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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-53858
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/5385/


Iercan, Octavian

Development of source-distributed e-learning modules for GIS and remote sensing focusing on 3D Models

Entwicklung von quell-verteilten e-Learning Modulen für GIS und Fernerkundung mit Schwerpunkt auf 3D Modellen

Dokument1.pdf (2.620 KB) (md5sum: f30238071be35e42a43d034a353ad201)

Kurzfassung in Deutsch

Zusammenfassung


E-Learning ist sowohl in der akademischen Welt als auch in der fortbildungsorientierten Industrie ein sehr aktuelles Thema. Die Vermittlung und gegebenenfalls auch die Prüfung von Kenntnissen durch asynchrones verteiltes Lehren und Lernen ist in vielen Bereichen denkbar und kann auf eine Vielzahl von Themen zugeschnitten werden. Um dieser Aufgabe gerecht zu werden, steht eine enorme Vielzahl kommerzieller und nicht-kommerzieller E-Learning-Plattformen zur Verfügung. Diese Vielfalt führt zu dem wichtigsten Problem des gesamten e-Learning - basierten Sektors: Die Inkompatibilität der Anwendungen und Inhalte.
Das Vorkommen nicht verträglicher, nicht interoperabler Inhalte behindert den reibungslosen Fluss des Informationsaustausches zwischen den einzelnen Plattformen, was in Bezug auf verteilte, service-orientierte Plattformen immer mehr an Bedeutung gewinnt. Eine mögliche Lösung dieses Problems ist in Form von internationalen Standards – sowohl bezüglich der Struktur der Lehrinhalte bzw. Anwendungen als auch der e-Learning Software selbst - zu finden. Standards und Normen unterstützen eine gemeinsame Basis des Prozesses des Informationsaustausches.
Wegen dieser Schwierigkeiten ist der Hintergrund dieser Arbeit mit folgenden Forschungsschwerpunkten verknüpft: Standardisierung von e-Learning und e-Learning-Plattformen, e-Learning im Anwendungsbereich „Lehre der Geoinformatik“ und 3D-Visualisierung. Ziel dieser Arbeit ist eine Synthese aller vier genannten Bereiche in Bezug auf die Standardisierung von e-Learning Software im Bereich der Ausbildung in Geoinformatik. Die Komponenten eines solchen Systems sollten die Möglichkeit der Visualisierung von 3D Modellen bieten, wie beispielsweise die selbst entwickelte 3D-visualisierungs-Software ISVisualisation.
Die methodische Gliederung dieser Arbeit orientiert sich an den zuvor genannten Schwerpunkten. Ein erster Schwerpunkt umfasst die Analyse und Bestimmung der derzeit diskutierten internationalen Standards im Bereich e-Learning. Ausgewählte e-Learning Plattformen werden unter diesen Gesichtspunkten miteinander verglichen. Durch die Bestimmung des besten Standardisierungsmodells soll für den weiteren Auswahlprozess eine solide und objektive Basis gegeben werden.
Ein zweiter Schwerpunkt, direkt abgeleitet vom ersten (so war Standardisierung das Hauptkriterium der Auswahl) umfasst die Analyse und Auswahl der geeignetsten e-Learning Plattformen für das NaturNet-Redime-Projekt. Die Ergebnisse führen schließlich zu standardisierten e-Learning Plattformen deren Charakteristiken relevant für das Projekt selbst sind. Auch eine Durchführung von Experteninterviews spielt eine wichtige Rolle bei der Identifizierung einer passenden Plattform.
Mit dem Erreichen dieser zwei Unterziele werden die Voraussetzungen zur Realisierung des bereits genannten Hauptziels gegeben sein. Bei der Entwicklung von e-Learning-Modellen im Bereich der Geoinformatik spielt die Visualisierung von 3D-Modellen eine entscheidende Rolle. Aus diesem Grund bezieht sich das vierte und letzte Ziel auf die Entwicklung einer 3D-Visualisierungssoftware mit der sowohl die Visualisierung von Roh-Daten, als auch die Visualisierung von bereits erstellten 3D-Modellen möglich ist.
Die selbst entwickelte 3D-Visualisierungssoftware (ISVisualisation) wurde objekt-orientiert entwickelt. Die Software basiert auf Java und verschiedenen Spezialbibliotheken wie VisAD, Java3D, JUMP, deren Kombinierung eine effiziente Visualisierung nicht nur von LIDAR Rohdaten, sondern auch von bereits berechneten Daten in Form von digitalen Höhenmodellen (DEMs) aus zum einen LIDAR-Daten, aber auch Satellitendaten oder Luftbildern ermöglicht. Außerdem wurde die 3D-Visualisierung durch Computer-Simulationen, die vor allem dazu benutzt wurden um verschiedene Ansichten und Positionen bezüglich des e-Learning-Inhaltes darzulegen, unterstützt.
Die Diskussion fasst die hauptsächlichen Probleme und Schwierigkeiten (beispielsweise die Differenzen zwischen dem Begriff „Standard“), die durch die verschiedenen Auswahl-Prozesse entstanden sind, zusammen. Die Ergebnisse der Analysen wurden, beruhend auf deren Relevanz bezüglich des Themas dieser Arbeit, quantitativ und qualitativ interpretiert. Die Zusammenfassung bezüglich der weiterführenden Forschung stellt die praktischen Ergebnisse in einen größeren Forschungszusammenhang, zu dem spezifische e-Learning Merkmale (beispielsweise Glossare) und die Software ISVisualisation zweifellos gehören.


Kurzfassung in Englisch

Summary

E-Learning is an up-to-date issue both in the academic world and the e-Learning-oriented industry branches. E-Learning content can be conceived and adapted to a variety of topics and, in order to accomplish this task, it has a large number of existing commercial and non-commercial e-Learning software platforms at its disposal. This variety, however, leads to the most serious problem of the entire e-Learning-based sector: content incompatibility. The existence of incompatible contents interferes with the necessity of information interchange (between platforms) which has been more and more often associated with the modern world learning system. The solution to this problem would be the creation of content and e-Learning software standardization models which will eliminate all the inconveniences emerging from information exchange processes.
That is why the study objectives of the present work are closely related to following research areas: e-Learning standardization, e-Learning platforms, e-Learning in Geoinformatics education and 3D visualization. The primary goal of the thesis is the realization of standardized e-Learning modules for the Geoinformatics education; these modules should be able to encapsulate 3D model visualization possibilities, such as the self-developed 3D visualization software ISVisualisation.
The entire methodological structure of the study centres around its predefined objectives. The first step consists in the analysis and determination of the best existing e-Learning standardization models. In order to achieve this, a contrastive evaluative investigation between selected e-Learning platforms will be performed. By choosing the best standardization model, it is intended to provide the further selection processes in the study with a solid objective basis of comparison. A second objective, directly derived from the first one (i.e. standardization was the main criterion of selection), concerns the analysis and determination of the best suitable e-Learning software platform for the NaturNet-Redime Project. The results will eventually point to the standardized e-Learning platform that presents characteristics which are relevant to the aims of the project itself. The expert-interview procedure will also play an important role in identifying the appropriate platform. After accomplishing these two objectives, the premises for the realization of the already mentioned main objective will be created. In the process of developing e-Learning models in the field of Geoinformatics, the visualization of 3D models plays a very important part. That is why the fourth and last objective focuses on the development of a 3D visualization software that is able to visualize raw and processed data in form of 3D models.
For the three-dimensional self-developed visualization software (ISVisualisation), an object-oriented programming solution was developed. The software is based on the Java technology and several special libraries like VisAD, Java3D, JUMP, whose combination allowed the efficient visualization not only of raw LIDAR data but also processed data, in form of digital elevation models (DEMs) resulting either from LIDAR, satellite data or aerial photographs. The 3D visualization has also been made possible through the usage of computer simulations which have been mainly used for explaining different notions and situations inside the e-Learning content.
The final discussion summarizes the main problems and difficulties (e.g. the misunderstanding of the notion of “standard”) appearing during the various selection processes. The results of the analyses are quantitatively and qualitatively interpreted, insisting on their relevance to the topic under investigation. The concluding remarks on future research are meant to place the theories exploited and their practical outcomes into a larger research context, to which specific e-learning features (e.g. glossaries) and the ISVisualisation software definitely belong.


SWD-Schlagwörter: E-Learning , Geoinformationssystem , Java , Java 3D
Freie Schlagwörter (deutsch): 3D Visualisierung , LIDAR Daten online
Freie Schlagwörter (englisch): 3D Visualisation , LIDAR data real-time visualisation
Institut: Institut für Forstökonomie
Fakultät: Fakultät für Forst- und Umweltwissenschaften
DDC-Sachgruppe: Land- und Forstwirtschaft, Veterinärmedizin
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Koch, Barbara (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 23.06.2008
Erstellungsjahr: 2008
Publikationsdatum: 22.09.2008
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