Mehr Software–Sicherheit, mehr Software : Verlässlichkeit durch generalisierende und komponierende Abstraktion

In Zeiten des nahezu uneingeschränkten Computereinsatzes gewinnen die Software – Sicherheit und Software – Verlässlichkeit immer mehr an Bedeutung. Dies trifft sowohl für die Neuentwicklung als auch für die Wartung und Pflege von Software – Systemen zu. In sicherheitsrelevanten, lebenserhaltenden Systemen, wie beispielsweise im medizinischen Bereich, im Bereich der Steuerung von Sicherheitssystemen in Kraftfahrzeugen, in technischen Anwendungen mit Mikroprozessunterstützung und ähnlichen Anwendungsgebieten ist es notwendiger denn je, äußerst stabile, sichere und verlässliche Software - Systeme einzusetzen. ..

Editorial: What can we expect from data scientists?

Data scientist is probably the most trendy job in Information Technology (IT) nowadays. This new profession emerged with the Big Data wave. Even though there is no such thing like an exact job profile, we expect that the data scientist can handle all the Big Data challenges that are novel to us. Without being a magician she or he shall help to deliver us all the magic Big Data promises. The data scientist capitalizes on unstructured data without taking the roles of a programmer, database expert, statistician, or content manager. All these professions are around for decades. So, why invent a new one?N/

Ingenieria de "usabilidad" aplicada a la WEB . En el caso del sitio WEB departamento de Informatica de Gestion

68 p.Esta memoria introduce al lector en el campo de la evaluación de sitios y paginas Web, aplicando herramientas de ingeniería de "usabilidad". El documento se divide en tres partes: La primera parte de esta memoria (punto 3 del índice de contenidos) entrega una visión general del concepto de "usabilidad", necesaria para entender su importancia en el proceso de desarrollo de interfaces. La segunda parte (punto 4 del índice de contenidos) expone la relación entre "usabilidad" y la Web, y como ha servido esta disciplina para mejorar la calidad de los sitios y paginas. Para terminar la tercera parte (punto 5 del índice de contenidos) presenta un caso practico y real, donde aplicando herramientas de "usabilidad" se evalúa el sitio Web del Departamento de Informática y Gestión de la Universidad de Talca. Incluye un informe de evaluación con los principales problemas de "usabilidad" del sitio y un informe con recomendaciones orientadas a apoyar el rediseño

Relevanz suszeptibilitätsinduzierter geometrischer Fehlkodierungen für die Validität MR-basierter Knorpelvolumen- und -dickenmessungen im Kniegelenk - Relevance of susceptibility-induced geometrical distortion for the accuracy of MR-based cartilage volume and thickness measurement

The aim of the present study was to analyze the relevance of susceptibility-induced geometrical distortion to the accuracy of MR-based cartilage volume and thickness measurement in the human knee joint. Nine cadaveric knee joints were imaged in the sagittal plane with MRI at a resolution of a x 0.31 x 0.81 mm³, using a fat-suppressed gradient echo sequence, with a normal gradient orientation and also with the frequency- and phase-encoding directions changed. CT arthrographic data sets were then obtained. On the basis of 3-D constructions, we determined the cartilage volume and, with a 3-D minimal distance algorithm, the thickness distribution, of the patella, femur and tibia. Irrespective of the gradient orientation, good agreement was observed between MRI and CT arthrography in terms of cartilage volumes and maximum cartilage thickness. With a normal gradient orientation the volume was overestimated by 2.5 % in MRI, and 2.3 % when the gradients were changed. The maximum cartilage thickness was underestimated by 0.24 intervals (interval = 0.5 mm) with a normal gradient orientation, and by 0.22 intervals when the gradient orientation was changed. In none of the joint surfaces was a relevant difference between the two methods observed. It can be shown that, using high-resolution, fat-suppressed gradient-echo sequences - suseeptibility-induced geometrical distortion has no significant effect on the accuracy of KR-based cartilage volume and thickness measurements. MRI would therefore appear suitable for the design of patient-specific finite element models with the aim of analysing load transmission in diarthrodial joints and planning surgical interventions

Präzision MRT-basierter Gelenkflächen- und Knorpeldickenanalysen im Kniegelenk bei Verwendung einer schnellen Wasseranregungs-Sequenz und eines semiautomatischen Segmentierungs-Algorithmus

The aim of this study was to analyse the precision of three-dimensional joint surface and cartilage thickness measurements in the knee, using a fast, high-resolution water-excitation sequence and a semiautomated segmentation algorithm. The knee joint of 8 healthy volunteers, aged 22 to 29 years, were examined at a resolution of 1.5 mm x 0.31 mm x 0.31 mm, with four sagittal data sets being acquired after repositioning the joint. After semiautomated segmentation with a B-spline Snake algorithm and 3D reconstruction of the patellar, femoral and tibial cartilages, the joint surface areas (triangulation), cartilage volume, and mean and maximum thickness (Euclidean distance transformation) were analysed, independently of the orientation of the sections. The precision (CV%) for the surface areas was 2.1 to 6.6%. The mean cartilage thickness and cartilage volume showed coefficients of 1.9 to 3.5% (except for the femoral condyles), the value for the medial femoral condyle being 9.1%, and for the lateral condyle 6.5%. For maximum thickness, coefficients of between 2.6 and 5.9% were found. In the present study we investigate for the first time the precision of MRI-based joint surface area measurements in the knee, and of cartilage thickness analyses in the femur. Using a selective water-excitation sequence, the acquisition time can be reduced by more than 50%. The poorer precision in the femoral condyles can be attributed to partial Volume effects that occur at the edges of the joint surfaces with a sagittal image protocol. Since MRI is non-invasive, it is highly suitable for examination of healthy subjects (generation of individual finite element models, analysis of functional adaptation to mechanical stimulation, measurement of cartilage deformation in vivo) and as a diagnostic tool for follow-up, indication for therapy, and objective evaluation of new therapeutic agents in osteoarthritis

Spherical tangible user interfaces in mixed reality

The popularity of virtual reality (VR) and augmented reality (AR) has grown rapidly in recent years, both in academia and commercial applications. This is rooted in technological advances and affordable head-mounted displays (HMDs). Whether in games or professional applications, HMDs allow for immersive audio-visual experiences that transport users to compelling digital worlds or convincingly augment the real world. However, as true to life as these experiences have become in a visual and auditory sense, the question remains how we can model interaction with these virtual environments in an equally natural way. Solutions providing intuitive tangible interaction would bear the potential to fundamentally make the mixed reality (MR) spectrum more accessible, especially for novice users. Research on tangible user interfaces (TUIs) has pursued this goal by coupling virtual to real-world objects. Tangible interaction has been shown to provide significant advantages for numerous use cases. Spherical tangible user interfaces (STUIs) present a special case of these devices, mainly due to their ability to fully embody any spherical virtual content. In general, spherical devices increasingly transition from mere technology demonstrators to usable multi-modal interfaces. For this dissertation, we explore the application of STUIs in MR environments primarily by comparing them to state-of-the-art input techniques in four different contexts. Thus, investigating the questions of embodiment, overall user performance, and the ability of STUIs relying on their shape alone to support complex interaction techniques. First, we examine how spherical devices can embody immersive visualizations. In an initial study, we test the practicality of a tracked sphere embodying three kinds of visualizations. We examine simulated multi-touch interaction on a spherical surface and compare two different sphere sizes to VR controllers. Results confirmed our prototype's viability and indicate improved pattern recognition and advantages for the smaller sphere. Second, to further substantiate VR as a prototyping technology, we demonstrate how a large tangible spherical display can be simulated in VR. We show how VR can fundamentally extend the capabilities of real spherical displays by adding physical rotation to a simulated multi-touch surface. After a first study evaluating the general viability of simulating such a display in VR, our second study revealed the superiority of a rotating spherical display. Third, we present a concept for a spherical input device for tangible AR (TAR). We show how such a device can provide basic object manipulation capabilities utilizing two different modes and compare it to controller techniques with increasing hardware complexity. Our results show that our button-less sphere-based technique is only outperformed by a mode-less controller variant that uses physical buttons and a touchpad. Fourth, to study the intrinsic problem of VR locomotion, we explore two opposing approaches: a continuous and a discrete technique. For the first, we demonstrate a spherical locomotion device supporting two different locomotion paradigms that propel a user's first-person avatar accordingly. We found that a position control paradigm applied to a sphere performed mostly superior in comparison to button-supported controller interaction. For discrete locomotion, we evaluate the concept of a spherical world in miniature (SWIM) used for avatar teleportation in a large virtual environment. Results showed that users subjectively preferred the sphere-based technique over regular controllers and on average, achieved lower task times and higher accuracy. To conclude the thesis, we discuss our findings, insights, and subsequent contribution to our central research questions to derive recommendations for designing techniques based on spherical input devices and an outlook on the future development of spherical devices in the mixed reality spectrum.Die Popularität von Virtual Reality (VR) und Augmented Reality (AR) hat in den letzten Jahren rasant zugenommen, sowohl im akademischen Bereich als auch bei kommerziellen Anwendungen. Dies ist in erster Linie auf technologische Fortschritte und erschwingliche Head-Mounted Displays (HMDs) zurückzuführen. Ob in Spielen oder professionellen Anwendungen, HMDs ermöglichen immersive audiovisuelle Erfahrungen, die uns in fesselnde digitale Welten versetzen oder die reale Welt überzeugend erweitern. Doch so lebensecht diese Erfahrungen in visueller und auditiver Hinsicht geworden sind, so bleibt doch die Frage, wie die Interaktion mit diesen virtuellen Umgebungen auf ebenso natürliche Weise gestaltet werden kann. Lösungen, die eine intuitive, greifbare Interaktion ermöglichen, hätten das Potenzial, das Spektrum der Mixed Reality (MR) fundamental zugänglicher zu machen, insbesondere für Unerfahrene. Die Forschung an Tangible User Interfaces (TUIs) hat dieses Ziel durch das Koppeln virtueller und realer Objekte verfolgt und so hat sich gezeigt, dass greifbare Interaktion für zahlreiche Anwendungsfälle signifikante Vorteile bietet. Spherical Tangible User Interfaces (STUIs) stellen einen Spezialfall von greifbaren Interfaces dar, insbesondere aufgrund ihrer Fähigkeit, beliebige sphärische virtuelle Inhalte vollständig verkörpern zu können. Generell entwickeln sich sphärische Geräte zunehmend von reinen Technologiedemonstratoren zu nutzbaren multimodalen Instrumenten, die auf eine breite Palette von Interaktionstechniken zurückgreifen können. Diese Dissertation untersucht primär die Anwendung von STUIs in MR-Umgebungen durch einen Vergleich mit State-of-the-Art-Eingabetechniken in vier verschiedenen Kontexten. Dies ermöglicht die Erforschung der Bedeutung der Verkörperung virtueller Objekte, der Benutzerleistung im Allgemeinen und der Fähigkeit von STUIs, die sich lediglich auf ihre Form verlassen, komplexe Interaktionstechniken zu unterstützen. Zunächst erforschen wir, wie sphärische Geräte immersive Visualisierungen verkörpern können. Eine erste Studie ergründet die Praxistauglichkeit einer einfach konstruierten, getrackten Kugel, die drei Arten von Visualisierungen verkörpert. Wir testen simulierte Multi-Touch-Interaktion auf einer sphärischen Oberfläche und vergleichen zwei Kugelgrößen mit VR-Controllern. Die Ergebnisse bestätigten die Praxistauglichkeit des Prototyps und deuten auf verbesserte Mustererkennung sowie Vorteile für die kleinere Kugel hin. Zweitens, um die Validität von VR als Prototyping-Technologie zu bekräftigen, demonstrieren wir, wie ein großes, anfassbares sphärisches Display in VR simuliert werden kann. Es zeigt sich, wie VR die Möglichkeiten realer sphärischer Displays substantiell erweitern kann, indem eine simulierte Multi-Touch-Oberfläche um die Fähigkeit der physischen Rotation ergänzt wird. Nach einer ersten Studie, die die generelle Machbarkeit der Simulation eines solchen Displays in VR evaluiert, zeigte eine zweite Studie die Überlegenheit des drehbaren sphärischen Displays. Drittens präsentiert diese Arbeit ein Konzept für ein sphärisches Eingabegerät für Tangible AR (TAR). Wir zeigen, wie ein solches Werkzeug grundlegende Fähigkeiten zur Objektmanipulation unter Verwendung von zwei verschiedenen Modi bereitstellen kann und vergleichen es mit Eingabetechniken deren Hardwarekomplexität zunehmend steigt. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die kugelbasierte Technik, die ohne Knöpfe auskommt, nur von einer Controller-Variante übertroffen wird, die physische Knöpfe und ein Touchpad verwendet und somit nicht auf unterschiedliche Modi angewiesen ist. Viertens, um das intrinsische Problem der Fortbewegung in VR zu erforschen, untersuchen wir zwei gegensätzliche Ansätze: eine kontinuierliche und eine diskrete Technik. Für die erste präsentieren wir ein sphärisches Eingabegerät zur Fortbewegung, das zwei verschiedene Paradigmen unterstützt, die einen First-Person-Avatar entsprechend bewegen. Es zeigte sich, dass das Paradigma der direkten Positionssteuerung, angewandt auf einen Kugel-Controller, im Vergleich zu regulärer Controller-Interaktion, die zusätzlich auf physische Knöpfe zurückgreifen kann, meist besser abschneidet. Im Bereich der diskreten Fortbewegung evaluieren wir das Konzept einer kugelförmingen Miniaturwelt (Spherical World in Miniature, SWIM), die für die Avatar-Teleportation in einer großen virtuellen Umgebung verwendet werden kann. Die Ergebnisse zeigten eine subjektive Bevorzugung der kugelbasierten Technik im Vergleich zu regulären Controllern und im Durchschnitt eine schnellere Lösung der Aufgaben sowie eine höhere Genauigkeit. Zum Abschluss der Arbeit diskutieren wir unsere Ergebnisse, Erkenntnisse und die daraus resultierenden Beiträge zu unseren zentralen Forschungsfragen, um daraus Empfehlungen für die Gestaltung von Techniken auf Basis kugelförmiger Eingabegeräte und einen Ausblick auf die mögliche zukünftige Entwicklung sphärischer Eingabegräte im Mixed-Reality-Bereich abzuleiten

Eine neue In-vivo-Technik zur dreidimensionalen Analyse der Translation der Femurkondylen und der Menisken unter dem Einfluß antagonistischer Muskelkräfte

The aim of our study was to develop a 3-D MR-based technique for the analysis of meniscal and femoral translations during flexion of the knee, and under the influence of antagonistic muscle forces in healthy subjects. In an open MR system, 5 knees were examined at 30 degrees and 90 degrees flexion using a T1-weighted 3-D gradient echo sequence. A force of 30 Newtons, first in the extending and then in the flexing direction, was applied to the distal lower leg. After three-dimensional reconstruction, the minimal distances between the centre of the tibial plateau and the posterior edge of the menisci and femoral condyles were determined. At 30 degrees flexion, the minimum distance for the meniscus was larger medially than laterally (23.2 +/- 1.8 mm vs. 16.2 +/- 3.3 mm), and this also applied to the condyles (25.1 +/- 1.5 vs. 19.0 +/- 3.0 mm). During flexion to 90 degrees, a posterior translation of 0.5 +/- 0.2 mm was observed for the lateral, and of 3.4 +/- 1.2 mm for the medial, meniscus. The condyles demonstrated a different posterior translation (lateral 2.2 +/- 0.56 mm; medial 1.8 +/- 1.9 mm). No obvious differences were found between extension and flexion muscle activity for the different positions of the knee. In the present study, a new 3-D technique is presented for the analysis of the femoral and meniscal translation at various positions of the knee, and under muscle activity. The results suggest different translation for the menisci and condyles