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This study is focused on finite element analysis of a model comprising femur into which a femoral component of a total hip replacement was implanted. The considered prosthesis is fabricated from a functionally graded material (FGM) comprising a layer of a titanium alloy bonded to a layer of hydroxyapatite. The elastic modulus of the FGM was adjusted in the radial, longitudinal, and longitudinal-radial directions by altering the volume fraction gradient exponent. Four cases were studied, involving two different methods of anchoring the prosthesis to the spongy bone and two cases of applied loading. The results revealed that the FG prostheses provoked more SED to the bone. The FG prostheses carried less stress, while more stress was induced to the bone and cement. Meanwhile, less shear interface stress was stimulated to the prosthesis-bone interface in the noncemented FG prostheses. The cement-bone interface carried more stress compared to the prosthesis-cement interface. Stair climbing induced more harmful effects to the implanted femur components compared to the normal walking by causing more stress. Therefore, stress shielding, developed stresses, and interface stresses in the THR components could be adjusted through the controlling stiffness of the FG prosthesis by managing volume fraction gradient exponent.
The node moving and multistage node enrichment adaptive refinement procedures are extended in mixed discrete least squares meshless (MDLSM) method for efficient analysis of elasticity problems. In the formulation of MDLSM method, mixed formulation is accepted to avoid second-order differentiation of shape functions and to obtain displacements and stresses simultaneously. In the refinement procedures, a robust error estimator based on the value of the least square residuals functional of the governing differential equations and its boundaries at nodal points is used which is inherently available from the MDLSM formulation and can efficiently identify the zones with higher numerical errors. The results are compared with the refinement procedures in the irreducible formulation of discrete least squares meshless (DLSM) method and show the accuracy and efficiency of the proposed procedures. Also, the comparison of the error norms and convergence rate show the fidelity of the proposed adaptive refinement procedures in the MDLSM method.
Different types of data provide different type of information. The present research analyzes the error on prediction obtained under different data type availability for calibration. The contribution of different measurement types to model calibration and prognosis are evaluated. A coupled 2D hydro-mechanical model of a water retaining dam is taken as an example. Here, the mean effective stress in the porous skeleton is reduced due to an increase in pore water pressure under drawdown conditions. Relevant model parameters are identified by scaled sensitivities. Then, Particle Swarm Optimization is applied to determine the optimal parameter values and finally, the error in prognosis is determined. We compare the predictions of the optimized models with results from a forward run of the reference model to obtain the actual prediction errors. The analyses presented here were performed calibrating the hydro-mechanical model to 31 data sets of 100 observations of varying data types. The prognosis results improve when using diversified information for calibration. However, when using several types of information, the number of observations has to be increased to be able to cover a representative part of the model domain. For an analysis with constant number of observations, a compromise between data type availability and domain coverage proves to be the best solution. Which type of calibration information contributes to the best prognoses could not be determined in advance. The error in model prognosis does not depend on the error in calibration, but on the parameter error, which unfortunately cannot be determined in inverse problems since we do not know its real value. The best prognoses were obtained independent of calibration fit. However, excellent calibration fits led to an increase in prognosis error variation. In the case of excellent fits; parameters' values came near the limits of reasonable physical values more often. To improve the prognoses reliability, the expected value of the parameters should be considered as prior information on the optimization algorithm.
We demonstrate how logical operations can be implemented in ensembles of protoplasmic tubes of acellular slime mold Physarum polycephalum. The tactile response of the protoplasmic tubes is used to actuate analogs of two- and four-input logical gates and memory devices. The slime mold tube logical gates display results of logical operations by blocking flow in mechanically stimulated tube fragments and redirecting the flow to output tube fragments. We demonstrate how XOR and NOR gates are constructed. We also exemplify circuits of hybrid gates and a memory device. The slime mold based gates are non-electronic, simple and inexpensive, and several gates can be realized simultaneously at sites where protoplasmic tubes merge.
Looking at our face in a mirror is one of the strongest phenomenological experiences of the Self in which we need to identify the face as reflected in the mirror as belonging to us. Recent behavioral and neuroimaging studies reported that self-face identification not only relies upon visual-mnemonic representation of ones own face but also upon continuous updating and integration of visuo-tactile signals. Therefore, bodily self-consciousness plays a major role in self-face identification, with respect to interplay between unisensory and multisensory processing. However, if previous studies demonstrated that the integration of multisensory body-related signals contributes to the visual processing of ones own face, there is so far no data regarding how self-face identification, inversely, contributes to bodily self-consciousness. In the present study, we tested whether selfother face identification impacts either the egocentered or heterocentered visuo-spatial mechanisms that are core processes of bodily self-consciousness and sustain selfother distinction. For that, we developed a new paradigm, named Double Mirror. This paradigm, consisting of a semi-transparent double mirror and computer-controlled Light Emitting Diodes, elicits selfother face merging illusory effect in ecologically more valid conditions, i.e., when participants are physically facing each other and interacting. Self-face identification was manipulated by exposing pairs of participants to an Interpersonal Visual Stimulation in which the reflection of their faces merged in the mirror. Participants simultaneously performed visuo-spatial and mental own-body transformation tasks centered on their own face (egocentered) or the face of their partner (heterocentered) in the pre- and post-stimulation phase. We show that selfother face identification altered the egocentered visuo-spatial mechanisms. Heterocentered coding was preserved. Our data suggest that changes in self-face identification induced a bottom-up conflict between the current visual representation and the stored mnemonic representation of ones own face which, in turn, top-down impacted bodily self-consciousness.
Paraffin Nanocomposites for Heat Management of Lithium-Ion Batteries: A Computational Investigation
(2016)
Lithium-ion (Li-ion) batteries are currently considered as vital components for advances in mobile technologies such as those in communications and transport. Nonetheless, Li-ion batteries suffer from temperature rises which sometimes lead to operational damages or may even cause fire. An appropriate solution to control the temperature changes during the operation of Li-ion batteries is to embed batteries inside a paraffin matrix to absorb and dissipate heat. In the present work, we aimed to investigate the possibility of making paraffin nanocomposites for better heat management of a Li-ion battery pack. To fulfill this aim, heat generation during a battery charging/discharging cycles was simulated using Newman’s well established electrochemical pseudo-2D model. We couple this model to a 3D heat transfer model to predict the temperature evolution during the battery operation. In the later model, we considered different paraffin nanocomposites structures made by the addition of graphene, carbon nanotubes, and fullerene by assuming the same thermal conductivity for all fillers. This way, our results mainly correlate with the geometry of the fillers. Our results assess the degree of enhancement in heat dissipation of Li-ion batteries through the use of paraffin nanocomposites. Our results may be used as a guide for experimental set-ups to improve the heat management of Li-ion batteries.
Previous publications about biochar in anaerobic digestion show encouraging results with regard to increased biogas yields. This work investigates such effects in a solid-state fermentation of bio-waste. Unlike in previous trials, the influence of biochar is tested with a setup that simulates an industrial-scale biogas plant. Both the biogas and the methane yield increased around 5% with a biochar addition of 5%-based on organic dry matter biochar to bio-waste. An addition of 10% increased the yield by around 3%. While scaling effects prohibit a simple transfer of the results to industrial-scale plants, and although the certainty of the results is reduced by the heterogeneity of the bio-waste, further research in this direction seems promising.
Purpose of this study is to evaluate safety impact of the deceleration lane at the Upstream Zone of at-grade U-turns on 4-lane divided Thai highways. A substantial speed reduction is required by vehicles for diverging and making U-turn, and the deceleration lanes are provided for this purpose. These lanes are also providing a storage space for the U-turning vehicles to avoid unnecessary blockage of through lanes and reduce the potential of rear-end collisions. The safety at the U-turn is greatly influenced by the proper or improper use of the deceleration lanes. Subject to their length, full or partial speed adjustment can occur within the deceleration lane also the road users’ behavior is influenced. To assess the safety impact, the four groups of U-turns with the varying length of deceleration lanes were identified. Owing to limitation of availability and reliability of road crash data in Thailand, widely accepted Traffic Conflict Technique (TCT) was used as an alternative and proactive methodology. The U-turns’ geometric data, traffic conflicts and volume data were recorded in the field at 8 locations, 8 hours per location. Severity Conflict Rate (SCR) was assessed by applying a weighing factor (based on the severity grades according to the Czech TCT) to the observed conflicts related to the conflicting traffic volumes. A comparative higher value of SCR represents a lower level of safety. According to the results, increase in the functional length of the deceleration lane yields a lower value of SCR and a higher level of the road safety.
To assess the safety impact of auxiliary lanes at downstream locations of U-turns, the Traffic Conflict Technique was used. On the basis of the installed components at those locations, four types of U-turns were identified: those without any auxiliary lane, those with an acceleration lane, those with outer widening, and those with both an acceleration lane and outer widening. The available crash data is unreliable, therefore to assess the level of road safety, Conflict Indexes were formulated to put more emphasis on severe crashes than on slight ones by using two types of weighting coefficients. The first coefficient was based on the subjective assessment of the seriousness of the conflict situation and the second was based on the relative speed and angle between conflicting streams. A comparatively higher Conflict Index value represents a lower level of road safety. According to the results, a lower level of road safety occurs if two components apply or if a location is without any auxiliary lane. The highest level of road safety occurs if the layout includes only a single component, either an acceleration lane or outer widening.
Assessing Essential Qualities of Urban Space with Emotional and Visual Data Based on GIS Technique
(2016)
Finding a method to evaluate people’s emotional responses to urban spaces in a valid and objective way is fundamentally important for urban design practices and related policy making. Analysis of the essential qualities of urban space could be made both more effective and more accurate using innovative information techniques that have become available in the era of big data. This study introduces an integrated method based on geographical information systems (GIS) and an emotion-tracking technique to quantify the relationship between people’s emotional responses and urban space. This method can evaluate the degree to which people’s emotional responses are influenced by multiple urban characteristics such as building shapes and textures, isovist parameters, visual entropy, and visual fractals. The results indicate that urban spaces may influence people’s emotional responses through both spatial sequence arrangements and shifting scenario sequences. Emotional data were collected with body sensors and GPS devices. Spatial clustering was detected to target effective sampling locations; then, isovists were generated to extract building textures. Logistic regression and a receiver operating characteristic analysis were used to determine the key isovist parameters and the probabilities that they influenced people’s emotion. Finally, based on the results, we make some suggestions for design professionals in the field of urban space optimization.
The current study attempts to recognise an adequate classification for a semi-rigid beam-to-column connection by investigating strength, stiffness and ductility. For this purpose, an experimental test was carried out to investigate the moment-rotation (M-theta) features of flush end-plate (FEP) connections including variable parameters like size and number of bolts, thickness of end-plate, and finally, size of beams and columns. The initial elastic stiffness and ultimate moment capacity of connections were determined by an extensive analytical procedure from the proposed method prescribed by ANSI/AISC 360-10, and Eurocode 3 Part 1-8 specifications. The behaviour of beams with partially restrained or semi-rigid connections were also studied by incorporating classical analysis methods. The results confirmed that thickness of the column flange and end-plate substantially govern over the initial rotational stiffness of of flush end-plate connections. The results also clearly showed that EC3 provided a more reliable classification index for flush end-plate (FEP) connections. The findings from this study make significant contributions to the current literature as the actual response characteristics of such connections are non-linear. Therefore, such semirigid behaviour should be used to for an analysis and design method.
Egypt is a nation of 4000 years of civilization, which was known for its ancient architecture that occupied the highest rank of importance, but how long will our neglected heritage sites survive in our recent era? This is a rising debate. This paper is based on a hypothesis whether the conservation of the neglected or isolated heritage sites, particularly in the inhabited areas, can bind the citizens to their past. For this reason, the research provides scenes of many applied conservation practices in other countries. The study calls for developing a new applied approach of conservation that takes the interaction between citizens and the city heritage zones into consideration.
The paper gives the results of scientific research, which, being based on probabilistic and statistical modeling, identifies the relationship of certain socio-economic factors and the number of people killed in road accidents in the Russian Federation regions. It notes the identity of processes in various fields, in which there is loss of life. Scientific methods and techniques were used in the process of data processing and study findings: systematic approach, methods of system analysis (algorithmization, mathematical programming) and mathematical statistics. The scientific novelty lies in the formulation, formalization and solving problems related to the analysis of regional road traffic accidents, its modeling taking into account the factors of socio-economic impact.
The fire resistance of concrete members is controlled by the temperature distribution of the considered cross section. The thermal analysis can be performed with the advanced temperature dependent physical properties provided by 5EN6 1992-1-2. But the recalculation of laboratory tests on columns from 5TU6 Braunschweig shows, that there are deviations between the calculated and measured temperatures. Therefore it can be assumed, that the mathematical formulation of these thermal properties could be improved. A sensitivity analysis is performed to identify the governing parameters of the temperature calculation and a nonlinear optimization method is used to enhance the formulation of the thermal properties. The proposed simplified properties are partly validated by the recalculation of measured temperatures of concrete columns. These first results show, that the scatter of the differences from the calculated to the measured temperatures can be reduced by the proposed simple model for the thermal analysis of concrete.
In this work different fibre optic sensors for the structural health monitoring of civil engineering structures are reported. A fibre optic crack sensor and two different fibre optic moisture sensors have been designed to detect the moisture ingress in concrete based building structures. Moreover, the degeneration of the mechanical properties of optical glass fibre sensors and hence their long-term stability and reliability due to the mechanical and chemical impact of the concrete environment is discussed as well as the advantage of applying a fibre optic sensor system for the structural health monitoring of sewerage tunnels is demonstrated.
Development of sustainable urban environments assumes processing of large amount of data from various sources. It could be field study observations, results of simulations or information provided by modeling. This paper focuses on processing modeled data of pedestrian movement based on existed axial maps of particular environment. Introduced component allows further analysis by calculation of set of metrics based on inverted graph, which is built from given paths.
Die thermodynamischen Grundlagen der Hydratation von Hüttensand als Hauptbestandteil von Zementen werden erforscht. Hierbei werden thermodynamische Bildungs- und Reaktionsdaten experimentell bestimmt und berechnet. Darüber hinaus wird der Prozess der Feststoffauflösung von Hüttensand in wässrigen Lösungen untersucht. Lösungs- und Fällungsprozesse werden unter verschiedenen Konditionen gemessen, ausgewertet und diskutiert. Die Ergebnisse werden im weiteren Verlauf zur Bestimmung der Hydratationsgrades in Pasten sowie zum besseren Verständnis in der Wechselwirkung zwischen Hüttensanden und Mahlhilfsstoffen genutzt und angewandt.
Augmented Urban Model: Ein Tangible User Interface zur Unterstützung von Stadtplanungsprozessen
(2011)
Im architektonischen und städtebaulichen Kontext erfüllen physische und digitale Modelle aufgrund ihrer weitgehend komplementären Eigenschaften und Qualitäten unterschiedliche, nicht verknüpfte Aufgaben und Funktionen im Entwurfs- und Planungsprozess. Während physische Modelle vor allem als Darstellungs- und Kommunikationsmittel aber auch als Arbeitswerkzeug genutzt werden, unterstützen digitale Modelle darüber hinaus die Evaluation eines Entwurfs durch computergestützte Analyse- und Simulationstechniken.
Analysiert wurden im Rahmen der in diesem Arbeitspapier vorgestellten Arbeit neben dem Einsatz des Modells als analogem und digitalem Werkzeug im Entwurf die Bedeutung des Modells für den Arbeitsprozess sowie Vorbilder aus dem Bereich der Tangible User Interfaces mit Bezug zu Architek¬tur und Städtebau. Aus diesen Betrachtungen heraus wurde ein Prototyp entwickelt, das Augmented Urban Model, das unter anderem auf den frühen Projekten und Forschungsansätzen aus dem Gebiet der Tangible User Interfaces aufsetzt, wie dem metaDESK von Ullmer und Ishii und dem Urban Planning Tool Urp von Underkoffler und Ishii.
Das Augmented Urban Model zielt darauf ab, die im aktuellen Entwurfs- und Planungsprozess fehlende Brücke zwischen realen und digitalen Modellwelten zu schlagen und gleichzeitig eine neue tangible Benutzerschnittstelle zu schaffen, welche die Manipulation von und die Interaktion mit digitalen Daten im realen Raum ermöglicht.
Dieses Arbeitspapier beschreibt, wie ausgehend von einem vorhandenen Straßennetzwerk Bebauungsareale mithilfe von Unterteilungsalgorithmen automatisch umgelegt, d.h. in Grundstücke unterteilt, und anschließend auf Basis verschiedener städtebaulicher Typen bebaut werden können. Die Unterteilung von Bebauungsarealen und die Generierung von Bebauungsstrukturen unterliegen dabei bestimmten stadtplanerischen Einschränkungen, Vorgaben und Parametern. Ziel ist es aus den dargestellten Untersuchungen heraus ein Vorschlagssystem für stadtplanerische Entwürfe zu entwickeln, das anhand der Umsetzung eines ersten Softwareprototyps zur Generierung von Stadtstrukturen weiter diskutiert wird.
Aktionsräume in Dresden
(2012)
In vorliegender Studie werden die Aktionsräume von Befragten in Dresden über eine standardisierte Befragung (n=360) untersucht. Die den Aktionsräumen zugrundeliegenden Aktivitäten werden unterschieden in Einkaufen für den täglichen Bedarf, Ausgehen (z.B. in Café, Kneipe, Gaststätte), Erholung im Freien (z.B. spazieren gehen, Nutzung von Grünanlagen) und private Geselligkeit (z.B. Feiern, Besuch von Verwandten/Freunden). Der Aktionsradius wird unterschieden in Wohnviertel, Nachbarviertel und sonstiges weiteres Stadtgebiet. Um aus den vier betrachteten Aktivitäten einen umfassenden Kennwert für den durchschnittlichen Aktionsradius eines Befragten zu bilden, wird ein Modell für den Kennwert eines Aktionsradius entwickelt. Die Studie kommt zu dem Ergebnis, dass das Alter der Befragten einen signifikanten – wenn auch geringen – Einfluss auf den Aktionsradius hat. Das Haushaltsnettoeinkommen hat einen mit Einschränkung signifikanten, ebenfalls geringen Einfluss auf alltägliche Aktivitäten der Befragten.
Volumerendering ist eine Darstellungstechnik, um verschiedene räumliche Mess- und Simulationsdaten anschaulich, interaktiv grafisch darzustellen. Im folgenden Beitrag wird ein Verfahren vorgestellt, mehrere Volumendaten mit einem Architekturflächenmodell zu überlagern. Diese komplexe Darstellungsberechnung findet mit hardwarebeschleunigten Shadern auf der Grafikkarte statt. Im Beitrag wird hierzu der implementierte Softwareprototyp "VolumeRendering" vorgestellt. Neben dem interaktiven Berechnungsverfahren wurde ebenso Wert auf eine nutzerfreundliche Bedienung gelegt. Das Ziel bestand darin, eine einfache Bewertung der Volumendaten durch Fachplaner zu ermöglichen. Durch die Überlagerung, z. B. verschiedener Messverfahren mit einem Flächenmodell, ergeben sich Synergien und neue Auswertungsmöglichkeiten. Abschließend wird anhand von Beispielen aus einem interdisziplinären Forschungsprojekt die Anwendung des Softwareprototyps illustriert.
In vorliegender Studie werden die Wohnstandortpräferenzen der Sinus-Milieugruppen in Dresden über eine standardisierte Befragung (n=318) untersucht. Es wird unterschieden zwischen handlungsleitenden Wohnstandortpräferenzen, die durch Anhaltspunkte auf der Handlungsebene stärker in Betracht gezogen werden sollten, und Wohnstandortpräferenzen, welche eher orientierenden Charakter haben. Die Wohnstandortpräferenzen werden untersucht anhand der Kategorien Ausstattung/Zustand der Wohnung/des näheren Wohnumfeldes, Versorgungsstruktur, soziales Umfeld, Baustrukturtyp, Ortsgebundenheit sowie des Aspektes des Images eines Stadtviertels. Um die Befragten den Sinus-Milieugruppen zuordnen zu können, wird ein Lebensweltsegment-Modell entwickelt, welches den Anspruch hat, die Sinus-Milieugruppen in der Tendenz abzubilden. Die Studie kommt zu dem Ergebnis, dass die Angehörigen der verschiedenen Lebensweltsegmente in jeder Kategorie - wenn auch z.T. auf geringerem Niveau - signifikante Unterschiede in der Bewertung einzelner Wohnstandortpräferenzen aufweisen.
Wissen wer wo wohnt
(2012)
In cities people live together in neighbourhoods. Here they can find the infrastructure they need, starting with shops for the daily purpose to the life-cycle based infrastructures like kindergartens or nursing homes. But not all neighbourhoods are identical. The infrastructure mixture varies from neighbourhood to neighbourhood, but different people have different needs which can change e.g. based on the life cycle situation or their affiliation to a specific milieu. We can assume that a person or family tries to settle in a specific neighbourhood that satisfies their needs. So, if the residents are happy with a neighbourhood, we can further assume that this neighbourhood satisfies their needs. The socio-oeconomic panel (SOEP) of the German Institute for Economy (DIW) is a survey that investigates the economic structure of the German population. Every four years one part of this survey includes questions about what infrastructures can be found in the respondents neighbourhood and the satisfaction of the respondent with their neighbourhood. Further, it is possible to add a milieu estimation for each respondent or household. This gives us the possibility to analyse the typical neighbourhoods in German cities as well as the infrastructure profiles of the different milieus. Therefore, we take the environment variables from the dataset and recode them into a binary variable – whether an infrastructure is available or not. According to Faust (2005), these sets can also be understood, as a network of actors in a neighbourhood, which share two, three or more infrastructures. Like these networks, this neighbourhood network can also be visualized as a bipartite affiliation network and therefore analysed using correspondence analysis. We will show how a neighbourhood analysis will benefit from an upstream correspondence analysis and how this could be done. We will also present and discuss the results of such an analysis.
K-dimensionale Bäume, im Englischen verkürzt auch K-d Trees genannt, sind binäre Such- und Partitionierungsbäume, die eine Menge von n Punkten in einem multidimensionalen Raum repräsentieren. Ihren Einsatz finden K-d Tree Datenstrukturen vor allem bei der Suche nach den nächsten Nachbarn, der Nearest Neighbor Query, und in weiteren Suchalgorithmen für beispielsweise Datenbankapplikationen. Im Rahmen des Forschungsprojekts Kremlas wurde die Raumpartitionierung durch K-d Trees als eine Teillösung zur Generierung von Layouts bei der Entwicklung einer kreativen evolutionären Entwurfsmethode für Layoutprobleme in Architektur und Städtebau entwickelt. Der Entwurf und die Entwicklung von Layouts, d.h. die Anordnung von Räumen, Baukörpern und Gebäudekomplexen im architektonischen und städtischen Kontext stellt eine zentrale Aufgabe in Architektur und Stadtplanung dar. Sie erfordert von Architekten und Planern funktionale sowie kreative Problemlösungen. Das Forschungsprojekt beschäftigt sich folglich nicht nur mit der Optimierung von Grundrissen sondern bindet auch gestalterische Aspekte mit ein. In der entwickelten Teillösung dient der K-d Tree Algorithmus zunächst zur Unterteilung einer vorgegebenen Fläche, wobei die Schnittlinien möglichen Raumgrenzen entsprechen. Durch die Kombination des K-d Tree Algorithmus mit genetischen Algorithmen und evolutionären Strategien werden Layouts hinsichtlich der Kriterien Raumgröße und Nachbarschaften optimiert. Durch die Interaktion des Nutzers können die Lösungen dynamisch angepasst und zur Laufzeit nach gestalterischen Kriterien verändert werden. Das Ergebnis ist ein generativer Mechanismus, der bei der kreativen algorithmischen Lösung von Layoutaufgaben in Architektur und Städtebau eine vielversprechende Variante zu bereits bekannten Algorithmen darstellt.
Previous models for the explanation of settlement processes pay little attention to the interactions between settlement spreading and road networks. On the basis of a dielectric breakdown model in combination with cellular automata, we present a method to steer precisely the generation of settlement structures with regard to their global and local density as well as the size and number of forming clusters. The resulting structures depend on the logic of how the dependence of the settlements and the road network is implemented to the simulation model. After analysing the state of the art we begin with a discussion of the mutual dependence of roads and land development. Next, we elaborate a model that permits the precise control of permeability in the developing structure as well as the settlement density, using the fewest necessary control parameters. On the basis of different characteristic values, possible settlement structures are analysed and compared with each other. Finally, we reflect on the theoretical contribution of the model with regard to the context of urban dynamics.
PLANUNGSUNTERSTÜTZUNG DURCH DIE ANALYSE RÄUMLICHER PROZESSE MITTELS COMPUTERSIMULATIONEN. Erst wenn man – zumindest im Prinzip – versteht, wie eine Stadt mit ihren komplexen, verwobenen Vorgängen im Wesentlichen funktioniert, ist eine sinnvolle Stadtplanung möglich. Denn jede Planung bedeutet einen Eingriff in den komplexen Organismus einer Stadt. Findet dieser Eingriff ohne Wissen über die Funktionsweise des Organismus statt, können auch die Auswirkungen nicht abgeschätzt werden. Dieser Beitrag stellt dar, wie urbane Prozesse mittels Computersimulationen unter Zuhilfenahme so genannter Multi-Agenten-Systeme und Zellulärer Automaten verstanden werden können. von
At the end of the 1960s, architects at various universities world- wide began to explore the potential of computer technology for their profession. With the decline in prices for PCs in the 1990s and the development of various computer-aided architectural design systems (CAAD), the use of such systems in architectural and planning offices grew continuously. Because today no ar- chitectural office manages without a costly CAAD system and because intensive soſtware training has become an integral part of a university education, the question arises about what influence the various computer systems have had on the design process forming the core of architectural practice. The text at hand devel- ops ten theses about why there has been no success to this day in introducing computers such that new qualitative possibilities for design result. RESTRICTEDNESS
In this paper we introduce LUCI, a Lightweight Urban Calculation Interchange system, designed to bring the advantages of calculation and content co-ordination system to small planning and design groups by the means of an open source middle-ware. The middle-ware focuses on problems typical to urban planning and therefore features a geo-data repository as well as a job runtime administration, to coordinate simulation models and its multiple views. The described system architecture is accompanied by two exemplary use cases, that have been used to test and further develop our concepts and implementations.
The described study aims to find correlations between urban spatial configurations and human emotions. To this end, the authors measured people’s emotions while they walk along a path in an urban area using an instrument that measures skin conductance and skin temperature. The corresponding locations of the test persons were measured recorded by using a GPS-tracker (n=13). The results are interpreted and categorized as measures for positive and negative emotional arousal. To evaluate the technical and methodological process. The test results offer initial evidence that certain spaces or spatial sequences do cause positive or negative emotional arousal while others are relatively neutral. To achieve the goal of the study, the outcome was used as a basis for the study of testing correlations between people’s emotional responses and urban spatial configurations represented by Isovist properties of the urban form. By using their model the authors can explain negative emotional arousal for certain places, but they couldn’t find a model to predict emotional responses for individual spatial configurations.
Urban planning involves many aspects and various disciplines, demanding an asynchronous planning approach. The level of complexity rises with each aspect to be considered and makes it difficult to find universally satisfactory solutions. To improve this situation we propose a new approach, which complement traditional design methods with a computational urban plan- ning method that can fulfil formalizable design requirements automatically. Based on this approach we present a design space exploration framework for complex urban planning projects. For a better understanding of the idea of design space exploration, we introduce the concept of a digital scout which guides planners through the design space and assists them in their creative explorations. The scout can support planners during manual design by informing them about potential im- pacts or by suggesting different solutions that fulfill predefined quality requirements. The planner can change flexibly between a manually controlled and a completely automated design process. The developed system is presented using an exemplary urban planning scenario on two levels from the street layout to the placement of building volumes. Based on Self-Organizing Maps we implemented a method which makes it possible to visualize the multi-dimensional solution space in an easily analysable and comprehensible form.
When working on urban planning projects there are usually multiple aspects to consider. Often these aspects are contradictory and it is not possible to choose one over the other; instead, they each need to be fulfilled as well as possible. Planners typically draw on past experience when subjectively prioritising which aspects to consider with which degree of importance for their planning concepts. This practice, although understandable, places power and authority in the hands of people who have varying degrees of expertise, which means that the best possible solution is not always found, because it is either not sought or the problem is regarded as being too complex for human capabilities. To improve this situation, the project presented here shows the potential of multi-criteria optimisation algorithms using the example of a new housing layout for an urban block. In addition it is shown, how Self-Organizing-Maps can be used to visualise multi-dimensional solution spaces in an easy analysable and comprehensible form.
We present and compare two evolutionary algorithm based methods for rectangular architectural layout generation: dense packing and subdivision algorithms.We analyze the characteristics of the two methods on the basis of three floor plan sce- narios. Our analyses include the speed with which solutions are generated, the reliability with which optimal solutions can be found, and the number of different solutions that can be found overall. In a following step, we discuss the methods with respect to their different user interaction capabilities. In addition, we show that each method has the capability to generate more complex L-shaped layouts. Finally,we conclude that neither of the methods is superior but that each of them is suitable for use in distinct application scenarios because of its different properties.
When working on urban planning projects there are usually multiple aspects to consider. Often these aspects are contradictory and it is not possible to choose one over the other; instead, they each need to be fulfilled as well as possible. In this situation ideal solutions are not always found because they are either not sought or the problems are regarded as being too complex for human capabilities.To improve this situation we propose complementing traditional design approaches with a design synthesis process based on evolutionary many-criteria optimization methods that can fulfill formalizable design requirements. In addition we show how self-organizing maps can be used to visualize many-dimensional solution spaces in an easily analyzable and comprehensible form.The system is presented using an urban planning scenario for the placement of building volumes.
Nach dem aufgeregten Palaver um den Computer als 'Medium' und die akademische Begleitrhetorik zum Internet wird erneut die Frage nach der Leistung von Medienphilosophie gestellt - in diesem Beitrag als medienanthropologische Vergewisserung: welche technischen Überschreitungen definieren das Neue unserer Lage?
Im Rahmen eines Vortrags wurde ein begrenzter Bereich ausgewählt, an dessen Entstehung alle fünf Disziplinen, die "la Grande Roma di Mussolini" gestalteten, gleichermaßen Anteil haben. Der Städtebau - wie er bis zum 2. Weltkrieg praktiziert wurde -, die Architektur, die bildenden Künste, die Denkmalpflege und vor allem die Archäologie in einer bis dahin unbekannten Vorreiterrolle. ...
Der Artikel behandelt fünf für das wissenschaftliche Arbeiten besonders relevante Themenfelder: 1) Ziele und Gegenstand wissenschaftlichen Arbeitens, 2) der Zusammenhang von Wissenschaft, Erkenntnis und Fortschritt, 3) eine Darstellung der Forschungslandschaft in Deutschland unter Berücksichtigung der Wissenschaftsorganisation, 4) eine ausführliche, praxisorientierte Erläuterung des typischen Ablaufs eines Forschungsprozesses,
5) eine Skizze zur literaturbasierten Forschung. Der Beitrag stellte zahlreiche Bezüge zur Stadtforschung her und nutzt Beispiele zur Illustration der Inhalte.
Das Unterteilen einer vorgegebenen Grundfläche in Zonen und Räume ist eine im Architekturentwurf häufig eingesetzte Methode zur Grundrissentwicklung. Für deren Automatisierung können Unterteilungsalgorithmen betrachtet werden, die einen vorgegebenen, mehrdimensionalen Raum nach einer festgelegten Regel unterteilen. Neben dem Einsatz in der Computergrafik zur Polygondarstellung und im Floorplanning zur Optimierung von Platinen-, Chip- und Anlagenlayouts finden Unterteilungsalgorithmen zunehmend Anwendung bei der automatischen Generierung von Stadt- und Gebäudegrundrissen, insbesondere in Computerspielen.
Im Rahmen des Forschungsprojekts Kremlas wurde das gestalterische und generative Potential von Unterteilungsalgorithmen im Hinblick auf architektonische Fragestellungen und ihre Einsatzmöglichkeiten zur Entwicklung einer kreativen evolutionären Entwurfsmethode zur Lösung von Layoutproblemen in Architektur und Städtebau untersucht. Es entstand ein generativer Mechanismus, der eine Unterteilungsfolge zufällig erstellt und Grundrisse mit einer festgelegten Anzahl an Räumen mit bestimmter Raumgröße durch Unterteilung generiert. In Kombination mit evolutionären Algorithmen lassen sich die erhaltenen Layoutlösungen zudem hinsichtlich architektonisch relevanter Kriterien optimieren, für die im vorliegenden Fall Nachbarschaftsbeziehungen zwischen einzelnen Räumen betrachtet wurden.
Das vorliegende Arbeitspapier beschäftigt sich mit der Thematik der Nutzerinteraktion bei computerbasierten generativen Systemen. Zunächst wird erläutert, warum es notwendig ist, den Nutzer eines solchen Systems in den Generierungsprozess zu involvieren. Darauf aufbauend werden Anforderungen an ein interaktives generatives System formuliert. Anhand eines Systems zur Generierung von Layouts werden Methoden diskutiert, um diesen Anforderungen gerecht zu werden. Es wird gezeigt, dass sich insbesondere evolutionäre Algorithmen für ein interaktives entwurfsunterstützendes System eignen. Es wird kurz beschrieben, wie sich Layoutprobleme durch eine evolutionäre Strategie lösen lassen. Abschließend werden Fragen bezüglich der grafischen Darstellung von Layoutlösungen und der Interaktion mit dem Dargestellten diskutiert.
Der vorliegende Beitrag ist in zwei thematische Teilebereiche gegliedert. Der erste Teil beschäftigt sich mit der Analyse von Graphen, insbesondere von Graphen, die Straßennetzwerke repräsentieren. Hierzu werden Methoden aus der Graphentheorie angewendet und Kenngrößen aus der Space Syntax Methode ausgewertet. Ein Framework, welches basierend auf der Graphentheorie in Architektur und Stadtplanung Einzug gehalten hat, ist die Space Syntax Methode. Sie umfasst die Ableitung unterschiedlicher Kenngrößen eines Graphen bzw. Netzwerkes, wodurch eine Analyse für architektonische und stadtplanerische Zwecke ermöglicht wird.
Der zweite Teil dieses Berichts beschäftigt sich mit der Generierung von Graphen, insbe-sondere der von Straßennetzwerkgraphen. Die generativen Methoden basieren zum Teil auf den gewonnenen Erkenntnissen der Analyse von Straßennetzwerken. Es werden unterschiedliche Ansätze untersucht, um verschiedene Parameterwerte zur Generierung von Straßengraphen festzulegen. Als Ergebnis der Arbeiten ist ein Softwaretool entstanden, welches es erlaubt, auf Grundlage einer Voronoi-Tesselierung realistische Straßennetzwerkgraphen zu erzeugen.
Superimposing Dynamic Range
(2009)
Replacing a uniform illumination by a high-frequent illumination enhances the contrast of observed and captured images. We modulate spatially and temporally multiplexed (projected) light with reflective or transmissive matter to achieve high dynamic range visualizations of radiological images on printed paper or ePaper, and to boost the optical contrast of images viewed or imaged with light microscopes.
Im vorliegenden Beitrag wird ein Framework für ein verteiltes dynamisches Produktmodell (FREAC) vorgestellt, welches der experimentellen Softwareentwicklung dient. Bei der Entwicklung von FREAC wurde versucht, folgende Eigenschaften umzusetzen, die bei herkömmlichen Systemen weitgehend fehlen: Erstens eine hohe Flexibilität, also eine möglichst hohe Anpassbarkeit für unterschiedliche Fachdisziplinen; Zweitens die Möglichkeit, verschiedene Tools nahtlos miteinander zu verknüpfen; Drittens die verteilte Modellbearbeitung in Echtzeit; Viertens das Abspeichern des gesamten Modell-Bearbeitungsprozesses; Fünftens eine dynamische Erweiterbarkeit sowohl für Softwareentwickler, als auch für die Nutzer der Tools. Die Bezeichnung FREAC umfasst sowohl das Framework zur Entwicklung und Pflege eines Produktmodells (FREAC-Development) als auch die entwickelten Tools selbst (FREAC-Tools).
This work is based on the concept that the structure of a city can be defined by six basic urban patterns. To enable more complex urban planning as a long-term objective I have developed a simulation method for generating these basic patterns and for combining them to form various structures. The generative process starts with the two-dimensional organisation of streets followed by the parceling of the remaining areas. An agent-based diffusion-contact model is the basis of these first two steps. Then, with the help of cellular automata, the sites for building on are defined and a three-dimensional building structure is derived. I illustrate the proposed method by showing how it can be applied to generate possible structures for an urban area in the city of Munich.
Der vorliegende Text beschreibt ein computerbasiertes Verfahren zur Lösung von Layout-problemen in Architektur und Städtebau, welches mit möglichst wenig Problemwissen auskommt und schnell brauchbare Ergebnisse liefert, die durch schrittweises Hinzufügen von Problemwissen interaktiv weiter ausgearbeitet werden können. Für das generative Verfahren wurde eine Evolutions-Strategie verwendet, die mit Mechanismen zur Kollisionserkennung und virtuellen Federn zu einem hybriden Algorithmus kombiniert wurde. Dieser dient erstens der Lösung des Problems der Dichten Packung von Rechtecken sowie zweitens der Herstellung bestimmter topologischer Beziehungen zwischen diesen Rechtecken. Die Bearbeitung beider Probleme wird durch schrittweise Erweiterung grundlegender Verfahren untersucht, wobei die einzelnen Schritte anhand von Performancetests miteinander verglichen werden. Am Ende wird ein iterativer Algorithmus vorgestellt, der einerseits optimale Lösungen garantiert und andererseits diese Lösungen in einer für eine akzeptable Nutzerinteraktion ausreichenden Geschwindigkeit generiert.
Entwerfen Versionieren: Probleme und Lösungsansätze für die Organisation verteilter Entwurfsprozesse
(2011)
Entwerfen ist ein komplexer Vorgang. Soll dieser Vorgang nicht allein, sondern räumlich verteilt mit mehreren Beteiligten gemeinsam stattfinden, so sind digitale Werkzeuge zur Unterstützung dieses Prozesses unumgänglich. Die Verwendung von Werkzeugen für Ent-wurfsprozesse bedeutet jedoch immer auch eine Manipulation des zu unterstützenden Prozesses selbst. Im Falle von Werkzeugen zur Unterstützung der Kollaboration mehrerer Beteiligter stellen die implementierten Koordinationsmechanismen solche prozessbeeinflussenden Faktoren dar. Damit diese Mechanismen, entsprechend der Charakteristika kreativer Prozesse, so flexibel wie möglich gestaltet werden können, liegt die Anforderung auf technischer Ebene darin, ein geeignetes Konzept für eine nachvollziehbare Speicherung (Versionierung) der stattfindenden Entwurfshandlungen zu schaffen. Der vorliegende Artikel beschäftigt sich mit dem Thema der Entwurfsversionierung in computergestützten kollaborativen Arbeitsumgebungen. Vor dem Hintergrund, dass die Versionierung den kreativen Entwurfsprozess möglichst wenig manipulieren soll, werden technische sowie konzeptionelle Probleme der diskutiert und Lösungsansätze für diese vorgestellt.
Nähert man sich der Frage nach den Zusammenhängen zwischen Strukturalismus und generativen algorithmischen Planungsmethoden, so ist zunächst zu klären, was man unter Strukturalismus in der Architektur versteht. Allerdings gibt es letztlich keinen verbindlichen terminologischen Rahmen, innerhalb dessen sich eine solche Klärung vollziehen könnte. Strukturalismus in der Architektur wird oftmals auf ein formales Phänomen und damit auf eine Stilfrage reduziert. Der vorliegende Text will sich nicht mit Stilen und Phänomenen strukturalistischer Architektur auseinandersetzen, sondern konzentriert sich auf die Betrachtung strukturalistischer Entwurfsmethoden und stellt Bezüge her zu algorithmischen Verfahren, wobei das Zusammenspiel zwischen regelgeleitetem und intuitivem Vorgehen beim Entwerfen herausgearbeitet wird.
We present a novel image classification technique for detecting multiple objects (called subobjects) in a single image. In addition to image classifiers, we apply spatial relationships among the subobjects to verify and to predict locations of detected and undetected subobjects, respectively. By continuously refining the spatial relationships throughout the detection process, even locations of completely occluded exhibits can be determined. Finally, all detected subobjects are labeled and the user can select the object of interest for retrieving corresponding multimedia information. This approach is applied in the context of PhoneGuide, an adaptive museum guidance system for camera-equipped mobile phones. We show that the recognition of subobjects using spatial relationships is up to 68% faster than related approaches without spatial relationships. Results of a field experiment in a local museum illustrate that unexperienced users reach an average recognition rate for subobjects of 85.6% under realistic conditions.
Image and the Space of the Modern City in Erich Mendelsohn's Amerika: Bilderbuch eines Architekten
(2008)
Wissenschaftliches Kolloquium vom 19. bis 22. April 2007 in Weimar an der Bauhaus-Universität zum Thema: ‚Die Realität des Imaginären. Architektur und das digitale Bild'
Wissenschaftliches Kolloquium vom 19. bis 22. April 2007 in Weimar an der Bauhaus-Universität zum Thema: ‚Die Realität des Imaginären. Architektur und das digitale Bild'
Wissenschaftliches Kolloquium vom 19. bis 22. April 2007 in Weimar an der Bauhaus-Universität zum Thema: ‚Die Realität des Imaginären. Architektur und das digitale Bild'
Wissenschaftliches Kolloquium vom 19. bis 22. April 2007 in Weimar an der Bauhaus-Universität zum Thema: ‚Die Realität des Imaginären. Architektur und das digitale Bild'
Wissenschaftliches Kolloquium vom 19. bis 22. April 2007 in Weimar an der Bauhaus-Universität zum Thema: ‚Die Realität des Imaginären. Architektur und das digitale Bild'
Wissenschaftliches Kolloquium vom 19. bis 22. April 2007 in Weimar an der Bauhaus-Universität zum Thema: ‚Die Realität des Imaginären. Architektur und das digitale Bild'
Wissenschaftliches Kolloquium vom 19. bis 22. April 2007 in Weimar an der Bauhaus-Universität zum Thema: ‚Die Realität des Imaginären. Architektur und das digitale Bild'
Digital Surfacing
(2008)
Wissenschaftliches Kolloquium vom 19. bis 22. April 2007 in Weimar an der Bauhaus-Universität zum Thema: ‚Die Realität des Imaginären. Architektur und das digitale Bild'
Wissenschaftliches Kolloquium vom 19. bis 22. April 2007 in Weimar an der Bauhaus-Universität zum Thema: ‚Die Realität des Imaginären. Architektur und das digitale Bild'
Wissenschaftliches Kolloquium vom 19. bis 22. April 2007 in Weimar an der Bauhaus-Universität zum Thema: ‚Die Realität des Imaginären. Architektur und das digitale Bild'
Wissenschaftliches Kolloquium vom 19. bis 22. April 2007 in Weimar an der Bauhaus-Universität zum Thema: ‚Die Realität des Imaginären. Architektur und das digitale Bild'
Formal Mutations
(2008)
Wissenschaftliches Kolloquium vom 19. bis 22. April 2007 in Weimar an der Bauhaus-Universität zum Thema: ‚Die Realität des Imaginären. Architektur und das digitale Bild'
Wissenschaftliches Kolloquium vom 19. bis 22. April 2007 in Weimar an der Bauhaus-Universität zum Thema: ‚Die Realität des Imaginären. Architektur und das digitale Bild'
Bild und Raum
(2008)
Wissenschaftliches Kolloquium vom 19. bis 22. April 2007 in Weimar an der Bauhaus-Universität zum Thema: ‚Die Realität des Imaginären. Architektur und das digitale Bild'
The Power of Play
(2008)
Wissenschaftliches Kolloquium vom 19. bis 22. April 2007 in Weimar an der Bauhaus-Universität zum Thema: ‚Die Realität des Imaginären. Architektur und das digitale Bild'
Wissenschaftliches Kolloquium vom 19. bis 22. April 2007 in Weimar an der Bauhaus-Universität zum Thema: ‚Die Realität des Imaginären. Architektur und das digitale Bild'
Wissenschaftliches Kolloquium vom 19. bis 22. April 2007 in Weimar an der Bauhaus-Universität zum Thema: ‚Die Realität des Imaginären. Architektur und das digitale Bild'
Wissenschaftliches Kolloquium vom 19. bis 22. April 2007 in Weimar an der Bauhaus-Universität zum Thema: ‚Die Realität des Imaginären. Architektur und das digitale Bild'
Wissenschaftliches Kolloquium vom 19. bis 22. April 2007 in Weimar an der Bauhaus-Universität zum Thema: ‚Die Realität des Imaginären. Architektur und das digitale Bild'
Wissenschaftliches Kolloquium vom 19. bis 22. April 2007 in Weimar an der Bauhaus-Universität zum Thema: ‚Die Realität des Imaginären. Architektur und das digitale Bild'
Architekturen des Films
(2008)
Wissenschaftliches Kolloquium vom 19. bis 22. April 2007 in Weimar an der Bauhaus-Universität zum Thema: ‚Die Realität des Imaginären. Architektur und das digitale Bild'
Wissenschaftliches Kolloquium vom 19. bis 22. April 2007 in Weimar an der Bauhaus-Universität zum Thema: ‚Die Realität des Imaginären. Architektur und das digitale Bild'
Ikonik und Architektonik
(2008)
Wissenschaftliches Kolloquium vom 19. bis 22. April 2007 in Weimar an der Bauhaus-Universität zum Thema: ‚Die Realität des Imaginären. Architektur und das digitale Bild'
Wissenschaftliches Kolloquium vom 19. bis 22. April 2007 in Weimar an der Bauhaus-Universität zum Thema: ‚Die Realität des Imaginären. Architektur und das digitale Bild'
Wissenschaftliches Kolloquium vom 19. bis 22. April 2007 in Weimar an der Bauhaus-Universität zum Thema: ‚Die Realität des Imaginären. Architektur und das digitale Bild'