nghiên cứu kiến trúc hệ thống ar-lbs

1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG


ĐOÀN XUÂN VƢỢNG


NGHIÊN CỨU KIẾN TRÚC HỆ THỐNG AR- LBS



Chuyên ngành: Khoa học máy tính
Mã số: 60 48 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:PGS.TS ĐẶNG VĂN ĐỨC


Thái Nguyên - 2014

2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn là công trình nghiên cứu của riêng cá nhân tôi,

không sao chép của ai. Luận văn là do tôi tự nghiên cứu, đọc, dịch tài liệu, tổng
hợp và thực hiện. Nội dung lý thuyết trong luận văn có sử dụng một số tài liệu
tham khảo như đã trình bày trong phần tài liệu tham khảo. Chương trình phần
mềm và những kết quả trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong
bất kỳ một công trình nào khác.
Thái Nguyên, ngày 16 tháng 5 năm 2014
Học viên thực hiện


Đoàn Xuân Vƣợng

3
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo, cán bộ hướng dẫn
khoa học PGS.TS Đặng Văn Đức, người thầy đã tận tình hướng dẫn tôi từ
những buổi đầu tiên khi tiếp cận với đề tài khoa học.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô giáo ở trường Đại học Công
nghệ thông tin và Truyền thông – Đại học Thái Nguyên, các cán bộ Trung tâm
Công nghệ phần mềm – Sở Thông tin và Truyền thông thành phố Hải Phòng đã
tận tình giảng dạy và tạo mọi điều kiện cho tôi học tập, nghiên cứu và hoàn
thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn học viên lớpCK11B – Khoa học máy
tính đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện
luận văn.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình, đồng nghiệp và
bạn bè tôi, những người đã động viên, tạo mọi điều kiện cho tôi lao động và học
tập trong suốt thời gian qua.

Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 16 tháng 5 năm 2014
Học viên thực hiện


Đoàn Xuân Vƣợng
4
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN 1
LỜI CẢM ƠN 3
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 6
DANH MỤC HÌNH ẢNH 8
DANH MỤC BẢNG BIỂU 10
ĐẶT VẤN ĐỀ 11
Chƣơng 1: Khái quát về LBS và thực tại gia tăng (Augmented Reality) 14
1.1. Giới thiệu chung về LBS 14
1.1.1. Tổng quan về LBS 14
1.1.2. Các thành phần của LBS 15
1.1.3. Các kiểu dịch vụ LBS 16
1.1.4. Các thiết bị di động 17
1.1.5. Mô tả việc xử lý các yêu cầu của LBS 19
1.2. Giới thiệu Augmented Reality 22
1.2.1. Định nghĩa 22
1.2.2. Tổng quan và lịch sử phát triển 24
1.2.3. Các thành phần trong Augmented Reality 27
1.2.4. Ứng dụng của Augmented Reality trong thực tế 30

1.3. Kết hợp ứng dụng AR và LBS 34
Chƣơng 2: Kiến trúc hệ thống tích hợp thực tại gia tăng và LBS(AR -LBS)
37
2.1. Giới thiệu 37
2.2. Cơ sở hạ tầng mạng truyền thông 37
2.3. Vấn đề định vị. 41
2.4. Kiến trúc tổng thể hệ thống AR-LBS 45
2.4.1 . Mô hình tổng quát 45
2.4.2. Các thành phần của kiến trúc AR-LBS 47
5
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


2.4.2 Cơ sở dữ liệu AR-LBS 48
2.4.3 Các vấn đề khi phát triển ứng dụng AR-LBS 49
2.4.4 Các chiến lược phát triển hệ thống AR-LBS 50
2.5. Kết luận chương 2 54
Chƣơng 3: Xây dựng demo hệ thống AR-LBS trên nền tảngGoogle App
Engine 55
3.1. Giới thiệu về Google App-Engine 55
3.1.1. Môi trường ứng dụng: 56
3.1.2. RunTimes và Frameworks: 57
3.1.3. Hỗ trợ và độ tin cậy 57
3.1.4. Google Cloud SQL 57
3.1.5. Giới hạn sử dụng 57
3.1.6. Free Quota 58
3.1.7. Kết luận 58
3.2. Hệ thống AR-LBS cung cấp thông tin về các tòa nhà tại thành phố Hải
Phòng qua Smartphone 59
3.2.1. Đặt vấn đề 59

3.2.2. Phân tích hệ thống 59
3.3. Thiết kế và cài đặt trên nền tảng Google App Engine 68
3.3.1. Thiết kế cơ sở dữ liệu 68
3.3.2. Thiết kế chương trình 70
3.4. Thử nghiệm và đánh giá kết quả. 73
KẾT LUẬN 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO 75


6
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
STT
Từ viết tắt
Tiếng Anh
Tiếng Việt
1.
ADSL
Asymmetric Digital Subscriber
Line
Đường truyền thuê bao
số bất đối xứng
2.
A-FLT
Advanced forward link
trilateration

3.

AOA
Angle of arrival

4.
API
Application Programming
Interface
Giao diện lập trình ứng
dụng
5.
AR
Augmented Reality
Thực tại tăng cường
(hoặc Thực tại gia tăng)
6.
CSDL

Cơ sở dữ liệu
7.
EDGE
Enhanced Data rates for GSM
Evolution
Công nghệ di động được
nâng cấp từ GPRS
8.
E-OTD
Enhanced observed time
difference

9.

GAE
Google App Engine
Google App Engine
10.
GIS
Geographical Information System
Hệ thống thông tin địa lý
11.
GPRS
General Packet Radio Service
Dịch vụ vô tuyến gói
tổng hợp
12.
GPS
Global Position System
Hệ thống định vị toàn
cầu
13.
HDM
Head Mounted Display
Thiết bị hiển thị được
gắn trên đầu
14.
HTML
HyperText Markup Language
Ngôn ngữ đánh dấu siêu
văn bản
15.
HTTP
Hypertext Transfer Protocol

Giao thức truyền siêu
văn bản
16.
JDBC
Java Database Connectivity
Kết nối cơ sở dữ liệu
Java
17.
JSON
JavaScript Object Notation
Ký pháp đối tượng
JavaScript
18.
LBC
Location-based Computing
Tính toán dựa trên địa
điểm
19.
LBS
Location-based Services
Dịch vụ dựa trên vị trí
20.
MARS
Mobile Augmented Reality
System
Hệ thống thực tại tăng
cường mobile
21.
PDA
Personal Digital Assistant

Thiết bị di động số cá
nhân
7
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


22.
POI
Point of Interest
Điểm đặc trưng
23.
SEO
Search Engine Optimization
Tối ưu hóa cỗ máy tìm
kiếm
24.
TDOA
Time difference of arrival

25.
TOA
Time of arrival

26.
VR
Virtual Reality
Thực tại ảo
27.
WAP
Wireless Application Protocol

Giao thức ứng dụng
không dây
28.
WLAN
Wireless Local Area Network
Mạng nội bộ không dây
29.
WML
Wireless Mark-up Language
Ngôn ngữ đánh dấu vô
tuyến
30.
XHTML
Extensible HyperText Markup
Language
Ngôn ngữ đánh dấu siêu
văn bản mở rộng

8
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1: Các thành phần cơ bản của dịch vụ LBS 16
Hình 1. 2: Các loại thiết bị di động 18
Hình 1. 3: Luồng thông tin giữa các thành phần của LBS 20
Hình 1. 4: Một ứng dụng thực tại tăng cường 23
Hình 1. 5: Một cảnh trong series phim kẻ hủy diệt (Terminator) 25
Hình 1. 6: Hệ thống AR chỉ dẫn nhà hàng 26
Hình 1. 7: Hệ thống thực tại tăng cường Head-Mounted-Display 28

Hình 1. 8: Mô hình hệ thống thực tại tăng cường Head-Mounted-Display 28
Hình 1. 9: HDM mô phỏng trên màn hình rộng 30
Hình 1. 10: Một thiết bị HDM của Sony 30
Hình 1. 11: Ứng dụng của AR trong quân sự 31
Hình 1. 12: Ứng dụng của AR trong giải trí 32
Hình 1. 13: Ứng dụng của AR trong truyền thông 33
Hình 1. 14: Sử dụng smartphone cho AR 35
Hình 1. 15: Một ứng dụng trên Nokia 36
Hình 2. 1: Mô hình kiến trúc WAP 38
Hình 2. 2: Mạng GPRS/EDGE 39
Hình 2. 3: Định vị theo phương pháp Cell identification 42
Hình 2. 4: Định vị theo phương pháp TDOA 43
Hình 2. 5: Định vị theo phương pháp TOA 44
Hình 2. 6: Định vị theo phương pháp AOA 44
Hình 2. 7: Quy trình xử lý hệ thống AR-LBS 46
Hình 2. 8: Kiến trúc AR – LBS 47
Hình 3. 1: Bảng theo dõi hoạt động ứng dụng của GAE 56
Hình 3. 2: Mô hình tổng quan hệ thống xác định thông tin về các địa diểm
ở thành phố Hải Phòng 61
Hình 3. 3: Biểu đồ ca sử dụng Hiển thị khung nhìn AR 62
9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


Hình 3. 4: Biểu đồ ca sử dụng cập nhật vị trí 63
Hình 3. 5: Biểu đồ ca sử dụng Quản trị địa điểm 63
Hình 3. 6: Biểu đồ tuần tự Hiển thị khung nhìn AR 66
Hình 3. 7: Biểu đồ tuần tự Cập nhật vị trí 66
Hình 3. 8: Biểu đồ tuần tự quản trị địa điểm 67
Hình 3. 9: Biểu đồ triển khai hệ thống 68

Hình 3. 10: Cơ sở dữ liệu địa điểm 69
Hình 3. 11: Bảng Position Place trên GAE 69
Hình 3. 12:Bảng PlaceCategory trên GAE 70
Hình 3. 13: Giao diện trang chủ 71
Hình 3. 14: Giao diện danh sách địa điểm tòa nhà 71
Hình 3. 15: Thêm mới một địa điểm tòa nhà 72
Hình 3. 16: Giao diện chương trình trên smartphone 73


10
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3. 1: Bảng mô tả giới hạn sử dụng một ứng dụng GAE miễn phí 57
Bảng 3. 2: Bảng mô tả free quota của một ứng dụng GAE miễn phí 58
Bảng 3. 3: Mô tả các thông tin của Ca sử dụng Cập nhật thông tin vị trí 64
Bảng 3. 4: Công thức Haversine 73



11
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


ĐẶT VẤN ĐỀ
Chúng ta đang sống trong kỷ nguyên của thế giới di động, nơi mà mọi thứ
được kết nối. Với việc hạ tầng viễn thông ngày càng phát triển, và các thiết bị di
động thì ngày càng thông minh hơn trở thành một công cụ thiết yếu trao đổi
thông tin mọi lúc mọi nơi. Từ các ứng dụng quản lý, giám sát, điều hành công

việc đến các ứng dụng mang tính thu thập dữ liệu, xây dựng mạng lưới… hay
các ứng dụng giải trí, mạng xã hội… đều có thể được thực hiện thông qua các
ứng dụng trên các thiết bị di động thông minh. Tuy nhiên nhu cầu của người
dùng không chỉ dừng lại ở mức độ xử lý và trao đổi thông tin, các nhà phát triển
đã chú ý đến những công nghệ hiện có và đưa ra những mô hình ứng dụng mới
nhằm cung cấp khả năng xử lý dựa trên thông tin của môi trường chung quanh.
Từ việc biết được người dùng đang ở trong hoàn cảnh nào, thiết bị có thể đưa ra
những phương án hỗ trợ người dùng tốt nhất một cách tự động (không đòi hỏi
dữ liệu hoặc thao tác từ phía người dùng). Các thông tin “nền” về môi trường
xung quanh đó bao gồm vị trí của người dùng.
Sau đây là một số công nghệ có ảnh hưởng tới việc phát triển các hệ thống
dịch vụ thông tin hiện nay:
a. Công nghệ LBS (Location-Based Services)
Hạ tầng truyền tin, các phương pháp định vị, các thiết bị vào/ra di động và
hệ thông tin địa lý là tiền đềđể phát triển các ứng dụng mà trong đó vị tríđịa lý
của người sử dụng được xem như một tham số quan trọng của hệ thống. Một hệ
thống phần cứng/phần mềm tin học và truyền thông như vậy được gọi là dịch vụ
trên cơ sở vị tríđịa lý (LBS).
Theo các chuyên gia, LBS là dịch vụ thông tin có thể xâm nhập bằng các
thiết bị di động thông qua mạng không dây và vị tríđịa lý của thiết bị di
động.Nói cách khác LBS là dịch vụ sử dụng thông tin địa lý nhằm phục vụ
người sửdụng thiết bị di động. LBS là phần giao của ba loại công nghệ chính,
12
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


bao gồm GIS/cơ sở dữ liệu không gian, Internet và thiết bị di động/định vị toàn
cầu:

Hình trên cho thấy nhiều loại hệ thống thông tin tích hợp được hình thành

từ các công nghệ Internet, thiết bị di động và GIS/CSDL không gian, như sau:
- Hệ thống GIS trên nền Web (WebGIS) được hình thành từ việc tích hợp
Internet và GIS/CSDL không gian.
- Hệ thống GIS di động (Mobile GIS) được hình thành từ việc tích hợp
GIS/CSDL không gian với các thiết bị di động như điện thoại di động và GPS.
- Hệ thống Internet di động (Mobile Internet) được hình thành trên cơ sở
tích hợp các thiết bị di động như điện thoại di động với mạng Internet.
- Dịch vụ LBS được hình thành từ việc tích hợp ba loại công nghệ
GIS/CSDL không gian, mạng Internet và thiết bị di động/GPS.
b. Công nghệ thực tại tăng cƣờngAR (Augmented Reality)
Có rất nhiều định nghĩa về thực tại tăng cường (AR) nhưng tổng quát lại đó
là công nghệ cho phép tăng cường khả năng quan sát của con người bằng cách
chồng các đối tượng ảo vào thế giới thực và thuyết phục được người quan sát
rằng các đối tượng ảo đó là một phần của thế giới thực.
Có hai kỹ thuật cơ bản để nhận biết các đối tượng trong thế giới thực trước
khi chồng các đặc tính liên quan của đối tượng đó vào màn hình hiển thị của
thiết bị. Hai kỹ thuật nhận biết đó là:
13
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


Theo dõi đối tượng (object tracking) bằng cách sử dụng các cảm biến
vị trí như GPS, la bàn số (digital compass) và cảm biến gia tốc
(accelerometer).
Theo dõi thị giác (optical tracking) bằng cách sử dụng hệ thống nhận
dạng ảnh.
Ngoài ra có thể kết hợp cả hai kỹ thuật này đểđem lại hiệu quả tốt hơn
trong nhiều trường hợp.
Việc nghiên cứu kết hợp hai công nghệ AR và LBS làm tăng khả năng hỗ
trợ xử lý của hệ thống dựa trên môi trường nền, tạo ra một môi trường tương tác

mạnh hơn với người dùng, nâng cao hiệu quả ứng dụng của các thiết bị di động.
Luận văn sẽ tập trung nghiên cứu hệ thống LBS, công nghệ AR và kiến
trúc xây dựng hệ thống AR – LBS ứng dụng trong thực tiễn. Luận văn được chia
làm 03 chương với nội dung như sau:
Chương 1: Khái quát về LBS và thực tại gia tăng (Augmented Reality)
- Chương này trình bày tổng quan về các dịch vụ dựa trên vị trí LBS,
tổng quan về thực tại gia tăng Augmented Reality (AR).
Chương 2: Kiến trúc hệ thống tích hợp thực tại gia tăng và LBS
- Chương này đưa ra một kiến trúc tích hợp AR-LBS, các thành phần
của kiến trúc và việc giao tiếp dữ liệu giữa các thành phần
- Đưa ra các chiến lược xây dựng ứng dụng trên kiến trúc AR-LBS
Chương 3: Xây dựng demo hệ thống AR-LBS trên nền tảng Google App
Engine
- Xây dựng một ứng dụng thử nghiệm cho hệ thống AR-LBS trên
Google App Engine.

14
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


Chƣơng 1: Khái quát về LBS và thực tại gia tăng (Augmented Reality)
1.1. Giới thiệu chung về LBS
1.1.1. Tổng quan về LBS
Điện thoại di động và Internet không chỉ cách mạng hóa phương thức thông
tin liên lạc mà còn đem lại những thay đổi lớn trong cách làm việc và lối sống
của tất cả mọi người.Các thiết bị ngày nay như điện thoại di động và thiết bị kỹ
thuật số hỗ trợ cá nhân (PDA) cho phép người sử dụng có thể truy cập Internet ở
bất cứ nơi nào họ và khi nào họ muốn. Từ Internet, họ dễ dàng nắm được các sự
kiện (lịch chiếu phim, buổi hòa nhạc, …) và thông tin về các địa điểm họ quan
tâm (bản đồ thành phố, nhà hàng, viện bảo tàng, bệnh viện).

Chúng ta hãy xem xét ví dụ: ai đó muốn ăn tối trong tại nhà hàng và do đó
tìm kiếm một nhà hàng trên mạng Internet. Thay vì xem xét tất cả các nhà hàng
trên thế giới, người đó thường thêm vào một số tiêu chí lựa chọn để có kết quả
tìm kiếm phù hợp.Một số tiêu chí tốt là vị trí của người đó (thành phố), thời gian
thực tế (buổi tối) hoặc kiểu nhà hàng (Trung Quốc hoặc Ý).
Loại này tìm kiếm nhà hàng đối với vị trí và thời gian có thể được thực
hiện bằng cách sử dụng loại hình dịch vụ dựa trên địa điểm (LBS). Có nhiều
định nghĩa khác nhau về LBS:
Định nghĩa 1 (Virrantaus et al 2001):
LBS là dịch vụ thông tin sử dụng bởi với các thiết bị di động, thông qua
mạng lưới điện thoại di động và sử dụng các khả năng xác định vị trí của thiết bị
di động.
Một định nghĩa tương tự do tổ chức LBS OpenGeospatial Consortium đưa
ra (OGC, 2005):

15
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


Định nghĩa 2 (OGC, 2005):
Một dịch vụ internet không dây sử dụng thông tin địa lý phục vụ cho người
sử dụng điện thoại di động.Bao gồm các ứng dụng khai thác vị trí của một thiết
bị đầu cuối di động.
Các định nghĩa trên mô tả LBS như là sản phẩm của sự kết hợp của ba công
nghệ và các thiết bị cầm tay, từ Internet và từ các hệ thống thông tin địa lý (GIS)
với cơ sở dữ liệu không gian (Shiode et al 2004) .
1.1.2. Các thành phần của LBS
Thiết bị di động: công cụ cho người sử dụng yêu cầu yêu cầu dịch vụ,
đồng thời thể hiện các kết quả trả về ở dạng lời nói, hình ảnh, văn bản, v.v
Các thiết bị có thể là PDA, điện thoại di động, máy tính xách tay, hoặc có thể là

thiết bị chuyển hướng của xe hơi.
Mạng truyền thông: chuyển dữ liệu người dùng và yêu cầu dịch vụ từ các
thiết bị đầu cuối di động tới nhà cung cấp dịch vụ và sau đó đưa trả kết quả dịch
vụ cho người sử dụng.
Thành phần định vị: dịch vụ LBS thường đòi hỏi vị trí người sử dụng đã
được xác định. Cách xác định phỗ biến là sử dụng mạng thông tin di động hoặc
bằng cách sử dụng hệ thống định vị toàn cầu (GPS).Ngoài ra, có thể sử dụng các
trạm WLAN, các thiết bị có khả năng phát sóng vô tuyến.Công nghệ này được
đặc biệt sử dụng trong các hệ thống định vị trong các cao ốc, bảo tàng.Lưu ý
rằng, nếu vị trí không được xác định tự động, nó có thể cũng được quy định bởi
người sử dụng.
Dịch vụ và nhà cung cấp ứng dụng dịch vụ (LBS): các nhà cung cấp
dịch vụ cung cấp một số dịch vụ khác nhau cho người sử dụng và chịu trách
nhiệm cho việc xử lý yêu cầu dịch vụ. Các dịch vụ này cung cấp các tính toán về
vị trí, tìm kiếm một con đường, tìm kiếm các trang vàng hoặc tìm kiếm thông tin
16
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


cụ thể trên các đối tượng mà người yêu cầu dịch vụ quan tâm (ví dụ như một con
chim trong công viên động vật hoang dã) v.v
Các nhà cung cấp hỗ trợ về dữ liệu và nội dung: Các nhà cung cấp dịch
vụ thường không trực tiếp lưu trữ và duy trì tất cả các thông tin có thể được yêu
cầu bởi người sử dụng. Vì vậy cơ sở dữ liệu địa lý và thông tin vị trí sẽ do các
bộ phận chức năng khác quản lý (ví dụ như cơ quan lập bản đồ), hoặc do các đối
tác kinh doanh (ví dụ như các trang vàng, các công ty giao thông).

Hình 1.1: Các thành phần cơ bản của dịch vụ LBS: người sử dụng dịch vụ (user),
mạng truyền thông (Communication Network), định vị (Positioning), nhà cung cấp
dịch vụ (Service Provider) và nhà cung cấp nội dung (Content Provider).

1.1.3. Các kiểu dịch vụ LBS
Có hai kiểu dịch vụ là Push (đẩy) và Pull (kéo) được phân biệt dựa vào đặc
điểm là thông tin được cung cấp có tương tác với người dùng hay không.

17
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu



Dịch vụ kiểu Pull
Cung cấp thông tin theo các yêu cầutrực tiếpcủa người dùng. Kiểu dịch vụ
này tương tự như khi người dùng duyệt một trang web trên Internet bằng cách
gõ địa chỉ trang web vào thanh địa chỉ của trình duyệt và yêu cầu mở. Hơn nữa,
các dịch vụ kiểu Pull có thể chia thành các dịch vụ chức năng (functional
services) kiểu như gọi xe taxi hay xe cứu thương chỉ bằng một động tác nhấn nút
trên thiết bị và các dịch vụ thông tin (information services) giống như việc tìm
kiếm một nhà hàng, hay quán bia gần nhất vậy.
Dịch vụ kiểu Push
Cung cấp thông tin theo yêu cầu trực tiếp hoặc không trực tiếp của người
dùng. Dịch vụ hoạt động theo các sự kiện. Các sự kiện có thể xuất hiện khi đi
vào một vùng xác định hay theo thời gian. Ví dụ như các thông tin quảng cáo tự
động được gửi đến cho người dùng khi họ đi vào khu phố buôn bán, có nhiều
nhà hàng, siêu thị hay thông tin cảnh báo về thời tiết khi có sự thay đổi.
1.1.4. Các thiết bị di động
Các loại thiết bị
Thiết bị di động là phương tiện để người sử dụng LBS đưa ra yêu cầu, thu
thập thông tin và khai thác các dịch vụ LBS, đáp ứng nhu cầu của người dùng.
LBS mang lại nhiều tiện ích lớn bởi sự phong phú của các dịch vụ được cung
cấp và bởi chính sự trợ giúp đắc lực của rất nhiều loại thiết bị tạo nên.Các thiết
bị có ảnh hưởng lớn tới chất lượng các dịch vụ LBS mang lại. Dựa vào các đặc

điểm, mục tiêu thiết kế và khả năng ứng dụng, các thiết bị di động sử dụng cho
LBS có thể được chia thành hai loại thiết bị là các thiết bị đơn mục đích và các
thiết bị đa mục đích.
18
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


Các thiết bị đơn mục đích:là các thiết bị được thiết kế nhằm đáp ứng một
nhu cầu hay ứng dụng cụ thể nào đó, ví dụ như hộp chỉ đường trên ô tô, hộp chỉ
dẫn hay trợ giúp từ xa trong trường hợp khẩn cấp dành cho người già hoặc
người khuyết tật. Trong số đó có những thiết bị chỉ thực hiện nhiệm vụ gọi dịch
vụ hay đội cứu hộ. Có những thiết bị cao cấp hơn, đóng vai trò như một người
canh gác, người soát vé trên các cây cầu hay tòa nhà.
Các thiết bị đa mục đích: là các thiết bị được thiết kế để có thể sử dụng cho
nhiều mục đích khác nhau tùy thuộc nhu cầu của người sử dụng. Các thiết bị này
có thể là các điện thoại di động thông thường (Mobile phones), các loại điện
thoại thông minh (Smart Phones), các thiết bị trợ giúp cá nhân kỹ thuật số
(PDA), máy tính xách tay (Laptops) hay máy tính bảng (Tablet PC).

Hình 1.2: Các loại thiết bị di động
Các hạn chế của thiết bị
Quan sát trở lại các loại thiết bị đã được giới thiệu, rõ ràng là các thiết bị
đơn mục đích do được thiết kế cho mục đích sử dụng xác định nên không có
hoặc hầu như không thể chuyển đổi chức năng, tính linh hoạt kém. Các thiết bị
đa mục đích có tính linh hoạt cao và có khả năng sử dụng cho nhiều loại dịch vụ
khác nhau trên cùng thiết bị.
19
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Tuy nhiên các thiết bị loại này cũng có nhiều mặt hạn chế ảnh hưởng đến
việc thiết kế và triển khai các dịch vụ như: Hầu hết các thiết bị này đều có khả
năng tính toán và tài nguyên hạn chế, do vậy rất khó khăn để thực hiện các tính
toán, tìm kiếm không gian, tìm đường và thể hiện các bản đồ ứng dụng trong các
loại dịch vụ liên quan đến bản đồ di động, chỉ dẫn, tìmđường, tìmđịachỉ xác
định. Chính vì các hạn chế đó nên thông thường các tính toán tìm kiếm và xử lý
phức tạp được thực hiện trên các máy chủ và gửi kết quả trở lại cho người dùng.
Các thiết bị chủ yếu thực hiện vai trò cung cấp yêu cầu, các số liệu về vị trí và
hiển thị kết quả do máy chủ gửi lại.
Ngoài ra, các thiết bị này còn có các giới hạn khác như dung lượng nguồn
pin thấp, kích thước màn hình nhỏ và chịu ảnh hưởng nhiều của môi trường (có
những màn hình sẽ rất khó quan sát khi bị ảnh hưởng của ánh sáng mặt trời, ).
Trong vấn đề gửi,nhận dữ liệu thì vẫn thiếu băng tần rộng để truy cập vào các
mạng truyền thông, tốc độ thấp.
1.1.5. Mô tả việc xử lý các yêu cầu của LBS
Mục 1.1.2 đã giới thiệu các thành phần của LBS bao gồm: các thiết bị di
động, mạng truyền thông, internet, hệ thống định vị, các nhà cung cấp dịch vụ
và nội dung. Vậy các thành phần này có mối quan hệ và tương tác với nhau thế
nào trong dịch vụ LBS?
Giả sử người dùng khai thác dịch vụ LBS để tìm kiếm một nhà hàng gần
nhất.Thông tin mà người dùng cần là đường đi đến nhà hàng.Khi đó người dùng
có thể sử dụng thiết bị di động mà họ có (ví dụ như một Smart Phone hay một
PDA), khởi động chức năng cần thiết để gửi yêu cầu.
20
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu



Hình 1.3: Luồng thông tin giữa các thành phần của LBS
Sau khi chức năng được kích hoạt, vị trí của thiết bị di động (cũng chính là

vị trí của người dùng) được xác định và cung cấp bởi dịch vụ định vị.Vị trí này
có thể được xác định nhờ vào dịch vụ GPS hoặc một dịch vụ định vị bởi mạng
truyền thông. Tiếp theo đó, thiết bị di động của người dùng sẽ gửi các thông tin
yêu cầu bao gồm đối tượng cần tìm kiếm và vị trí hiện tại thông qua một mạng
truyền thông được gọi gateway.
Gateway có nhiệm vụ truyền tải các thông điệp giữa mạng truyền thông di
động và internet.Các thông điệp có thể được truyền tải thông qua một vài máy
chủ ứng dụng để đến một máy chủ xác định đồng thời lưu giữ lại các thông tin
về yêu cầu và vị trí của người dùng.
Máy chủ ứng dụng sẽ đọc yêu cầu và kích hoạt dịch vụ phù hợp để đáp ứng
yêu cầu (trong ví dụ này, một dịch vụ tìm kiếm không gian sẽ được kích hoạt).
Tiếp theo, dịch vụ tìm kiếm sẽ phân tích thông điệp thêm lần nữa và quyết
định thông tin gì cần được bổ sung vào điều kiện tìm kiếm và vị trí của người
gửi yêu cầu. Trong tình huống này, dịch vụ sẽ tìm kiếm các thông tin cần thiết
về nhà hàng từ các trang vàng của một khu vực cụ thể và yêu cầu nhà cung
cấpdữ liệu về các thông tin cần thiết.
21
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


Tiếp theo dịch vụ sẽ tìm các tuyến đường dẫn đến nhà hàng cần tìm thỏa
mãn yêu cầu tìm kiếm và đánh dấu lại. Sau khi đã có được các thông tin cần
thiết, dịch vụ sẽ hoạt động trên bộ đệm không gian để tìm đường đi đến các nhà
hàng. Sau khi tính toán và liệt kê ra được danh sách các nhà hàng gần nhất, dịch
vụ sẽ gửi lại cho người dùng kết quả thông qua mạng internet, gateway, qua
mạng thông tin di động đến với thiết bị di động của người dùng.
Kết quả tìm kiếm có thể được gửi về cho người dùng dưới dạng văn bản
(một danh sách các nhà hàng được sắp xếp theo thứ tự khoảng cách) hoặc vẽ
trên bản đồ. Tiếp theo đó, người dùng có thể yêu cầu thêm các thông tin chi tiết
về nhà hàng họ quan tâm (sẽ làm kích hoạt các dịch vụ khác). Cuối cùng họ

chọn một nhà hàng cụ thể và tiếp tục yêu cầu chỉ đường đi đến nhà hàng.
1.1.6. Các mô hình dịch vụ LBS
Tùy thuộc vào khả năng của các thành phần tham gia trong hệ thống dịch
vụ LBS như tốc độ và băng thông của đường truyền, tài nguyên và khả năng xử
lý của các thiết bị di động, khả năng của máy chủ cung cấp dịch vụ các dịch vụ
LBS có thể được triển khai theo các mô hình khác nhau như:
Mô hình nặng máy chủ, nhẹ máy trạm: là mô hình mà các xử lý, tính toán
phức tạp được tập trung thực hiện trên máy chủ, máy trạm (các thiết bị di
động) chủ yếu là gửi các yêu cầu dịch vụ kèm theo vị trí đến máy chủ,
chờ nhận kết quả gửi từ máy chủ về để thể hiện. Mô hình này thích hợp
cho hệ thống mà cơ sở hạ tậng mạng truyền thông không tốt, tốc độ thấp,
băng thông hẹp (các mạng truyền thông thế hệ 1G, 2G) và các thiết bị di
động có khả năng tính toán không cao, bộ nhớ nhỏ (điện thoại di động,
smart phone cấu hình thấp, )
Mô hình nhẹ máy chủ, nặng máy trạm: là mô hình mà các xử lý chính
được thực hiện ngay trên máy trạm. Môhình này phù hợp cho điều kiện cơ
22
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


sở hạ tầng truyền thông không tốt (tốc độ thấp, băng thông hẹp) nhưng
máy trạm có cấu hình mạnh.
Mô hình cân bằng: là mô hình và các xử lý nhằm cung cấp dịch được
phân đều cho máy chủ và máy trạm cùng xử lý. Mô hình này tận dụng khả
năng tính toán của cả máy chủ và máy trạm nhưng đòi hỏi mạng truyền
thông phải có tốc độ cao, bang thông lớn vì nhu cầu truyền tải thông tin
qua lại giữa máy chủ và máy trạm là khá lớn.
1.2. Giới thiệu Augmented Reality
Máy tính ngày càng tăng cường về sức mạnh và giảm về kích thước, các
thiết bị di động cá nhân phát triển một cách chóng mặt, bên cạnh đó, các ứng

dụng điện toán thì ngày càng trở lên phổ biến, tốc độ đường truyền được cải
thiện liên tục đã cung cấp một nguồn tài nguyên trực tuyếnsẵn có cho người sử
dụng tại bất cứ nơi đâu. Những yếu tố trên đã góp phần tạo ra một loại ứng dụng
mới có khả năng khai thác được ngữ cảnh xung quanhngười sử dụng. Loại ứng
dụng này thường được biết đến với tên gọiAugmented Reality (AR) hay ứng
dụng Thực tại tăng cường.
Thực tại tăng cường thể hiện một giao diện người dùng đặc biệt mạnh mẽ
để môi trường điện toán nhận biết được ngữ cảnh. Hệ thống AR sẽ tích hợp ảo
các thông tin vào môi trường vật lý của người sử dụng và giúp cảm nhận được
thông tin về môi trường xung quanh họ. Thiết bị di động hỗ trợ thực tại tăng
cường có thể sử dụng dịch vụ tại bất cứ đâu mà không có hạn chế nào. Lý tưởng
nhất họ có thể làm việc tại bất cứ nơi nào, lấy thông tin bất cứ khi nào họ muốn.
1.2.1. Định nghĩa
Khái niệm Thực tại tăng cườngliên quan đến các khái niệm về thực tế ảo
(Virtual Reality). Thực tế ảo là những nỗ lực để tạo ra một thế giới nhân tạo mà
cho phép con người có thể trải nghiệm, khám phá, tương tác… mà chủ yếu
23
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


thông qua cảm giác tầm nhìn của mình thậm chí còn thông qua âm thanh, xúc
giác, và các hình thức thông tin phản hồi.

Hình 1.4: Một ứng dụng thực tại tăng cường
Thực tại tăng cường cũng mang lại một tương táckinh nghiệm, nhưng nhằm
mục đích bổ sung thế giới thực, chứ không phải là tạo ra một hoàn toànmôi
trường nhân tạo. Các đối tượng vật lý môi trường xung quanh của cá nhân trong
bối cảnh trở thành các mục và mục tiêu cho các thông tin bổ sung mà máy tính
tạo ra.
Thực tại tăng cường sử dụng các thông tin từ hình ảnh thực tế được cung

cấp từ các thiết bị GPS, camera, micro… sau khi đã qua xử lý, sẽ cung cấp cho
người dùng những thông tin cụ thể liên quan đến đối tượng người dùng quan
tâm.Augmented Reality hỗ trợ việc số hóa dữ liệu các đối tượng 2D, 3D trong
thế giới thực, đồng thời cung cấp các thông tin liên quan đến các đối tượng đó
cho người dùng.
Theo Azuma(1997) và Azuma và cộng sự ( 2001). Một hệ thống Thực tại
tăng cường là một hệ thống có khả năng kết hợp thông tin thực tế và máy tính
tạo ra trong một môi trường thực tế,tương tác và trong thời gian thực, và sắp xếp
các đối tượng ảo với những vật lý.Đồng thời, Thực tại tăng cường là một trường
con của khái niệm rộng hơn về thực tại hỗn hợp (Mixed Reality) (Drascicvà
24
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


Milgram, 1996), Thực tại hỗn hợp là hệ thống bao gồm các mô phỏng chủ yếu
diễn ra trongcác miền ảo và không có trong thế giới thực.
Hiện nay, Thực tại tăng cường phát triển phải kết hợp một vài công nghệ:
công nghệ theo dõi toàn cầu,vô tuyến truyền thông, tính toán dựa trên địa điểm
(LBC) và dịch vụ dựa trên địa điểm (LBS).
1.2.2. Tổng quan và lịch sử phát triển
Trong khi thuật ngữ thực tại tăng cường hạn được đặt ra vào đầu những
năm 1990,thì cuối những năm 1960 đã xuất hiện một hệ thống có thể coi là đầy
đủ tính năng của một hệ thống AR. Tại thời điểm đó, Ivan Sutherland và các
đồng nghiệp (1968) đã xây dựng một thiết bị hiển thị 3D được mang trên đầu
của người sử dụng, thông qua đó người sử dụng có thể xem được thông tin mà
máy tính tạo rakết hợp với đối tượng thật thông qua màn hình hiển thị,giống như
là những ký hiệu trên một bức tường trong phòng thí nghiệm.
Trong vài thập kỷ tới nhiều nghiên cứu được thực hiện trên máy tính để tạo
ra thông tin đồ họa, và các lĩnh vực mới của đồ họa máy tính tương tác bắt đầu
phát triển.photorealistic – một kỹ thuật tạo ảnh bằng máy tính - trở thành một

lĩnh vực nghiên cứu vào cuối những năm 1970, và những tiến bộ trong công
nghệ giám sátlàm tăng thêm các hy vọng để tạo ra những máy mô phỏng hiện
đại.Lĩnh vực Thực tại ảo (VR) bắt đầu xuất hiện. Khoa học viễn tưởng văn học,
đặc biệt là trong những phong trào đầu những năm 1980 của cyberpunk,đã tạo ra
tầm nhìn về người máy cộng sinh. Ngành công nghiệp giải trí cũng bước vào
lĩnh vực mới này với những series phim như Kẻ hủy diệt (Terminator), trong đó
mô tả việc quan sát thế giới thực giống như được trang bị thêm những chú thích
của máy tính.
25
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu



Hình 1.5: Một cảnh trong series phim kẻ hủy diệt (Terminator) mô tả thông tin
được thể hiện qua thiết bị kính mắt của nhân vật
Trong những năm 1970 và những năm 80, AR là một chủ đề nghiên cứu tại
một số các tổ chức, chẳng hạn như phòng thí nghiệm Armstrong của Không
quân Mỹ, Trung tâm nghiên cứu NASA Ames, Viện Công nghệ Massachusetts
và Đại học Bắc Carolina ở Chapel Hill.Trong dự án phát triển siêu Buồng lái của
Không lực Hoa Kỳ, Tom Furness phát triển một kính chụp độ phân giải cao hiển
thị cho phi công máy bay chiến đấu, được hỗ trợ bởi âm thanh 3D (Furness,
1986).