Techn. Universiẗat, Diss., 2005--München.

Thesis (MSc (Computer Science))--University of Stellenbosch, 2009. / Super cially realistic worlds can easily be created using fractal landscapes. Such landscapes are limited in that real-world geological features such as caves and overhangs are impossible using a standard height eld representation. Interactive, realistic simulation of terrain evolution on such landscapes has proved elusive and does not generally provide direct control over the placement of landscape features. This thesis presents an interactive terrain design system, which enables the user to generate localised, speci c terrain features, as well as generalised global characteristics. A fully volumetric terrain representation is used to allow varied three dimensional terrain features. A hybrid rendering algorithm is employed to e ciently render the volumetric data set, while allowing interactive terrain deformation. Small terrain deformation is enabled using voxel carving, while larger terrain features is generated using an adoption of the Wires algorithm. A fractal river network generation technique is presented and adopted for voxel terrain. These tools provide the user with interactive feedback to allow for more dynamic terrain design.

La surface foliaire des arbres est un des paramètres majeurs pour comprendre l’écosystème forestier. Par ailleurs, les données du lidar terrestre peuvent être utilisées pour estimer la surface et la distribution spatiale fine du feuillage et du bois dans la forêt. Malheureusement, ces données sont affectées par des problèmes d’occlusion et d’échantillonnage inégal. C’est pourquoi, ce projet vise à développer une méthode de normalisation des données du lidar terrestre afin de permettre une évaluation juste de la distribution 3D du matériel végétatif. Dès lors, la voxélisation du nuage de points en petits cubes élémentaires complétés par une technique d’interpolation pour les voxels trop occlus a été mise en place pour corriger ces effets. Toutefois cet ensemble de méthodes n’a jamais été vérifié, car il est très difficile de procéder à des mesures fines de distribution de la végétation in situ. Dans un premier temps, quatre maquettes qui reproduisent finement des placettes forestières d’inventaire ont été générées de manière à les comparer avec les résultats du processus de correction. Les résultats de cette première approche démontrent, que ce processus de correction permet de retrouver les profils verticaux de végétation avec plus de 90 % d’exactitude sur tous les emplacements forestiers mis à l’essai. Dans un second temps et pour appuyer ces premiers résultats, une méthode de normalisation a été expérimentée sur des nuages de points issus de forêts réelles. Cette deuxième partie de l’étude a été réalisée sur six placettes d’inventaire situées dans l’est du Québec, principalement composées de sapins et d’érables. L’objectif de ce jeu de données était de voir à quel point la méthode précédemment développée permettait de retrouver le profil de végétation de l’arbre cible avant le dégagement de la végétation occultante dans les conditions réelles. Les résultats montrent des corrélations des profils verticaux en moyenne autour de 70 % et allant jusqu’à 85 % dans le meilleur pour les profils exprimés en indice de surface foliaire, c’est-à-dire avant leur conversion en densité de surface totale (DST). Pour conclure, cette étude montre qu’il est possible de corriger significativement les biais relatifs à l’occlusion et à un échantillonnage inégal pour en déduire des profils de densité de la végétation réalistes et réutilisables. En outre, plusieurs défis restent à relever dans la quantification du matériel végétal à partir de l’utilisation du lidar en forêt. Par exemple, en développant des algorithmes d’interpolation capables de compenser la perte d’information quand la végétation ne laisse passer aucun rayon du lidar ou en améliorant l’estimation du feuillage en fonction des différentes espèces d’arbres.

This thesis explores Voxel Cone Tracing as a possible Global Illumination solutionon mobile devices.The rapid increase of performance on low-power graphics processors hasmade a big impact. More advanced computer graphics algorithms are now possi-ble on a new range of devices. One category of such algorithms is Global Illumi-nation, which calculates realistic lighting in rendered scenes. The combinationof advanced graphics and portability is of special interest to implement in newtechnologies like Virtual Reality.The result of this thesis shows that while possible to implement a state of theart Global Illumination algorithm, the performance of mobile Graphics Process-ing Units is still not enough to make it usable in real-time.

京都大学 / 0048 / 新制・論文博士 / 博士(医学) / 乙第13372号 / 論医博第2209号 / 新制||医||1047(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 花川 隆, 教授 髙橋 良輔, 教授 小柳 義夫 / 学位規則第4条第2項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Prädiktion gilt als wesentlicher kognitiver Mechanismus bei der Verarbeitung eingehender äußerer Signale (Bar 2009; Friston, 2005). Das Gehirn entwickelt dazu auf Basis bisheriger Erfahrung kontinuierlich Hypothesen über unmittelbar folgende Reize und führt einen ständigen Abgleich zwischen prädiziertem und tatsächlichem Reiz durch. Auch Sprachverständnis wird durch Prädiktion unterstützt (Kutas et al., 2011; Sohoglu et al., 2012). Im Laufe eines Satzes lassen sich so anhand des semantischen Gehaltes und der syntaktischen Struktur des Satzes mit zunehmender Sicherheit die weiteren Satzelemente bis hin zum satzfinalen Wort prädizieren. Sprachgesunde können die Wortklasse des letzten Wortes eines Satzes nicht nur in semantisch und syntaktisch regulären Sätzen prädizieren, sondern auch in Sätzen, die zwar ein syntaktisches Gerüst, aber eine nur reduzierte semantische Information vorgeben. Für solch syntaktisch gestützte Prädiktion zeigte sich in der fMRT die Aktivierung eines linkslateralisierten Sprachnetzwerkes unter Einschluss des Gyrus frontalis inferior, Sulcus intraparietalis und Gyrus temporalis superior (Bonhage et al., 2015). Ausgehend von den Befunden dieser Studie mit neurotypischen, jungen Probanden wurde in der vorliegenden Arbeit untersucht, inwiefern Probanden mit linkshemisphärieller Läsion im Sprachnetzwerk die Wortklasse eines satzfinalen Wortes prädizieren können. Betrachtet wurden ebenfalls semantisch und syntaktisch reguläre Sätze sowie Sätze, die auf ihr syntaktisches Gerüst reduziert waren. Als Kontrollbedingung dienten Neologismenfolgen. Damit wurde sich des bereits bei sprachgesunden Probanden genutzten experimentellen Paradigmas bedient. Prädiktionsvorgänge wurden dabei mithilfe von Eye-Tracking visualisiert. Im Paradigma wurde zudem durch eine Forced-Choice-Aufgabe die Fähigkeit der Probanden zur syntaktischen Analyse geprüft. Zusätzlich zum Experiment wurde bei allen Probanden ein klinisch etablierter patholinguistischer Test durchgeführt, der spezifisch syntaktische Störungen bei der Rezeption von Sätzen untersucht ('Sätze verstehen', Burchert et al., 2015). Der Test berücksichtigt typische Einflussfaktoren des Satzverständnisses (semantische Reversibilität, Wortstellung, Morphologie und syntaktische Komplexität). Beurteilt werden sollte, inwiefern die Leistung im Prädiktionsexperiment mit der Leistung im klinischen Test korreliert. Die Ergebnisse in Experiment und klinischer Testung wurden anschließend mithilfe der Methode des Voxel-Based Lesion-Symptom Mapping mit den Läsionsmustern der Probanden verglichen. Analysiert werden sollte, inwiefern die Fähigkeit zur Wortklassenprädiktion und die Leistung im Test durch Läsionen in spezifischen Hirnarealen alteriert ist. An der Studie nahmen 32 Probanden teil. Sie erbrachte folgende Ergebnisse: Probanden mit linkshemisphärieller Schädigung im Sprachnetzwerk konnten in semantisch und syntaktisch regulären Sätzen und in Sätzen, die nur ein syntaktisches Gerüst erkennen ließen, gleichermaßen die Wortklasse des finalen Wortes eines Satzes prädizieren. Die Ergebnisse in den beiden Konditionen unterschieden sich nicht signifikant, lagen jedoch signifikant oberhalb der Ratewahrscheinlichkeit. Die Ergebnisse der Forced-Choice-Aufgabe zeigten hingegen signifikante Unterschiede zwischen allen getesteten Konditionen. Die klinische Einschätzung der Probanden bildete sich auf Ebene der geprüften Einflussfaktoren des Satzverständnisses in den Ergebnissen des Prädiktionsexperiments ab, divergierte jedoch bei spezifischem Vergleich von Experiment und Testung, was darauf hinweist, dass unterschiedliche Aspekte syntaktischer Kompetenz selektiv betroffen sein können. Die Korrelation mit den Läsionen der Probanden ergab, dass operkuläre und insuläre Schädigungen zu einer signifikant schlechteren Prädiktion auf syntaktischer Basis führten, Läsionen im oberen und mittleren Temporallappen dagegen zu einer schlechteren Leistung in der klinischen Syntaxtestung. Die Ergebnisse der Studie lassen festhalten, dass auch Patienten mit linkshemisphärieller Läsion im Sprachnetzwerk prädiktive Mechanismen bei Satzverarbeitung anwenden, wenngleich dabei qualitative Unterschiede zum Prädiktionsverhalten Sprachgesunder bestehen. Die mithilfe von Eye-Tracking als Echtzeit-Methode gewonnenen Ergebnisse knüpfen grundlegend an Erkenntnisse aus Blickbewegungsstudien zur Satzverarbeitung aphasischer Patienten an. Die in Experiment und klinischer Testung geprüften syntaktischen Teilleistungen stellten sich dabei als verschiedene Facetten syntaktischer Kompetenz dar. Die Läsionsanalyse erbrachte eine Dissoziation der maßgeblichen Areale für die in Experiment und klinischem Test geprüften Leistungen. Die für die Prädiktionsleistung im Experiment relevanten Areale wichen dabei von den gemeinhin an syntaktischer Verarbeitung beteiligten Hirnregionen ab.:1. Einleitung 1.1 Predictive coding 1.2 Prädiktion im Satzkontext 1.3 Syntaktische Störungen bei Patienten mit Aphasie 1.4 Eye-Tracking 2. Fragestellungen 3. Material und Methoden 3.1 Probanden 3.2 Material 3.3 Durchführung 3.3.1 Versuchsaufbau 3.3.2 Versuchsablauf 3.4 Datenanalyse 3.4.1 Analyse der Eye-Tracking-Daten 3.4.1.1 Prädiktionsparameter 3.4.1.2 Zentrale Fixation 3.4.2 Analyse der Verhaltensdaten 3.4.3 Korrelation von Eye-Tracking- und Verhaltensdaten 3.5 Klinische Diagnostik 3.5.1 Klinische Testbatterie 3.5.2 Sätze verstehen 3.5.2.1 Kerndiagnostik 3.5.2.2 Vertiefende Diagnostik 3.5.2.3 Klassifizierung und Interpretation der Ergebnisse 3.6 Korrelation von klinischen und Eye-Tracking-Daten 3.6.1 Split-Half-Gruppierung 3.6.2 Gruppierung nach Vorliegen einer Störung 3.6.3 Direkte Korrelation von klinischen und Eye-Tracking-Daten 3.7 Läsions-Verhaltens-Analyse 3.7.1 Läsionsdaten 3.7.2 Voxel-Based Lesion-Symptom Mapping 3.7.2.1 Analyse der Eye-Tracking-Daten 3.7.2.2 Analyse der klinischen Daten 4. Ergebnisse 4.1 Experimentelle Daten 4.1.1 Verhaltensdaten 4.1.2 Eye-Tracking-Daten 4.1.2.1 Prädiktionsparameter 4.1.2.2 Zentrale Fixation 4.1.3 Korrelation von Eye-Tracking- und Verhaltensdaten 4.2 Klinische Daten 4.2.1 Klinische Testbatterie 4.2.2 Sätze verstehen 4.2.2.1 Kerndiagnostik 4.2.2.2 Vertiefende Diagnostik 4.3 Korrelation von klinischen und Eye-Tracking-Daten 4.3.1 Split-Half-Gruppierung 4.3.2 Gruppierung nach Vorliegen einer Störung 4.3.3 Direkte Korrelation von klinischen und Eye-Tracking-Daten 4.4 Läsions-Verhaltens-Analyse 4.4.1 Voxelbasierte Läsions-Verhaltens-Analyse 4.4.2 Regionsbasierte Läsions-Verhaltens-Analyse 4.4.2.1 Regionsbasierte Analyse der Eye-Tracking-Daten 4.4.2.2 Regionsbasierte Analyse der klinischen Daten 4.4.3 Zusammenfassung der Läsions-Verhaltens-Analyse 5. Diskussion 5.1 Diskussion der experimentellen Daten 5.1.1 Verhaltensdaten 5.1.2 Eye-Tracking-Daten 5.1.3 Vergleich von Verhaltens- und Eye-Tracking-Daten 5.1.4 Korrelation von Verhaltens- und Eye-Tracking-Daten 5.2 Diskussion der klinischen Daten 5.3 Diskussion der Korrelation von experimentellen und klinischen Daten 5.3.1 Vereinbarkeit von Experiment und klinischer Testung 5.3.2 Einordnung und Stellenwert der Ergebnisse 5.3.2.1 Der Kanonizitätseffekt 5.3.2.2 Aphasische Online-Verarbeitung nicht-kanonischer Sätze 5.4 Diskussion der Läsions-Verhaltens-Analyse 5.4.1 Läsions-Verhaltens-Analyse der Eye-Tracking-Daten 5.4.2 Läsions-Verhaltens-Analyse der klinischen Daten 5.4.3 Vergleich der Ergebnisse 5.5 Beantwortung der Fragestellungen 6. Zusammenfassung 7. Literaturverzeichnis 8. Abbildungsverzeichnis 9. Tabellenverzeichnis 10. Anlagen 11. Eigenständigkeitserklärung 12. Danksagung

In this paper we introduce an algorithm for the creation of polyhedral approximations for objects represented as strongly connected sets of voxels in three-dimensional binary images. The algorithm generates the convex hull of a given object and modifies the hull afterwards by recursive repetitions of generating convex hulls of subsets of the given voxel set or subsets of the background voxels. The result of this method is a polyhedron which separates object voxels from background voxels. The objects processed by this algorithm and also the background voxel components inside the convex hull of the objects are restricted to have genus 0. The second aim of this paper is to present some improvements to our convex hull algorithm to reduce computation time.

Background. Getting realistic in 3D worlds has been a goal for the game industry since its creation. With the knowledge of how light works; computing a realistic looking image is possible. The problem is that it takes too much computational power for it to be to able render in real-time with an acceptable frame rate. In a paper Jendersie, Kuri and Grosch[8] and in a thesis by Kuri [9] they present a method of calculation light paths ahead-of-time, that will then be used at run-time to get realistic light. The problem with this is that only allows for static world. Objectives and Research questions. The objective of this thesis is to continue the work of the previously mentioned paper to allow the lighting system to be used for a dynamic voxel world. Where it will update the internal data structures when the world changes. Furthermore, this thesis will also answer how this lighting system is adapted for a voxel world, and additionally it will give suggestions of what can be done next. The questions this research will answer are: How can the creation algorithms of a Surfel and Light Cache GI system be optimized so it can be used in real-time while having interactive frame-rates? In what aspects does a voxel world, compared to a vertex world, influence the implementation of this GI system? Methods. The research questions will be answer by implementing the lighting system into a voxel engine and then optimizing it to allow it to be use at run-time with interactable frame-rates. Results. The result gather shows that a speedup of about 2.5 can be achieved by parallelizing the tasks into their own thread, and by allowing the lighting data to be a few frames behind. Conclusions. The experiment was successful and it shows that the lighting system can be optimized so it can be used at run-time. Additionally it explains how a voxel world influences the implementation of this lighting system. There is future work that can be done. For example, making a replication study where the algorithms are implemented into more engines to validate the results, exploring more optimization techniques, etc.

Phonotaktik beschreibt die mögliche Anordnung von Phonemen innerhalb eines Wortes, Morphems oder einer Silbe in einer bestimmten Sprache. Im Deutschen ist /br/ ein zulässiger, „legaler“ Silbenkopf und steht am Anfang von Worten wie Brot, breit und Brief. /bz/ hingegen ist ein nicht zulässiger, „illegaler“ Silbenkopf, mit dem kein Wort beginnt. Im Slovakischen hingegen ist /bz/ ein legaler Silbenkopf. Diese Studie untersucht erstmals die Verarbeitung von phonotaktischem Material bei Patienten, die eine Läsion der perisylvischen Sprachareale in der linken Hirnhemisphäre erlitten haben, im Vergleich zu gesunden Probanden. Methodische Grundlagen der Studie sind die Elektroenzephalographie (EEG) und die strukturelle Magnetresonanztomographie (MRT), sowie drei klinische Aphasietests zur phonologischen, semantischen und lexikalischen Unterscheidung (LEMOs). Diese wurden sowohl einzeln ausgewertet, als auch mit der Methode der Voxel-basierten Läsion-Symptom-Kartierung (VLSM) miteinander korreliert. Die EEG soll vor allem den Zeitverlauf darstellen, während die VLSM-Analysen Regionen abgrenzen sollen, die an der Verarbeitung von phonotaktischem Material beteiligt sind. In den vereinzelten Studien, die die neuronale Grundlage phonotaktischer Verarbeitung untersuchten, wurde bisher der Gyrus temporalis superior (STG) dafür identifiziert. Bis dato ist unklar, ob phonotaktische Verarbeitung eher ein sublexikalischer Prozess ist der „Bottom-up“ stattfindet, oder ob er eher „Top-down“ vom Lexikon beeinflusst wird. In der vorliegenden Arbeit wurden 252 einsilbige Pseudowörter den 70 Probanden auditorisch präsentiert und währenddessen ein EEG abgeleitet. Die Stimuli wurden als unabhängige Variable so manipuliert, das je 84 mit legalem und illegalem Silbenkopf begannen, und 84 rückwärts abgespielte Stimuli aus beiden Kategorien waren. Lexikalische Einflüsse wurden durch das Verwenden von Pseudowörtern ausgeschlossen. Hinsichtlich ihrer Sprachnatürlichkeit wurden die Stimuli mit Pseudowörtern kontrolliert, die mit slovakischen Silbenköpfen begannen und die entgegengesetzte Legalität hatten. Die Studie zeigte folgende Ergebnisse: EEG: Es ergab sich ein signifikanter Unterschied zwischen vorwärts und rückwärts abgespielten Stimuli für beide Gruppen (Patienten und Kontrollen) und über alle Elektroden verteilt im Zeitfenster (300-450ms). Zwischen legalen und illegalen Stimuli zeigte sich kein Unterschied im EEG. EEG/MRT (VLSM): Der Kontrast zwischen vorwärts und rückwärts abgespielten Stimuli korrelierte mit Bereichen im hinteren und unteren Parietallappen, einschließlich des Gyrus supramarginalis und Gyrus angularis (IPC/PPC). Der Kontrast zwischen legalen und illegalen Stimuli im EEG korrelierte mit Bereichen im mittleren und vorderen Bereich des mittleren und oberen Temporallappens (MTG/STG). LEMO: In allen drei klinischen Aphasietests (phonologisch, lexikalisch und semantisch) machten die Patienten signifikant mehr Fehler als die Kontrollprobanden. LEMO/MRT (VLSM): Frontale Läsionen im Bereich des IFG korrelierten mit einem schlechteren Ergebnis im semantischen Test (SEM). Läsionen im hinteren temporo-parietalen Bereich (Gyrus angularis) korrelierten mit einem schlechteren Abschneiden im phonologischen Test (PHON). Die Korrelation von Läsion und Ergebnis im lexikalischen Test (LEMO , LEX) wurde nicht signifikant. Die Ergebnisse legen nahe, dass Patienten mit Läsion im Sprachnetzwerk phonotaktisches Material ähnlich wie gesunde Probanden verarbeiten. Insgesamt unterstützt die Studie eher die These eines Top-down lexikalischen Einflusses als einer Bottom-up sublexikalischen Verarbeitung. Rückwärtssprache wird von beiden Gruppen anders als Vorwärtssprache verarbeitet und führt zu einer signifikanten Negativierung im EEG um 400ms. Die Studie bestätigt den Gyrus temporalis superior (STG) als relevante Region zur Unterscheidung von phonotaktischen Merkmalen. Erstmals wurde in diesem Zusammenhang die Methode der Voxel-basierten Läsion-Symptom-Kartierung (VLSM) angewendet. Die Kongruenz der Ergebnisse mit der vorhandenen Literatur gibt erste Hinweise für die Validität dieses Verfahrens, sodass vorgeschlagen wird, es in weiteren Studien zur Sprachverarbeitung fortzuführen und zu etablieren.:Inhalt Zusammenfassung 1 1. Einleitung 3 1.1 Neuronale Netzwerke der Sprachverarbeitung 3 1.1.1 Das duale Pfadsystem 4 1.1.2 Weitere Studien zur Bildgebung von Sprachverarbeitungsmodellen 5 1.2 Psycholinguistische Modelle der Sprachverarbeitung 8 1.3 Phonotaktik 10 1.4 N400 als ereigniskorreliertes Potential in der Wortverarbeitung 12 1.5 Weitere ERPs im Zusammenhang mit phonotaktischer/sublexikalischer Verarbeitung 13 1.6 Phonotaktische/Sublexikalische Verarbeitung in der Bildgebung 13 1.7 Rückwärtssprache 14 1.8 ERPs auf wiederholte Stimuli 14 2. Fragestellung 15 3. Material und Methoden 16 3.1 Probanden 16 3.2 Material 18 3.3 Durchführung 19 3.4 Methodik des EEG 21 3.5 ERPs (Ereigniskorrelierte Potentiale) 22 3.6 Durchführung des EEG 23 3.7 Datenanalyse 24 3.7.1 Auswertung des EEG 24 3.8. Behaviorale Messungen 27 3.8.1 Klinisches Assessment der phonologischen, lexiko-semantischen und semantischen Kompetenz (LEMOs) 27 3.8.2 Reaktionszeit und Hit-Rate 27 3.9 Analyse von Läsion und behavioralen Daten und Läsion und EEG 27 3.9.1 MRT-Daten 27 3.9.2 Voxel-basierte Läsion-Symptom –Kartierung (Voxel-Based Lesion-Symptom Mapping) 28 4. Ergebnisse 29 4.1. EEG globale Analyse (ERP-Daten) 30 4.1.1 Einfaktorielle ANOVA 30 4.1.2 Mehrfaktorielle ANOVAs 34 4.1.3 Trial versus Wiederholung 46 4.3 Verhaltensdaten 62 4.3.1 Klinisches Assessment der phonologischen, lexiko-semantischen und semantischen Kompetenz (LEMOs) 62 4.3.2 Reaktionszeit und Trefferrate 62 4.4 Läsionsanalyse 64 4.4.1 Korrelation von Läsions- und Verhaltensdaten 64 Hinweis zu den Zeitfenstern: 66 4.4.2 Korrelation von Läsion und EEG 66 4.4.3 Übersicht der durch die Läsionsanalysen abgegrenzten Regionen 68 5. Diskussion 69 5.1 Diskussion der Verhaltensdaten 69 5.1.1 Experimentelle Verhaltensdaten: Trefferrate und Reaktionszeit 69 5.1.2 Klinische Verhaltensdaten: Aphasietests 70 5.2 Diskussion der EEG-Daten und Vergleich mit bisherigen Studien zur Phonotaktik 71 5.2.1 Bisherige Erkenntnise zu ERPs und Phonotaktik 71 5.2.2 Top-Down stärker als Bottom-Up (i) 72 5.3.3 Möglicher Einfluss der Aufmerksamkeitsaufgabe (ii) 75 5.2.4 Wahl des Zeitfensters (iii) 77 5.2.5 Rückwärtssprache 77 5.2.6 Zusammenfassung im Hinblick auf die Fragestellungen 78 5.3 Läsionsort und Verarbeitung 78 6. Literaturverzeichnis 81 7. Abbildungsverzeichnis 85 8. Tabellenverzeichnis 86 9. Eigenständigkeitserklärung 87 10. Danksagung 88 11. Anlagen 89

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第18451号 / 医博第3906号 / 新制||医||1004(附属図書館) / 31329 / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 福山 秀直, 教授 村井 俊哉, 教授 平岡 眞寛 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DGAM