بهبود برچسب‌گذاري مكاني در محيط‌هاي فراگستر مبتني بر فناوري واقعيت افزوده

Improving Geo-labeling in Ubiquitous Environment Based on Augmented Reality

در سال­های اخیر توانمندی‌های تلفن­های همراه هوشمند در ابعاد مختلف سخت‌افزاری و نرم‌افزاری رشد قابل‌توجه­ای داشته است. این توانمندی‌ها در كنار بارزترین ویژگی یك تلفن همراه یعنی در همه جا حاضری، سبب استفاده روزافزون آن‌ها در سیستم‌های فراگستر شده است. امروزه سیستم‌های فراگستر موجبات تحول در مؤلفه‌های اساسی سیستم‌های اطلاعات مكانی را فراهم كرده‌اند، یكی از ملموس­ترین این جنبه­ها، بصری سازی و نمایش داده می‌باشد. از جمله روش‌های بازیابی اطلاعات از محیط پیرامون در رایانش فراگستر مفهوم برچسب‌گذاری مكانی می­باشد و به علت ماهیت مكانی اكثر داده‌ها ارتباط تنگاتنگی با سیستم‌های اطلاعات مكانی دارد. پیش از این نصب برچسب­های فیزیكی نظیر QR code یا برچسب­های RFID بر روی اشیاء و عوارض، جهت اخذ اطلاعات از آنها مورد استفاده قرار گرفته است. این برچسب­ها محدودیت­های خاصی نظیر نیاز به برچسب فیزیكی و محدودیت فاصله را دارند. در پژوهش حاضر با استفاده از رابط‌های گرافیكی نوین نظیر فناوری واقعیت افزوده، رویكرد بهبودیافته­ای از برچسب­گذاری مكانی حاصل شده است كه می‌تواند در بسیاری از زمینه‌های كاربردی نظیر زیرساخت یك شهر هوشمند به كار گرفته شود. از این رو مؤلفه‌های اصلی سیستم پیشنهادی و پلت­فرم تلفن­همراه هوشمند جهت ایجاد یك محیط فراگستر تشریح شده و چارچوبی جهت بصری سازی برچسب‌­های مكانی مبتنی بر فناوری واقعیت افزوده ارائه شده است. برای پیاده‌سازی سیستم پیشنهادی میدان هفت‌تیر شهر تهران به عنوان مطالعه موردی انتخاب شده و برنامه كاربردی موردنظر در سیستم‌عامل اندروید طراحی و اجرا شده است. نتایج حاصل از برنامه كاربردی، نشانگر انطباق برچسب های مكانی بر روی اشیاء و ساختمان های متنتاظر و كارآمدی فناوری واقعیت افزوده در بصری سازی و نمایش داده­ها در محیط دارد. همچنین با توجه به دقت حاصل از حسگرهای IMU و GPS در  برنامه كاربردی پیاده­سازی شده، روی هم نهادن برچسب­های مجازی و اشیاء متناظر دنیای واقعی در محدوده­ی موردنظر محقق شده است. این مساله بیانگر آن است كه به كارگیری حسگرهای تلفن همراه هوشمند در پیاده سازی سیستم های واقعیت افزوده­ی مكان مبنا در یك محیط شهری، دقت های مورد نیاز را به خوبی برآورد می كند.

During the recent years, smartphones have substantially evolved in terms of software and hardware technological properties. In addition, the ubiquity feature of these devices has increased their usage in ubiquitous geographic information systems (UBI-GIS), especially in case of data visualization. Accessibility of modern mobile phones allows the users to overcome limits of time and space. This property provides a possibility to achieve the most important element of ubiquitous computing. In fact, smart phones combine potentials of various tracking techniques such as GPS and IMU sensors with high-resolution cameras that allow data visualizations anytime and anywhere. In ubiquitous computing, augmented reality (AR) has been discussed as a ubiquitous user interface to the real world and AR technique is considered as a user interface in ubiquitous computing systems. AR is an excellent user interface for mobile computing applications, because it allows intuitive information browsing of location-referenced information. In an AR environment, the user’s perception of the real world is enhanced by computer-generated entities such as 3D objects and spatialized audio. An AR system requires at least three significant components: a model of the environment in which the system should be deployed, a real-time capable method for tracking the human user and an ergonomically acceptable mobile hardware setup. In this paper, these three core topic has been selected in following way: 3d model of area in 3D GIS as model of the environment, MEMS inertial sensors, MEMS compass and GPS sensors as tracking hardware and smartphone as mobile hardware setup.  There are many methods for data visualization in AR systems. Geo-labeling is one method for data visualization in ubiquitous computing, which is tightly connected to Geospatial Information Systems(GISs). GIS can play an important role in improving AR systems. GIS can be exploited for the creation of content and geospatial analyses such as visibility analysis can be used to improve AR systems.  QR code and RFID are two traditional methods for Geo-labeling and data retrieving that require special equipment and large budget. Other method to identify surrounding environment is georeferenced objects that can be retrieved by their location. In this approach, AR view show many content because of there is no filtering method.  In this paper, the proposed system integrates innovative technologies of 3D GIS with tools for 3D visibility and AR view in order to establish an improved Geo-labeling system. The principal components of the proposed system are explained and smart phones are employed as the platform for creating a ubiquitous environment, which conducts the Geo-labeling process.  Haft-e Tir square in the Tehran City is selected for implementing the proposed method and an Android’s application is developed as well. Quantitative assessment of the system results indicates high performance of the AR technology for data visualization with high accuracy and applicability in an urban environment. The results indicate geo-labels are linked to their corresponding objects with an acceptable accuracy. Finally, the efficiency of system for geo-labeling and AR-based data visualization are analyzed through quantitative and quantitative methods, which supports development of systems with improved functionality.