Νίκος Πλατής

Παρουσιάζουμε έναν αλγόριθμο απλοποίησης τριγωνικών πλεγμάτων, υλοποιημένο στην GPU. Ο αλγόριθμος πραγματοποιεί συρρικνώσεις ακμών καθοδηγούμενος από ένα τετραγωνικό σφάλμα. Χρησιμοποιεί παραλληλισμό δεδομένων, όπως παρέχεται από την OpenCL, και δεν έχει ακολουθιακά τμήματα στην κύρια επαναληπτική δομή του, ώστε να εκμεταλλεύεται πλήρως την επεξεργαστική ισχύ της GPU. Η υλοποίησή μας παράγει αποτελέσματα σε μικρότερο χρόνο από αντίστοιχη σειριακή υλοποίηση και τα παραγόμενο μοντέλα είναι συγκρίσιμης ποιότητας.

Η κίνηση στις αερομεταφορές έχει αυξηθεί σημαντικά μετά την απελευθέρωσή τους, τόσο στις Η.Π.Α. όσο και στην Ευρωπαϊκή Ένωση, ενώ τα θανατηφόρα αεροπορικά ατυχήματα παρουσιάζουν τάσεις μείωσης. Παρόλα αυτά, με αφορμή πρόσφατα ατυχήματα που έλαβαν μεγάλη δημοσιότητα τίθεται και πάλι το θέμα κατά πόσον η μείωση του κόστους σε ένα απελευθερωμένο αεροπορικό περιβάλλον επιτυγχάνεται σε βάρος της ασφάλειας των πτήσεων.

Για να αντιμετωπίσει το θέμα αυτό, η εργασία προτείνει ένα μαθηματικό μοντέλο που αναδεικνύει τη σχέση μεταξύ της ανταγωνιστικής συμπεριφοράς και της υποχρέωσης αποζημιώσεων. Το μοντέλο έχει σημαντικές επιπτώσεις πολιτικής, καθώς συνιστά τη μείωση του ύψους των αποζημιώσεων που υποχρεούνται να καταβάλουν οι αεροπορικές εταιρείες όταν η αγορά είναι ελεγχόμενη, και αντίστροφα.

Τα προοδευτικά πλέγματα αποτελούν μία καθιερωμένη μέθοδο απλοποίησης τριγωνικών πλεγμάτων, η οποία εφαρμόζει διαδοχικές συρρικνώσεις ακμών στο τριγωνικό πλέγμα. Με κατάλληλη προσαρμογή τους παράγονται τα προοδευτικά περιβλήματα, τα οποία είναι μία ακολουθία ολοένα και απλούστερων, ένθετων περιβλημάτων ενός αρχικού τριγωνικού πλέγματος.

Στην εργασία αυτή παρουσιάζουμε ένα νέο τρόπο απονομής προτεραιότητας στις συρρικνώσεις ακμών, ο οποίος επιταχύνει σημαντικά την παραγωγή του προοδευτικού περιβλήματος. Επίσης επιβάλλουμε νέες συνθήκες που βελτιώνουν την ποιότητα των παραγόμενων περιβλημάτων. Χρησιμοποιούμε τα προοδευτικά περιβλήματα σε έναν αποτελεσματικό αλγόριθμο εύρεσης της τομής μεταξύ του αρχικού τριγωνικού πλέγματος και μίας ευθείας. Πραγματοποιώντας επιλεκτική εκλέπτυνση των περιβλημάτων, ο αλγόριθμος εντοπίζει γρήγορα τις περιοχές του πλέγματος στις οποίες πιθανώς υπάρχει τομή, μειώνοντας έτσι το πλήθος των απαιτούμενων ελέγχων τομής ευθείας-τριγώνων. Οι επιδόσεις του αλγορίθμου είναι ανταγωνιστικές με αυτές καθιερωμένων δομών προοδευτικών περιβαλλόντων όγκων.

Παρουσιάζουμε έναν αποτελεσματικό αλγόριθμο για την εύρεση της τομής μεταξύ μίας ακτίνας και ενός τετραέδρου. Ο αλγόριθμος χρησιμοποιεί τις συντεταγμένες Plücker για την αναπαράσταση της ακτίνας και των ακμών του τετραέδρου και εφαρμόζει έναν σταθερό και αποτελεσματικό έλεγχο για τον υπολογισμό της τομής. Ο αλγόριθμος είναι εξαιρετικά βελτιστοποιημένος και παρέχει σημαντική βελτίωση των επιδόσεων του σχετικού ελέγχου σε σύγκριση με προϋπάρχοντες αλγορίθμους.

Η εργασία αυτή παρουσιάζει τα αποτελέσματα ερευνητικής εργασίας μου στο πεδίο της ενοποίησης ετερογενών βάσεων δεδομένων. Η αρχιτεκτονική CORBA χρησιμοποιείται για την κατασκευή γενικών ενδιάμεσων (interfaces) πρόσβασης σε ετερογενείς πηγές δεδομένων, για τη σύνθεσή τους, καθώς και για τη διαφανή πρόσβαση του χρήστη σε αυτές.

Πρόκειται για μια επεκταμένη εκδοχή της εργασίας [C1], κατόπιν επιλογής για δημοσίευση στο Journal of the Society for Design and Process Science.

Η εργασία αυτή περιέχει τα αποτελέσματα ερευνητικής εργασίας μου στο πεδίο των συνδυαστικών συνδυασμών. Εξετάζονται ορθογώνιοι σχεδιασμοί δύο μεταβλητών τάξης 36, και με χρήση των ιδιοτήτων τους αλλά και εξαντλητικής αναζήτησης διατυπώνονται συνθήκες ύπαρξής τους.

Σε αυτή την εργασία εξετάζουμε την καταλληλότητα του Google Cardboard ως μέσου για την παροχή προσωποποιημένων πολιτιστικών εμπειριών. Ειδικότερα, αναπτύσσουμε το περιεχόμενο και δημιουργούμε μία εφαρμογή για την δημιουργία εξαιρετικά προσωποποιημένων επισκέψεων στο Αρχαιολογικό Μουσείο Τρίπολης. Εξετάζουμε επίσης ζητήματα χρηστικότητας που σχετίζονται με τη χρήση των Google Cardboards. Τα πρώτα αποτελέσματα είναι θετικά, και με βάση αυτά περιγράφουμε επίσης τα επόμενα βήματά μας.

Τα tag clouds αποτελούν ένα εξαιρετικό μέσο οπτικοποίησης σημασιολογικής πληροφορίας με βάρη. Καθώς η δημιουργία τους βασίζεται σε δεδομένα ή υπολογιζόμενα βάρη, η χρήση τους δεν είναι δυνατή όταν αυτά τα βάρη δεν είναι γνωστά με βεβαιότητα. Σε αυτή την εργασία προτείνουμε μία επέκταση των tag clouds ώστε να υποστηρίζουν την έννοια της αβεβαιότητας και διερευνούμε κάποιες ιδιότητες αυτής της νέας αναπαράστασης. Επιπλέον, παρουσιάζουμε ένα εργαλείο που την υλοποιεί.

Τα tag clouds αποτελούν ένα εξαιρετικό μέσο οπτικοποίησης σημασιολογικής πληροφορίας με βάρη. Όταν όμως αυτή η πληροφορία δεν είναι απόλυτα συγκεκριμένη αλλά συνοδεύεται από ένα μετρήσιμο ποσοστό αβεβαιότητας, τα συνήθη tag clouds δεν είναι πλέον κατάλληλα εργαλεία οπτικοποίησης. Σε αυτή την εργασία επεκτείνουμε τη συνήθη προσέγγιση στη δημιουργία tag clouds και προτείνουμε τη χρήση του βαθμού αδιαφάνειας ως μέσου για την οπτικοποίηση του βαθμού βεβαιότητας. Για να αξιολογήσουμε πειραματικά την απόδοση της προτεινόμενης προσέγγισης αναπτύξαμε κατάλληλα εργαλεία λογισμικού και εφαρμόσαμε τόσο τη συνήθη όσο και την προτεινόμενη προσέγγιση για την οπτικοποίηση tags σε ένα αληθοφανές σενάριο αβέβαιης πληροφορίας.

Η πρόοδος των κινητών τεχνολογιών έχει δημιουργήσει ευκαιρίες για πιο αποτελεσματική διάχυση πληροφοριών πολιτιστικής κληρονομιάς σε όλες τις ενδιαφερόμενες πλευρές και ιδιαίτερα στους τουρίστες που βρίσκονται εν κινήσει. Πολλοί άνθρωποι σήμερα είναι εξοπλισμένοι με έξυπνα κινητά ή ταμπλέτες, τα οποία διαθέτουν διατάξεις εντοπισμού θέσης, όπως π.χ. GPS και πυξίδες, ενώ παράλληλα διαθέτουν και πρόσβαση στο διαδίκτυο. Αυτές οι κινητές συσκευές μπορούν να χρησιμοποιηθούν αποτελεσματικά για επίκαιρη και προσαρμοσμένη στις προσωπικές προτιμήσεις των χρηστών παροχή πληροφοριών πολιτιστικής κληρονομιάς. Επιπρόσθετα, οι υπολογιστικοί πόροι των κινητών αυτών συσκευών είναι πλέον επαρκείς για να υποστηρίξουν τη χρήση τεχνικών επαυξημένης πραγματικότητας, οι οποίες παρέχουν μία «ζωντανή» και ενδιαφέρουσα εμπειρία στους χρήστες. Ωστόσο, το ίδιο περιεχόμενη πρέπει επίσης να διαχυθεί σε χρήστες σταθερών υπολογιστών. Στην παρούσα εργασία, παρουσιάζουμε τον σχεδιασμό και την ανάπτυξη μιας πλατφόρμας για παρουσίαση και διάχυση πληροφοριών πολιτιστικής κληρονομιάς που παρέχει υποστήριξη για κινητές συσκευές, η οποία είναι εμπλουτισμένη με δυνατότητες επαυξημένης πραγματικότητας και ολοκλήρωσης με κοινωνικά δίκτυα.

Οι προσομοιωτές είναι αναπόσπαστο τμήμα της σχεδίασης και της αξιολόγησης των κατανεμημένων πρωτοκόλλων πολλαπλών πρακτόρων. Σε αυτή την εργασία παρουσιάζουμε το PViZ, ένα νέο εργαλείο οπτικοποίησης για έναν από τους πιο γνωστούς, δημόσια διαθέσιμους προσομοιωτές ομότιμων συστημάτων, το PeerSim. Το εργαλείο αυτό παρέχει οπτικοποιήσεις για διάφορους τύπους δικτύων, αλληλεπίδραση με την προσομοίωση μέσω της δυνατότητας επανεκτέλεσης και κατά βήμα εκτέλεσης σεναρίων, καθώς και διαισθητικές δυνατότητες οπτικοποίησης όπως μετακίνηση, μεγέθυνση και σμίκρυνση του δικτύου, χρωματική κωδικοποίηση των κόμβων, και ειδοποιήσεις για σημαντικά συμβάντα.

Σε αυτή την εργασία παρουσιάζουμε τον σχεδιασμό μίας πλατφόρμας ανοικτού κώδικα για την ανάλυση της μαθησιακής διαδικασίας (learning analytics), η οποία θα είναι ικανή να συλλέγει δεδομένα από διάφορες πηγές, όπως συστήματα υποβοήθησης της διδασκαλίας, συστήματα Γραμματείας, μητρώα αποφοίτων, κ.λπ., με σκοπό να παρέχει σε όλους τους εμπλεκόμενους την απαραίτητη λειτουργικότητα για τη λήψη αποφάσεων σχετικών με την μαθησιακή διαδικασία. Η αρχιτεκτονική της πλατφόρμας είναι αρθρωτή, επιτρέποντας την εισαγωγή νέων λειτουργιών ή συνδέσεων με νέα συστήματα για τη συλλογή των απαραίτητων δεδομένων. Όλα τα δεδομένα μπορούν να αναλυθούν και να παρουσιαστούν μέσω διαδραστικών οπτικοποιήσεων ώστε να ανακαλυφθούν συσχετίσεις μεταξύ μετρικών, να γίνουν προβλέψεις για φοιτητές ή ομάδες φοιτητών, να αναγνωριστούν βέλτιστες πρακτικές για διδάσκοντες και να τους δοθεί η δυνατότητα να διερευνήσουν σενάρια υποθέσεων, να δοθούν σε φοιτητές προσωποποιημένες συστάσεις και προσωποιποιημένες λεπτομερείς αναφορές, κ.λπ. Στόχος μας είναι να παρέχουμε πληροφορία σε όλους τους εμπλεκόμενους ώστε να μπορέσουν να βελτιώσουν την εμπειρία της μάθησης.

Τα διανυσματικά πεδία που παράγονται από πειράματα ή προσομοιώσεις είναι συνήθως εξαιρετικά πυκνά, κάτι που δυσχεραίνει την οπτικοποίηση και την επεξεργασία τους. Συχνά τέτοια πεδία μπορούν να απλοποιηθούν χωρίς σημαντικές απώλειες πληροφορίας.

Στην εργασία αυτή παρουσιάζουμε τον πρώτο αλγόριθμο απλοποίησης διανυσματικών πεδίων ενσωματωμένων σε τετραεδρικά πλέγματα. Το τετραεδρικό πλέγμα απλοποιείται με διαδοχικές συρρικνώσεις ακμών του, στις οποίες η νέα κορυφή τοποθετείται σε ένα από τα δύο προηγούμενα άκρα και διατηρείται η τιμή του πεδίου σε αυτό. Η προτεραιότητα των συρρικνώσεων ακμών εκτιμάται από μία σύνθετη συνάρτηση που λαμβάνει υπόψη της το σφάλμα πεδίου και τομέα που επέρχεται καθώς και την ποιότητα του παραγόμενου πλέγματος. Ιδιαίτερη προσοχή δίνεται στη διατήρηση του συνόρου του πεδίου και των κρίσιμων σημείων του.

Η εργασία αυτή παρουσιάζει τα αποτελέσματα ερευνητικής εργασίας μου στο πεδίο της ενοποίησης ετερογενών βάσεων δεδομένων. Η αρχιτεκτονική CORBA χρησιμοποιείται για την κατασκευή γενικών ενδιάμεσων (interfaces) πρόσβασης σε ετερογενείς πηγές δεδομένων, για τη σύνθεσή τους, καθώς και για τη διαφανή πρόσβαση του χρήστη σε αυτές.

Το σύγγραμμα αναπτύχθηκε στα πλαίσια της δράσης «Κάλλιπος». Στοχεύει στην παρουσίαση του θεωρητικού υπόβαθρου, των τεχνολογιών, των τεχνικών σχεδιασμού, υλοποίησης και αξιολόγησης καθώς και εφαρμογών Συστημάτων Εικονικής Πραγματικότητας. Το σύγγραμμα στοχεύει σε φοιτητές, προπτυχιακούς αλλά και μεταπτυχιακούς, που θέλουν να εξοικειωθούν με την ανάπτυξη Συστημάτων Εικονικής Πραγματικότητας. Καλύπτει όλα τα θέματα σχετικών τομέων όπως Μαθηματικών, Ηλεκτρολόγων Μηχανικών, Εργονομίας, Ψυχολογίας και βέβαια Πληροφορικής που είναι αναγκαία για την κατανόηση των ιδιαιτεροτήτων της ανάπτυξης ενός Συστήματος Εικονικής Πραγματικότητας.

Πρόκειται για την ελληνική έκδοση του βιβλίου [Β4]. Η μετάφραση και η παραγωγή του βιβλίου έγιναν εξ ολοκλήρου από τους συγγραφείς.

Το βιβλίο αυτό αντικαθιστά το [B2] ως το σύγγραμμα επιλογής για μαθήματα Γραφικών στα ελληνικά πανεπιστήμια.

Το βιβλίο αυτό είναι ένα εκτενές διδακτικό σύγγραμμα οπτικής υπολογιστικής που καλύπτει την μοντελοποίηση και σύνθεση οπτικών δεδομένων με υπολογιστή. Το βιβλίο απευθύνεται σε προπτυχιακούς και μεταπτυχιακούς φοιτητές μαθημάτων Γραφικών και Οπτικοποίησης. Το βιβλίο επικεντρώνεται σε καθιερωμένες αρχές και αλγορίθμους αλλά και σε σύγχρονες μεθόδους που αναμένεται να αποδειχθούν σημαντικοί στο πεδίο αυτό.

Το βιβλίο αυτό έχει υιοθετηθεί ως εκπαιδευτικό σύγγραμμα σε πολλά πανεπιστημιακά μαθήματα Γραφικών και Οπτικοποίησης διεθνώς.

Περιεχόμενα τεύχους: Γενικά στοιχεία γλωσσών προγραμματισμού — Δομημένος προγραμματισμός (εντολές, παραστάσεις, δομές ελέγχου και επανάληψης, πίνακες) — Ψευδοκώδικας, Δομικά διαγράμματα — Υποπρογράμματα, αναδρομή — Βασικοί αλγόριθμοι αναζήτησης και ταξινόμησης.

Μέχρι την έκδοση του [B5], επρόκειτο για το πληρέστερο ελληνικό βιβλίο στην περιοχή των Γραφικών. Καλύπτει ένα ευρύ φάσμα ύλης, από τις βασικές μαθηματικές αρχές, γεωμετρικούς μετασχηματισμούς και δισδιάστατους αλγορίθμους μέχρι προηγμένους αλγορίθμους φωτισμού και συνθετικές ταινίες. Χρησιμοποιήθηκε ως διδακτικό σύγγραμμα στα περισσότερα μαθήματα Γραφικών σε τμήματα ελληνικών πανεπιστημίων.

Περιεχόμενα κεφαλαίου: Καμπύλες Bézier — Καμπύλες B-Spline — Καμπύλες παρεμβολής — Επιφάνειες Bézier, B-Spline, παρεμβολής.

Περιεχόμενα βιβλίου: Διανυσματικοί χώροι — Πίνακες — Μιγαδικοί αριθμοί — Βασικά στοιχεία Τοπολογίας — Ανάλυση πραγματικών συναρτήσεων μίας και πολλών μεταβλητών — Βελτιστοποίηση — Διαφορικές εξισώσεις — Οικονομικές εφαρμογές.

Το GraphViz είναι ένα σύνολο προγραμμάτων για την οπτικοποίηση γράφων. Οι δυνατότητές του είναι διαθέσιμες στη C++ μέσω της βιβλιοθήκης BGL (Boost Graph Library). Στο άρθρο αυτό παρουσιάζεται μία εισαγωγή στη χρήση του GraphViz καθώς και παραδείγματα γράφων που κατασκευάζονται προγραμματιστικά, σε C++ και BGL, και οπτικοποιούνται με τη βοήθεια του GraphViz. Στα παραδείγματα γίνεται χρήση προηγμένων τεχνικών αντικειμενοστρεφούς προγραμματισμού και αξιοποιούνται και άλλα τμήματα της βιβλιοθήκης Boost.

Σε αυτή τη διατριβή μελετάται η απλοποίηση τριγωνικών και τετραεδρικών πλεγμάτων με χρήση τεχνικών που βασίζονται σε διαδοχικές συρρικνώσεις ακμών, καθώς και η αξιοποίηση των παραγόμενων πολλαπλών επιπέδων λεπτομέρειας (προοδευτικών πλεγμάτων) για την αποτελεσματική επεξεργασία των μοντέλων.

Ως προς τα τριγωνικά πλέγματα, παρουσιάζεται μία μέθοδος κατασκευής προοδευτικών περιβλημάτων τους, με κατάλληλες συρρικνώσεις ακμών. Τα παραγόμενα περιβλήματα χρησιμοποιούνται για την επιτάχυνση του ελέγχου εύρεσης τομής μεταξύ του αρχικού πλέγματος και μίας ευθείας.

Ως προς τα τετραεδρικά πλέγματα, απλοποιούνται πλέγματα με ενσωματωμένα διανυσματικά πεδία. Κατασκευάζονται προοδευτικά τετραεδρικά πλέγματα λαμβάνοντας υπόψη, κατά τη συρρίκνωση ακμών, τόσο τη γεωμετρία του πλέγματος όσο και το ενσωματωμένο πεδίο.

Τέλος, παρουσιάζεται ένας αποτελεσματικός αλγόριθμος εύρεσης τομής ακτίνας-τετραέδρου, ο οποίος χρησιμοποιεί τις συντεταγμένες Plücker για την επιτάχυνση των υπολογισμών. Ο αλγόριθμος αυτός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αποτελεσματική επεξεργασία προοδευτικών τετραεδρικών πλεγμάτων.

Στην εργασία αυτή μελετώνται οι παραμετρικές καμπύλες και επιφάνειες Bézier και B-Spline, οι ιδιότητές τους καθώς και οι τρόποι υπολογισμού τους. Επίσης υλοποιούνται αλγόριθμοι για την απεικόνισή τους, με χρήση τεχνικών αντικειμενοστρεφούς προγραμματισμού, ενταγμένοι στη βιβλιοθήκη GLOOP που χρησιμοποιείται στο Τμήμα Computer Science του University College London για εκπαιδευτικούς σκοπούς στα πλαίσια των μαθημάτων Γραφικών.