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The contribution presents a model that is able to simulate construction duration and cost for a building project. This model predicts set of expected project costs and duration schedule depending on input parameters such as production speed, scope of work, time schedule, bonding conditions and maximum and minimum deviations from scope of work and production speed. The simulation model is able to calculate, on the basis of input level of probability, the adequate construction cost and time duration of a project. The reciprocal view attends to finding out the adequate level of probability for construction cost and activity durations. Among interpretive outputs of the application software belongs the compilation of a presumed dynamic progress chart. This progress chart represents the expected scenario of development of a building project with the mapping of potential time dislocations for particular activities. The calculation of a presumed dynamic progress chart is based on an algorithm, which calculates mean values as a partial result of the simulated building project. Construction cost and time models are, in many ways, useful tools in project management. Clients are able to make proper decisions about the time and cost schedules of their investments. Consequently, building contractors are able to schedule predicted project cost and duration before any decision is finalized.
Objects for civil engineering applications can be identified with their reference in memory, their alpha-numeric name or their geometric location. Particularly in graphic user interfaces, it is common to identify objects geometrically by selection with the mouse. As the number of geometric objects in a graphic user interface grows, it becomes increasingly more important to treat the basic operations add, search and remove for geometric objects with great efficiency. Guttmann has proposed the Region-Tree (R-tree) for geometric identification in an environment which uses pages on disc as data structure. Minimal bounding rectangles are used to structure the data in such a way that neighborhood relations can be described effectively. The literature shows that the parameters which influence the efficiency of the R-trees have been studied extensively, but without conclusive results. The goal of the research which is reported in this paper is to determine reliably the parameters which significantly influence the efficiency of R-trees for geometric identification in technical drawings. In order to make this investigation conclusive, it must be performed with the best available software technology. Therefore an object-oriented software for the method is developed. This implementation is tested with technical drawings containing many thousands of geometric objects. These drawings are created automatically by a stochastic generator which is incorporated into a test bed consisting of an editor and a visualisor. This test bed is used to obtain statistics for the main factors which affect the efficiency of R-trees. The investigation shows that the following main factors which affect the efficiency can be identified reliably : number of geometric objects on the drawing the minimum und maximum number of children of a node of the tree the maximum width and height of the minimal bounding rectangles of the geometric objects relative to the size of the drawing.
Projector-Based Augmentation
(2006)
Projector-based augmentation approaches hold the potential of combining the advantages of well-establishes spatial virtual reality and spatial augmented reality. Immersive, semi-immersive and augmented visualizations can be realized in everyday environments – without the need for special projection screens and dedicated display configurations. Limitations of mobile devices, such as low resolution and small field of view, focus constrains, and ergonomic issues can be overcome in many cases by the utilization of projection technology. Thus, applications that do not require mobility can benefit from efficient spatial augmentations. Examples range from edutainment in museums (such as storytelling projections onto natural stone walls in historical buildings) to architectural visualizations (such as augmentations of complex illumination simulations or modified surface materials in real building structures). This chapter describes projector-camera methods and multi-projector techniques that aim at correcting geometric aberrations, compensating local and global radiometric effects, and improving focus properties of images projected onto everyday surfaces.
Virtual studio technology plays an important role for modern television productions. Blue-screen matting is a common technique for integrating real actors or moderators into computer generated sceneries. Augmented reality offers the possibility to mix real and virtual in a more general context. This article proposes a new technological approach for combining real studio content with computergenerated information. Digital light projection allows a controlled spatial, temporal, chrominance and luminance modulation of illumination – opening new possibilities for TV studios.
Heutige Methoden zur Soll-Spezifikation von Bauleistungen (Kostenermittlung und zeitliche Ablaufplanung) gehen von einer abstrahierten und vereinfachten Betrachtung der Zusammenhänge bei Bauprojekten aus. Leistungsverzeichnisse, Kostenermittlungen und Bauzeitpläne orientieren sich nur indirekt an der Geometrie des Bauwerks und der Baustelle. Die dabei verwendeten Medien wie Papier, 2D-Dateien, digitale Leistungsbeschreibungen oder 3D-Darstellungen lassen die Suche nach Informationen auf der Baustelle zu einem zeitaufwändigen und in Anbetracht existierender Medientechnologien ineffizienten Prozess werden. Interaktive virtuelle Umgebungen erlauben die Auflösung starrer Zusammenhänge durch interaktive Eingriffe des Anwenders und visualisieren komplexe bauproduktionstechnische Vorgänge. Das Konzept der visuellen interaktiven Simulation der Bauproduktion sieht vor, die Soll-Spezifikation anhand eines interaktiven 3D-Modells zu entwickeln, um räumliche Veränderungen und parallele Prozesse auf der virtuellen Baustelle im Rahmen der Entscheidungsfindung zum Bauablauf besser berücksichtigen zu können. Verlangt man einen hohen Grad an Interaktivität mit dem 3D-Modell, dann bieten sich Computerspieltechnologien sehr gut zu Verifikationszwecken an. Die visuelle interaktive Simulation der Bauproduktion ist damit als eine 3D-modellbasierte Methode der Prozessmodellierung zu verstehen, die Entscheidungen als Input benötigt und die Kostenermittlung sowie die zeitliche Ablaufplanung als Output liefert.
The contribution focuses on the development of a basic computational scheme that provides a suitable calculation environment for the coupling of analytical near-field solutions with numerical standard procedures in the far-field of the singularity. The proposed calculation scheme uses classical methods of complex function theory, which can be generalized to 3-dimensional problems by using the framework of hypercomplex analysis. The adapted approach is mainly based on the factorization of the Laplace operator EMBED Equation.3 by the Cauchy-Riemann operator EMBED Equation.3 , where exact solutions of the respective differential equation are constructed by using an orthonormal basis of holomorphic and anti-holomorphic functions.
In earlier research, generalized multidimensional Hilbert transforms have been constructed in m-dimensional Euclidean space, in the framework of Clifford analysis. Clifford analysis, centred around the notion of monogenic functions, may be regarded as a direct and elegant generalization to higher dimension of the theory of the holomorphic functions in the complex plane. The considered Hilbert transforms, usually obtained as a part of the boundary value of an associated Cauchy transform in m+1 dimensions, might be characterized as isotropic, since the metric in the underlying space is the standard Euclidean one. In this paper we adopt the idea of a so-called anisotropic Clifford setting, which leads to the introduction of a metric dependent m-dimensional Hilbert transform, showing, at least formally, the same properties as the isotropic one. The Hilbert transform being an important tool in signal analysis, this metric dependent setting has the advantage of allowing the adjustment of the co-ordinate system to possible preferential directions in the signals to be analyzed. A striking result to be mentioned is that the associated anisotropic (m+1)-dimensional Cauchy transform is no longer uniquely determined, but may stem from a diversity of (m+1)-dimensional "mother" metrics.
The one-dimensional continuous wavelet transform is a successful tool for signal and image analysis, with applications in physics and engineering. Clifford analysis offers an appropriate framework for taking wavelets to higher dimension. In the usual orthogonal case Clifford analysis focusses on monogenic functions, i.e. null solutions of the rotation invariant vector valued Dirac operator ∂, defined in terms of an orthogonal basis for the quadratic space Rm underlying the construction of the Clifford algebra R0,m. An intrinsic feature of this function theory is that it encompasses all dimensions at once, as opposed to a tensorial approach with products of one-dimensional phenomena. This has allowed for a very specific construction of higher dimensional wavelets and the development of the corresponding theory, based on generalizations of classical orthogonal polynomials on the real line, such as the radial Clifford-Hermite polynomials introduced by Sommen. In this paper, we pass to the Hermitian Clifford setting, i.e. we let the same set of generators produce the complex Clifford algebra C2n (with even dimension), which we equip with a Hermitian conjugation and a Hermitian inner product. Hermitian Clifford analysis then focusses on the null solutions of two mutually conjugate Hermitian Dirac operators which are invariant under the action of the unitary group. In this setting we construct new Clifford-Hermite polynomials, starting in a natural way from a Rodrigues formula which now involves both Dirac operators mentioned. Due to the specific features of the Hermitian setting, four different types of polynomials are obtained, two types of even degree and two types of odd degree. These polynomials are used to introduce a new continuous wavelet transform, after thorough investigation of all necessary properties of the involved polynomials, the mother wavelet and the associated family of wavelet kernels.
Image processing has been much inspired by the human vision, in particular with regard to early vision. The latter refers to the earliest stage of visual processing responsible for the measurement of local structures such as points, lines, edges and textures in order to facilitate subsequent interpretation of these structures in higher stages (known as high level vision) of the human visual system. This low level visual computation is carried out by cells of the primary visual cortex. The receptive field profiles of these cells can be interpreted as the impulse responses of the cells, which are then considered as filters. According to the Gaussian derivative theory, the receptive field profiles of the human visual system can be approximated quite well by derivatives of Gaussians. Two mathematical models suggested for these receptive field profiles are on the one hand the Gabor model and on the other hand the Hermite model which is based on analysis filters of the Hermite transform. The Hermite filters are derivatives of Gaussians, while Gabor filters, which are defined as harmonic modulations of Gaussians, provide a good approximation to these derivatives. It is important to note that, even if the Gabor model is more widely used than the Hermite model, the latter offers some advantages like being an orthogonal basis and having better match to experimental physiological data. In our earlier research both filter models, Gabor and Hermite, have been developed in the framework of Clifford analysis. Clifford analysis offers a direct, elegant and powerful generalization to higher dimension of the theory of holomorphic functions in the complex plane. In this paper we expose the construction of the Hermite and Gabor filters, both in the classical and in the Clifford analysis framework. We also generalize the concept of complex Gaussian derivative filters to the Clifford analysis setting. Moreover, we present further properties of the Clifford-Gabor filters, such as their relationship with other types of Gabor filters and their localization in the spatial and in the frequency domain formalized by the uncertainty principle.
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Entstehung eines ökonomischen Kraftmaßes am Beispiel der Maschine von Marly im Zeitraum von ca. 1680 bis 1840. Die Leitthese der Dissertation besagt, dass vom 17. zum 19. Jahrhundert eine grundlegende Transformation des Maschinenbegriffs stattfand, die als Übergang vom Substanzbegriff zum Funktionsbegriff der Maschine bezeichnet werden kann. Im 17. Jahrhundert wurden mechanische Apparate als in sich geschlossene, selbstbezügliche Strukturen aufgefasst. Als anschaulich erfahrbare Objekte konnten sie als Bildgeber dienen, die mittels des Verfahrens der Strukturanalogie Erklärungsmuster für verschiedenste Phänomene (Körper, Staat, Welt) boten. Demzufolge galten sie als selbstevident: sie waren erklärend und mussten selbst nicht erklärt werden. Ihr etwaiger Zweck und ihre Einbettung in gesellschaftliche Zusammenhänge spielten dabei keine Rolle. Wie anhand der Beschreibungen und Darstellungen aus jener Zeit nachgewiesen werden kann, wurde die Maschine von Marly innerhalb dieser Episteme als architektonisches Objekt wahrgenommen, bei dem vor allem das Zusammenspiel der einzelnen Elemente Aufmerksamkeit erregte. Wie andere Maschinen auch stand sie unter dem Primat der Sichtbarkeit. Man war davon überzeugt, dass die Eigenschaften einer Maschine von der strukturellen Anordnung ihrer Bauteile abhingen und glaubte, ihre Qualität an ihrer Gestalt ablesen zu können. Ab der Mitte des 18. Jahrhunderts tauchte die Maschine von Marly in den Schriften physiokratischer Autoren auf. Zuerst diente sie dort als Beispiel für die Verschwendungssucht Louis’ XIV. und als Metapher für eine schlechte Einrichtung des Staates. Doch zunehmend begann man, sie auch in ihrer Faktizität als technisch-politisches Objekt zu begreifen. Man kritisierte ihre aktuelle Nutzung und schlug andere Möglichkeiten ihrer Verwendung vor, etwa die Bewässerung von Feldern oder die städtische Trinkwasserversorgung. Damit war die Maschine von Marly nicht länger ein Modell für die Einrichtung des Staates, das nur am Maßstab der immanenten Perfektion beurteilt werden konnte. Vielmehr war sie nun ein Instrument der Regierung, das sich als Teil eines staatlich verfassten Gemeinwesens verantworten musste. Als solches wurde sie auch zu einem bevorzugten Gegenstand aufklärerischer Reformprojekte. Das zeigt sich besonders deutlich am Wettbewerb, den die Pariser Akademie der Wissenschaften 1784-1786 organisiert hatte und der Vorschläge zur Verbesserung oder Ersetzung der Maschine von Marly zum Gegenstand hatte. Die Auswertung der mehr als 100 eingereichten Projekte und Memoranden ermöglicht einen einzigartigen Blick auf die Hoffnungen und Wünsche, die Ende des 18. Jahrhunderts an die Erfindung technischer Geräte gekoppelt waren. Um 1800 kann man die allmähliche Entstehung eines Funktionsbegriffs der Maschine bemerken. Lazare Carnots Essai sur les machines en général, der eine in der Sprache der Algebra artikulierte Definition der Maschine beinhaltete, trug maßgeblich dazu bei, die Anschaulichkeit zugunsten eines operativen Symbolismus zu delegitimieren. Erst dadurch war die Formulierung eines Effizienzkalküls möglich. Ergänzt wurde diese Formalisierung durch den Diskurs der Industrialisierung, in dem technische Apparate zunehmend als Produktionsmittel verstanden wurden. Die Maschine von Marly war ein wichtiger Schauplatz für die Entstehung eines ökonomischen Kraftmaßes. Nicht nur wurden dort Experimente mit verschiedenen Messinstrumenten (Dynamometern) durchgeführt, auch diente sie Joseph Montgolfier als Beispiel um zu beweisen, dass Kraft als Geldwert ausgedrückt werden könne. In den ersten Jahrzehnten des 19. Jahrhundert wurden Maschinen schließlich relational als Positionen innerhalb eines nationalen Produktionssystems definiert. Sie galten als Krafttransformatoren, bei denen ein bestimmter Input von ‚force motrice’ einen entsprechenden Output von ‚travail utile’ ergeben würde. Ihre vornehmlichste Aufgabe war die möglichst effiziente Ausnutzung der Kraftressourcen. Den vorläufigen Endpunkt erreichte die Entstehung des ökonomischen Kraftmaßes um 1830 mit der Formulierung des Begriffs der ‚mechanischen Arbeit’.
Für eine gesicherte Planung im Bestand, sind eine Fülle verschiedenster Informationen zu berücksichtigen, welche oft erst während des Planungs- oder Bauprozesses gewonnen werden. Voraussetzung hierfür bildet immer eine Bestandserfassung. Zwar existieren Computerprogramme zur Unterstützung der Bestandserfassung, allerdings handelt es sich hierbei ausschließlich um Insellösungen. Der Export der aufgenommenen Daten in ein Planungssystem bedingt Informationsverluste. Trotz der potentiellen Möglichkeit aktueller CAAD/BIM Systeme zur Verwaltung von Bestandsdaten, sind diese vorrangig für die Neubauplanung konzipiert. Die durchgängige Bearbeitung von Sanierungsprojekten von der Erfassung des Bestandes über die Entwurfs- und Genehmigungsplanung bis zur Ausführungsplanung innerhalb eines CAAD/BIM Systems wird derzeit nicht adäquat unterstützt. An der Professur Informatik in der Architektur (InfAR) der Fakultät Architektur der Bauhaus-Universität Weimar entstanden im Rahmen des DFG Sonderforschungsbereich 524 "Werkzeuge und Konstruktionen für die Revitalisierung von Bauwerken" in den letzten Jahren Konzepte und Prototypen zur fachlich orientierten Unterstützung der Planung im Bestand. Der Fokus lag dabei in der Erfassung aller planungsrelevanter Bestandsdaten und der Abbildung dieser in einem dynamischen Bauwerksmodell. Aufbauend auf diesen Forschungsarbeiten befasst sich der Artikel mit der kontextbezogenen Weiterverwendung und gezielten Bereitstellung von Bestandsdaten im Prozess des Planens im Bestand und der Integration von Konzepten der planungsrelevanten Bestandserfassung in marktübliche CAAD/BIM Systeme.
Am Beispiel eines 3-feldrigen Durchlaufträgers wird die Versagenswahrscheinlichkeit von wechselnd belasteten Stahlbetonbalken bezüglich des Grenzzustandes der Adaption (Einspielen, shakedown) untersucht. Die Adaptionsanalyse erfolgt unter Berücksichtigung der beanspruchungschabhängigen Degradation der Biegesteifigkeit infolge Rissbildung. Die damit verbundene mechanische Problemstellung kann auf die Adaptionsanalyse linear elastisch - ideal plastischer Balkentragwerke mit unbekannter aber begrenzter Biegesteifigkeit zurückgeführt werden. Die Versagenswahrscheinlichkeit wird unter Berücksichtigung stochastischer Tragwerks- und Belastungsgrößen berechnet. Tragwerkseigenschaften und ständige Lasten gelten als zeitunabhängige Zufallsgrößen. Zeitlich veränderliche Lasten werden als nutzungsdauerbezogene Extremwerte POISSONscher Rechteck-Pulsprozesse unter Berücksichtigung zeitlicher Überlagerungseffekte modelliert, so dass die Versagenswahrscheinlichkeit ebenfalls eine nutzungsdauerbezogene Größe ist. Die mechanischen Problemstellungen werden numerisch mit der mathematischen Optimierung gelöst. Die Versagenswahrscheinlichkeit wird auf statistischem Weg mit der Monte-Carlo-Methode geschätzt.
Datenmodelle zur Bearbeitung von Ingenieuraufgaben am Beispiel von Wohnhäusern in Stahlbauweise
(2006)
Modelle bilden die Grundlage der Planung. Sie repräsentieren die zur Bearbeitung erforderlichen Eigenschaften eines Bauwerks in einer an die spezifische Aufgabe angepassten Form. Zwischen den verschiedenen zur Abbildung des Bauwerks eingesetzten Modellen bestehen fachliche Zusammenhänge bezüglich der darin abgebildeten Aspekte. Diese Abhängigkeiten werden in der praktischen Planungsbearbeitung gegenwärtig auf Grundlage von Erfahrungswerten, normativen Vorgaben und vereinfachenden Annahmen berücksichtigt. Die detailliertere Modellierung von Bauwerkseigenschaften führt zu einer engeren Verzahnung der verschiedenen Modelle. Um eine fachliche Inselbildung zu vermeiden, ist eine entsprechend angepasste Abbildung der zwischen den einzelnen Modellen bestehenden Beziehungen erforderlich. Mit den steigenden Ansprüchen an eine Bearbeitung von Ingenieuraufgaben gewinnt eine über den Zweck der Bereitstellung ausgewählter Informationen zum Bauwerk und der Unterstützung eines Datenaustauschs zwischen verschiedenen Fachplanern hinausgehende datentechnische Abbildung an Bedeutung. Dies setzt eine Diskussion der Anforderungen an eine solche Beschreibung aus fachlicher Sicht voraus. Die Untersuchung der fachlichen Anforderungen wird am Beispiel von Wohnhäusern in Stahlbauweise geführt.
This contribution will be freewheeling in the domain of signal, image and surface processing and touch briefly upon some topics that have been close to the heart of people in our research group. A lot of the research of the last 20 years in this domain that has been carried out world wide is dealing with multiresolution. Multiresolution allows to represent a function (in the broadest sense) at different levels of detail. This was not only applied in signals and images but also when solving all kinds of complex numerical problems. Since wavelets came into play in the 1980's, this idea was applied and generalized by many researchers. Therefore we use this as the central idea throughout this text. Wavelets, subdivision and hierarchical bases are the appropriate tools to obtain these multiresolution effects. We shall introduce some of the concepts in a rather informal way and show that the same concepts will work in one, two and three dimensions. The applications in the three cases are however quite different, and thus one wants to achieve very different goals when dealing with signals, images or surfaces. Because completeness in our treatment is impossible, we have chosen to describe two case studies after introducing some concepts in signal processing. These case studies are still the subject of current research. The first one attempts to solve a problem in image processing: how to approximate an edge in an image efficiently by subdivision. The method is based on normal offsets. The second case is the use of Powell-Sabin splines to give a smooth multiresolution representation of a surface. In this context we also illustrate the general method of construction of a spline wavelet basis using a lifting scheme.
In this paper we study the structure of the solutions to higher dimensional Dirac type equations generalizing the known λ-hyperholomorphic functions, where λ is a complex parameter. The structure of the solutions to the system of partial differential equations (D- λ) f=0 show a close connection with Bessel functions of first kind with complex argument. The more general system of partial differential equations that is considered in this paper combines Dirac and Euler operators and emphasizes the role of the Bessel functions. However, contrary to the simplest case, one gets now Bessel functions of any arbitrary complex order.
Design activity could be treated as state transition computationally. In stepwise processing, in-between form-states are not easily observed. However, in this research time-based concept is introduced and applied in order to bridge the gap. In architecture, folding is one method of form manipulation and architects also want to search for alternatives by this operation. Besides, folding operation has to be defined and parameterized before time factor is involved as a variable of folding. As a result, time-based transformation provides sequential form states and redirects design activity.
ON THE NAVIER-STOKES EQUATION WITH FREE CONVECTION IN STRIP DOMAINS AND 3D TRIANGULAR CHANNELS
(2006)
The Navier-Stokes equations and related ones can be treated very elegantly with the quaternionic operator calculus developed in a series of works by K. Guerlebeck, W. Sproeossig and others. This study will be extended in this paper. In order to apply the quaternionic operator calculus to solve these types of boundary value problems fully explicitly, one basically needs to evaluate two types of integral operators: the Teodorescu operator and the quaternionic Bergman projector. While the integral kernel of the Teodorescu transform is universal for all domains, the kernel function of the Bergman projector, called the Bergman kernel, depends on the geometry of the domain. With special variants of quaternionic holomorphic multiperiodic functions we obtain explicit formulas for three dimensional parallel plate channels, rectangular block domains and regular triangular channels. The explicit knowledge of the integral kernels makes it then possible to evaluate the operator equations in order to determine the solutions of the boundary value problem explicitly.
In classical complex function theory the geometric mapping property of conformality is closely linked with complex differentiability. In contrast to the planar case, in higher dimensions the set of conformal mappings is only the set of Möbius transformations. Unfortunately, the theory of generalized holomorphic functions (by historical reasons they are called monogenic functions) developed on the basis of Clifford algebras does not cover the set of Möbius transformations in higher dimensions, since Möbius transformations are not monogenic. But on the other side, monogenic functions are hypercomplex differentiable functions and the question arises if from this point of view they can still play a special role for other types of 3D-mappings, for instance, for quasi-conformal ones. On the occasion of the 16th IKM 3D-mapping methods based on the application of Bergman's reproducing kernel approach (BKM) have been discussed. Almost all authors working before that with BKM in the Clifford setting were only concerned with the general algebraic and functional analytic background which allows the explicit determination of the kernel in special situations. The main goal of the abovementioned contribution was the numerical experiment by using a Maple software specially developed for that purpose. Since BKM is only one of a great variety of concrete numerical methods developed for mapping problems, our goal is to present a complete different from BKM approach to 3D-mappings. In fact, it is an extension of ideas of L. V. Kantorovich to the 3-dimensional case by using reduced quaternions and some suitable series of powers of a small parameter. Whereas until now in the Clifford case of BKM the recovering of the mapping function itself and its relation to the monogenic kernel function is still an open problem, this approach avoids such difficulties and leads to an approximation by monogenic polynomials depending on that small parameter.