Aumentare la realta' aumentata: il caso del First-Person Shooter Game sul Conte Luigi Ferdinando Marsili

Questa trattazione verterà sull'analisi di un sistema di gioco tra due individui, tra loro interagenti mediante handeld device, in un contesto immersivo posto in un luogo chiuso di natura museale. L'intera struttura, sviluppata nell'ambito del Corso di Sistemi ed Applicazioni Multimediali nell'anno 2010-2011, vuole porre un'innovazione rispetto agli scenari esistenti: laddove un'interazione museale richieda spesso la staticità dell'utilizzatore del servizio, il mezzo del gioco richiede invece la manipolazione e il movimento all'interno del luogo, garantendo un coinvolgimento maggiormente accentuato rispetto alla normale fruizione dei contenuti. Inoltre, la scelta alla base della realizzazione realizzazione si affida allo strumento multimediale e sempre più diffuso costituito dalle tecniche di Realtà Aumentata, che appongono aggiunte digitali all'ambiente circostante e permettono di modellare strutture d'informazione e manipolazione percepibili solo tramite apposite interfacce, ma pienamente inserite in un tessuto reale. La componente innovativa in questo schema è però portata da un'ulteriore aspetto, quello della cooper- azione di due dispositivi in contemporanea attori dell'interazione che, attraverso l'azione sulle informazioni esistenti, consentono di produrre modifiche rilevabili da ciascuno dei coinvolti.

Progettazione e implementazione di applicazioni context-aware su dispositivi mobili

Il progetto descritto in questo documento consiste fondamentalmente nell'integrazione di applicazioni context-aware su dispositivi mobili con reti di sensori e nello studio delle problematiche derivanti, vantaggi e potenziali utilizzi. La rete è stata costruita sfruttando l'insieme di protocolli per comunicazioni via radio Zigbee, particolarmente adatti per interazione tra dispositivi a basso consumo energetico e che necessitano di uno scarso tasso di trasferimento di dati. Le informazioni ottenute da sensori di varia natura sono processate da microcontrollori Arduino, scelti per la loro versatilità di utilizzo e design open source. Uno o più dispositivi sono designati per aggregare i dati rilevati dai singoli nodi in un unico pacchetto di informazioni, semanticamente correlate tra loro, quindi emetterle in broadcast su una diversa interfaccia di rete, in modo che diverse applicazioni esterne in ascolto possano riceverle e manipolarle. Viene utilizzato un protocollo specifico per la comunicazione tra i microcontrollori e le applicazioni che si interfacciano con la rete, costruito su misura per dispositivi con risorse limitate. L'applicazione context-aware che interagisce con la rete è stata sviluppata su piattaforma Android, la cui particolare flessibilità favorisce una migliore capacità di gestire i dati ottenuti. Questa applicazione è in grado di comunicare con la rete, manipolare i dati ricevuti ed eventualmente intraprendere azioni specifiche in totale indipendenza dal suo utilizzatore. Obiettivo del progetto è quello di costruire un meccanismo di interazione tra le tecnologie più adattivo e funzionale possibile.

Context-aware wireless networks

This thesis investigates context-aware wireless networks, capable to adapt their behavior to the context and the application, thanks to the ability of combining communication, sensing and localization. Problems of signals demodulation, parameters estimation and localization are addressed exploiting analytical methods, simulations and experimentation, for the derivation of the fundamental limits, the performance characterization of the proposed schemes and the experimental validation. Ultrawide-bandwidth (UWB) signals are in certain cases considered and non-coherent receivers, allowing the exploitation of the multipath channel diversity without adopting complex architectures, investigated. Closed-form expressions for the achievable bit error probability of novel proposed architectures are derived. The problem of time delay estimation (TDE), enabling network localization thanks to ranging measurement, is addressed from a theoretical point of view. New fundamental bounds on TDE are derived in the case the received signal is partially known or unknown at receiver side, as often occurs due to propagation or due to the adoption of low-complexity estimators. Practical estimators, such as energy-based estimators, are revised and their performance compared with the new bounds. The localization issue is addressed with experimentation for the characterization of cooperative networks. Practical algorithms able to improve the accuracy in non-line-of-sight (NLOS) channel conditions are evaluated on measured data. With the purpose of enhancing the localization coverage in NLOS conditions, non-regenerative relaying techniques for localization are introduced and ad hoc position estimators are devised. An example of context-aware network is given with the study of the UWB-RFID system for detecting and locating semi-passive tags. In particular a deep investigation involving low-complexity receivers capable to deal with problems of multi-tag interference, synchronization mismatches and clock drift is presented. Finally, theoretical bounds on the localization accuracy of this and others passive localization networks (e.g., radar) are derived, also accounting for different configurations such as in monostatic and multistatic networks.

Framework e librerie per lo sviluppo di applicazioni di realta aumentata: Metaio sdk come caso di studio

I moderni sistemi computazionali hanno reso applicazioni e dispositivi sempre più complessi e versatili, integrando in essi un numero crescente di funzioni. Da qui si avverte la necessità di un design d’interfaccia utente efficace e pratico che renda il rapporto uomo/macchina semplice ed intuitivo. Negli ultimi anni questo proposito è stato accolto da sviluppatori e progettisti che si sono affacciati nel mondo della “Realtà Aumentata”, una nuova visione d’insieme nel rapporto tra mondo reale e virtuale. Augmented Reality (AR), propone infatti di sviluppare nuove interfacce uomo-computer, che invece di mostrare le informazioni digitali su display isolati, immergano i dati stessi nell’ambiente concreto. Sfuma così una distinzione marcata tra il reale e il virtuale, ma anzi si cerca di combinare in modo naturale la coesistenza di quest’ultimi, permettendo la creazione di interfacce utente semplici e intuitive anche per applicazioni complesse. Il proposito che la tesi vuole andare ad affrontare è proprio quello di indagare lo sviluppo di nuove applicazioni basate su questa tecnologia. Nel primo capitolo verrà analizzatala storia, i campi di applicazione, i device più importanti sui quali è implementata e le varie tecniche di Tracciamento. Nella seconda parte della tesi andremo a interessarci del sistema vero e proprio sul quale regge questa tecnologia. Quindi nel successivo capitolo vedremo esempi di architetture e di piattaforme che offrono questa realtà di sviluppo, soffermandoci su un particolare caso di studio: Metaio; di cui nel terzo e ultimo capitolo indagheremo framework, SDK e API messe a disposizione.

Un'applicazione mobile di guida turistica context-aware basata su linked open data

In questo elaborato viene presentata Semantic City Guide, un'applicazione mobile di guida turistica basata su Linked Open Data. Si vogliono presentare i principali vantaggi e svantaggi derivati dall'interazione tra sviluppo nativo di applicazioni mobili e tecnologie del Semantic Web. Il tutto verrà contestualizzato esaminando alcuni progetti di aziende ed enti statali operativi nel settore turistico e dell'informatica.

Una applicazione context aware per il riconoscimento del tipo di mobilità

Con l'aumento del numero di sensori e ricevitori presenti sui dispositivi mobili attuali, è possibile lo sviluppo di nuove applicazioni in grado di fornire dati utili sul contesto in cui si trova un utente in un determinato momento. In questa tesi viene descritta la realizzazione di un servizio per dispositivi Android in grado di riconoscere il tipo di mobilità dell'utente. La motivazione principale di questo progetto è stata la scarsità di soluzioni specifiche per questo tipo di riconoscimento contestuale. Sono state quindi realizzate una libreria Java e un'applicazione Android in grado di fornire tale funzionalità. La tecnica impiegata per il riconoscimento è derivata da una ricerca dei dottori Luca Bedogni e Marco Di Felice e del professore Luciano Bononi, dell'Università di Bologna. Tale tecnica sfrutta le misurazioni di accelerometro e giroscopio del dispositivo per rilevare pattern di movimento e associarli ai vari tipi di mobilità dell'utente. Per mostrare un possibile impiego di questo servizio, è stata realizzata un'applicazione che sfrutta i dati forniti dal servizio di riconoscimento per la gestione dello stato di alcune funzionalità del dispositivo. Inoltre, è stata effettuata una analisi statistica della precisione effettiva di questo sistema di riconoscimento, per evidenziarne i punti di forza e i limiti rispetto alle soluzioni già esistenti. E' stato osservato che il consumo energetico di questo sistema è minore rispetto ad applicazioni basate su servizi di geolocalizzazione, e che la sua precisione è accettabile rispetto ad altre soluzioni già esistenti.

Ideazione di sistemi distribuiti collaborativi basati realta aumentata mobile: un caso di studio, con approfondimento relativo al livello delle comunicazioni

Il grande sviluppo a cui stiamo assistendo negli ultimi anni nell'ambito delle tecnologie mobile e del wearable computing apre le porte a scenari innovativi e interessanti per quanto riguarda sistemi distribuiti collaborativi. Le persone possono sempre più facilmente cooperare e scambiarsi informazioni grazie a queste nuove tecnologie e si può pensare allo sviluppo di sistemi che permettano forme molto avanzate di collaborazione facendo leva sull'aspetto hands-free, ovvero sulla possibilità di utilizzare dispositivi che liberino le mani, come i moderni smart-glasses. Per lo sviluppo di tali sistemi è necessario però studiare nuove tecniche e architetture, in quanto gli strumenti ad oggi a disposizione a supporto della realtà aumentata non sembrano essere del tutto adeguati per tale scopo. Infatti piattaforme come Wikitude o Layar, seppure offrano potenti tecniche di riconoscimento di markers e immagini e di rendering, non offrono quella dinamicità fondamentale per un sistema distribuito collaborativo. Questo scritto ha lo scopo di esplorare questi aspetti mediante l'ideazione, l'analisi, la progettazione e la prototipazione di un semplice caso di studio ispirato a sistemi collaborativi distribuiti basati su realtà aumentata. In particolare in questo lavoro si porrà l'attenzione sul livello delle comunicazioni e delle infrastrutture di rete.

Ideazione di sistemi distribuiti collaborativi basati su realta aumentata mobile: Un caso di studio, con approfondimento relativo al livello della cooperazione

Dall'inizio del nuovo millennio lo sviluppo di tecnologie nel campo del mobile computing, della rete internet, lo sviluppo dell'Internet of things e pure il cloud computing hanno reso possibile l'innovazione dei metodi di lavoro e collaborazione. L'evoluzione del mobile computing e della realtà aumentata che sta avvenendo in tempi più recenti apre potenzialmente nuovi orizzonti nello sviluppo di sistemi distribuiti collaborativi. Esistono oggi diversi framework a supporto della realtà aumentata, Wikitude, Metaio, Layar, ma l'interesse primario di queste librerie è quello di fornire una serie di API fondamentali per il rendering di immagini 3D attraverso i dispositivi, per lo studio dello spazio in cui inserire queste immagini e per il riconoscimento di marker. Questo tipo di funzionalità sono state un grande passo per quanto riguarda la Computer Graphics e la realtà aumentata chiaramente, però aprono la strada ad una Augmented Reality(AR) ancora più aumentata. Questa tesi si propone proprio di presentare l'ideazione, l'analisi, la progettazione e la prototipazione di un sistema distribuito situato a supporto della collaborazione basato su realtà aumentata. Lo studio di questa applicazione vuole mettere in luce molti aspetti innovativi e che ancora oggi non sono stati approfonditi né tanto meno sviluppati come API o forniti da librerie riguardo alla realtà aumentata e alle sue possibili applicazioni.

Ideazione di sistemi distribuiti collaborativi basati su realta aumentata mobile: un caso di studio, con approfondimento relativo all'interfaccia utente

L'obiettivo di questa tesi è quello di esplorare l'ideazione di sistemi software collaborativi innovativi basati su smart-glasses e forme di realtà aumentata mobile. In particolare, è stato formulato un caso di studio che cattura alcuni aspetti essenziali di questi sistemi: un'applicazione nel quale più utenti dotati di smart glasses si muovono in una zona precisa cercando di raggiungere tutti i punti d'interesse preimpostati in fase di inizializzazione e ottendendo le ricompense contenute dentro agli scrigni situati nei suddetti punti. Lo specifico caso di studio si occupa di approfondire gli aspetti relativi all'Interfaccia Utente, mentre precedentemente erano state affrontate le parti riguardanti la comunicazione e la cooperazione. L'applicazione è location-based e si serve delle tecniche di geolocalizzazione GPS ed è hands-free perché l'interfaccia grafica è mostrata all'utente tramite lo schermo degli smart-glasses.

Model-Centric, Context-Aware Software Adaptation

Software must be constantly adapted to changing requirements. The time scale, abstraction level and granularity of adaptations may vary from short-term, fine-grained adaptation to long-term, coarse-grained evolution. Fine-grained, dynamic and context-dependent adaptations can be particularly difficult to realize in long-lived, large-scale software systems. We argue that, in order to effectively and efficiently deploy such changes, adaptive applications must be built on an infrastructure that is not just model-driven, but is both model-centric and context-aware. Specifically, this means that high-level, causally-connected models of the application and the software infrastructure itself should be available at run-time, and that changes may need to be scoped to the run-time execution context. We first review the dimensions of software adaptation and evolution, and then we show how model-centric design can address the adaptation needs of a variety of applications that span these dimensions. We demonstrate through concrete examples how model-centric and context-aware designs work at the level of application interface, programming language and runtime. We then propose a research agenda for a model-centric development environment that supports dynamic software adaptation and evolution.

Context-aware Opportunistic Routing in Mobile Ad-hoc Networks Incorporating Node Mobility

Opportunistic routing (OR) employs a list of candi- dates to improve reliability of wireless transmission. However, list-based OR features restrict the freedom of opportunism, since only the listed nodes can compete for packet forwarding. Additionally, the list is statically generated based on a single metric prior to data transmission, which is not appropriate for mobile ad-hoc networks. This paper provides a thorough perfor- mance evaluation of a new protocol - Context-aware Opportunistic Routing (COR). The contributions of COR are threefold. First, it uses various types of context information simultaneously such as link quality, geographic progress, and residual energy of nodes to make routing decisions. Second, it allows all qualified nodes to participate in packet forwarding. Third, it exploits the relative mobility of nodes to further improve performance. Simulation results show that COR can provide efficient routing in mobile environments, and it outperforms existing solutions that solely rely on a single metric by nearly 20 - 40 %.

CAOR: Context-aware Adaptive Opportunistic Routing in Mobile Ad-hoc Networks

Opportunistic routing (OR) employs a list of candidates to improve wireless transmission reliability. However, conventional list-based OR restricts the freedom of opportunism, since only the listed nodes are allowed to compete for packet forwarding. Additionally, the list is generated statically based on a single network metric prior to data transmission, which is not appropriate for mobile ad-hoc networks (MANETs). In this paper, we propose a novel OR protocol - Context-aware Adaptive Opportunistic Routing (CAOR) for MANETs. CAOR abandons the idea of candidate list and it allows all qualified nodes to participate in packet transmission. CAOR forwards packets by simultaneously exploiting multiple cross-layer context information, such as link quality, geographic progress, energy, and mobility.With the help of the Analytic Hierarchy Process theory, CAOR adjusts the weights of context information based on their instantaneous values to adapt the protocol behavior at run-time. Moreover, CAOR uses an active suppression mechanism to reduce packet duplication. Simulation results show that CAOR can provide efficient routing in highly mobile environments. The adaptivity feature of CAOR is also validated.

Real-World Evaluation of Sensor Context-aware Adaptive Duty-cycled Opportunistic Routing

Energy is of primary concern in wireless sensor networks (WSNs). Low power transmission makes the wireless links unreliable, which leads to frequent topology changes. Resulting packet retransmissions aggravate the energy consumption. Beaconless routing approaches, such as opportunistic routing (OR) choose packet forwarders after data transmissions, and are promising to support dynamic features of WSNs. This paper proposes SCAD - Sensor Context-aware Adaptive Duty-cycled beaconless OR for WSNs. SCAD is a cross-layer routing solution and it brings the concept of beaconless OR into WSNs. SCAD selects packet forwarders based on multiple types of network contexts. To achieve a balance between performance and energy efficiency, SCAD adapts duty-cycles of sensors based on real-time traffic loads and energy drain rates. We implemented SCAD in TinyOS running on top of Tmote Sky sensor motes. Real-world evaluations show that SCAD outperforms other protocols in terms of both throughput and network lifetime.