Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009. Arhitektura sustava prividne stvarnosti 1 SUSTAVI PRIVIDNE STVARNOSTI U PROMETU prof. dr. sc. Hrvoje Gold 2009/2010 Sveučilište u Zagrebu Fakultet prometnih znanosti 1 04. ARHITEKTURA SUSTAVA PRIVIDNE STVARNOSTI SUSTAVI PRIVIDNE STVARNOSTI U PROMETU 2
23
Embed
SUSTAVI PRIVIDNE STVARNOSTI U PROMETU · – suradničko 3D okruženje na Internetu – ... –prividno okruženje je geometrijski zasnovana aplikacija ... –npr. prividni likovi
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009.
Arhitektura sustava prividne stvarnosti 1
SUSTAVI PRIVIDNE STVARNOSTI U PROMETU
prof. dr. sc. Hrvoje Gold2009/2010
Sveučilište u ZagrebuFakultet prometnih znanosti
1
04. ARHITEKTURA SUSTAVA PRIVIDNE STVARNOSTI
SUSTAVI PRIVIDNE STVARNOSTI U PROMETU
2
Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009.
Arhitektura sustava prividne stvarnosti 2
Arhitektura sustava prividne stvarnosti
• Uvod
• Sustavi zasnovani na grafu scene
• Semantički model prividnog okruženja
• Generička arhitektura sustava prividne stvarnosti
• Raspodijeljena prividna okruženja
3
Uvod ...
• Izrada sustava prividne stvarnosti za podršku prividnim okruženjima– potrebna raznovrsna znanja
• npr. od psihologije do računalnih mreža
– široko područje primjene• znanstvene vizualizacije, simulacije, obuka, igre i sl.
• monolitne arhitekture sustava– posebno se razvijaju za pojedine primjene
– ograničena mogudnost ponovne upotrebljivosti sastavnica sustava
• modularne arhitekture sustava– razvoj ponovno upotrebljivih programskih alata i biblioteka klasa
4
Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009.
Arhitektura sustava prividne stvarnosti 3
Uvod ...
• Primjeri monolitnih arhitektura sustava prividne stvarnosti– raspodijeljeno interaktivno prividno
– model, arhitektura i sustav za prostornu interakciju u prividnom okruženju –MASSIVE (Model, Architecture and System for Spatial Interaction in Virtual Environments)
– suradničko 3D okruženje na Internetu –NPSNET
– podesiva platforma za velika interaktivna umrežena okruženja – SPLINE (Scalable Platform for Large Interactive Networked Environments)
– sustav raspodijeljenog prividnog okruženja –dVS
DIVE
MASSIVE
NPSNET
SPLINE
5
Uvod ...
• Primjeri programskih alata– više platformski alat za razvoj
stvarnovremenskih 3D aplikacija –WorldToolkit
– okvir za raspodijeljenu prividnu stvarnost – Avocado
– nadogradljiva platforma za razvoj aplikacija prividne stvarnosti – VR Juggler
– razvojna okolina za izgradnju stvarnovremenih 3D aplikacija –Virtools
– programski okvir za simulaciju prividnih ljudskih likova – VHD++
Razvojna okolina za izgradnju stvarnovremenih 3D aplikacija
6
Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009.
Arhitektura sustava prividne stvarnosti 4
Arhitektura sustava prividne stvarnosti
• Uvod
• Sustavi zasnovani na grafu scene
• Semantički model prividnog okruženja
• Generička arhitektura sustava prividne stvarnosti
• Raspodijeljena prividna okruženja
7
Sustavi zasnovani na grafu scene ...
• Sustavi zasnovani na grafu scene– hijerarhijski prikaz prividnog okruženja
• graf scene – strukture stabla
– okruženje je sastavljeno od • objekata – podataka scene
• odnosa između objekata
– graf povezuje pravila igre, fiziku, animaciju i sustave umjetne inteligencije s grafičkim procesorom
– graf sastavljen od• čvorova roditelja, čvorova djece i objekata
8
Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009.
Arhitektura sustava prividne stvarnosti 5
Sustavi zasnovani na grafu scene ...
• Čvorovi roditelji / čvorovi skupine– priređuju i ponekad nadziru
tumačenje čvorova nasljednika– drže zajedno graf scene
• Čvorovi djeca su– čvorovi skupine ili krajnji čvorovi
• Krajnji čvorovi /listovi– nemaju nasljednika– opisuju osnovne semantičke
elemente grafa • geometriju – što treba nacrtati• zvukove – što treba svirati• osvjetljenje – kako osvijetliti objekte• ponašanje – koje naredbe izvršiti
– odnose se na podatke objekata– nisu čvorovi grafa scene, ali sadrže
• npr. prilagodljivo dinamičko okruženje u Javi – JADE (Java Adaptive Dynamic Environment) – dinamičko gospodarenje sastavnicama i sredstvima sustava prividnog okruženja za vrijeme izvođenja sustava
– na razini izvornog kôda• ostvarena ponovna upotrebljivost do određene mjere
– kod implementacije algoritama animacije, vizualizacije i interakcije
– otežano ponovno korištenje znanja pridruženog prividnim objektima
12
Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009.
Arhitektura sustava prividne stvarnosti 7
Arhitektura sustava prividne stvarnosti
• Uvod
• Sustavi zasnovani na grafu scene
• Semantički model prividnog okruženja
• Generička arhitektura sustava prividne stvarnosti
• Raspodijeljena prividna okruženja
13
Semantički model prividnog okruženja ...
• Semantički model prividnog okruženja – prikazi više razine značenja / semantike prividnih
okruženja• unapređuju sposobnosti ponovne upotrebljivosti i
prilagodljivosti prividnih objekata
– prividni objekti se promatraju kao složene jedinke sa različitim vrstama pridruženih podataka i znanja
– izgrađuje se na grafu scene • naglasak je na višim semantičkim razinama
– ne na vizualnim ili prostornim odnosima
14
Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009.
Arhitektura sustava prividne stvarnosti 8
Semantički model prividnog okruženja ...
• Semantički model
– za svaki objekt / digitalnu jedinku navode se
• geometrijski prikazi
• područja funkcionalnosti
– digitalna jedinka može biti
• prividni objekt koji se iscrtava kao dio scene
• nezavisno korisničko sučelje i kontrola za animaciju i interakciju
15
Semantički model prividnog okruženja ...
• Određenje semantičkog modela– osnovno obilježje prividnog entiteta (objekta ili lika) je
njegov prostorni oblik– prividno okruženje je geometrijski zasnovana aplikacija– zavisno o kontekstu oblik entiteta se mijenja
• postoje konteksti u kojima se istovremeno rukuje s brojnim oblicima koji pripadaju istom prividnom entitetu
• npr. prikaz prividnog lika na velikom zaslonu – potrebne su informacije za iscrtavanje 3D oblika u visokoj razlučivosti
– oblik se nadzire interaktivno preko različitih prikaza » pojednostavljenog oblika ili kontrola grafičkog korisničkog sučelja,
npr. izbornika, klizača– nezavisni prikazi zahtjevna sinkronizacija podataka
16
Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009.
Arhitektura sustava prividne stvarnosti 9
Scena
Semantički deskriptor
Kontroler Digital. jed. Geometrijski deskriptor
Oblik
Semantički model prividnog okruženja ...
• Semantički model– obuhvada skup geometrijskih
i /ili apstraktnih prikaza svakog prividnog objekta • s pridruženim opisom koji
obavještava sustave za iscrtavanje i sučelje o načinu rukovanja s objektom
– primjer dijagrama klasa semantičkog modela prividnog okruženja i mogudih alata za nadzor i interakciju s okruženjem
Semantički prikaz interaktivnog prividnog okruženja
17
Semantički model prividnog okruženja ...
• Scena – glavni spremnik modela prividnog okruženja– reference na digitalne jedinke– spremište podataka koje koriste
• digitalne jedinke i programski alati, npr. preglednici ili interaktivni uređaji
• Semantički deskriptor digitalne jedinke– informacije o digitalnoj jedinki
• u stroju i čovjeku čitljivom obliku
– ulazne točke za kontrole scene • odabir ispravne geometrije i sučelja za prikaz
– mjesto za pohranu opisa načina korištenja jedinke i njezinog odnosa prema ostalim jedinkama u sceni
18
Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009.
Arhitektura sustava prividne stvarnosti 10
Semantički model prividnog okruženja ...
• Geometrijski deskriptor digitalne jedinke– označava vrstu oblika pridruženog jedinki
• npr. izobličena mreža, člankovito tijelo s zglobovima i segmentima i sl.• H-Anim - standardni opis hijerarhijske strukture za animaciju
humanoidnog modela člankovitog tijela• mogude pridružiti i druge modele člankovitog tijela
– s različitim brojem zglobova i složenošdu segmenata – 3D oblika pridruženih svakom zglobu
• Za potpuni prikaz prividnog okruženja– semantički model izražava odnose između entiteta– semantički deskriptori
• opisuju objekte i/ili likove u sceni • izgrađuju graf scene
– digitalne jedinke sastavljene su od drugih jedinki i u različitim su međusobnim odnosima, npr. zajedno se kredu ili potiču druge
– poslužitelj poruke raspodjeljuje svima ili samo nekim korisnicima zavisno o potrebi istodobnosti dostave
– porastom broja korisnika – kašnjenje u obradi poslužitelja
• dodatni poslužitelj – kašnjenje u prijenosu
30
Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009.
Arhitektura sustava prividne stvarnosti 16
Arhitektura komunikacijskog sustava
• Model ravnopravnih korisnika (peer-to-peer)– korisnici izravno izmjenjuju poruke
– dijele sredstva računala, npr. memoriju• odgovornost za filtriranje i sinkronizaciju poruka na korisniku
• Model ravnopravnih korisnika i poslužitelja (peer-to-server)– dobre strane prethodnih modela
– poslužitelj – dosljednost u gospodarenju
– istodobni prijenos poruka grupi korisnika uz najpovoljnije usmjeravanje prijenosa podataka - multicast
31
Upravljanje značajem ...
• Upravljanje značajem (interest management)– mrežna oprema skuplja od opreme za obradu
– upravljanje porukama prema značaju• korisnik ne treba stalno primati sve podatke o
prividnom svijetu ved samo one za koje je zainteresiran
– postupci filtriranja poruka • podjela prividnog svijeta u područja
– izvan sustava (offline)
• ograničenje na područje zanimanja korisnika – u stvarnom vremenu
32
Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009.
Arhitektura sustava prividne stvarnosti 17
Upravljanje značajem
• Određenje razine primjedenosti između dva objekta– vrijednosti jačine usredotočenosti i ‘halo’ učinka
• objekt A usredotočen na objekt B• objekt A ima halo učinak na objekt B• objekt B usredotočen na objekt A• objekt B ima halo učinak na objekt A
– ako ‘aureole’ objekata A i B nemaju zajedničkih sastavnica vrijednosti su nula
– usredotočenost opisuje • usmjerenost pozornosti korisnika
– halo učinak opisuje • pojavnost i primjedenost opažanog objekta
– primjedenost sastavljena od aureole opaženog i usredotočenosti opažača
– aureola je podprostor koji djelotvorno ograničava prisustvo objekta unutar zadanog medija
– aureola, usredotočenost i halo učinak• više vrijedne funkcije proizvoljnog dosega i zavisne o mediju
Upravljanje značajem u suradničkim svijetovima
Halo učinak od B
Usredotočenost na A
Primjedenost B od A
33
Nadzor istodobnosti obnavljanja ...
• Informacije koje se dijele u suradničkoj mreži– preslika se sprema na svakom korisničkom mjestu
• posebno u slučaju zemljopisno udaljenih mjesta
• pristup i obnavljanje podataka na mjestu korisnika
• brža interakcija
– problem održavanja ažurnosti preslika• višestruka istodobna obnavljanja na mreži
• nedosljednost viđenja prividnog svijeta između korisnika
• porast kašnjenja prijenosa podataka– porast neusklađenosti između operacija
• nadzor istodobnosti obnavljanja preslika
34
Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009.
Arhitektura sustava prividne stvarnosti 18
Nadzor istodobnosti obnavljanja ...
• Nadzor istodobnosti obnavljanja preslika– pesimistički
– optimistički
– predviđanjem
• Pesimistički pristup– korisnik pristupa objektima samo kada mu je dodijeljena
dozvola pristupa, vlasništvo nad objektom
– osigurana potpuna dosljednost
– smanjenje interaktivnosti• veliki broj korisnika – kašnjenja u prijenosu podataka
35
Nadzor istodobnosti obnavljanja
• Optimistički pristup– korisnik pristupa objektima bez provjere mogudih
neusklađenosti između mjesnog i stvarnog stanja– pojavom neusklađenosti
• potreba za popravkom stanja• povedanje složenosti sustava
• Pristup predviđanjem– vlasnik objekta predviđa sljededeg vlasnika objekta
prije nego što korisnici zatraže vlasništvo nad objektom
– sljededi vlasnik se predviđa na osnovi pozicije, orijentacije i brzine navigacije ostalih korisnika
36
Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009.
Arhitektura sustava prividne stvarnosti 19
Preslikavanje podataka ...
• Preslikavanje podataka o prividnom svijetu– sa poslužitelja na računalo korisnika– stvarnovremena interakcija– korisnik obnavlja preslike
• lokalnim promjenama • objavom promjena sa poslužitelja
– vrijeme prvog preuzimanja podataka zavisi o veličini prividnog svijeta
– smanjenje kašnjenja u prijenosu podataka• prijenos na zahtjev – djelomično preslikavanje objekata
– preuzimaju se samo zahtijevani objekti, a ne svi objekti svijeta
• sažimanje geometrijski i slikovnih podataka
37
Preslikavanje podataka ...
• Djelomično preslikavanje podataka
– problem učinkovitog preslikavanja podataka uz smanjenje neprirodnih i nepotpunih scena radi neraspoloživosti svih podataka
• Metode
– prioritetni prijenos objekata
– predpohranjivanje i preddohvadanje
38
Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009.
Arhitektura sustava prividne stvarnosti 20
Preslikavanje podataka ...
• Prioritetni prijenos objekata
– razmatra objekte unutar vidokruga korisnika i prenosi samo objekte koji doprinose visokoj vjernosti scene za korisnika
• koristedi tehnike razine detalja ili višestruke razlučivosti
– povedava vjernost grafičkog prikaza objekata i brzinu interakcije
39
Preslikavanje podataka
• Predpohranjivanje i preddohvadanje
– neposredna raspoloživost zahtijevanih podataka
• na osnovi mjesta smještaja podataka
• prostorni odnosi i udaljenost između korisnika i objekata– objekti bliži korisniku povedavaju vjerojatnost da de im korisnik
ponovno pristupiti
40
Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009.
Arhitektura sustava prividne stvarnosti 21
Raspodjela opteredenja ...
• Raspodjela opteredenja na više poslužitelja
– osigurava nadogradivost i sposobnost rasta sustava
• npr. višekorisničke igre na mreži – Second Life, Lineage II
– smanjenje opteredenja pojedinog poslužitelja
• dijeljenje prividnog svijeta u više područja
• raspodjela odgovornosti za upravljanjem područjima na više poslužitelja
– omoguduje podršku istodobnog rada više korisnika i vedih prividnih okruženja
41
Raspodjela opteredenja ...
• Nejednolika raspodjela korisnika – dovodi do nejednolikog opteredenja poslužitelja
• poslužitelji napučenijih područja – kašnjenja u interakciji
• Dinamička preraspodjela opteredenja– preopteredeni poslužitelji prenose teret na manje
opteredene poslužitelje
• Metode dinamičke preraspodjele opteredenja– lokalna
– globalna
– dinamičkog prilagođenja
42
Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009.
Arhitektura sustava prividne stvarnosti 22
Raspodjela opteredenja ...
• Metoda lokalne preraspodjele– poslužitelj prenosi višak tereta samo na susjedne
poslužitelje • čija područja graniče sa područjem preopteredenog
poslužitelja
– poslužitelj treba raspolagati samo s podacima od susjednim poslužitelja
– neznatno premještanje korisnika na drugi poslužitelj
– problem u slučaju kada su i susjedni poslužitelji preopteredeni – slučaj nesimetričnog opteredenja
43
Raspodjela opteredenja ...
• Metoda globalne preraspodjele– uravnotežuje teret u mreži
• i kada postoji nesimetrično opteredenje
– na osnovi globalno dostupnih podataka svi poslužitelji sudjeluju u preraspodjeli
– poslužitelj koordinator • dinamički dijeli cijeli prividni svijet
– algoritmom podjele grafa
– porastom veličine prividnog okruženja i broja poslužitelja u sustavu raste učestalost podijele prividnog svijeta na područja i broj premještanja korisnika na druge poslužitelje
44
Sustavi prividne stvarnosti u prometu 15.09.2009.
Arhitektura sustava prividne stvarnosti 23
Raspodjela opteredenja
• Metoda dinamičkog prilagođenja
– preopteredeni poslužitelj uravnotežuje svoj teret sa skupinom poslužitelja izvan susjednih poslužitelja u skladu s njihovim stanjem opteredenja