Seminar Papers

SampleDB ist ein webbasiertes, elektronisches Laborbuch, welches am Peter Grünberg Institut und Jülich Centre for Neutron Science entwickelt wird. Die SampleDB-Instanzen können dabei von bspw. Instituten oder Unternehmen selber verwaltet werden. Die einzelnen Instanzen lassen sich zusätzlich mittels des Föderationssystems, zum Austausch von Objekten, zusammenschließen. Dabei existiert jedoch das Problem, dass Nutzer beim Importieren von Objekten nicht mit ihrem lokalen Nutzer direkt wiedererkannt werden können, sondern nur der entsprechende föderierte Nutzer angezeigt wird.

Im Rahmen dieser Seminararbeit wird das Föderationssystem um föderierte Identitäten erweitert, wodurch föderierte Nutzer mittels ihres entsprechenden lokalen Nutzers identifiziert werden können. Für die Erzeugung von föderierten Identitäten werden verschiedene Verfahren umgesetzt, die sowohl durch den Nutzer durchgeführt werden können, als auch automatisiert sind. Die erste Variante funktioniert dabei mittels einer Authentifizierung beim Föderationspartner, der dann den Nutzer gegenüber der lokalen Instanz verifiziert und somit eine föderierte Identitätsverknüpfung erzeugt wird. Eine weitere Möglichkeit automatisiert den Prozess durch die Verwendung von persönlich identifizierbaren Informationen, die zwischen Instanzen ausgetauscht werden, sodass auf dieser Basis gemeinsame Personen gefunden werden und entsprechend verknüpft werden können. Des Weiteren wird der Import von ELN-Dateien ebenfalls um diese Möglichkeit zur Bildung von föderierten Identitäten erweitert. Schlussendlich wird eine Möglichkeit für einen föderierten Login umgesetzt, der den Zugriff auf die lokale Instanz über eine andere innerhalb der Föderation ermöglicht.

Forschung wird an vielen verschiedenen Orten betrieben, die Messdaten der Experimente werden von den jeweiligen Forschern meistens am Ort gespeichert, an dem sie erstellt wurden. Auch wenn Daten geteilt werden, ist das meist schwierig, da dem Wissenschaftler, der auf die Forschungsdaten eines anderen Wissenschaftlers zugreifen möchte, diese Daten entweder direkt übergeben werden müssen oder er Zugriff aufden Speicherort erhalten muss. Das führt zu einem Verwaltungsaufwand. Selbst wenn das kein Problem wäre, würde die Suche nach Messdaten kompliziert sein, da an verschiedenen Institutionen oft unterschiedliche Messdatenspeichersysteme genutzt werden. Ein Suchsystem, das diese verschiedenen Systeme durchsucht und dem Wissenschaftler die Daten anzeigt, würde somit unnötige Messungen vermeiden und zeitsparend sein.

Am Beispiel der von der Photon and Neutron Open Science Cloud (kurz PaNOSC), einem Zusammenschluss von verschiedenen europäischen Physik-Institutionen, entwickelten API-Definition eines solchen föderierten Suchsystems, und von SampleDB, einer Datenbank mit Mess- und Probedaten, die als elektronisches Laborbuch fungiert, wird in dieser Arbeit die Implementierung der API in SampleDB beschrieben, mit einem Fokus auf der Benutzung eines solchen Suchsystems.

In Experimenten und Simulationen werden häufig dreidimensionale Datensätze erzeugt, die zur verbesserten Verständlichkeit grafisch dargestellt werden können. Die als Teil des GR-Frameworks entwickelte Grafikbibliothek GR3 dient dazu, diese Daten als einfache Szenen aus dreidimensionalen Objekten zu visualisieren.

Ein wichtiger Bestandteil der Darstellung dieser Objekte ist deren Beleuchtung, die anhand von Eigenschaften der Objekte und Lichtquellen die Einfärbung von Pixeln im zu erzeugenden Bild bestimmt. Bisher wurden in GR3 zwei verschiedene Beleuchtungsmodelle umgesetzt, wobei in der Mehrzahl der Ausgabemöglichkeiten nur ein sehr einfaches, diffuses Beleuchtungsmodell verwendet werden konnte.

In dieser Seminararbeit werden die Anforderungen an Beleuchtungsmodelle zur Verwendung in GR3 analysiert, es werden mehrere Modelle vorgestellt und deren Eignung anhand der ausgearbeiteten Kriterien evaluiert.

Das so ausgewählte Blinn-Phong-Modell wurde im Rahmen dieser Arbeit mit verschiedenen Technologien implementiert, sodass die unterschiedlichen Ausgabemöglichkeiten nun einheitliche Ergebnisse liefern. Außerdem wurde dies so umgesetzt, dass mehr als eine Lichtquelle bei der Beleuchtungsberechnung berücksichtigt werden kann.

Im Peter Grünberg Institut und Jülich Centre for Neutron Science, kurz PGI / JCNS, werden zur Unterstützung der täglichen Arbeit und Forschung einige interne Dienste angeboten, so z. B. iffGit zur Softwareentwicklung oder iffTeX zur kollaborativen Erstellung von Dokumenten. Hierbei müssen sich zur Zugangsbeschränkung Mitarbeiter und externe Benutzer sich anmelden.

Alle Benutzer werden zur Minimierung des Verwaltungsaufwands sowie zur Vereinheitlichung der Anmeldedaten zentral verwaltet. Damit ein Benutzer sich nicht mehrmals an verschiedenen Diensten mit den gleichen Zugangsdaten anmelden muss, kann ein Single Sign-On-Dienst verwendet werden. Hierbei meldet sich ein Benutzer einmal zentral an und wird danach automatisch an allen angeschlossenen Diensten angemeldet.

Im PGI/JCNS heißt dieser Dienst iffLogin. Für Webdienste stellt er über eine OAuth 2.0-Schnittstelle diese Funktionalität zur Verfügung. Ein Nachteil von OAuth 2.0 ist dabei, dass eine Abmeldung beim zentralen Dienst keine Abmeldung bei den verwendeten Diensten zur Folge hat (Single Logout).

Eine umfangreichere Alternative zu OAuth, die diese Funktionalität bietet, ist die Security Assertion Markup Language (SAML). Dieser Standard bietet unter anderem Methoden, um Benutzer zentral zu authentisieren und Attribute bereitzustellen.

Im Rahmen dieser Seminararbeit wird iffLogin um eine SAML-Schnittstelle erweitert. Hierbei nimmt iffLogin gegenüber den Diensten (Service Provider, SP) die Rolle des Identity Providers (IdP) ein. Es wurde evaluiert, welche SAML-Komponenten im Rahmen der zu erwartenden Anwendung bereitgestellt werden sollen. Die Implementierung dieser im Kontext von iffLogin wird anschließend mit den aufgetretenen Problemen und Lösungen vorgestellt.

Anwendungsprogramme werden häufig von Personen an unterschiedlichen Orten und mit verschiedenen Sprachkenntnissen oder anderen Herkunftsorten verwendet. Während oftmals Kenntnisse einer Verkehrssprache erwartet werden können, kann eine Lokalisierung die Verwendung deutlich erleichtern, eine breitere Nutzerbasis erreichen und Fehler verhindern, die durch unterschiedliche Interpretationen entstehen können. Am Beispiel der Webanwendung SampleDB, einer Datenbank für Proben- und Messungsmetadaten, werden in dieser Arbeit die verschiedenen Aspekte der Internationalisierung betrachtet, die eine solche Lokalisierung ermöglichen. Dabei liegt der Fokus neben der Anpassung statischer Inhalte auch darauf, wie dynamische oder von anderen Nutzern generierte Inhalte lokalisiert werden können.

Die Wissenschaftler des Peter Grünberg Instituts / Jülich Centre for Neutron Science untersuchen in Experimenten und Simulationen Form und Dynamik von Materialien wie Polymeren, Zusammenlagerungen großer Moleküle und biologischer Zellen, sowie die elektronischen Eigenschaften von Festkörpern. Dabei werden u. a. Neutronenstreu-Experimente durchgeführt, die mit dem intern entwickelten GR-Framework in Echtzeit visualisiert werden können. Hierzu kann das GR-Framework in einem Client-Server-Modus betrieben werden, in dem Nachrichten und Daten im JSON-Format ausgetauscht werden. JSON ist ein etabliertes Serialisierungsformat, welches auch leicht von Menschen interpretiert und erzeugt werden kann, aber aufgrund seiner Menschen-Lesbarkeit weder besonders platzsparend noch besonders effizient serialisier- bzw. deserialisierbar ist. Um den Datenaustausch zu beschleunigen, soll daher im Rahmen dieser Seminararbeit ein alternatives binäres Serialisierungsformat erarbeitet werden, welches als Alternative zu JSON-kodierten Nachrichten verwendet werden kann.

Im Peter Grünberg Institut / Jülich Centre for Neutron Science werden technische Infrastrukturen und zahlreiche Dienste mit wissenschaftlichem Fokus bereitgestellt. Für deren reibungslosen Betrieb werden Monitoring-Lösungen benötigt, welche die Infrastruktur-Komponenten effizient überwachen, zeitnah Probleme detektieren und in geeigneter Form präsentieren. Diese Seminararbeit knüpft an ein vorheriges Projekt an, in dem bereits ein Web-Frontend entwickelt wurde, welches sowohl eine Übersicht der überwachten Komponenten als bei Bedarf auch eine Detailansicht bieten kann. In dieser Arbeit wird ein Monitoring-Konzept für ein bestehendes Ökosystem entwickelt, das über den Virtualisierungsdienst Docker verschiedene Webdienste bereit stellt. Eine Evaluation verschiedener Techniken zur Erfassung von Eigenschaften stellt deren Vor- und Nachteile heraus und arbeitet eine Empfehlung für das verwendete Tool heraus.

Das im Peter Grünberg Institut und im Jülicher Zentrum für Forschung mit Neutronen entwickelte Grafik-Framework GR bietet Wissenschaftlern und anderen Anwendern eine Vielzahl an Möglichkeiten zur Visualisierung zwei- und dreidimensionaler Daten. Um dreidimensionale Daten und ihre räumlichen Zusammenhänge verständlich darzustellen, werden sie transformiert und mithilfe einer geeigneten Projektion auf eine zweidimensionale Ebene abgebildet.

Im Rahmen dieser Seminararbeit wird der bisher im GR-Framework verwendete Ansatz der Darstellung von verschiedenen Arten dreidimensionaler Graphen im Hinblick auf die Transformation und Projektion evaluiert. Dabei wird herausgestellt, dass diese überarbeitet werden sollten. Deshalb werden zunächst mehrere Ansätze für die Transformation, sowie die perspektivische und orthographische Projektion vorgestellt. Darauf aufbauend wird eine interaktive Anpassungen der Blickrichtung oder der Art der Projektion, ermöglicht. Dies geschieht, indem eine Schnittstelle zur interaktiven Nutzung bereitgestellt wird, welche lediglich die Position der Maus am Anfang und Ende der Bewegung benötigt. Für die Umsetzung der Interaktion wird das Konzept des Arcballs verwendet. Die genaue Entscheidung für die einzelnen Algorithmen wird entsprechend begründet.

Wissenschaftler am Jülich Centre for Neutron Science untersuchen in Experimenten Form und Dynamik von Materialien und betreiben hierfür unter anderem mehrere Kleinwinkelstreuapparaturen an der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz in Garching. Die daran gemessenen Streubilder lassen sich als Funktionen zweier Veränderlicher deuten, die als dreidimensionale Oberflächen visualisiert werden können.

Bei der Darstellung solcher Oberflächen wird häufig auf Bibliotheken zur hardwarebeschleunigten 3D-Grafik, wie beispielsweise OpenGL, zurückgegriffen. Diese sind allerdings in Umgebungen wie Docker-Containern oder Servern ohne grafische Ausgabe oft nur eingeschränkt oder sogar gar nicht unterstützt. Um dennoch die Visualisierung bivariater Funktionen als Oberflächen zu ermöglichen, soll im Rahmen dieser Seminararbeit ein Software-Renderer entwickelt werden, der in Dreiecke zerlegte Oberflächen darstellen kann. Die dabei erzeugten Grafiken sollen zu der Ausgabe der bisher verwendeten, hardwarebeschleunigten Funktion gr3_surface nahezu identisch sein. Somit könnte in Zukunft auf Systemen ohne ausreichende Grafikhardware auf den Software-Renderer zurückgegriffen werden, ohne dass dies zu erkennbaren Unterschieden führt.

Im Peter Grünberg Institut / Jülich Centre for Neutron Science werden Experimente und Simulationen oftmals auf dedizierter Hardware, wie beispielsweise Supercomputern, als langlebige Prozesse durchgeführt. Dementsprechend ist es in vielen Fällen wünschenswert, Zwischenergebnisse in einem separaten Prozess oder auf einem entfernten Computer zur Kontrolle visuell aufzubereiten. Um dieser wiederkehrenden Anforderung gerecht zu werden, wird daher in dieser Seminararbeit eine Bibliothek entwickelt, die beliebige Nachrichten zwischen mehreren Parteien über das Netzwerk übertragen kann.

Der Nachrichtenfluss wird nach einem Request-Response-Muster aufgebaut. Damit eine allgemeine Verwendbarkeit gewährleistet ist, kann der Nachrichtenaustausch dabei sowohl synchron als auch asynchron erfolgen, um das eigentliche Programm während der Ausführung nicht zu blockieren. Zudem wird die Bibliothek robust mit Verbindungsabbrüchen umgehen und diese zeitnah feststellen können.

Hierauf aufbauend kann die Bibliothek im Rahmen einer Bachelorarbeit unter anderem um Many-to-Many-Kommunikation erweitert werden, um sowohl Nachrichten mehrerer Sender zu sammeln als auch Daten an mehrere Empfänger verteilen zu können. Außerdem ist es wünschenswert Kanäle bidirektional einsetzen zu können, um beispielsweise Steuerungsbefehle an das datenerzeugende Programm zurückgeben zu können.

Im Peter Grünberg Institut / Jülich Centre for Neutron Science werden visuelle Auswertungen von Experimenten und Simulationen häufig mit dem hauseigenen Grafikframework (GR) erstellt. Dieses bietet eine Vielzahl an Ausgabemöglichkeiten, wie verschiedene Vektor- und Rastergrafikformate und Integrationen in grafische Benutzeroberflächen. Da sich die unterschiedlichen Ausgaben in Qualität und Funktionsumfang zum Teil deutlich unterscheiden, stellt es eine große Herausforderung dar, bei jedem unterstützten Medium eine visuell identische Ausgabe zu erzielen. Um diesem Qualitätsanspruch mit vertretbarem Aufwand gerecht zu werden, wird im Rahmen dieser Seminararbeit ein bildbasiertes Testverfahren entwickelt, welches die Korrektheit der verschiedenen Ausgabeformate analysiert und bewertet. Hierzu werden geeignete Bildmetriken untersucht und evaluiert.

Anschließend wird das entwickelte Testverfahren in eine bestehende CI-Umgebung integriert, sodass Formatabweichungen während der Entwicklung frühzeitig erkannt werden können.

Das Jülich Centre for Neutron Science betreibt an der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz in Garching verschiedene Kleinwinkelstreuapparaturen (KWS). Aus den Messdaten der KWS werden Streubilder erzeugt, welche bereits in Echtzeit mittels einer Desktop-Anwendung (KWSLive) dargestellt werden können.

Da zunehmend die Auswertung von Daten im Web an Bedeutung gewinnt, ist im Rahmen dieser Seminararbeit eine Anwendung entstanden, welche eine interaktive Auswertung und Darstellung der Messdaten, beispielsweise innerhalb von Jupyter-Notebooks, ermöglicht. Sie bietet außerdem eine Schnittstelle zu den empfangenen Messdaten, welche eine dynamische Weiterverarbeitung im Notebook erlaubt.

Ein weiterer Teil der Anwendung ist ein NodeJS-Server, welcher die Rohdaten der Messungen über ein TCP-Socket empfängt und an verbundene Clients mittels Websockets verteilt.

Die Wissenschaftler des Peter Grünberg Instituts / Jülich Centre for Neutron Science (PGI/JCNS) untersuchen in Experimenten und Simulationen Form und Dynamik von Materialien wie Polymeren, Zusammenlagerungen großer Moleküle und biologischer Zellen, sowie die elektronischen Eigenschaften von Festkörpern. Die gewonnenen Mess- und Simulationsdaten werden anschließend häufig mit Visualisierungsanwendungen veranschaulicht. Die eingesetzten Grafikwerkzeuge sind entweder auf den zwei- oder dreidimensionalen Raum spezialisiert. Eine Kombination beider Welten ist in der Regel nur eingeschränkt möglich oder mit viel Aufwand verbunden. Dieses Problem wurde bereits mit der Entwicklung des EGS (Extendable Graphics System) adressiert, welches eine Architektur zur einfachen Kombination von zweidimensionalen und dreidimensionalen Elementen bereitstellt.

Im PGI/JCNS existiert ein hauseigenes Grafikframework (GR-Framework), welches zwei- und dreidimensionale Ausgaben ermöglicht, auf dem bisherigen Stand aber beide Komponenten nur in Ansätzen miteinander vereint. Zudem baut die dreidimensionale Komponente (GR3) auf alten Grafikstandards auf und bietet damit nur eingeschränkte Möglichkeiten große Datenmengen, wie beispielsweise Moleküle mit vielen Atomen, performant darzustellen.

EGS hingegen basiert auf modernem OpenGL und ermöglicht es – moderne Grafikhardware vorausgesetzt – auch große Datenmengen interaktiv zu visualisieren. Langfristig soll EGS daher vollständig in das GR-Framework integriert werden. Als erster Schritt der Integration wird im Rahmen dieser Seminararbeit ein logischer GKS-Gerätetreiber (Graphical Kernel System) für das EGS entwickelt. Damit ist es möglich, das EGS als zweidimensionales Ausgabemedium für das GR-Framework zu nutzen. Zukünftig ist geplant, große Teile der Funktionalität des bestehenden GR3 in das EGS zu integrieren, um zweidimensionale wie auch dreidimensionale Elemente der GR-Software in einer kombinierten Ausgabe einzusetzen.

Wissenschaftler am Peter Grünberg Institut / Jülich Centre for Neutron Science untersuchen in Experimenten und Simulationen Form und Dynamik von Materialien wie Polymeren, Zusammenlagerungen großer Moleküle und biologischer Zellen sowie die elektronischen Eigenschaften von Festkörpern. In diesem Zusammenhang gilt es häufig Kristall- und Molekülstrukturen zu visualisieren.

Bisher wurde dabei stets versucht, die Kompatibilität zu älteren Systemen zu wahren und so wurde auf den Einsatz moderner, nur auf aktueller Grafikhardware unterstützter Technologien weitgehend verzichtet, obwohl diese bei großen Datenmengen potentiell zu deutlichen Leistungssteigerungen führen können.

Im Rahmen dieser Seminararbeit wurde eine Molekülvisualisierungsanwendung entwickelt, in der moderne Techniken wie Instancing zum Einsatz kommen, die eine sehr große Zahl an dargestellten Atomen und Bindungen zulassen. Um unnötige Verfeinerungen der dargestellten Körper zu vermeiden und dennoch eine hohe Qualität bieten zu können, wurde dynamisches, Tessellation-basiertes Level-of-Detail implementiert. Weiterhin wurde auch eine GPU-gestützte Berechnung der Kovalenzbindungen untersucht, die speziell für laufende Simulationen von Vorteil wäre.

Die Beschäftigten des Peter Grünberg Instituts / Jülich Centre for Neutron Science untersuchen in Experimenten und Simulationen die Form und Dynamik von Materialien wie Polymeren, Zusammenlagerungen großer Moleküle und biologischer Zellen sowie die elektronischen Eigenschaften von Festkörpern. Die einzelnen Arbeitsgruppen des Instituts organisieren sich hierzu vermehrt über webbasierte Anwendungen zum kollaborativen Informationsaustausch.

Im Rahmen dieser Seminararbeit wurde eine webbasierte Lösung entwickelt, die das Instanziieren und Verwalten einer erweiterbaren Liste von Webanwendungen sowohl für Administratoren und Administratorinnen als auch für Endanwender und Endanwenderinnen auf eine einfache Weise ermöglicht. Als konkreter Anwendungsfall dieser webbasierten Lösung werden Wikis angeboten, die häufig zum Informationsaustausch von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern angefragt werden. Über diese Seminararbeit hinaus ist eine Erweiterung um z. B. Taskboards oder Projektverwaltungen denkbar.

Zunächst wurde ein Konzept entworfen, welches die zuvor genannten Punkte beachtet. Besonderer Wert wurde auf die Anwendung moderner Webtechnologien – sowohl server- als auch clientseitig – gelegt, um eine zukunftsorientierte Entwicklung zu gewährleisten. In einem zweiten Schritt wurde das Konzept realisiert.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Client/Server-Anwendung in Python, welche die TANGO Middleware benutzt. Diese soll Daten eines Kleinwinkel Neutronenstreu-Spektrometers erfassen und grafisch darstellen.Um die Funktionalität unabhängig vom laufenden Messbetrieb zu testen, sollen die Detektordaten von einem Simulationsprogramm, implementiert als TANGO Device Server in Python, bereitgestellt werden.

Im Rahmen dieser Arbeit soll untersucht werden, ob eine Migration der TANGO Middleware für das KWSLive in der Zweigstelle des JCNS in Garching möglich ist.

Die Wissenschaftler des Peter Grünberg Instituts/Jülich Centre for Neutron Science untersuchen in Experimenten und Simulationen Form und Dynamik von Materialien wie Polymeren, Zusammenlagerungen großer Moleküle und biologischer Zellen, sowie die elektronischen Eigenschaften von Festkörpern. Zur Visualisierung der Messdaten wird häufig ein Grafisches Kernsystem verwendet, welches eine einheitliche Schnittstelle und viele Ausgabemöglichkeiten bietet (z. B. PDF, Qt, PNG).

Im Rahmen dieser Seminararbeit ist ein Ausgabetreiber zu entwickeln, der die Grafiken in einem TEX-Dokument mit Hilfe von PGF/Tikz darstellt. Im Gegensatz zur Ausgabe des bisher bestehenden PDF-Treibers ist PGF- oder Tikz-Code manuell leichter veränderbar und liefert nach Ausführen des pdfLATEX-Compilers ebenfalls ein PDF-Dokument.

Das Peter-Grünberg Institut / Jülich Centre for Neutron Science untersucht in Experimenten und Simulationen Form und Dynamik von Materialen wie Polymeren, Zusammenlagerungen großer Moleküle und biologischer Zellen sowie die elektronischen Eigenschaften von Festkörpern. Für die Analyse von Messdaten oder Simulationsergebnissen werden häufig 2D- und 3D-Grafiken erstellt. Hierbei gibt es von Seiten der Wissenschaftler vermehrt Anforderungen, die dabei entstandenen Sequenzen von Grafiken in einem Video abspielen zu können.

Den Schwerpunkt dieser Seminararbeit bildet die Untersuchung zweier Bibliotheken bezüglich deren Einsatzmöglichkeit in einem vorhandenen Grafiksystem (GR Framework). Zunächst sollen die Grafiken, die in PDF-Form erzeugt wurden, mit Hilfe der „MuPDF“ Software in eine Rastergrafik umgewandelt werden. In einem zweiten Schritt sollen diese dann unter Zuhilfenahme der Bibliothek „Libav“ in ein Video konvertiert werden. Hierfür soll eine Bibliothek erstellt werden, welche die komplette Konvertierung abwickelt und eine einfache Anwendungsschnittstelle bereit stellt.

Anschließend soll die Funktionalität in das Gerätetreiber-Model des zugrunde liegenden Grafischen Kernsystems (GKS) eingebettet und für den Anwendungsprogrammierer transparent in das GR Framework integriert werden.

Das Peter Grünberg Institut / Jülich Centre for Neutron Science untersucht in Experimenten und Simulationen Form und Dynamik von Materialien wie Polymeren, Zusammenlagerungen großer Moleküle und biologischer Zellen sowie die elektronischen Eigenschaften von Festkörpern. Für die Präsentation der in diesem Zusammenhang anfallenden Forschungsergebnisse in Vorträgen und Veröffentlichungen werden häufig 2D- und 3D-Darstellungen von Mess- und Simulationsergebnissen in höchster Qualität benötigt.

Den Schwerpunkt dieser Seminararbeit bildet die Untersuchung einer Bibliothek zur Erzeugung von Vektor-Schriften als Rastergrafik sowie die Auswahl eines geeigneten Formats, welches plattformübergreifend einsetzbar ist. Hierbei sollen die Möglichkeiten der FreeType2-Software für den Einsatz in vorhandenen Grafik-Bibliotheken (GR, GR3) hinsichtlich Funktionalität, Qualität und Leistungsfähigkeit untersucht und mit existierenden Verfahren verglichen werden.

Im Rahmen einer Bachelorarbeit kann die Aufgabenstellung um die Erstellung eines Frameworks erweitert werden, welches sich in die vorhandenen Bibliotheken und Anwendungen integrieren lässt. Eine besondere Herausforderung stellen hierbei die Plattformunabhängigkeit und eine einfache Benutzung dieses Frameworks aus der Sicht der Entwickler dar.

Wissenschaftler am Peter Grünberg Institut/Jülich Centre for Neutron Science untersuchen in Experimenten und Simulationen Form und Dynamik von Materialen wie Polymeren, Zusammenlagerungen großer Moleküle und biologischen Zellen sowie die elektronischen Eigenschaften von Festkörpern. Für die Präsentation der in diesem Zusammenhang anfallenden Forschungsergebnisse in Vorträgen und Veröffentlichungen werden häufig Darstellungen von Kristall- und Molekülstrukturen in höchster Qualität benötigt.

Den Schwerpunkt dieser Seminararbeit bildet die Untersuchung verschiedener Techniken sowie die Auswahl eines geeigneten Verfahrens, um solche Darstellungen in höchster Qualität für andere Applikationen nutzbar zu machen. Insbesondere soll eine einfache Integration OpenGL-basierter 3D-Grafiken in vorhandene 2D-Grafikwerkzeuge und Anwendungsschnittstellen ermöglicht werden. Zu diesem Zweck soll eine Programmbibliothek entwickelt werden, mit deren Hilfe es möglich ist 2D-Grafiken von dreidimensionalen Objekten zu erzeugen, so dass diese dann in Anwendungen genutzt werden können.

Moderne Programmierschnittstellen für 3D-Grafik, wie z.B. OpenGL, sind oft sehr komplex und erfordern viel Einarbeitungszeit. Die im Rahmen dieser Seminararbeit zu entwickelnde Bibliothek soll den Entwicklern eine einfache, konsistente Schnittstelle bereitstellen, die plattformunabhängig und aus verschiedenen Programmiersprachen heraus nutzbar ist.

Insbesondere soll eine Möglichkeit gefunden werden, bei der Erstellung der oben genannten Grafiken system-spezifische Darstellungen zu vermeiden, um ohne ein Anzeigefenster Grafiken zu erzeugen (offscreen rendering). Plattformabhängige Techniken sollen in der Bibliothek genutzt, aber für den Anwendungsprogrammierer entsprechend abstrahiert werden.

Im Rahmen einer Bachelorarbeit kann die Aufgabenstellung um die Erstellung eines gemeinsamen Frameworks erweitert werden, welches die Möglichkeiten konventioneller 2D-Grafik und interaktiver 3D-Systeme vereint. Eine besondere Herausforderung stellt hierbei die Plattformunabhängigkeit sowie die einfache und transparente Benutzung aus Sicht der Entwickler und Anwender dar.

Die Wissenschaftler des Peter Grünberg Instituts/Jülich Centre for Neutron Science untersuchen Form und Dynamik von Materialen wie Polymeren, Zusammenlagerungen großer Moleküle und biologischen Zellen sowie die elektronischen Eigenschaften von Festkörpern. Sowohl in den experimentellen als auch in den theoretischen Instituten werden zahlreiche Visualisierungs-Systeme zur Darstellung der Mess- oder Simulationsergebnisse benutzt. Dabei kommt bei der Entwicklung der Benutzeroberflächen häufig das wxWidgets-Toolkit zum Einsatz.

Den Schwerpunkt dieser Seminararbeit bildet die Erstellung eines logischen Gerätetreibers für ein im Hause entwickeltes Grafisches Kernsystem (GKS), um die Visualisierung in den o. g. Anwendungen zu vereinheitlichen und zu vereinfachen. Das Modul soll sowohl in vorhandenen GUI Applikationen als gewöhnliche Oberflächenkomponente als auch in lose gekoppelten und über das Netzwerk verteilten Anwendungen nutzbar sein.

Im Rahmen einer Bachelorarbeit kann die Aufgabenstellung in Analogie zum GKSKonzept um die Erstellung einer Meta-Ebene erweitert werden, welche die Funktionen und Eigenschaften verschiedener graphischer Benutzeroberflächen (Qt, wxWidgets, GTK) abstrahiert. Ein besonderes Augenmerk ist hierbei auf den möglichen Einsatz in modernen objekt-orientierten Interpretern (Python) zu legen.