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Avalon: Ein skalierbares Rahmensystem für dynamische Mixed-Reality Anwendungen

Behr, Johannes :
Avalon: Ein skalierbares Rahmensystem für dynamische Mixed-Reality Anwendungen.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2006)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Avalon: Ein skalierbares Rahmensystem für dynamische Mixed-Reality Anwendungen
Language: German
Abstract:

Auf der Grundlage der Szenengraphenstruktur wurde in dieser Arbeit ein einheitliches Modell von Graphen entwickelt, das es erlaubt, alle dynamischen Aspekte einer Mixed Reality (MR) Applikation mit Hilfe von Komponenten und typisierten Kanten zu modellieren. Das Konzept abstrahiert die klassischen topologischen Beziehungen sowie statische und dynamische Nachrichtenkanäle als Kanten innerhalb unterschiedlich gerichteter Graphen. Es wurden daraus abgeleitete Anforderungen diskutiert und entsprechende Lösungen entwickelt. Dabei wurden in dieser Arbeit insbesondere Problemstellungen wie Erweiterbarkeit, die Verwaltung und Bereitstellung von Metabeschreibungen und die korrekte Verarbeitung von Nachrichten untersucht und neuartige Ansätze entwickelt. Aufbauend auf dem einheitlichen Graphenmodell wurden neue Interaktionsmechanismen entwickelt. Dabei wurde gezeigt, dass bisherige MR-Systeme sich meist auf eine statische Abstraktion von virtuellen Gerätegruppen beschränken und kaum darauf aufbauende Interaktionsmodelle anbieten. Aus diesem Grund wurde in dieser Arbeit ein neuartiges, mehrstufiges Sensorkonzept entwickelt und vorgestellt, das unabhängig von Geräteklassifikationen Interaktionsverfahren beinhaltet, welche abhängig von der Ausprägung der Laufzeitumgebung interaktive Elemente bereitstellt. Es wurden drei aufeinander aufbauende Sensorgruppen entwickelt, die als Komponenten der dynamischen und hierarchischen Graphen zum Einsatz kommen. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Entwicklung von Verfahren zur Abbildung der Parallelverarbeitung von Prozessen und deren Skalierbarkeit. Hierbei wurden die typischen Abläufe in einem VR-System untersucht und eine Lösung entwickelt, die zwei unterschiedliche Ansätze der Parallelisierung beinhaltet. Einerseits wurde die klassische Trennung der Applikation und Darstellung verallgemeinert, andererseits wurde zusätzlich ein neuartiges Verfahren entwickelt und vorgestellt, welches die automatische Parallelisierung auf den Ereigniskanten der Applikationsgraphen bereitstellt. Um globale Applikationsvorgaben erfüllen zu können, wie zum Beispiel das Darstellen mit einer fixen Bildwiederholrate, ist eine globale Skalierbarkeit der Kosten gefordert. Zur Lösung dieses Problems wurde ein globales Modell einwickelt und eingeführt, das automatisch lokale Kosten der Prozesse zur Darstellung und Veränderung skaliert. Das in dieser Arbeit entwickelte Modell zur Parallelisierung und Skalierung von MR-Systemen ist eine wesentliche Verbesserung gegenüber den bisherigen Verfahren, da es auf der Grundlage der globalen Zielvorgaben und der Applikationsgraphen selbständig und automatisch den Ressourcenverbrauch regelt und verteilt.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
One of the main contributions of this work is a novel extension of the scene-graph concept. On basis of the scene graph structure a homogeneous model of graphs has been developed allowing to model all dynamic aspects of a Mixed Reality (MR) application by means of components and typified edges. The concept abstracts the classical topologic relations as well as static and dynamic information channels as edges within different leveled graphs. Requirements derived are discussed and solutions are developed. This work especially focuses on analyzing the extensibility, the management, and provision of meta-descriptions, and the correct processing of messages. New approaches have been developed. Based on the homogeneous graph model new interaction mechanisms have been developed. Existing MR systems are mostly confined to a static abstraction of virtual device groups without offering interaction models. This is the reason why in this work a novel multi-stage sensor concept has been developed and introduced containing interaction methods independent of device classifications. These interaction techniques provide interactive elements depending on the runtime environment. Three sensor groups, each based on the previous one, were developed to be used as components of the dynamic and hierarchical graphs. Another focus of the work was the development of methods concerning the parallel processing and the scalability of processes. The typical proceeding in a VR system is analyzed and a solution have been developed containing two different approaches of parallelization. On the one hand, the classical separation of application and representation has been generalized, on the other hand additionally a novel method has been developed and presented providing the automatic parallelization on the event edges of the application graphs. To meet the global application requirements, like the representation with a fixed image repeat rate, a global scalability of the costs is demanded. To solve this problem a global model for an automatic scaling of the local costs of the processes for representation and modification has been developed and applied. The model for parallelization and scaling of MR systems developed in this work presents a considerable improvement compared to the existing approaches as it independently and automatically controls and distributes the resource consumption on the basis of the global aims and the application graph.English
Classification DDC: 000 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft > 004 Informatik
Divisions: Fachbereich Informatik
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:22
Last Modified: 07 Dec 2012 11:51
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000697
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-6979
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Fröhlich, Prof.Dr. Bernd and Encarnacao, Prof.Dr. Jose
Advisors: Alexa, Prof.Dr. Marc
Refereed: 20 May 2005
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/697
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