Tragbare Navigationssysteme werden immer beliebter. Dem Marktforschungsinstitut GfK zufolge wurden im Jahre 2005 2 Millionen mobile Navigationsgeräte verkauft, 2006 waren es bereits 5 Millionen verkaufte Exemplare. Aktuelle Navigationssysteme sind jedoch primär für die Navigation in Automobilen ausgelegt. Sie eignen sich entsprechend für hohe Geschwindigkeiten und sind so konzipiert, dass sie den Benutzer möglichst wenig vom Straßenverkehr ablenken. Das heißt auch, dass Navigationssysteme kaum Interaktion zulassen. Entsprechend spärlich ist der Nutzen, den Fußgänger von Navigationssystemen haben, obwohl diese durchaus die Möglichkeit zur Interaktion mit diesem System hätten.
Parallel zu Navigationssystemen erfährt auch die Mobilfunkbranche ein starkes Wachstum. Für fast jeden ist das Handy zu einem alltäglichen Gebrauchsgegenstand geworden, den er ständig mit sich trägt. Sowohl der Funktionsumfang als auch die Leistung moderner Mobiltelefone nimmt dabei ständig zu. Auch die Bandbreite, mit der Daten übertragen werden können, hat durch Technologien wie GPRS, HSCSD, EDGE und UMTS eine enorme Steigerung erlebt. Besonders vielfältige Einsatzmöglichkeiten bieten sogenannte Smartphones. Sie ermöglichen den Zugriff auf den kompletten Funktionsumfang eines Mobiltelefons in Verbindung mit adäquatem Speicher und entsprechender Rechenleistung und erlauben es, zusätzliche Anwendungen zu installieren. Nutzt man die Konnektivität des Smartphones aus, so ist mithilfe eines mobilen Webservices ein Navigationsdienst für Fußgänger denkbar, der über die Möglichkeiten der Autonavigation hinaus einen ortssensitiven Informationsdienst mit Mixed Reality Charakter realisiert. Dennoch unterliegt ein solcher Dienst für Mobiltelefone vielen Beschränkungen wie z.B. die begrenzte Displaygröße und Rechenleistung. Auch Fußgänger-adäquate Karten, etwa von Innenstädten, sind kaum verfügbar.
Ortssensitive Dienste erfordern ein Ortungssystem. Ein Dienst hierzu ist das Global Positioning System (GPS). Doch GPS ist für die Dimensionen, in denen sich Fußgänger bewegen, recht ungenau. Deshalb ist eine Verbesserung der Positionierung mittels Differential GPS (DGPS) unter der Verwendung von Standard-Hardware wünschenswert.
Ziel dieses Buches ist es, die Realisierbarkeit eines mobilen Webservices zu zeigen, der das community-basierte Administrieren von Informations- und Navigationsdiensten durch ein (D)GPS-basiertes Visualisierungstool für Smartphones ermöglicht.
Inhaltsverzeichnis
1 EINLEITUNG
1.1 MOTIVATION
1.2 ZIELSETZUNG
1.3 VORGEHENSWEISE
2 GRUNDLAGEN
2.1 EINORDNUNG
2.2 PERVASIVE / UBIQUITOUS COMPUTING
2.3 MOBILE COMPUTING
2.3.1 Definition
2.3.2 Symbian OS
2.3.3 Smartphones
2.3.4 Series 60
2.3.5 Mobilfunknetze
2.4 ORTSSENSITIVE DIENSTE
2.4.1 Definition
2.4.2 Positionierungstechniken
2.5 WEB SERVICES
2.6 MIXED REALITY
2.7 OPENGL
2.8 3D-COMPUTERGRAFIK
2.9 DATENSCHUTZ, PRIVATSPHÄRE UND SICHERHEIT
2.10 EXISTIERENDE PROJEKTE
2.10.1 Google Maps
2.10.2 Windows Live Local
2.10.3 Virtual Graffiti / Lobba
3 DER COMBINE PROTOTYP
3.1 ZWECK DES PROTOTYPS
3.2 ARCHITEKTUR
3.2.1 Endgerät
3.2.2 Positionsfinder
3.2.3 CombINe-Renderer
3.2.4 Streaming Server
3.2.5 CombINe-Server
3.2.6 Datenbank
3.2.7 Kommunikationsprotokoll in CombINe
3.2.8 Schnittstellen
3.3 AUFBAU DES SZENARIOS
3.3.1 Vorgehensweise
3.3.2 Auslesen der Kartendaten
3.3.3 Initialisieren des Szenarios
3.3.4 Zeichnen des Szenarios
3.3.5 Billboard-Objekte im Szenario
3.3.6 Texturierung
3.3.7 Bewegen im Szenario
3.3.8 Interaktion mit dem Szenario
3.4 TEXTURIERUNG AM MOBILEN ENDGERÄT
3.5 VIRTUELLE GRAFFITIS
3.5.1 Was sind virtuelle Graffitis?
3.5.2 Freie virtuelle Graffitis
3.5.3 Implementierung der freien virtuellen Graffitis
3.5.4 Objekt-Graffitis
3.5.5 Implementierung der Objekt-Graffitis
3.6 MIXED-REALITY-FEATURES
3.6.1 Einleitung
3.6.2 Look around-Funktion - Rundflug um die eigene Position
3.6.3 Picked Item - Objekt rotieren lassen
3.6.4 Overview - Überblick
3.6.5 Helligkeit
3.6.6 Demonstrationsfunktionen
3.7 COMMUNITY-DIENSTE
3.8 FILTER
3.8.1 Filter in CombINe
3.8.2 Benutzerprofil
3.8.3 Position
3.8.4 Zeit
3.9 NAVIGATIONSDIENSTE
3.9.1 Grundsätzliches zu Navigationsmöglichkeiten in CombINe
3.9.2 Walk
3.9.3 Informationen durch Objekte im Szenario
4 ANWENDUNGSBEISPIEL
5 GPS UND DGPS
5.1 GPS
5.2 GPS-GRUNDLAGEN
5.3 AUFBAU DES GPS
5.4 VERMESSUNG DER ERDOBERFLÄCHE
5.5 BESTIMMUNG DER POSITION
5.6 DAS SIGNAL
5.7 FEHLERQUELLEN
5.8 DGPS
5.9 VERFÜGBARE ECHTZEIT-POSITIONIERUNGSDIENSTE
5.9.1 SBAS
5.9.2 SAPOS
5.9.3 Ntrip
5.10 ENTWICKLUNG EINES DGPS-SYSTEMS
5.11 FUNKTIONSWEISE
5.12 IMPLEMENTIERUNG
5.12.1 Aufbau
5.12.2 Parser
5.12.3 Nachrichten-Parser
5.12.4 Nachrichten-Boxen
5.12.5 Durchführung der GPS-Korrektur
5.13 ERGEBNISSE DER POSITIONSVERBESSERUNG
6 ZUSAMMENFASSUNG
7 AUSBLICK
Zielsetzung & Themen
Ziel dieser Arbeit ist es, die Realisierbarkeit eines mobilen Webservices zu zeigen, der ein community-basiertes Administrieren von Informations- und Navigationsdiensten mittels eines (D)GPS-basierten 3D-Visualisierungstools für Smartphones ermöglicht. Die Forschungsfrage fokussiert dabei auf die Überwindung der technischen Beschränkungen mobiler Endgeräte (Displaygröße, Rechenleistung) durch Outsourcing der Grafikberechnungen an einen Streaming-Server.
- Mobile 3D-Navigation und Visualisierung auf Smartphones
- Entwicklung eines (D)GPS-gestützten Positionierungssystems für höhere Genauigkeit
- Community-basiertes Informationssystem mit virtuellen "Graffitis"
- Mixed-Reality-Interaktion im städtischen Umfeld
- Architekturkonzept und Implementierung von Webservice-Komponenten
Auszug aus dem Buch
3.3.1 Vorgehensweise
Die für CombINe zur Verfügung stehenden Karten beruhen auf 2D-Kartenmaterial des Landesamtes für Kataster-, Vermessungs- und Kartenwesen (LKVK) des Saarlandes. Um eine höhere Adaption an die reale Umwelt zu schaffen, ist es ein Ziel von CombINe, ein dreidimensionales Szenario zu schaffen. Zunächst wird hierzu für jedes Gebäude eine konstante Höhe angenommen. Zusammen mit der bekannten Grundfläche ergeben sich hierdurch Körper für jedes Gebäude und somit ein 2½ D-Modell. Die Wände dieses Körpers können nun mit Texturen, z.B. Fotografien der realen Gebäude versehen werden. Dies erzeugt den Eindruck zusätzlicher Geometrien, ein aus der Spieleindustrie bekanntes Prinzip.
Des Weiteren ist aufgrund der Dimensionen der Fotografie und der durch die Grundflächenkarte bekannte Wandlänge die Höhe des texturierten Gebäudes ableitbar. Durch diese Informationen lässt sich aus dem 2½ D-Modell ein echtes dreidimensionales Modell erzeugen.
Zusammenfassung der Kapitel
1 EINLEITUNG: Einleitung in die Thematik mobiler Navigationsdienste, Motivation durch das Wachstum der Mobilfunkbranche und Definition der Forschungsziele.
2 GRUNDLAGEN: Erläuterung der technologischen Basis, insbesondere Pervasive Computing, Mobile Computing, Web Services, Mixed Reality und GPS-Grundlagen.
3 DER COMBINE PROTOTYP: Detaillierte Beschreibung der Architektur des CombINe-Systems, einschließlich Server-Komponenten, Rendering, Datenbankanbindung, Texturierung und der Implementierung virtueller Graffitis.
4 ANWENDUNGSBEISPIEL: Szenario-basierte Veranschaulichung der Funktionen anhand eines fiktiven Nutzers in Saarbrücken.
5 GPS UND DGPS: Ausführliche Analyse der GPS-Funktionsweise, Fehlersuche und Entwicklung eines eigenen, echtzeitfähigen DGPS-Korrektursystems für Mobiltelefone.
6 ZUSAMMENFASSUNG: Synthese der Projektergebnisse und Bewertung der Realisierbarkeit der entwickelten Architektur.
7 AUSBLICK: Diskussion über zukünftige Erweiterungspotenziale, Kommerzialisierungsmöglichkeiten und alternative Ansätze.
Schlüsselwörter
CombINe, Mobile Computing, Smartphones, Mixed Reality, GPS, DGPS, Web Services, 3D-Visualisierung, Virtuelle Graffitis, Pervasive Computing, Navigation, Series 60, Echtzeit-Positionierung, Community-Dienste.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Konzeption und Implementierung eines mobilen Webservices, der es Nutzern ermöglicht, ortssensitive Informationen und Navigationsdienste in einem community-basierten 3D-Szenario auf Smartphones zu verwalten.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Die zentralen Felder umfassen Mobile Computing, die Visualisierung von 3D-Daten auf leistungsschwachen Mobilgeräten, ortssensitive Dienste sowie die Verbesserung von GPS-Daten durch DGPS-Korrekturverfahren.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist der Nachweis, dass ein solches System unter Verwendung von Standard-Hardware (Smartphones, Bluetooth-GPS) realisierbar ist, wobei die grafische Rechenlast durch einen Streaming-Server ausgelagert wird.
Welche wissenschaftliche Methode wurde verwendet?
Der Autor verfolgt einen systemorientierten Ansatz: Aufbauend auf einer theoretischen Fundierung der Technologien wird ein Prototyp (CombINe) entwickelt, dessen Komponenten modular implementiert und anschließend durch empirische Tests der Positionsgenauigkeit evaluiert wurden.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil beschreibt die Systemarchitektur des CombINe-Prototyps, die Implementierung der 3D-Rendering-Schnittstellen, das Kommunikationsprotokoll, die Texturierung "vor Ort", die Verwaltung virtueller Graffitis sowie die technische Umsetzung der DGPS-Korrektur zur Steigerung der Ortungsgenauigkeit.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit am besten?
Die wichtigsten Schlagworte sind CombINe, Mobile Computing, Smartphones, Mixed Reality, (D)GPS, Streaming und Community-basierte Dienste.
Warum reicht Standard-GPS nicht für die Anforderungen des Projekts aus?
Standard-GPS ist im urbanen Umfeld oft zu ungenau für die Anforderungen einer präzisen Fußgängernavigation, da die Abweichungen in Gebäudeschluchten mehrere Meter betragen können, weshalb eine DGPS-Verbesserung notwendig ist.
Wie werden die Anforderungen an die geringe Rechenleistung der Endgeräte gelöst?
Die Lösung erfolgt durch ein interaktives, adaptives Streaming-Verfahren: Das 3D-Szenario wird serverseitig gerendert, und nur der fertige Videostream wird an das Smartphone übertragen.
- Arbeit zitieren
- Jan Conrad (Autor:in), 2007, CombINe. Ein mobiler Webservice zum community-basierten Administrieren von Informations- und Navigationsdiensten, München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/150877
