Nghiên cứu kiến trúc hệ thống AR LBS ( Luận văn thạc sĩ)

Nghiên cứu kiếNghiên cứu kiến trúc hệ thống AR LBS ( Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu kiến trúc hệ thống AR LBS ( Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu kiến trúc hệ thống AR LBS ( Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu kiến trúc hệ thống AR LBS ( Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu kiến trúc hệ thống AR LBS ( Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu kiến trúc hệ thống AR LBS ( Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu kiến trúc hệ thống AR LBS ( Luận văn thạc sĩ)n trúc hệ thống AR LBS ( Luận văn thạc sĩ)

Trang 1

1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

ĐOÀN XUÂN VƯỢNG

NGHIÊN CỨU KIẾN TRÚC HỆ THỐNG AR- LBS

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:PGS.TS ĐẶNG VĂN ĐỨC

Thái Nguyên - 2014

Trang 2

2

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

Trang 3

3

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

Trang 4

4

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

Chương 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

Chương 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

Trang 5

5

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

Chương 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

Trang 6

6

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

1 ADSL Asymmetric Digital Subscriber

3 AOA Angle of arrival

4 API Application Programming

Interface

Giao diện lập trình ứng dụng

(hoặc Thực tại gia tăng)

7 EDGE Enhanced Data rates for GSM

Evolution

Công nghệ di động được nâng cấp từ GPRS

8 E-OTD Enhanced observed time

difference

10 GIS Geographical Information System Hệ thống thông tin địa lý

11 GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói

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

Trang 7

7

23 SEO Search Engine Optimization Tối ưu hóa cỗ máy tìm

kiếm

24 TDOA Time difference of arrival

25 TOA Time of arrival

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

Trang 8

8

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

Trang 9

9

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

Trang 11

đã chú ý đến những công nghệ hiện có và đưa ra những mô hình ứng dụng mới nhằm cung cấp khả năng xử lý dựa trên thông tin của môi trường chung quanh

Từ việc biết được người dùng đang ở trong hoàn cảnh nào, thiết bị có thể đưa ra những phương án hỗ trợ người dùng tốt nhất một cách tự động (không đòi hỏi

dữ liệu hoặc thao tác từ phía người dùng) Các thông tin “nền” về môi trường xung quanh đó bao gồm vị trí của người dùng

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 tin học và truyền thông như vậy được gọi là dịch vụ trên cơ sở vị tríđịa lý (LBS)

Theo các chuyên gia, LBS là dịch vụ thông tin có thể xâm nhập bằng các thiết bị di động thông qua mạng không dây và vị tríđịa lý của thiết bị di động.Nói cách khác LBS là dịch vụ sử dụng thông tin địa lý nhằm phục vụ người sửdụng thiết bị di động LBS là phần giao của ba loại công nghệ chính,

Trang 12

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 từ việc tích hợp 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 Internet và thiết bị di động/GPS

b Công nghệ thực tại tăng cườngAR (Augmented Reality)

Có rất nhiều định nghĩa về thực tại tăng cường (AR) nhưng tổng quát lại đó

là công nghệ cho phép tăng cường khả năng quan sát của con người bằng cách chồng các đối tượng ảo vào thế giới thực và thuyết phục được người quan sát rằng các đối tượng ảo đó là một phần của thế giới thực

Có hai kỹ thuật cơ bản để nhận biết các đối tượng trong thế giới thực trước khi chồng các đặc tính liên quan của đối tượng đó vào màn hình hiển thị của thiết bị Hai kỹ thuật nhận biết đó là:

Trang 13

13

Theo dõi đối tượng (object tracking) bằng cách sử dụng các cảm biến

vị trí như GPS, la bàn số (digital compass) và cảm biến gia tốc (accelerometer)

Theo dõi thị giác (optical tracking) bằng cách sử 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 AR và 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 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

Trang 14

14

Chương 1: Khái quát về LBS và thực tại gia tăng (Augmented Reality) 1.1 Giới thiệu chung về LBS

1.1.1 Tổng quan về LBS

Điện thoại di động và Internet không chỉ cách mạng hóa phương thức thông tin liên lạc mà còn đem lại những thay đổi lớn trong cách làm việc và lối sống của tất cả mọi người.Các thiết bị ngày nay như điện thoại di động và thiết bị kỹ thuật số hỗ trợ cá nhân (PDA) cho phép người sử dụng có thể truy cập Internet ở bất cứ nơi nào họ và khi nào họ muốn Từ Internet, họ dễ dàng nắm được các sự kiện (lịch chiếu phim, buổi hòa nhạc, …) và thông tin về các địa điểm họ quan tâm (bản đồ thành phố, nhà hàng, viện bảo tàng, bệnh viện)

Chúng ta hãy xem xét ví dụ: ai đó muốn ăn tối trong tại nhà hàng và do đó tìm kiếm một nhà hàng trên mạng Internet Thay vì xem xét tất cả các nhà hàng trên thế giới, người đó thường thêm vào một số tiêu chí lựa chọn để có kết quả tìm kiếm phù hợp.Một số tiêu chí tốt là vị trí của người đó (thành phố), thời gian thực tế (buổi tối) hoặc kiểu nhà hàng (Trung Quốc hoặc Ý)

Loại này tìm kiếm nhà hàng đối với vị trí và thời gian có thể được thực hiện bằng cách sử dụng loại hình dịch vụ dựa trên địa điểm (LBS) Có nhiều định nghĩa khác nhau về LBS:

Trang 15

15

Định nghĩa 2 (OGC, 2005):

Một dịch vụ internet không dây sử dụng thông tin địa lý phục vụ cho người

sử dụng điện thoại di động.Bao gồm các ứng dụng khai thác vị trí của một thiết

bị đầu cuối di động

Các định nghĩa trên mô tả LBS như là sản phẩm của sự kết hợp của ba công nghệ và các thiết bị cầm tay, từ Internet và từ các hệ thống thông tin địa lý (GIS) với cơ sở dữ liệu không gian (Shiode et al 2004)

1.1.2 Các thành phần của LBS

Thiết bị di động: công cụ cho người sử dụng yêu cầu yêu cầu dịch vụ,

đồng thời thể hiện các kết quả trả về ở dạng lời nói, hình ảnh, văn bản, v.v Các thiết bị có thể là PDA, điện thoại di động, máy tính xách tay, hoặc có thể là thiết bị chuyển hướng của xe hơi

Mạng truyền thông: chuyển dữ liệu người dùng và yêu cầu dịch vụ từ các

thiết bị đầu cuối di động tới nhà cung cấp dịch vụ và sau đó đưa trả kết quả dịch

vụ cho người sử dụng

Thành phần định vị: dịch vụ LBS thường đòi hỏi vị trí người sử dụng đã

được xác định Cách xác định phỗ biến là sử dụng mạng thông tin di động hoặc bằng cách sử dụng hệ thống định vị toàn cầu (GPS).Ngoài ra, có thể sử dụng các trạm WLAN, các thiết bị có khả năng phát sóng vô tuyến.Công nghệ này được đặc biệt sử dụng trong các hệ thống định vị trong các cao ốc, bảo tàng.Lưu ý rằng, nếu vị trí không được xác định tự động, nó có thể cũng được quy định bởi người sử dụng

Trang 16

16

cụ thể trên các đối tượng mà người yêu cầu dịch vụ quan tâm (ví dụ như một con chim trong công viên động vật hoang dã) v.v

Các nhà cung cấp hỗ trợ về dữ liệu và nội dung: Các nhà cung cấp dịch

vụ thường không trực tiếp lưu trữ và duy trì tất cả các thông tin có thể được yêu cầu bởi người sử dụng Vì vậy cơ sở dữ liệu địa lý và thông tin vị trí sẽ do các

bộ phận chức năng khác quản lý (ví dụ như cơ quan lập bản đồ), hoặc do các đối tác kinh doanh (ví dụ như các trang vàng, các công ty giao thông)

Hình 1.1: Các thành phần cơ bản của dịch vụ LBS: người sử dụng dịch vụ (user), mạng truyền thông (Communication Network), định vị (Positioning), nhà cung cấp dịch vụ (Service Provider) và nhà cung cấp nội dung (Content Provider)

1.1.3 Các kiểu dịch vụ LBS

Có hai kiểu dịch vụ là Push (đẩy) và Pull (kéo) được phân biệt dựa vào đặc điểm là thông tin được cung cấp có tương tác với người dùng hay không

Trang 17

Luận án đầy đủ ở file: Luận án Full

Định dạng
Số trang	76
Dung lượng	817,48 KB
File đính kèm	Luận văn Full.rar (2 MB)