Visualization of nonlinear programming for robot motion planning

Hägele, David; Abdelaal, Moataz; Oguz, Ozgur S.; Toussaint, Marc; Weiskopf, Daniel

doi:10.1145/3430036.3430050

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“…Please note that this paper is an extension of our previous work (Hägele et al 2020) that is verbatim in large parts. The extension consists of a new section on plane orientation strategies for loss landscapes (Sect.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 92%

Visual analytics for nonlinear programming in robot motion planning

Hägele

Abdelaal

Oguz

et al. 2021

J Vis

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Nonlinear programming is a complex methodology where a problem is mathematically expressed in terms of optimality while imposing constraints on feasibility. Such problems are formulated by humans and solved by optimization algorithms. We support domain experts in their challenging tasks of understanding and troubleshooting optimization runs of intricate and high-dimensional nonlinear programs through a visual analytics system. The system was designed for our collaborators’ robot motion planning problems, but is domain agnostic in most parts of the visualizations. It allows for an exploration of the iterative solving process of a nonlinear program through several linked views of the computational process. We give insights into this design study, demonstrate our system for selected real-world cases, and discuss the extension of visualization and visual analytics methods for nonlinear programming. Graphic abstract

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Section: Introductionmentioning

confidence: 92%

Visual analytics for nonlinear programming in robot motion planning

Hägele

Abdelaal

Oguz

et al. 2021

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“…Es dient auch als Herausforderung für das Erzielen einer hohen Leistungsfähigkeit der Bausysteme, da die strukturelle und materielle Effizienz eine entscheidende Rolle für die wirtschaftliche Machbarkeit, die Umweltverträglichkeit und die architektonische Artikulation von weitgespannten Bausystemen darstellt [27]. Daher wird eine direkte Verbindung zwischen explorativen, computerbasierten Entwurfsoptimierungs‐ und Visual‐Analytics‐Methoden angestrebt [28], und zwar sowohl von neuartigen, hochleistungsfähigen Bausystemen als auch von deren effizientem Aufbau durch durchgängige 4‐D‐Modellierung (räumliche Dimensionen in Verbindung mit der Zeit) und die Nutzung künstlicher Intelligenz [29] und der explorativen Datenvisualisierung. In vielen Bereichen der industriellen Produktion werden schon Visualisierungsmethoden erfolgreich eingesetzt [30], jedoch bringt die 4‐D‐Modellierung im Bauen besondere Herausforderungen mit sich [31].…”

Section: Co‐design In Forschungsnetzwerkenunclassified

Integratives computerbasiertes Planen und Bauen: Architektur digital neu denken

et al. 2021

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Die Herausforderung an das Bauen der Zukunft besteht darin, mehr zu bauen, dabei weniger Schadstoffe zu emittieren und weniger endliche Ressourcen zu verbrauchen und trotzdem eine qualitätsvolle und lebenswerte gebaute Umwelt zu schaffen. In einem sich wechselseitig beeinflussenden Prozess müssen hierfür sowohl die Produktivität der Bauprozesse als auch die Energie‐ und Ressourceneffizienz der Bausysteme verbessert werden. Digitale Technologien bieten neue Lösungsansätze für diese Herausforderungen. Ziel des Exzellenzclusters IntCDC an der Universität Stuttgart und dem Max‐Planck‐Institut für Intelligente Systeme ist es, das volle Potenzial digitaler Technologien zu nutzen, um das Planen und Bauen in einem integrativen und interdisziplinären Ansatz neu zu denken und damit die methodischen Grundlagen für eine umfassende Modernisierung des Bauschaffens zu legen. Eine zentrale Zielsetzung ist die Entwicklung einer übergeordneten Methodologie des „Co‐Design“ von Methoden, Prozessen und Systemen, basierend auf interdisziplinärer Forschung zwischen den Bereichen Architektur, Bauingenieurwesen, Ingenieurgeodäsie, Produktions‐ und Systemtechnik, Informatik und Robotik sowie Geistes‐ und Sozialwissenschaften. So sollen Lösungswege für die ökologischen, ökonomischen und sozialen Herausforderungen aufgezeigt und die Voraussetzungen für eine qualitätsvolle, lebenswerte und nachhaltige gebaute Umwelt sowie für eine digitale Baukultur geschaffen werden.

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Integrative computational design and construction: Rethinking architecture digitally

Knippers

Kropp

Menges

et al. 2021

Civil Engineering Design

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Increasing the construction capacity, while at the same time significantly reducing harmful emissions and consumption of nonrenewable resources, and still providing a liveable and affordable built environment, provides a great challenge for future construction. In order to achieve this, both the productivity of construction processes and the energy and resource efficiency of construction systems have to be improved in a reciprocal process. Digital technologies make it possible to address these challenges in novel ways. The vision of this Cluster of Excellence IntCDC at the University of Stuttgart and the Max Planck Institute for Intelligent Systems is to harness the full potential of digital technologies to rethink design and construction based on integration and interdisciplinarity, with the goal of laying the methodological foundations to profoundly modernize the design and construction process and related building systems by adopting a systematic, holistic and integrative computational approach. One key objective is to develop an overarching methodology of “co‐designing” methods, processes and systems based on interdisciplinary research encompassing architecture, structural engineering, building physics, engineering geodesy, manufacturing and systems engineering, computer science and robotics, and humanities and social sciences. In this way, the Cluster aims to address the ecological, economic and social challenges and to provide the prerequisites for a high‐quality and sustainable built environment and a digital building culture.

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Visualization of nonlinear programming for robot motion planning

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Visual analytics for nonlinear programming in robot motion planning

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Integratives computerbasiertes Planen und Bauen: Architektur digital neu denken

Integrative computational design and construction: Rethinking architecture digitally

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