nghiên cứu kiến trúc hệ thống ar-lbs

1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG ĐOÀN XUÂN VƢỢNG NGHIÊN CỨU KIẾN TRÚC HỆ THỐNG AR- LBS Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60 48 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:PGS.TS ĐẶNG VĂN ĐỨC Thái Nguyên - 2014 2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn là công trình nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, không sao chép của ai. Luận văn là do tôi tự nghiên cứu, đọc, dịch tài liệu, tổng hợp và thực hiện. Nội dung lý thuyết trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã trình bày trong phần tài liệu tham khảo. Chương trình phần mềm và những kết quả trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Thái Nguyên, ngày 16 tháng 5 năm 2014 Học viên thực hiện Đoàn Xuân Vƣợng 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo, cán bộ hướng dẫn khoa học PGS.TS Đặng Văn Đức, người thầy đã tận tình hướng dẫn tôi từ những buổi đầu tiên khi tiếp cận với đề tài khoa học. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô giáo ở trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông – Đại học Thái Nguyên, các cán bộ Trung tâm Công nghệ phần mềm – Sở Thông tin và Truyền thông thành phố Hải Phòng đã tận tình giảng dạy và tạo mọi điều kiện cho tôi học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn học viên lớpCK11B – Khoa học máy tính đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình, đồng nghiệp và bạn bè tôi, những người đã động viên, tạo mọi điều kiện cho tôi lao động và học tập trong suốt thời gian qua. Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 16 tháng 5 năm 2014 Học viên thực hiện Đoàn Xuân Vƣợng 4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN 1 LỜI CẢM ƠN 3 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 6 DANH MỤC HÌNH ẢNH 8 DANH MỤC BẢNG BIỂU 10 ĐẶT VẤN ĐỀ 11 Chƣơng 1: Khái quát về LBS và thực tại gia tăng (Augmented Reality) 14 1.1. Giới thiệu chung về LBS 14 1.1.1. Tổng quan về LBS 14 1.1.2. Các thành phần của LBS 15 1.1.3. Các kiểu dịch vụ LBS 16 1.1.4. Các thiết bị di động 17 1.1.5. Mô tả việc xử lý các yêu cầu của LBS 19 1.2. Giới thiệu Augmented Reality 22 1.2.1. Định nghĩa 22 1.2.2. Tổng quan và lịch sử phát triển 24 1.2.3. Các thành phần trong Augmented Reality 27 1.2.4. Ứng dụng của Augmented Reality trong thực tế 30 1.3. Kết hợp ứng dụng AR và LBS 34 Chƣơng 2: Kiến trúc hệ thống tích hợp thực tại gia tăng và LBS(AR -LBS) 37 2.1. Giới thiệu 37 2.2. Cơ sở hạ tầng mạng truyền thông 37 2.3. Vấn đề định vị. 41 2.4. Kiến trúc tổng thể hệ thống AR-LBS 45 2.4.1 . Mô hình tổng quát 45 2.4.2. Các thành phần của kiến trúc AR-LBS 47 5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 2.4.2 Cơ sở dữ liệu AR-LBS 48 2.4.3 Các vấn đề khi phát triển ứng dụng AR-LBS 49 2.4.4 Các chiến lược phát triển hệ thống AR-LBS 50 2.5. Kết luận chương 2 54 Chƣơng 3: Xây dựng demo hệ thống AR-LBS trên nền tảngGoogle App Engine 55 3.1. Giới thiệu về Google App-Engine 55 3.1.1. Môi trường ứng dụng: 56 3.1.2. RunTimes và Frameworks: 57 3.1.3. Hỗ trợ và độ tin cậy 57 3.1.4. Google Cloud SQL 57 3.1.5. Giới hạn sử dụng 57 3.1.6. Free Quota 58 3.1.7. Kết luận 58 3.2. Hệ thống AR-LBS cung cấp thông tin về các tòa nhà tại thành phố Hải Phòng qua Smartphone 59 3.2.1. Đặt vấn đề 59 3.2.2. Phân tích hệ thống 59 3.3. Thiết kế và cài đặt trên nền tảng Google App Engine 68 3.3.1. Thiết kế cơ sở dữ liệu 68 3.3.2. Thiết kế chương trình 70 3.4. Thử nghiệm và đánh giá kết quả. 73 KẾT LUẬN 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt 1. ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường truyền thuê bao số bất đối xứng 2. A-FLT Advanced forward link trilateration 3. AOA Angle of arrival 4. API Application Programming Interface Giao diện lập trình ứng dụng 5. AR Augmented Reality Thực tại tăng cường (hoặc Thực tại gia tăng) 6. CSDL Cơ sở dữ liệu 7. EDGE Enhanced Data rates for GSM Evolution Công nghệ di động được nâng cấp từ GPRS 8. E-OTD Enhanced observed time difference 9. GAE Google App Engine Google App Engine 10. GIS Geographical Information System Hệ thống thông tin địa lý 11. GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp 12. GPS Global Position System Hệ thống định vị toàn cầu 13. HDM Head Mounted Display Thiết bị hiển thị được gắn trên đầu 14. HTML HyperText Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản 15. HTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản 16. JDBC Java Database Connectivity Kết nối cơ sở dữ liệu Java 17. JSON JavaScript Object Notation Ký pháp đối tượng JavaScript 18. LBC Location-based Computing Tính toán dựa trên địa điểm 19. LBS Location-based Services Dịch vụ dựa trên vị trí 20. MARS Mobile Augmented Reality System Hệ thống thực tại tăng cường mobile 21. PDA Personal Digital Assistant Thiết bị di động số cá nhân 7 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 22. POI Point of Interest Điểm đặc trưng 23. SEO Search Engine Optimization Tối ưu hóa cỗ máy tìm kiếm 24. TDOA Time difference of arrival 25. TOA Time of arrival 26. VR Virtual Reality Thực tại ảo 27. WAP Wireless Application Protocol Giao thức ứng dụng không dây 28. WLAN Wireless Local Area Network Mạng nội bộ không dây 29. WML Wireless Mark-up Language Ngôn ngữ đánh dấu vô tuyến 30. XHTML Extensible HyperText Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản mở rộng 8 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1. 1: Các thành phần cơ bản của dịch vụ LBS 16 Hình 1. 2: Các loại thiết bị di động 18 Hình 1. 3: Luồng thông tin giữa các thành phần của LBS 20 Hình 1. 4: Một ứng dụng thực tại tăng cường 23 Hình 1. 5: Một cảnh trong series phim kẻ hủy diệt (Terminator) 25 Hình 1. 6: Hệ thống AR chỉ dẫn nhà hàng 26 Hình 1. 7: Hệ thống thực tại tăng cường Head-Mounted-Display 28 Hình 1. 8: Mô hình hệ thống thực tại tăng cường Head-Mounted-Display 28 Hình 1. 9: HDM mô phỏng trên màn hình rộng 30 Hình 1. 10: Một thiết bị HDM của Sony 30 Hình 1. 11: Ứng dụng của AR trong quân sự 31 Hình 1. 12: Ứng dụng của AR trong giải trí 32 Hình 1. 13: Ứng dụng của AR trong truyền thông 33 Hình 1. 14: Sử dụng smartphone cho AR 35 Hình 1. 15: Một ứng dụng trên Nokia 36 Hình 2. 1: Mô hình kiến trúc WAP 38 Hình 2. 2: Mạng GPRS/EDGE 39 Hình 2. 3: Định vị theo phương pháp Cell identification 42 Hình 2. 4: Định vị theo phương pháp TDOA 43 Hình 2. 5: Định vị theo phương pháp TOA 44 Hình 2. 6: Định vị theo phương pháp AOA 44 Hình 2. 7: Quy trình xử lý hệ thống AR-LBS 46 Hình 2. 8: Kiến trúc AR – LBS 47 Hình 3. 1: Bảng theo dõi hoạt động ứng dụng của GAE 56 Hình 3. 2: Mô hình tổng quan hệ thống xác định thông tin về các địa diểm ở thành phố Hải Phòng 61 Hình 3. 3: Biểu đồ ca sử dụng Hiển thị khung nhìn AR 62 9 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 3. 4: Biểu đồ ca sử dụng cập nhật vị trí 63 Hình 3. 5: Biểu đồ ca sử dụng Quản trị địa điểm 63 Hình 3. 6: Biểu đồ tuần tự Hiển thị khung nhìn AR 66 Hình 3. 7: Biểu đồ tuần tự Cập nhật vị trí 66 Hình 3. 8: Biểu đồ tuần tự quản trị địa điểm 67 Hình 3. 9: Biểu đồ triển khai hệ thống 68 Hình 3. 10: Cơ sở dữ liệu địa điểm 69 Hình 3. 11: Bảng Position Place trên GAE 69 Hình 3. 12:Bảng PlaceCategory trên GAE 70 Hình 3. 13: Giao diện trang chủ 71 Hình 3. 14: Giao diện danh sách địa điểm tòa nhà 71 Hình 3. 15: Thêm mới một địa điểm tòa nhà 72 Hình 3. 16: Giao diện chương trình trên smartphone 73 10 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3. 1: Bảng mô tả giới hạn sử dụng một ứng dụng GAE miễn phí 57 Bảng 3. 2: Bảng mô tả free quota của một ứng dụng GAE miễn phí 58 Bảng 3. 3: Mô tả các thông tin của Ca sử dụng Cập nhật thông tin vị trí 64 Bảng 3. 4: Công thức Haversine 73 [...]... dụng hệ thống nhận dạng ảnh Ngoài ra có thể kết hợp cả hai kỹ thuật này đểđem lại hiệu quả tốt hơn trong nhiều trường hợp Việc nghiên cứu kết hợp hai công nghệ AR và LBS làm tăng khả năng hỗ trợ xử lý của hệ thống dựa trên môi trường nền, tạo ra một môi trường tương tác mạnh hơn với người dùng, nâng cao hiệu quả ứng dụng của các thiết bị di động Luận văn sẽ tập trung nghiên cứu hệ thống LBS, công nghệ... thực tại gia tăng và LBS - Chương này đưa ra một kiến trúc tích hợp AR-LBS, các thành phần của kiến trúc và việc giao tiếp dữ liệu giữa các thành phần - Đưa ra các chiến lược xây dựng ứng dụng trên kiến trúc AR-LBS Chương 3: Xây dựng demo hệ thống AR-LBS trên nền tảng Google App Engine - Xây dựng một ứng dụng thử nghiệm cho hệ thống AR-LBS trên Google App Engine Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/... trong phạm vi một khu du lịch, một công trình mà thôi Kiến trúc: Việc lắp đặt nhiều thiết bị kèm camera với khả năng generate một bản thiết kế từ một kiến trúc đã tồn tại hoặc hiển thị một kiến trúc ảo từ kiến trúc của một công trình đã đẩy nhanh tiến độ các công việc thiết kế kiến trúc, giúp việc thiết kế và kiểm tra xây dựng hoàn thiện nhanh hơn Công nghệ AR cũng giúp mô phỏng các điều kiện thiên nhiên... kiến trúc xây dựng hệ thống AR – LBS ứng dụng trong thực tiễn Luận văn được chia làm 03 chương với nội dung như sau: Chương 1: Khái quát về LBS và thực tại gia tăng (Augmented Reality) - Chương này trình bày tổng quan về các dịch vụ dựa trên vị trí LBS, tổng quan về thực tại gia tăng Augmented Reality (AR) Chương 2: Kiến trúc hệ thống tích hợp thực tại gia tăng và LBS - Chương này đưa ra một kiến trúc. .. Sau đây là một số công nghệ có ảnh hưởng tới việc phát triển các hệ thống dịch vụ thông tin hiện nay: a Công nghệ LBS (Location-Based Services) Hạ tầng truyền tin, các phương pháp định vị, các thiết bị vào/ra di động và hệ thông tin địa lý là tiền đềđể phát triển các ứng dụng mà trong đó vị tríđịa lý của người sử dụng được xem như một tham số quan trọng của hệ thống Một hệ thống phần cứng/phần mềm... Các thành phần trong Augmented Reality Một hệ thống thực tại tăng cường thông thường gồm có ba thành phần chính: bộ mô phỏng, hệ thống lưu vết và thiết bị hiển thị Các thành phần này được mô tả như trong hình dưới đây: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 28 Hình 1.7: Hệ thống thực tại tăng cường Head-Mounted-Display Hình 1.8: Mô hình hệ thống thực tại tăng cường Head-Mounted-Display... lƣu vết Hệ thống lưu vết (Tracking system) là một trong những thành phần quan trọng nhất của hệ thống thực tại tăng cường Hệ thống lưu vết thường phát sinh vấn đề khi cần được chấp nhận (registration) vào hệ thống[ 3].Đối tượng trong thế giới thực và ảo cần được mô phỏng với đầy đủ các đặc tính và mối liên hệ chặt chẽ với nhau.Ví dụ như trong các ngành công nghiệp, rất nhiều ứng dụng phụ thuộc vào sự... âm thanh 3D (Furness, 1986) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 26 Hình 1.6 :Hệ thống AR chỉ dẫn nhà hàng (a) Người dùng đeo trên người hệ thống AR, và đang nhìn về phía nhà hàng.(b) Thông tin của nhà hàng, được hiển thị trên thiết bị mũ chụp Mãi cho đến đầu những năm 1990, với nghiên cứu tại Tổng công ty Boeing, mà khái niệm đồ họa máy tính chồng lớp trên thế giới thực đã được nhận... bị di động LBS là phần giao của ba loại công nghệ chính, Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 12 bao gồm GIS/cơ sở dữ liệu không gian, Internet và thiết bị di động/định vị toàn cầu: Hình trên cho thấy nhiều loại hệ thống thông tin tích hợp được hình thành từ các công nghệ Internet, thiết bị di động và GIS/CSDL không gian, như sau: - Hệ thống GIS trên nền Web (WebGIS) được hình thành... Internet và GIS/CSDL không gian - Hệ thống GIS di động (Mobile GIS) được hình thành từ việc tích hợp GIS/CSDL không gian với các thiết bị di động như điện thoại di động và GPS - Hệ thống Internet di động (Mobile Internet) được hình thành trên cơ sở tích hợp các thiết bị di động như điện thoại di động với mạng Internet - Dịch vụ LBS được hình thành từ việc tích hợp ba loại công nghệ GIS/CSDL không gian, mạng . 2: Kiến trúc hệ thống tích hợp thực tại gia tăng và LBS(AR -LBS) 37 2.1. Giới thiệu 37 2.2. Cơ sở hạ tầng mạng truyền thông 37 2.3. Vấn đề định vị. 41 2.4. Kiến trúc tổng thể hệ thống AR-LBS. Augmented Reality (AR). Chương 2: Kiến trúc hệ thống tích hợp thực tại gia tăng và LBS - Chương này đưa ra một kiến trúc tích hợp AR-LBS, các thành phần của kiến trúc và việc giao tiếp dữ liệu. lược xây dựng ứng dụng trên kiến trúc AR-LBS Chương 3: Xây dựng demo hệ thống AR-LBS trên nền tảng Google App Engine - Xây dựng một ứng dụng thử nghiệm cho hệ thống AR-LBS trên Google App Engine.