Zu vergebende Master- und Bachelorarbeiten

Wir bieten Bachelor- und Masterarbeiten in den Bereichen

Medizinische Visualisierung

Serious Games für die Behandlung von Unfallopfern

Curriculum Entwicklung.

Medizinische Visualisierung

Moderne bildgebende Verfahren in der Medizin, wie die schon seit längerem etablierte Computertomographie (CT), Magnetresonanztomographie (MRT) oder die verhältnismäßig junge Positronenemissionstomographie (PET), ermöglichen neue Einblicke in anatomischen Strukturen oder physiologische Prozesse und verbessern somit Diagnosequalität und -möglichkeiten in erheblichem Maße. Bei einem Scan entstehen Volumendaten - dreidimensionale Datensätze eines bestimmten Bereichs oder des ganzen Patienten -, welche anschließend über geeignete Verfahren in ein aussagekräftiges Bild zur Diagnose durch den Arzt umgewandelt werden müssen. Neben der schnell voranschreitenden Entwicklung von Grafikprozessoren (GPU), welche die dreidimensionale Visualisierung dieser Daten in Echtzeit ermöglichen, entwickelt die Informatik parallel dazu neue Konzepte und Methoden, welche die Darstellungsqualität verbessern und aussagekräftigere Diagnosen bzw. neue Einsatzgebiete erlauben.

In Kooperation mit dem Herz- und Diabeteszentrum NRW in Bad Oeynhausen entwickeln wir am Lehrstuhl für Computergrafik, Bildbearbeitung und Visualisierung eine Software zur Unterstützung der Diagnose von Herzerkrankungen, basierend auf der dreidimensionalen Visualisierung von CT, PET und - in naher Zukunft - MRT Daten. Dazu evaluieren wir zunächst existierende Verfahren, die bereits in der Volumenvisualisierung bzw. in der Diagnostik Anwendung finden und nutzen diese dann als Basis für die eigene Forschung und Entwicklung.

Weitere als die hier vorgestellten Themen vergeben wir gerne auf Anfrage.

Arbeitstitel: "Modellbasierte Transferfunktionen zur Visualisierung des Herzens"

Motivation: 

Das Bestimmen geeigneter Transferfunktionen ist eine Grundvorraussetzung für medizinische, direkte Volumenvisualisierungen. Die Spezifikation einer Transferfunktion kann jedoch mitunter sehr aufwendig sein und kann auch enttäuschende Resultate erbringen, wenn andere Organe das Zielorgan verdecken. 

Ziel:

Mithilfe eines in der Fachgruppe Domik erstellten Modells des menschlichen Herzens soll nun vollautomatisch eine passende Transferfunktion gefunden werden, die das Herz freigestellt visualisiert. Dafür soll die Technik der distanzbasierten Transferfunktion ausgenutzt werden. 

Literatur: 

Tappenebck A., Preim B., Dicken V.: Distance-based transfer function design: Specification methods and applications. In SimVis (2006), pp. 259–274.

Kontakt:

Bei Interesse melden Sie sich bei Stephan Arens, Sprechstunden Montags 15-17 Uhr. 

Serious Games zur Behandlung von Unfallopfern

Zur Unterstützung der Traumatherapie von Kindern und Jugendlichen entsteht ein Serious Game. Das Serious Game soll der Desensibilisierung gegenüber belastenden Situationen im täglichen Strassenverkehr dienen.

Im der Traumatherapie hat sich die Expositionstherapie (Desensibilisierung gegenüber langsam ansteigernder, belastender Situationen) als sehr wirksam erwiesen. Kinder und Jugendliche scheuen oft die Therapiestunden, da sie den Nachteil (beängstigende Situationen während der Therapiestunde gegenüber dem Vorteil der langfristigen Reduktion der Ängste) nicht in Kauf nehmen wollen. Kinder und Jugendliche spielen aber gerne Computerspiele. In der Entwicklung des Serious Games muss darauf geachtet werden, dass Motivation und Spass im Spiel vorhanden sind; dass Furcht vor individuelle beängstigenden Situationen erzeugt werden kann, aber auch eine darauffolgende Entspannung; und dass die Handlungen im Spiel als echt genug empfunden werden, um die Spielsituationen auf den Alltag umzulegen. Eine enge Betreuung durch die Klinik für Kinder- und Jugendpsychiatrie in Hamm ist gegeben.

Die folgenden Arbeitsthemen sind beispielhaft. Es gibt von von Dr. Radkowski (HNI) und uns eine Reihe von weiteren Möglichkeiten.

Arbeitstitel: "Entwicklung eines individualisierten Serious Games mit einer Game Engine"

Motivation / Vorgehensweise: 

Game Engines sind Entwicklungsumgebungen für Computerspiele. Zur Entwicklung eines neuen Computerspiels bieten sie eine Fülle an vorgefertigten Funktionen, die im Spieledesign und bei der Spieleentwicklung notwendig werden. Der Einsparung an Entwicklungsarbeit durch die Verwendung einer Game Engine steht eventuell einer eingeschränkten Flexibilität in der Nutzung der Funktionen gegenüber. Für den speziellen Fall der Entwicklung eines Serious Games sollen die Vor- und Nachteile der Entwicklung eines Computerspiels basierend auf selbstentwickelter Software im Vergleich zur Entwicklung basierend auf einer kommerziellen Game Engine geprüft werden.

Vorhanden ist die selbstentwickelte Graphics Engine auf Basis von OpenSceneGraph im VU Labor (von Dr. Rafael Radkowski, HNI). Sie wird verwendet, um einen Prototypen eines Serious Games zur Behandlung einer Posttraumatischen Belastungsstörung von Unfallopfern zu entwickeln. Die Grundidee des Spiels und erste Umsetzungen von Quests sind vorhanden. Das Spiel ist gemäss der Richtlinien der Expositionstherapie entstanden, und enthält deshalb zusätzlich zum Spiel- auch einen Therapiecharakter. Die Entwicklung des Spiels enthält dadurch noch eine zusätzlich Herausforderung.

Ebenfalls ist die Entwicklungsumgebung der Unity 3D Game Engine schon vorhanden. Das Gameslab der Universität Paderborn (T. Oetterer, N5.216) bietet Hilfe im Umgang mit der Software. 

Durch das Nachvollziehen des schon vorhandenen Spiels mit einem Spiel auf Basis der Unity 3D Engine erwarten wir uns eine gute Einschätzung der Vor- und Nachteile der unterschiedlichen Vorgehensweisen bei der Entwicklung unseres Serious Games.

Ziel / Ergebnisse:

Wir erwarten uns eine Aufgabenanalyse für die Entwicklung dieses speziellen Serious Games, eine klare Beschreibung der allgemeinen Vor- und Nachteile in der Verwendung von Game Engines gegenüber eigenen Entwicklungen (basierend auf einer Recherche von Game Engines), und eine Umsetzung von Teilen des vorhandenen Serious Games durch die Unity3D Game Engine. Auf diesen Ergebnissen basierend erwarten wir eine abschließende Bewertung über die Verwendung der Unity 3D Game Engine für die Entwicklung des Serious Games.

Die zu erwartenden Ergebnisse können an unterschiedliche Anforderungen (Bachelor-/ Masterabeit) angepasst werden.

Literatur für den Start: 

„Mapping the Elements of a Posttraumatic Stress Disorder Therapy into a Serious Game“, (Unveröffentlicht), Autoren: R. Radkowski, G. Domik, W. Huck, M. Holtmann, J. Müller-Lietzkow. Von G. Domik oder R. Radkowski erhältlich.

Beiträge aus dem Seminar „Serious Games. Entwurf – Implementierung – User eXperience Testing“, http://www.cs.uni-paderborn.de/fachgebiete/ag-domik/lehre/seminare/ws1011-serious-games/download.html
(Username/Passwort bitte von Herrn Arens oder Frau Domik erfragen).

In den letzten Jahren durchgeführte BA/MA/Diplomarbeiten zur Entwicklung des Serious Games (wähle entsprechend aus
http://www.cs.uni-paderborn.de/fachgebiete/ag-domik/bachelorarbeiten.html 
und
http://www.cs.uni-paderborn.de/fachgebiete/ag-domik/masterarbeiten.html)

Kontakt:

Bei Interesse melden Sie sich bei Prof. Dr. G. Domik, Sprechstunden Montags 15-17 Uhr. 

Curriculum Entwicklung

Arbeitstitel: Ein horizontales und vertikales Lernmodell („Breadth and Depth“) zum universitären Unterricht von „Interactive 3D Graphics and Games“

Motivation: 

Interaktive 3D Grafik ist eine wichtige Grundlage für Computerspiele, medizinische Diagnosen, Echtzeitsimulation und Visualisierung, Navigation durch große, komplexe Szenen, aber auch für viele andere Bereiche in der IT-Industrie (z.B. Produktentwicklung in der Automobilbranche oder im Flugzeugbau, oder im Bankwesen). Die Frage erhebt sich, wie ein Curriculum für einen erfolgreichen Studiengang für „Interactive 3D Graphics and Games“ innerhalb der Informatik aussehen muss. Selbstverständliche müssen Studierende Methoden, Technologien, und Algorithmen, die zum Einsatz kommen, in ihren Tiefen verstehen lernen. Da aber auch anzunehmen ist, dass im späteren Berufsleben mit anderen Disziplinen (z.B. Medien, Design, Medizin, Maschinenbau, Bankwesen) zusammengearbeitet wird, sollen die Themen sowohl in der Breite als auch in der Tiefe entwickelt werden.

Ziel / Ergebnisse:

Beschreibung eines Curriculums für „Interactive 3D Graphics and Games“ in Form von „Breadth-First“. „Breadth-First bedeutet, dass zuerst alle notwendigen Themen in einer interdisziplinären Breite beschrieben werden, und diese Themen anschließend in ihrer Tiefe bearbeitet werden. Alle Themen auf jeder Breiten/Tiefenstufe sollen kurz textuell beschrieben werden. Ausarbeitung in Englisch bevorzugt.

Die zu erwartenden Ergebnisse können an unterschiedliche Anforderungen (Bachelor-/Hausarbeiten) angepasst werden.

Literatur für den Start: 

BAusgangspunkt können die Studienpläne von „Games Engineering“ (TU München), „Game  Design“ (Drexel University, USA) und „Game Design and Development“ (RIT- Rochester Institute of Technology, USA) sein. 

Das Modell „Breadth-First“ ist in den folgenden Beiträgen genauer beschrieben:
Domik, G., Goetz, F., 2006, A Breadth-First Approach for Teaching Computer Graphics, Education Papers, pp. 1-5. (Eurographics 2006), Vienna, Austria, September 4-8, 2006.

Domik, G., and G. Fischer, 2010, Coping with Complex Real-World Problems: Strategies for Developing the Competency of Transdisciplinary Collaboration, IFIP World Computer Congress (WCC2010) - Key Competencies in the Knowledge Society (KCKS 2010), 20-23 September 2010, Brisbane, Australia.

Die Beiträge sind hier zu erhalten:
http://www.cs.uni-paderborn.de/fachgebiete/ag-domik/personen/prof-gitta-domik/publications.html 

Zwei Breadth-First Modelle (Farbe; Visualisierung) sind in SIMBA implementiert:
http://www.cs.uni-paderborn.de/fachgebiete/ag-domik/forschung.html
Username/Passwort muss noch von Frau Domik erfragt werden.

Kontakt:

Bei Interesse melden Sie sich bei Prof. Dr. G. Domik, Sprechstunden Montags 15-17 Uhr.