A Survey of Image-based Relighting Techniques

Image-based Relighting (IBRL) has recently attracted a lot of research interest for its ability to relight real objects or scenes, from novel illuminations captured in natural/synthetic environments. Complex lighting effects such as subsurface scattering, interreflection, shadowing, mesostructural self-occlusion, refraction and other relevant phenomena can be generated using IBRL. The main advantage of image-based graphics is that the rendering time is independent of scene complexity as the rendering is actually a process of manipulating image pixels, instead of simulating light transport. The goal of this paper is to provide a complete and systematic overview of the research in Imagebased Relighting. We observe that essentially all IBRL techniques can be broadly classified into three categories (Fig. 9), based on how the scene/illumination information is captured: Reflectance function-based, Basis function-based and Plenoptic function-based. We discuss the characteristics of each of these categories and their representative methods. We also discuss about the sampling density and types of light source(s), relevant issues of IBRL.

The E-learning Circle – a holistic software design tool for e-learning

The article introduces the E-learning Circle, a tool developed to assure the quality of the software design process of e-learning systems, considering pedagogical principles as well as technology. The E-learning Circle consists of a number of concentric circles which are divided into three sectors. The content of the inner circles is based on pedagogical principles, while the outer circle specifies how the pedagogical principles may be implemented with technology. The circle’s centre is dedicated to the subject taught, ensuring focus on the specific subject’s properties. The three sectors represent the student, the teacher and the learning objectives. The strengths of the E-learning Circle are the compact presentation combined with the overview it provides, as well as the usefulness of a design tool dealing with complexity, providing a common language and embedding best practice. The E-learning Circle is not a prescriptive method, but is useful in several design models and processes. The article presents two projects where the E-learning Circle was used as a design tool.

Kostenorientiertes Controlling von E-Learning-Plattformen mit dem TCO-Konzept

Zur administrativen Unterstützung von Lehr- und Lernprozessen werden E-Learning-Plattformen eingesetzt, die auf der Grundlage des Internet Funktionen zur Distribution von Lehr- und Lernmaterialien und zur Kommunikation zwischen Lehrenden und Lernenden anbieten. Zahlreiche wissenschaftliche Beiträge und Marktstudien beschäftigen sich mit der multikriteriellen Evaluation dieser Softwareprodukte zur informatorischen Fundierung strategischer Investitionsentscheidungen. Demgegenüber werden Instrumente zum kostenorientierten Controlling von E-Learning-Plattformen allenfalls marginal thematisiert. Dieser Beitrag greift daher das Konzept der Total Cost of Ownership (TCO) auf, das einen methodischen Ansatzpunkt zur Schaffung von Kostentransparenz von E-Learning-Plattformen bildet. Aufbauend auf den konzeptionellen Grundlagen werden Problembereiche und Anwendungspotenziale für das kostenorientierte Controlling von LMS identifiziert. Zur softwaregestützten Konstruktion und Analyse von TCO-Modellen wird das Open Source-Werkzeug TCO-Tool eingeführt und seine Anwendung anhand eines synthetischen Fallbeispiels erörtert. Abschließend erfolgt die Identifikation weiterführender Entwicklungsperspektiven des TCO-Konzepts im Kontext des E-Learning. Die dargestellte Thematik ist nicht nur von theoretischem Interesse, sondern adressiert auch den steigenden Bedarf von Akteuren aus der Bildungspraxis nach Instrumenten zur informatorischen Fundierung von Investitions- und Desinvestitionsentscheidungen im Umfeld des E-Learning.

Software Engineering and eLearning: The MuSofT Project

eLearning supports the education in certain disciplines. Here, we report about novel eLearning concepts, techniques, and tools to support education in Software Engineering, a subdiscipline of computer science. We call this "Software Engineering eLearning". On the other side, software support is a substantial prerequisite for eLearning in any discipline. Thus, Software Engineering techniques have to be applied to develop and maintain those software systems. We call this "eLearning Software Engineering". Both aspects have been investigated in a large joint, BMBF-funded research project, termed MuSofT (Multimedia in Software Engineering). The main results are summarized in this paper.

Teachers' professional development in a community

The goal of this article was to study teachers' professional development related to web-based learning in the context of the teacher community. The object was to learn in what kind of networks teachers share the knowledge of web-based learning and what are the factors in the community that support or challenge teachers professional development of web-based learning. The findings of the study revealed that there are teachers who are especially active, called the central actors in this study, in the teacher community who collaborate and share knowledge of web-based learning. These central actors share both technical and pedagogical knowledge of web-based learning in networks that include both internal and external relations in the community and involve people, artefacts and a variety of media. Furthermore, the central actors appear to bridge different fields of teaching expertise in their community. According to the central actors' experiences the important factors that support teachers' professional development of web-based learning in the community are; the possibility to learn from colleagues and from everyday working practices, an emotionally safe atmosphere, the leader's personal support and community-level commitment. Also, the flexibility in work planning, challenging pupils, shared lessons with colleagues, training events in an authentic work environment and colleagues' professionalism are considered meaningful for professional development. As challenges, the knowledge sharing of web-based learning in the community needs mutual interests, transactive memory, time and facilities, peer support, a safe atmosphere and meaningful pedagogical practices. On the basis of the findings of the study it is suggested that by intensive collaboration related to web-based learning it may be possible to break the boundaries of individual teachership and create such sociocultural activities which support collaborative professional development in the teacher community. Teachers' in-service training programs should be more sensitive to the culture of teacher communities and teachers' reciprocal relations. Further, teacher trainers should design teachers' in-service training of web-based learning in co-evolution with supporting networks which include the media and artefacts as well as people.

Action Research and Learning Analytics in Higher Education

Teaching is a dynamic activity. It can be very effective, if its impact is constantly monitored and adjusted to the demands of changing social contexts and needs of learners. This implies that teachers need to be aware about teaching and learning processes. Moreover, they should constantly question their didactical methods and the learning resources, which they provide to their students. They should reflect if their actions are suitable, and they should regulate their teaching, e.g., by updating learning materials based on new knowledge about learners, or by motivating learners to engage in further learning activities. In the last years, a rising interest in ‘learning analytics’ is observable. This interest is motivated by the availability of massive amounts of educational data. Also, the continuously increasing processing power, and a strong motivation for discovering new information from these pools of educational data, is pushing further developments within the learning analytics research field. Learning analytics could be a method for reflective teaching practice that enables and guides teachers to investigate and evaluate their work in future learning scenarios. However, this potentially positive impact has not yet been sufficiently verified by learning analytics research. Another method that pursues these goals is ‘action research’. Learning analytics promises to initiate action research processes because it facilitates awareness, reflection and regulation of teaching activities analogous to action research. Therefore, this thesis joins both concepts, in order to improve the design of learning analytics tools. Central research question of this thesis are: What are the dimensions of learning analytics in relation to action research, which need to be considered when designing a learning analytics tool? How does a learning analytics dashboard impact the teachers of technology-enhanced university lectures regarding ‘awareness’, ‘reflection’ and ‘action’? Does it initiate action research? Which are central requirements for a learning analytics tool, which pursues such effects? This project followed design-based research principles, in order to answer these research questions. The main contributions are: a theoretical reference model that connects action research and learning analytics, the conceptualization and implementation of a learning analytics tool, a requirements catalogue for useful and usable learning analytics design based on evaluations, a tested procedure for impact analysis, and guidelines for the introduction of learning analytics into higher education.

Durch das Leben lernen

Web 2.0 und soziale Netzwerke gaben erste Impulse für neue Formen der Online-Lehre, welche die umfassende Vernetzung von Objekten und Nutzern im Internet nachhaltig einsetzen. Die Vielfältigkeit der unterschiedlichen Systeme erschwert aber deren ganzheitliche Nutzung in einem umfassenden Lernszenario, das den Anforderungen der modernen Informationsgesellschaft genügt. In diesem Beitrag wird eine auf dem Konnektivismus basierende Plattform für die Online-Lehre namens “Wiki-Learnia” präsentiert, welche alle wesentlichen Abschnitte des lebenslangen Lernens abbildet. Unter Einsatz zeitgemäßer Technologien werden nicht nur Nutzer untereinander verbunden, sondern auch Nutzer mit dedizierten Inhalten sowie ggf. zugehörigen Autoren und/oder Tutoren verknüpft. Für ersteres werden verschiedene Kommunikations-Werkzeuge des Web 2.0 (soziale Netzwerke, Chats, Foren etc.) eingesetzt. Letzteres fußt auf dem sogenannten “Learning-Hub”-Ansatz, welcher mit Hilfe von Web-3.0-Mechanismen insbesondere durch eine semantische Metasuchmaschine instrumentiert wird. Zum Aufzeigen der praktischen Relevanz des Ansatzes wird das mediengestützte Juniorstudium der Universität Rostock vorgestellt, ein Projekt, das Schüler der Abiturstufe aufs Studium vorbereitet. Anhand der speziellen Anforderungen dieses Vorhabens werden der enorme Funktionsumfang und die große Flexibilität von Wiki-Learnia demonstriert.

Learning through life

Web 2.0 und soziale Netzwerke gaben erste Impulse für neue Formen der Online-Lehre, welche die umfassende Vernetzung von Objekten und Nutzern im Internet nachhaltig einsetzen. Die Vielfältigkeit der unterschiedlichen Systeme erschwert aber deren ganzheitliche Nutzung in einem umfassenden Lernszenario, das den Anforderungen der modernen Informationsgesellschaft genügt. In diesem Beitrag wird eine auf dem Konnektivismus basierende Plattform für die Online-Lehre namens “Wiki-Learnia” präsentiert, welche alle wesentlichen Abschnitte des lebenslangen Lernens abbildet. Unter Einsatz zeitgemäßer Technologien werden nicht nur Nutzer untereinander verbunden, sondern auch Nutzer mit dedizierten Inhalten sowie ggf. zugehörigen Autoren und/oder Tutoren verknüpft. Für ersteres werden verschiedene Kommunikations-Werkzeuge des Web 2.0 (soziale Netzwerke, Chats, Foren etc.) eingesetzt. Letzteres fußt auf dem sogenannten “Learning-Hub”-Ansatz, welcher mit Hilfe von Web-3.0-Mechanismen insbesondere durch eine semantische Metasuchmaschine instrumentiert wird. Zum Aufzeigen der praktischen Relevanz des Ansatzes wird das mediengestützte Juniorstudium der Universität Rostock vorgestellt, ein Projekt, das Schüler der Abiturstufe aufs Studium vorbereitet. Anhand der speziellen Anforderungen dieses Vorhabens werden der enorme Funktionsumfang und die große Flexibilität von Wiki-Learnia demonstriert.

Total Cost of Services (TCS) von Learning Management-Systemen

Mit dem zunehmenden Einsatz von E-Learning-Plattformen rücken verstärkt Wirtschaftlichkeitsaspekte in den Betrachtungsmittelpunkt, die Methoden zur Ermittlung systembedingter Kosten voraussetzen. Durch die zunehmende Serviceorientierung und Integration von LMS mit bestehenden Komponenten der Anwendungsarchitektur sind hierfür jedoch neue Methoden notwendig, welche die Defizite traditioneller Total Cost of Ownership-Modelle abbauen. Einen Ansatzpunkt hierfür bietet das ITIL-Referenzmodell, das einen Rahmen für taktische und operative IT-Services vorgibt und somit die Grundlage für eine serviceorientierte Gesamtkostenermittlung in Form der Total Cost of Services (TCS) liefert.

Model Driven Architecture (MDA): Integration and Model Reuse for Open Source eLearning Platforms

Open Source (OS) community offers numerous eLearning platforms of both types: Learning Management Systems (LMS) and Learning Content Systems (LCS). General purpose OS intermediaries such as SourceForge, ObjectWeb, Apache or specialized intermediaries like CampusSource reduce the cost to locate such eLearning platforms. Still, it is impossible to directly compare the functionalities of those OS software products without performing detailed testing on each product. Some articles available from eLearning Wikipedia show comparisons between eLearning platforms which can help, but at the end they barely serve as documentation which are becoming out of date quickly [1]. The absence of integration activities between OS eLearning platforms - which are sometimes quite similar in terms of functionalities and implementation technologies - is sometimes critical since most of the OS projects possess small financial and human resources. This paper shows a possible solution for these barriers of OS eLearning platforms. We propose the Model Driven Architecture (MDA) concept to capture functionalities and to identify similarities between available OS eLearning platforms. This contribution evolved from a fruitful discussion at the 2nd CampusSource Developer Conference at the University of Muenster (27th August 2004).

Taxonomie von Unterrichtsmethoden

Nach wie vor gibt es für die didaktische Gestaltung von Unterrichtssituationen wenig zufrieden stellende Hilfsmittel, die sowohl unerfahrene Pädagoginnen und Pädagogen unterstützen, gleichzeitig aber auch Kreativität und didaktische Vielfalt von Expertinnen und Experten fördern. Dieses Buch präsentiert für dieses Dilemma einen neuen Lösungsansatz.

(Lifelong) learning in your pocket?

Der Beitrag fokussiert die Entwicklung, den Einsatz und die Nutzung von innovativen Technologien zur Unterstützung von Bildungsszenarien in Schule, Hochschule und Weiterbildung. Ausgehend von den verschiedenen Phasen des Corporate Learning, Social Learning, Mobile Learning und Intelligent Learning wird in einem ersten Abschnitt das Nutzungsverhalten von Technologien durch Kinder, Jugendliche und (junge) Erwachsene in Schule, Studium und Lehre betrachtet. Es folgt die Darstellung technologischer Entwicklungen auf Basis des Technology Life Cycle und die Konsequenzen von unterschiedlichen Entwicklungszuständen und Reifegraden von Technologien wie Content Learning Management, sozialen Netzwerken, mobilen Endgeräten, multidimensionalen und -modalen Räumen bis hin zu Anwendungen augmentierter Realität und des Internets der Dinge, Dienste und Daten für den Einsatz und die Nutzung in Bildungsszenarien. Nach der Darstellung von Anforderungen an digitale Technologien hinsichtlich Inhalte, Didaktik und Methodik wie etwa hinsichtlich der Erstellung von Inhalten, deren Wiederverwendung, Digitalisierung und Auffindbarkeit sowie Standards werden methodische Hinweise zur Nutzung digitaler Technologien zur Interaktion von Lernenden, von Lehrenden, sozialer Interaktion, kollaborativem Autorieren, Kommentierung, Evaluation und Begutachtung gegeben. Abschließend werden - differenziert für Schule und Hochschule - Erkenntnisse zu Rahmenbedingungen, Einflussgrößen, hemmenden und fördernden Faktoren sowie Herausförderungen bei der Einführung und nachhaltigen Implementation digitaler Technologien im schulischen Unterricht, in Lehre, Studium und Weiterbildung im Überblick zusammengefasst.

Developing and Deploying an XML-based Learning Content Management System at the FernUniversität Hagen

This paper is a report about the FuXML project carried out at the FernUniversität Hagen. FuXML is a Learning Content Management System (LCMS) aimed at providing a practical and efficient solution for the issues attributed to authoring, maintenance, production and distribution of online and offline distance learning material. The paper presents the environment for which the system was conceived and describes the technical realisation. We discuss the reasons for specific implementation decisions and also address the integration of the system within the organisational and technical infrastructure of the university.

Matching Software and Context in Open Learning Scenarios

We describe the use of log file analysis to investigate whether the use of CSCL applications corresponds to its didactical purposes. Exemplarily we examine the use of the web-based system CommSy as software support for project-oriented university courses. We present two findings: (1) We suggest measures to shape the context of CSCL applications and support their initial and continuous use. (2) We show how log files can be used to analyze how, when and by whom a CSCL system is used and thus help to validate further empirical findings. However, log file analyses can only be interpreted reasonably when additional data concerning the context of use is available.

ProFormA: An XML-based exchange format for programming tasks

Unterstützungssysteme für die Programmierausbildung sind weit verbreitet, doch gängige Standards für den Austausch von allgemeinen (Lern-) Inhalten und Tests erfüllen nicht die speziellen Anforderungen von Programmieraufgaben wie z. B. den Umgang mit komplexen Einreichungen aus mehreren Dateien oder die Kombination verschiedener (automatischer) Bewertungsverfahren. Dadurch können Aufgaben nicht zwischen Systemen ausgetauscht werden, was aufgrund des hohen Aufwands für die Entwicklung guter Aufgaben jedoch wünschenswert wäre. In diesem Beitrag wird ein erweiterbares XML-basiertes Format zum Austausch von Programmieraufgaben vorgestellt, das bereits von mehreren Systemen prototypisch genutzt wird. Die Spezifikation des Austauschformats ist online verfügbar [PFMA].