Schneller Entwurf interaktiver dreidimensionaler Computeranimationen: Beiträge zur wissensbasierten Modellierung und Illustration komplexer technischer Systeme
Gespeichert in:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Aachen
Shaker
1999
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| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | C-LAB <Paderborn>: C-LAB publication
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| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Zugl.: Paderborn, Univ., Diss., 1999 |
| Beschreibung: | VII, 392 S. Ill., graph. Darst. 21 cm |
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| adam_text | Titel: Schneller Entwurf interaktiver dreidimensionaler Computeranimationen
Autor: Geiger, Christian
Jahr: 1999
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung 1
1.1. Zur Motivation der vorliegenden Arbeit 2
1.2. Entwurf komplexer Systeme in frühen Phasen 2
1.2.1. Komplexe Systeme 2
1.2.2. Kontrolltheorie 3
1.2.3. Kognitive Aspekte 4
1.2.3.1. Entwicklung der Motivationsforschung 5
1.2.3.2. Kreativität als spezielles zielgerichtetes Handeln 6
1.2.4. Wissensbasierte Systeme 8
1.2.5. Rapid Prototyping und kollaborativer Systementwurf 9
1.2.5.1. Kollaborativer Systementwurf 10
1.2.5.2. Rapid Prototyping , 11
1.2.5.3. Interaktive Illustration komplexer Systeme 13
1.3. Übersicht der vorliegenden Arbeit 14
1.3.1. Hypothesen 14
1.3.2. Aufgaben 16
1.3.2.1. Illustration 17
1.3.2.2. Modellierung 17
1.3.3. Übersicht der Arbeit , 18
1.4. Ergänzende Bemerkungen und Literaturangaben 20
1.4.1. Literatur 20
1.4.2. Relevanten Publikationen 22
2. Interaktive 3D-Animation 25
2.1. 3D-Animation als neue Technologie? 26
2.2. 3D-Grafik 27
2.2.1. Modellierung von 3D-Elementen 27
2.2.1.1. Anforderungen 28
2.2.1.2. Primitive Instanzen 28
2.2.1.3. Randdarstellung , 28
2.2.1.4. Translationskiirper 29
2.2.1.5. Räumliche Aufteilung , 29
2.2.1.6. Modellierung mit Raumprimitiven (CSG) 31
2.2.1.7. Vergleich 31
2.2.2. Modellierung von 3D-Szenen 32
2.2.3. Repräsentation der 3D-Szene 33
2.2.3.1. Modell der dreidimensionalen Darstellung 33
2.2.3.2. Verfahren zur Erhöhung des Darstellungsrealismus 34
2.2.3.3. Rendering-Techniken für schattierte Bilder 39
2.3. Grafische Animation 42
2.3.1. Wahrnehmung von Dynamik 42
2.3.2. Eine kurze Geschichte der Animation 43
2.3.3. Der Begriff Animation 47
2.3.4. Traditionelle Animation (Trickfilm Animation) 48
2.3.5. Computeranterstiitzte Animation 49
2.3.6. Computer Animation 49
2.3.6.1. Animationsmethoden 50
2.3.6.2. Vergleich der Animationsniethoden 52
2.3.6.3. Abstraktionsebenen in einer Animation 53
2.3.6.4. Kontrollmechanismen 54
2.3.6.5. Übersicht der Animationsmechanismen 56
2.3.6.6. Typen von Animationssystemen 57
2.3.6.7. Regeln der Computer Animation 61
2.4. Interaktion 62
2.4.1. Interaktionstypen 63
2.4.1.1. Direkte Manipulation 63
2.4.1.2. Indirekte Manipulation 64
2.4.1.3. Textuelle Manipulation , 64
2.4.1.4. Kombination der Interaktionstypen __ 64
2.4.2. Interaktionstechniken 64
2.4.2.1. 3D-Interaktionstechniken 66
2.4.3. Eingabe- und Ausgabe Geräte 67
2.4.3.1. Eingabe , __67
2.4.3.2. Ausgabe 68
2.4.4. Multimodale Interaktion __70
2.4.5. Entwurfsprinzipien interaktiver Benutzungsschnittstellen 70
2.5. Ergänzende Bemerkungen und Quellenangaben 71
2.5.1. Literatur _J6
3. Anwendungsgebiete interaktiver 4D-Grafik 79
3.1. Anwendungsgebiete __ 80
3.2. Virtuelle Prototypentwicklung 80
3.3. Simulation 81
3.3.1. Verkehrssimulation 82
3.3.2. Gebäudebegehungen. , 83
3.4. Unterhaltung 83
3.4.1. PC und Spielkonsolen , 84
3.4.2. Spielhallengeräte 84
3.4.3. Freizeitparks __ 85
3.4.4. Film 85
3.5. Wissenschaftliche Visualisierung 86
3.6. InformationsVisualisierung 87
3.7. Interaktive Illustration 89
3.7.1. Wissensbasierte Präsentationssysteme 91
3.8. Ergänzende Bemerkungen und Literatur 93
3.8.1. Literatur 96
3.8.2. Zur Validierung der Arbeitshypothesen 99
4. Entwurf von interaktiven 3D-Animationen 101
4.1. Entwurf interaktiver animierter 3D-Szenen 102
4.1.1. Probleme beim Entwurf 102
4.1.2. Beispielanwendung: Smart Dog vs. Clever Cat 103
4.1.3. Interaktive 3D-Animationen als typische komplexe Systeme 104
4.1.4. Prototypentwicklung von 4D-Szenen 105
4.1.4.1. Anforderungen . 105
4.1.4.2. Strukturierter Entwurf von 4D-Szenen 106
4.2. 3D-Bibliotheken 107
4.2.1. Openlnventor 109
4.2.1.1. Modellierung und Repräsentation 109
4.2.1.2. Dynamik und Interaktion 111
4.2.1.3. Anwendungen 114
4.2.1.4. Erweiterungen 114
4.2.2. Good 115
4.2.2.1. Modellierung und Repräsentation 116
4.2.2.2. Dynamik und Interaktion 116
4.2.2.3. Anwendungen 117
4.2.3. Oblique-3D 117
4.2.3.1. Modellierung und Repräsentation 118
4.2.3.2. Dynamik und Interaktion 118
4.2.3.3. Anwendungen 118
4.2.4. Alice 119
4.2.4.1. Modellierung und Repräsentation 119
4.2.4.2. Dynamik und Interaktion 120
4.2.4.3. Anwendungen 120
4.2.5. Dive 121
4.2.5.1. Modellierung und Repräsentation 121
4.2.5.2. Dynamik und Interaktion 121
4.2.5.3. Anwendungen __ 122
4.2.6. TBAG 122
4.2.6. J. Modellierung und Repräsentation , 122
4.2.6.2. Dynamik und Interaktion 123
4.2.6.3. Anwendungen 124
4.2.7. VB2 124
4.2.7.1. Modellierung und Repräsentation 124
4.2.7.2. Dynamik und Interaktion 125
4.2.7.3. Anwendungen. 126
4.2.8. MAM/VRS , 126
4.2.8.1. Modellierung und Repräsentation 126
4.2.8.2. Animation und Interaktion , 127
4.2.8.3. Anwendungen , 127
4.2.9. ILOG Vision 128
4.2.9.1. Modellierung und Repräsentation 128
4.2.9.2. Dynamik und Interaktion __ „ 128
4.2.9.3. Anwendungen. 129
4.3. Vergleich von 3D-Grafilcbibüotheken 129
4.4. Ergänzende Bemerkungen und Literaturangaben 131
4.4.1. Literatur 133
4.4.2. Zur Validierung der Arbeitshypothesen 135
5. Animated Agent Layer (AAL) 137
5.1. Yet another 4D Graphics Library ? 138
5.1.1. Spezielle Merkmale des Animationssystems AAL 138
5.1.2. Unterschiede zu universellen Animationssystemen 139
5.2. Überblick 140
5.3. Die Animationsbibliothek AAL 140
5.3.1. AI: Die Basis für interaktive Animationen 141
5.3.2. A2: Statische Objekte und abstrakte Animationsmethoden 142
5.3.2.1. Szenegraph versus Objektmenge 143
5.3.2.2. Statische Objekte 143
5.3.2.3. Zusammenfassung der Objektstruktur 149
5.3.2.4. Abstrakte Animationsmethoden 151
5.3.2.5. Animierbarkeit statischer A2-Objekte 160
5.3.3. A3: Animierte Objekte 161
5.3.3.1. Typen animierter Objekte 161
5.3.3.2. Interaktion der A3-Objekte 162
5.3.3.3. Animationseigenschaften der A3-Objekte 163
5.3.3.4. Synchronisation 167
5.3.3.5. Übersicht der Objektmethoden animierter Objekte 168
5.3.4. A4: Animierte Agenten 169
5.3.4.1. Typen animierter Agenten 170
5.3.4.2. Gemeinsame Konzepte animierter Agenten 170
5.3.4.3. AnimatedShape-Agenten 173
5.3.4.4. Animatedlights 175
5.3.4.5. AnimatedViewers 176
5.4. Das Animationssystem 178
5.4.1. Nachrichtenstruktur 179
5.4.2. Kommunikation 180
5.4.3. Mailbox 181
5.4.4. Interpreter 181
5.4.5. Registry 182
5.4.6. Tabellen 183
5.4.7. Globaler Zeitgeber 184
5.5. Aspekte der Realisierung 184
5.5.1. AI- Openlnventor Teilmenge , 184
5.5.2. A2-Klassenhierarchie 186
5.5.3. A3-Objekte 190
5.5.3.1. Klassenstruktur der A3-Ebene 191
5.5.3.2. Animationskern 191
5.5.3.3. Nachrichtenverarbeitung 193
5.5.3.4. Synchronisation 193
5.5.4. A4: Animierte Agenten 197
5.5.4.1. Klassenstruktur der A4-Ebene 197
5.5.4.2. Allgemeine A4-Konzepte 198
5.5.4.3. A4-Shape 198
5.5.4.4. A4-Light 199
5.5.4.5. A4-Viewer 199
5.6. Animationsumgebung 200
5.6.1. Ausführung eines Animationsschrittes 201
5.6.2. Nachrichtenverteilung 201
5.6.3. Prozeßkommunikation 202
5.6.4. Mailbox 202
5.6.5. Interpreter 203
5.6.6. Registry 205
5.6.7. Tabellen 205
5.6.8. Global Timer 206
5.7. Ergänzungen und Literaturangaben 206
5.7.1. Literatur 208
5.7.2. Zur Validierung der Arbeitshypothesen 208
6. Wissensbasierter Entwurf komplexer Systeme 209
6.1. Wissensbasierte Repräsentation und Modellierung 210
6.1.1. Unscharfe Logik 210
6.1.1.1. Unscharfe Inferenz 211
6.1.1.2. Unscharfe Regelung 211
6.1.2. Parallele wissensbasierte Programmiersprachen 217
6.1.2.1. Program Composition Notation 217
6.1.2.2. Janus 219
6.1.2.3. Concurrent Prolog und verwandte Sprachen , 220
6.1.2.4. Agent Kernel Language (AKL) __222
6.1.2.5. DFKlOz , , 224
6.1.3. Visuelle wissensbasierte Programmierung 237
6.1.3.1. Pictorial Janus 238
6.1.3.2. ToonTalk 243
6.1.3.3. AgentSheets/Cocoa , 244
6.1.3.4. Cube 246
6.1.3.5. 3D-Visulan 248
6.1.4. Vergleich 249
6.2. Agentenbasierte Modellierung 250
6.2.1. Grundlagen agentenbasierter Systeme 250
6.2.1.1. Verschiedene Agentendefinitionen _250
6.2.1.2. Agenten aus der Sicht des Systementwurfes 252
6.2.1.3. Verschiedene Typen von Agenten 252
6.2.2. Das BDI-Modell als spezieller deliberativer Ansatz 255
6.2.3. AgentSpeak - ein praktisches BDI-Modell 257
6.2.3.1. AgentSpeak(L) 258
6.2.3.2. AgentSpeak . — 259
6.3. Ergänzende Bemerkungen und Literaturangaben 259
6.3.1. Literatur 261
6.3.2. Zur Validierung der Arbeitshypothesen 265
7. AgentGHC 267
7.1. Motivation einer Erweiterung 268
7.1.1. Beispiel 269
7.2. Erweiterung zu AgentGHC (Mikro) 269
7.2.1. Grundlegende Definitionen 270
7.2.2. Operationale Semantik. 275
7.2.3. Ein abstrakter Interpreter für AgentGHC 281
7.3. Erweiterung zu AgentGHC (Makro) 284
7.3.1. Zusammenfassung der Agentenstruktur 285
7.3.2. Die abstrakte Agentfamilie UrAgentGHC 285
7.3.2.1. Dienste 286
7.3.2.2. Beliefs 287
7.3.2.3. Aktionen 287
7.3.2.4. Strategien 287
7.3.2.5. Nachrichten 288
7.4. Zu einer hierarchischen Strukturierung der Modellierungskonzepte 289
7.5. Fallbeispiel wissensbasierter Modellierung: CIM 290
7.5.1. Flexible Fertigung 290
7.5.2. Der Farbsortierspeicher 291
7.5.3. Systemmodellierung ___ 292
7.5.3.1. Entwurf unscharfer Kontrollstrategien 295
7.5.4. Das CSAB-Modell in DFKI Oz ,299
7.6. Entwurf einer interaktiven Illustration des CSAB 300
7.6.1. Modellierung und Animation 301
7.7. Ergänzende Bemerkungen und Literaturangaben . 302
7.7.1. Literatur __ 303
7.7.2. Zur Validierung der Arbeitshypothesen 303
8. Anwendungen 305
8.1. Einfache Beispiele 306
8.1.1. Oz-Demos 306
8.1.2. Inverses Pendel 308
8.1.3. Mehrfach-Pendel , 309
8.1.3.1. Modellierung 309
8.1.3.2. Folgerungen 310
8.2. Hausanschluß-Inspektionssystem HIS 311
8.2.1. Motivation 311
8.2.2. Lösungskonzept 312
8.2.3. Ziel und Ergebnis der Kooperation 313
8.2.4. Die HIS-Simulation und Animation 313
8.2.4.1. Objektmodellierung 314
8.2.5. Simulation und Animation 316
8.2.5.1. Satellit 316
8.2.5.2. Druckleitung 318
8.2.5.3. Einsteuern 318
8.2.6. Interaktion 320
8.2.7. Simulationsprozeß 320
8.2.8. Projektdurchführung 321
8.3. Entwurf virtueller 3D-Welten 321
8.3.1. Vorgehensmodell 322
8.3.2. Anwendung auf das Beispiel 323
8.3.2.1. Anforderungen spezifizieren. 324
8.3.2.2. Identifikation 324
8.3.2.3. Horizontale Unterscheidung 324
8.3.2.4. Vertikale Beschreibung 325
8.3.2.5. Klassenbildung und Prototyping 325
8.3.2.6. Test und Verfeinerung 326
8.4. Visuelle Programmierung in vier Dimensionen 326
8.4.1. Anforderungen an SAM 326
8.4.2. Sprachkonzept 328
8.4.2.1. SAM-Agenten 329
8.4.2.2. Nachrichten und Datentypen 329
8.4.2.3. Regeln 329
8.4.3. Architektur , 332
8.4.4. Textuelles Format , 334
8.4.5. Beispiele 337
8.4.5.1. Producer-Transducer-Consumer 337
8.4.5.2. Pathfinder 338
8.4.5.3. Pendel , , 338
8.4.5.4. Flowers and Bees 339
8.4.6. Bewertung 340
8.5. Ergänzungen und Literatur 341
8.5.1. Referenzen 342
8.5.2. Zur Validierung der Arbeitshypothesen 342
9. Werkzeuge 343
9.1. Textuelle Generierung durch Skriptsprachen. 344
9.1.1. Ishells - Tcl/Tk-Shells mit 3D-Grafik 345
9.1.1.1. TCL-Syntax der Openlnventor Funktionen. 346
9.1.1.2. Kombination der Ereignisverwaltung in Tcl/Tk und Openlnventor 348
9.1.1.3. Architektur 348
9.1.1.4. Beispiele 349
9.1.2. Die textuelle Beschreibung von AAL-Objekten 351
9.2. Visuelle Entwicklung von AAL-Objekten 353
9.2.1. AAL-VL - eine visuelle Sprache für 3D-Animationen 353
9.2.2. Interaktive 3D-Modellierang von AAL-Szenen 356
9.2.2.1. Das Konzept der Animatlcons 356
9.2.2.2. 3D-Widgets und Glyphen 357
9.2.2.3. Entwurf der Animatlcons 358
9.2.2.4. Die Benutzungsschnittstelle von AnimEdit 361
9.2.2.5. Beispiel 362
9.2.2.6. Zusätzliche Entwurfskonzepte 364
9.3. Ergänzende Bemerkungen und Literaturangaben 364
9.3.1. Referenzen 365
10. Zusammenfassung und Ausblick 367
10.1. Zusammenfassung 368
lO.l.l.Kapitel 1 Einleitung 368
10.1.2.Kapitel 2 Interaktive 3D-Animation 368
10.1.3.Kapitel3 Anwendungsgebiete interaktiver 4D-Grafik 368
10.1 AKapitel 4 Entwurf von interaktiven 3D-Animationen 369
10.1.5.Kapitel5 Animated Agent Layer (AAL) 369
10.1.6.Kapitel 6 Wissensbasierter Entwurf komplexer Systeme 369
10.1.7.Kapitel7 AgentGHC 370
10.1.8.Kapitel8 Anwendungen 370
10.1.9.Kapitel 9 Werkzeuge 370
10.1.10.Zur Validierung der Arbeitshypothesen 371
10.1.11.Wissenschaftlicher Beitrag und Limitierungen 371
10.1.12.Limitierungen 372
10.2. Zukünftige Arbeiten 372
10.2.1 .Strukturierter Entwurf interaktiver Illustrationen 372
10.2.2.Interaktive 3D-Animationen für Multimedia-Autorensysteme 373
10.2.3.Wissensbasierte 4D-Benutzungsschnittstellen 374
10.2.4. Visuelle kollaborative VR-Programmierung 375
10.2.5. Visuelle - Textuelle Entwurfsmethodik agentenbasierter Systeme 376
10.3. Vollständiges Literaturverzeichnis 377
10.3.1.Referenzen (unkommentiert) 377
10.3.2.Quellenangabe der Abbildungen 387
10.3.3.Tabellenverzeichnis 391
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