Участник:GeraltFromRivia/Diploma work 3

Мысли и идеи по дипломной работе

Главная идея:

Определение:

Реализовать приложение на основе дополненной или виртуальной реальности для реконструкции культурных наследий России на примере трапезной Федоровского городка в Царском Селе

На данный момент уже есть реализованная 3D модель трапезной. Требуется разработать, спроектировать и написать ПО, которое будет воплощать в реальность все эти идеи.

Есть куча вариантов, как производить indoor-навигацию для точного распознавания местоположения устройства в пространстве, и множество из них уже наверняка было реализовано на ФКТиУ для роботехники. Поэтому нужно придумать, в чем будет изюминка нашей разработки. Будет ли она в точности или "правильном" смешении нескольких технологий для более плавного распознавания. Будет ли это оптическое позиционирование с дополненной реальностью, или любое другое для виртуальной реальности.

Техническая реализация

Существует ряд технологических платформ и алгоритмов для отслеживания положения объектов в реальном времени. Часть из них применима к системам определения положения внутри зданий.

• GPS

Старый добрый GPS, к огромному сожалению, не работает, когда не видны спутники. Да и точность — метры.
Всем знаком, есть в каждом смартфоне. Можно поставить ретрансляторы GPS сигнала, но стоимость решения будет заоблачной.

• Позиционирование по сотовым сетям

Точность оставляет желать лучшего даже в районах с высокой плотностью базовых станций.

• Инерциальные системы

Стары как мореплавание. В них используется модель движения человека: если мы знаем, где были, в какую сторону и как быстро двигались, то можно рассчитать, где мы оказались через некоторое время.
Сейчас это достигается с помощью гироскопов и акселерометров смартфона. К плюсами данного решения можно отнести автономность и отсутствие привязки к внешней инфраструктуре.
Минусы — необходимость знать начальную точку, со временем накапливающаяся погрешность и потребность сверяться с другим источником данных, например, GPS.

• WiFi/Bluetooth локация

Трилатерация на базе Wi-Fi/Bluetooth передатчиков.
Потенциально очень хорошие варианты для телефонов и для точности до нескольких метров, потому что не требуют ничего дополнительно, кроме того, что уже есть в телефоне.
Вкупе с инерциальными системами внутри телефонов и другими дополнительными данными, скорее всего, достигнут точности меньше метра на практике.
Каждый год в Барселоне на MWC показывают разработки — и каждый год очень интересно. Для того, чтобы вести человека в торговом центре к полке с товаром — очень недурно.
Для робота, пожалуй, маловато. Ему нужны сантиметры, чтобы не сшибать стены и створки дверей. Плюс чаще всего нужна предварительная калибровка помещения, размещения.
И, конечно, радио не требует прямой видимости — это большой плюс.

• Радиокарта или “цифровые отпечатки” сигналов Wi-Fi/Bluetooth

Местоположение вычисляется путем сравнения измеряемых в реальном времени мощностей сигнала от окружающих Wi-Fi/BLE точек с заранее измеренными значениями, привязанными к карте помещения.
Плюсы такие же, как и в случае с трилатерацией. Недостатки – точность около 5 метров, необходимость предварительного обучения системы.

• Оптическая локация

Было несколько стартапов, которые предварительно сканировали помещения, а потом по картинке, например, потолка c фронтальной камеры смартфона, определяли местоположение.
Интересно, но требует съемки помещения и пока не попадалось полноценной реализации.

• Магнитометрия

Навигация по магнитному полю с помощью компаса смартфона.
Есть примеры успешных применений, но решение требует предварительной калибровки в помещении и слишком подвержено влиянию металла и магнитов.

• Лидар:

Точно. Красиво. Дорого. Если не дорого, то не очень удобно. Нужно сканировать. А скан — это механика. Это куда сложнее и сразу менее надежно и еще дороже.
Но в целом это очень хороший датчик, если он подходит для задач и если уметь им управляться. И не нужны маяки. Можно сразу отправляться в путь в неизвестность.
Как вариант — простейшие измерители расстояния на ИК сенсорах. Или более сложные — с постоянными лазерами или сканирующими лазерами и камерами.
Тоже варианты. Но свои ограничения, подобные ограничениям лидаров.

• Ultra-wide band (UWB):

Очень круто. Скорее всего, рано или поздно будет хорошо работать. Подтянется полупроводниковая технология. Цены упадут.
Как-то решится вопрос со стабильностью, фазовыми шумами, ограничением по спектральной плотности излучаемого сигнала в 41.3 dBm/MHz. Но пока как-то не очень получается заказать готовые компоненты.

• GSM локация
• Ультразвуковая идентификация и локация
• RFID идентификация и локация

Ссылки

• openbooks.ifmo.ru — Виртуальная реконструкция трапезной Федоровского городка в Царском Селе
• myshared.ru — Задачи Создание комплекса 4Р-БПЛА для решения задачи навигации в закрытых помещениях
• habrahabr.ru — Indoor навигация и позиционирование
• habrahabr.ru — Навигация в помещениях с iBeacon и ИНС
• habrahabr.ru — Indoor «GPS» с точностью +-2см

См. также

• wikipedia.org — Indoor навигация и её использование
• Результаты дипломной работы