Wasser-Dampf-Gemisch bei hohem Druck und hoher Temperatur, sowie in anderen Fluiden, wie organischen Flüssigkeiten und Kältemitteln, eingesetzt werden. Darüber hinaus wurden berührungslos arbeitende Wellenleitersonden für die Durchschallung von Rohrleitungen und Dichtesensoren, die auf der Messung der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschall in Wellenleitern beruhen, die sich im Messmedium befinden, entwickelt und getestet. Bei dem gegenwärtigen Stand der Entwicklung können die berührungslosen Sensoren lediglich als qualitativer Nachweis von Gas in einer Flüssigkeitsströmung dienen. Die Funktion der Dichtesensoren wurde anhand von Messungen in verschiedenen einphasigen Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte demonstriert. Für einen praktischen Einsatz ist die weitere Verbesserung der elektronischen Signalerfassung erforderlich. Die hauptsächliche Innovation wird durch den Ultraschall-Gittersensor verkörpert, dessen Auflösung mit der von schnellen elektrischen Gittersensoren und ultraschnellen Röntgentomographen vergleichbar ist, während das Gerät selbst sehr robust und preiswert ist.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit barrierefreien Optionen für gehörlose Gamer. Anhand der Konzeption sowie Implementation eines Horror-Survival FPS Spiels sollen mithilfe der Unity Game Engine visuelle Partikelhilfen auf ihre Effektivität und Auswirkung auf die Spielerfahrung untersucht werden. Das Spiel wurde im Rahmen einer quantitativen sowie qualitativen Nutzungsstudie getestet, wobei die Probanden in zwei Testgruppen unterteilt wurden. Um einen Vergleich herstellen zu können, wurde zum einen der Normale Modus mit Sound getestet sowie der barrierefreie Modus ohne Audioausgabe. Die Ergebnisse ergaben, dass die gewünschten Performance-Werte in beiden Gruppen zustande kamen, jedoch hatten die visuellen Hilfestellungen einen negativen Effekt auf den Gruselfaktor sowie auf den Spielspaß. Die Optionen sind noch ausbaufähig und erfordern genauere Untersuchung, für welches Genre diese optimal wären. Für andere Spieleentwickler bietet die Studie jedoch einen guten Einblick und kann für diese lehrreich sein.:1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Literatur Faktencheck 1.3 Vorbilder 2 Konzept und Implementierung 2.1 Idee/Konzept 2.1.1 Genre 2.1.2 Spielziel 2.1.3 Barrierefreier Anteil 2.2 Hilfstools - Werkzeuge 2.3 Implementierung 2.3.1 Spielwelt 2.3.2 Objekte 2.3.3 Spieler und Gegner 2.3.4 Sound und visuelle Alternativen 2.3.5 Menü und Speichersystem 3 Methodik 3.1 Teilnehmer-Rekrutierung 3.2 Testaufbau 3.3 Messbare Werte 3.4 Hypothesen 4 Auswertung der Ergebnisse 4.1 Personenbezogene Daten 4.2 Genres und ihre Unbeliebtheit 4.3 Ergebnisse im Vergleich der zwei Modi 4.3.1 Player Performance 4.3.2 Empfindungswerte 4.3.3 Player Experience 4.3.4 Feedbacks der Teilnehmer 5 Diskussion 5.1 Schlussfolgerungen der Hypothesen 5.2 Fehlerbetrachtung 6 Fazit Literaturverzeichnis I Abbildungsverzeichnis VI Tabellenverzeichnis VII A Fragebogen VIII

Data mining has proved its significance in various domains and applications. As an important subfield of the general data mining task, subgroup mining can be used, e.g., for marketing purposes in business domains, or for quality profiling and analysis in medical domains. The goal is to efficiently discover novel, potentially useful and ultimately interesting knowledge. However, in real-world situations these requirements often cannot be fulfilled, e.g., if the applied methods do not scale for large data sets, if too many results are presented to the user, or if many of the discovered patterns are already known to the user. This thesis proposes a combination of several techniques in order to cope with the sketched problems: We discuss automatic methods, including heuristic and exhaustive approaches, and especially present the novel SD-Map algorithm for exhaustive subgroup discovery that is fast and effective. For an interactive approach we describe techniques for subgroup introspection and analysis, and we present advanced visualization methods, e.g., the zoomtable that directly shows the most important parameters of a subgroup and that can be used for optimization and exploration. We also describe various visualizations for subgroup comparison and evaluation in order to support the user during these essential steps. Furthermore, we propose to include possibly available background knowledge that is easy to formalize into the mining process. We can utilize the knowledge in many ways: To focus the search process, to restrict the search space, and ultimately to increase the efficiency of the discovery method. We especially present background knowledge to be applied for filtering the elements of the problem domain, for constructing abstractions, for aggregating values of attributes, and for the post-processing of the discovered set of patterns. Finally, the techniques are combined into a knowledge-intensive process supporting both automatic and interactive methods for subgroup mining. The practical significance of the proposed approach strongly depends on the available tools. We introduce the VIKAMINE system as a highly-integrated environment for knowledge-intensive active subgroup mining. Also, we present an evaluation consisting of two parts: With respect to objective evaluation criteria, i.e., comparing the efficiency and the effectiveness of the subgroup discovery methods, we provide an experimental evaluation using generated data. For that task we present a novel data generator that allows a simple and intuitive specification of the data characteristics. The results of the experimental evaluation indicate that the novel SD-Map method outperforms the other described algorithms using data sets similar to the intended application concerning the efficiency, and also with respect to precision and recall for the heuristic methods. Subjective evaluation criteria include the user acceptance, the benefit of the approach, and the interestingness of the results. We present five case studies utilizing the presented techniques: The approach has been successfully implemented in medical and technical applications using real-world data sets. The method was very well accepted by the users that were able to discover novel, useful, and interesting knowledge. / Data Mining wird mit großem Erfolg in vielen Domänen angewandt. Subgruppenentdeckung als wichtiges Teilgebiet des Data Mining kann zum Beispiel gut im Marketing, oder zur Qualitätskontrolle und Analyse in medizinischen Domänen eingesetzt werden. Das allgemeine Ziel besteht darin, potentiell nützliches and letztendlich interessantes Wissen zu entdecken. Jedoch können diese Anforderungen im praktischen Einsatz oft nicht erfüllt werden, etwa falls die eingesetzten Methoden eine schlechte Skalierbarkeit für größere Datensätze aufweisen, falls dem Benutzer zu viele Ergebnisse präsentiert werden, oder falls der Anwender viele der gefundenen Subgruppen-Muster schon kennt. Diese Arbeit stellt eine Kombination von automatischen und interaktiven Techniken vor, um mit den genannten Problemen besser umgehen zu können: Es werden automatische heuristische und vollständige Subgruppenentdeckungs-Verfahren diskutiert, und insbesondere der neuartige SD-Map Algorithmus zur vollständigen Subgruppenentdeckung vorgestellt der sowohl schnell als auch effektiv ist. Bezüglich der interaktiven Techniken werden Methoden zur Subgruppen-Introspektion und Analyse, und fortgeschrittene Visualisierungstechniken vorgestellt, beispielsweise die Zoomtable, die die für die Subgruppenentdeckung wichtigsten Parameter direkt visualisiert und zur Optimierung und Exploration eingesetzt werden kann. Zusätzlich werden verschiedene Visualisierungen zum Vergleich und zur Evaluation von Subgruppen beschrieben um den Benutzer bei diesen essentiellen Schritten zu unterstützen. Weiterhin wird leicht zu formalisierendes Hintergrundwissen vorgestellt, das im Subgruppenentdeckungsprozess in vielfältiger Weise eingesetzt werden kann: Um den Entdeckungsprozess zu fokussieren, den Suchraum einzuschränken, und letztendlich die Effizienz der Entdeckungsmethode zu erhöhen. Insbesondere wird Hintergrundwissen eingeführt, um die Elemente der Anwendungsdomäne zu filtern, um geeignete Abstraktionen zu definieren, Werte zusammenzufassen, und die gefundenen Subgruppenmuster nachzubearbeiten. Schließlich werden diese Techniken in einen wissensintensiven Prozess integriert, der sowohl automatische als auch interaktive Methoden zur Subgruppenentdeckung einschließt. Die praktische Bedeutung des vorgestellten Ansatzes hängt stark von den verfügbaren Werkzeugen ab. Dazu wird das VIKAMINE System als hochintegrierte Umgebung für die wissensintensive aktive Subgruppenentdeckung präsentiert. Die Evaluation des Ansatzes besteht aus zwei Teilen: Hinsichtlich einer Evaluation von Effizienz und Effektivität der Verfahren wird eine experimentelle Evaluation mit synthetischen Daten vorgestellt. Für diesen Zweck wird ein neuartiger in der Arbeit entwickelter Datengenerator angewandt, der eine einfache und intuitive Spezifikation der Datencharakteristiken erlaubt. Für die Evaluation des Ansatzes wurden Daten erzeugt, die ähnliche Charakteristiken aufweisen wie die Daten des angestrebten Einsatzbereichs. Die Ergebnisse der Evaluation zeigen, dass der neuartige SD-Map Algorithmus den anderen in der Arbeit beschriebenen Standard-Algorithmen überlegen ist. Sowohl hinsichtlich der Effizienz, als auch von Precision/Recall bezogen auf die heuristischen Algorithmen bietet SD-Map deutliche Vorteile. Subjektive Evaluationskriterien sind durch die Benutzerakzeptanz, den Nutzen des Ansatzes, und die Interessantheit der Ergebnisse gegeben. Es werden fünf Fallstudien für den Einsatz der vorgestellten Techniken beschrieben: Der Ansatz wurde in medizinischen und technischen Anwendungen mit realen Daten eingesetzt. Dabei wurde er von den Benutzern sehr gut angenommen, und im praktischen Einsatz konnte neuartiges, nützliches, und interessantes Wissen entdeckt werden.

The general map-labeling problem is as follows: given a set of geometric objects to be labeled, or features, in the plane, and for each feature a set of label positions, maximize the number of placed labels such that there is at most one label per feature and no two labels overlap. There are three types of features in a map: point, line, and area features. Unfortunately, one cannot expect to find efficient algorithms that solve the labeling problem optimally. Interactive maps are digital maps that only show a small part of the entire map whereas the user can manipulate the shown part, the view, by continuously panning, zooming, rotating, and tilting (that is, changing the perspective between a top and a bird view). An example for the application of interactive maps is in navigational devices. Interactive maps are challenging in that the labeling must be updated whenever labels leave the view and, while zooming, the label size must be constant on the screen (which either makes space for further labels or makes labels overlap when zooming in or out, respectively). These updates must be computed in real time, that is, the computation must be so fast that the user does not notice that we spend time on the computation. Additionally, labels must not jump or flicker, that is, labels must not suddenly change their positions or, while zooming out, a vanished label must not appear again. In this thesis, we present efficient algorithms that dynamically label point and line features in interactive maps. We try to label as many features as possible while we prohibit labels that overlap, jump, and flicker. We have implemented all our approaches and tested them on real-world data. We conclude that our algorithms are indeed real-time capable. / Das allgemeine Beschriftungsproblem lautet wie folgt: Gegeben sei eine Menge von zu beschriftenden geometrischen Objekten (Referenzobjekte) in der Ebene und für jedes Referenzobjekt eine Menge von Beschriftungspositionen. Maximiere die Anzahl von gesetzten Beschriftungen, sodass jedes Referenzobjekt höchstens eine Beschriftung besitzt und keine zwei Beschriftungen überlappen. In Karten gibt es drei Arten von Referenzobjekten: Punkte, Linien und Gebiete. Leider können wir nicht davon ausgehen, dass es Algorithmen gibt, die das Beschriftungsproblem optimal und effizient, das heißt, mit kurzer Rechenzeit, lösen. Interaktive Karten sind digitale Karten wie sie zum Beispiel in Navigationsgeräten verwendet werden. Interaktive Karten zeigen nur einen Ausschnitt der gesamten Karte, wobei der Benutzer diesen Ausschnitt, den Sichtbereich, verändern kann: Der Benutzer kann den Sichtbereich verschieben, verkleinern und vergrößern (das heißt, heraus- und hineinzoomen), ihn rotieren und die Ansicht kippen, also zwischen Draufsicht und Vogelperspektive variieren. Diese spontanen Änderungen machen das Platzieren von Beschriftungen noch schwieriger. Sobald eine Beschriftung den Sichtbereich verlässt, sollte diese innerhalb des Sichtbereichs neu gesetzt werden. Beim Zoomen soll sich die Größe einer Beschriftung auf dem Bildschirm nicht ändern. Beim Herauszoomen müssen wir daher Beschriftungen löschen um Überlappungen zu verhindern. Beim Hineinzoomen entsteht Platz um weitere Beschriftungen zu platzieren. Diese Aktualisierungen müssen in Echtzeit durchgeführt werden, das heißt, sie müssen so schnell durchgeführt werden, dass der Benutzer nicht bemerkt, dass im Hintergrund neue Positionen berechnet werden. Eine weitere Anforderung interaktiver Karten ist, dass eine Beschriftung nicht springen oder flackern darf, das heißt, wenn eine Beschriftung ihre Position ändern muss, so soll sie sich kontinuierlich zu ihrer neuen Position bewegen, und, während der Benutzer hinauszoomt, darf eine gelöschte Beschriftung nicht wieder eingeblendet werden. In dieser Dissertation stellen wir effiziente Algorithmen vor, die Punkte und Linien dynamisch beschriften. Wir versuchen stets so viele Referenzobjekte wie möglich zu beschriften, wobei wir gleichzeitig fordern, dass die platzierten Beschriftungen weder springen, flackern, noch sich überlappen. Wir haben unsere Algorithmen implementiert und mit Hilfe von echten Kartendaten getestet. Tatsächlich sind unsere Algorithmen echtzeitfähig.