Seminar Papers

Also see Master's Theses, Diploma and Bachelor's Theses.

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.

/pub/doc/Seminararbeit_AlexanderMueller.pdf
@Mastersthesis{AlexanderMüller2017,
  Title                    = {Entwicklung eines GKS-Gerätetreibers für das EGS (Extendable Graphics System)},
  Author                   = {Alexander Müller},
  School                   = {FH Aachen -- University of Applied Sciences},
  Year                     = {2017},
  Type                     = {Seminar Paper},
  Url                      = {https://pgi-jcns.fz-juelich.de/pub/doc/Seminararbeit_AlexanderMueller.pdf}
}

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.

/pub/doc/Seminararbeit_DanielKaiser.pdf
@Mastersthesis{DanielKaiser2016,
  Title                    = {Entwicklung und Optimierung einer Molekülvisualisierungsanwendung},
  Author                   = {Daniel Kaiser},
  School                   = {FH Aachen -- University of Applied Sciences},
  Year                     = {2016},
  Type                     = {Seminar Paper},
  Url                      = {https://pgi-jcns.fz-juelich.de/pub/doc/Seminararbeit_DanielKaiser.pdf}
}

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.

/pub/doc/Seminararbeit_FlorianMacherey.pdf
@Mastersthesis{FlorianMacherey2016,
  Title                    = {Entwicklung einer Webapplikation zur Vereinfachung der Umsetzung webbasierter Anwendungen},
  Author                   = {Florian Macherey},
  School                   = {FH Aachen -- University of Applied Sciences},
  Year                     = {2016},
  Type                     = {Seminar Paper},
  Url                      = {https://pgi-jcns.fz-juelich.de/pub/doc/Seminararbeit_FlorianMacherey.pdf}
}

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.

/pub/doc/Seminararbeit_SteffenDrossard.pdf
@Mastersthesis{SteffenDrossard2014,
  Title                    = {Entwicklung eines TANGO Device Servers in Python},
  Author                   = {Steffen Drossard},
  School                   = {FH Aachen -- University of Applied Sciences},
  Year                     = {2014},
  Type                     = {Seminar Paper},
  Url                      = {https://pgi-jcns.fz-juelich.de/pub/doc/Seminararbeit_SteffenDrossard.pdf}
}

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.

/pub/doc/Seminararbeit_PhilipKlinkhammer.pdf
@Mastersthesis{PhilipKlinkhammer2014,
  Title                    = {Erstellung eines GKS-Devicetreibers für PGF (Portable Graphic Format)},
  Author                   = {Philip Klinkhammer},
  School                   = {FH Aachen -- University of Applied Sciences},
  Year                     = {2014},
  Type                     = {Seminar Paper},
  Url                      = {https://pgi-jcns.fz-juelich.de/pub/doc/Seminararbeit_PhilipKlinkhammer.pdf}
}

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.

/pub/doc/Seminararbeit_DavidKnodt.pdf
@Mastersthesis{DavidKnodt2012,
  Title                    = {Erstellen von MPEG-4 Videos aus PDF-Seiten auf Basis der Bibliotheken MuPDF und Libav},
  Author                   = {David Knodt},
  School                   = {FH Aachen -- University of Applied Sciences},
  Year                     = {2012},
  Type                     = {Seminar Paper},
  Url                      = {https://pgi-jcns.fz-juelich.de/pub/doc/Seminararbeit_DavidKnodt.pdf}
}

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.

/pub/doc/Seminararbeit_JoergWinkler.pdf
@Mastersthesis{JörgWinkler2012,
  Title                    = {Rasterisierung von Vektor-Schriften auf der Basis der FreeType Software},
  Author                   = {Jörg Winkler},
  School                   = {FH Aachen -- University of Applied Sciences},
  Year                     = {2012},
  Type                     = {Seminar Paper},
  Url                      = {https://pgi-jcns.fz-juelich.de/pub/doc/Seminararbeit_JoergWinkler.pdf}
}

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.

/pub/doc/Seminararbeit_FlorianRhiem.pdf
@Mastersthesis{FlorianRhiem2011,
  Title                    = {Integration OpenGL-basierter Visualisierungs-Techniken in 2D-Grafiksystemen},
  Author                   = {Florian Rhiem},
  School                   = {FH Aachen -- University of Applied Sciences},
  Year                     = {2011},
  Type                     = {Seminar Paper},
  Url                      = {https://pgi-jcns.fz-juelich.de/pub/doc/Seminararbeit_FlorianRhiem.pdf}
}

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.

/pub/doc/Seminararbeit_IngoHeimbach.pdf
@Mastersthesis{IngoHeimbach2011,
  Title                    = {Entwicklung eines logischen GKS Gerätetreibers für die wxWidgets-Klassenbibliothek},
  Author                   = {Ingo Heimbach},
  School                   = {FH Aachen -- University of Applied Sciences},
  Year                     = {2011},
  Type                     = {Seminar Paper},
  Url                      = {https://pgi-jcns.fz-juelich.de/pub/doc/Seminararbeit_IngoHeimbach.pdf}
}