Кивино гнездо: Кто, где, когда

АрхивКивино гнездо

Вычислительные возможности и качество сенсоров, встроенных в современную носимую технику, делают общедоступными занятные технологии для ориентации в пространстве.

На проходившей недавно в США конференции MobiSys 2011 (Девятая международная конференция по мобильным системам, приложениям и сервисам, 28 июня - 1 июля 2011, Вашингтон) несложно было заметить одну интересную закономерность. Почти на всех тематически разных сессиях прозвучали доклады об исследованиях и разработках, так или иначе связанных с отслеживанием местоположения мобильных устройств связи или с их применением для ориентации в пространстве.

В сущности, это не должно никого удивлять. Ведь смартфоны и прочие коммуникационные гаджеты уже стали практически неотъемлемой частью современного человека. А коль скоро почти для всех людей вопрос о том, где именно они находятся в тот или иной момент времени, является одним из постоянно актуальных, понятно, что мобильные устройства сейчас затачиваются под определение местоположения для всевозможных приложений, будь это безопасность, коммерция, хобби, развлечения или же просто социальное общение.

Но если об использовании мобильных телефонов для определения местоположения с помощью систем GPS, базовых станций сотовой связи или точек доступа WiFi знают почти все, то о некоторых более экзотических технологиях можно узнать на подобных специализированных конференциях. Причем не только узнать, но и непосредственно попробовать самим в деле - благо многие из таких приложений свободно распространяются через интернет.

Об одном из таких приложений, представленном в рамках MobiSys 2011 и носящем название Batphone, хотелось бы рассказать поподробнее.

Хотя возможности спутниковой навигации GPS позволяют владельцам смартфонов определять свое местоположение с весьма впечатляющей точностью, для хорошей работы технологии требуется открытый воздух. Если же дело происходит внутри большого здания, то для заплутавших в нем проблема ориентации сильно усложняется, поскольку сквозь крышу и перекрытия помещений спутниковые сигналы GPS, как правило, проникнуть не могут.

Исследователи из американского Северозападного университета придумали альтернативный способ для определения местоположения внутри здания, научив телефон прислушиваться к окружающему акустическому фону. Созданное для этой цели мобильное приложение - программа Batphone - записывает окружающий шум в каждом конкретном помещении, помечая его соответствующим акустическим отпечатком. Потом для всех прочих посетителей здания, использующих в своих телефонах Batphone, создается уже готовая база данных с такого рода отпечатками, позволяющими быстро определять местоположение по особенностям звукового окружения. Как показали многочисленные эксперименты, это приложение действительно существенно упрощает ориентацию внутри здания.

Строго говоря, в Batphone не используется эхолокация, как можно было бы предположить из названия и логотипа программы с образом летучей мыши, знаменитой своими эхолокационными способностями. Дабы стало яснее, откуда взялось "неправильное" название, можно вспомнить, что главный разработчик новой технологии, аспирант университета Стивен Тарзя, ранее создал программное приложение, которое действительно использует ультразвуковой сонар - для определения того, находится ли пользователь рядом с компьютером (и если его нет, то программа автоматически отключает компьютерный дисплей для экономии энергии).

А затем Тарзе пришла в голову идея развить этот же примерно принцип и на мобильные телефоны. Такой аппарат обычно всегда находится рядом с владельцем, но нельзя ли телефон научить использованию сонара для определения своего местоположения? Поначалу идея выглядела не только странноватой, но и крайне сложной в реализации. По сути, от телефона требовалось излучать ультразвук, одновременно записывая и анализируя звуковое эхо, которое оказывалось чересчур громким и слишком сильно зависящим от того, в какую сторону направлен телефон.

После первых неудач Тарзя и его коллеги попытались записывать наиболее громкие акустические характеристики помещения, но этот подход не сработал. Некоторое время пытались даже ориентироваться лишь на один характерный звук, издаваемый флуоресцентными лампами. Однако наиболее эффективным оказалось самое простое решение: чисто пассивным образом прослушивать и аккуратно регистрировать фоновый шум помещения.

Приложение Batphone записывает 10 секунд фоновых шумов, которые обитатели комнаты как правило даже не замечают: звуки вентиляторов, компьютеров, систем освещения и прочих местных устройств. Затем программа анализирует, каким образом энергия звука распределена по разным частотам, и после отфильтровывания сопутствующих кратковременных звуков (типа чьих-то разговоров), создается звуковой отпечаток для опознания данного помещения.

Как комментирует результаты сам разработчик, "это был интересный исследовательский вопрос, потому что на первых порах я и сам думал, что исследование обречено на неудачу... в итоге же мы крайне удивлены тем, насколько точно и аккуратно срабатывает технология".

Пока что приложение Batphone никто не называет окончательным продуктом - скорее, это лишь программа, подтверждающая концепцию в основе технологии. Однако в будущем у этой разработки явно просматривается потенциал реального помощника при обеспечении ориентации в больших зданиях. Кроме того, акустические отпечатки помещений - это лишь один из многих способов определять местоположение внутри зданий. Другие возможности, как известно, предоставляют сигналы сетей WiFi и радиосигналы от антенн сотовой связи. Так что будущая технология в идеале могла бы комбинировать в себе все доступные источники для получения наивысшей точности в определении местоположения.

Подробнее с разработками Тарзи (включая исходные коды программ) можно познакомиться на сайте исследователя. А собственно приложение Batphone можно бесплатно скачать с сайта Apple-приложений iTunes Store по адресу http://itunes.apple.com/us/app/batphone/id405396715?mt=8. Для сравнения, это же приложение показывает и позицию, вычисляемую на основе имеющихся в iPhone сервисов местоположения - где координаты определяются на основе радиосигналов от GPS спутников, WiFi сетей и базовых станций сотовой связи. Как свидетельствуют эксперименты, новый акустический метод Batphone в условиях зданий дает более точные результаты, чем радиометоды.

В другом разделе того же сайта itunes.apple.com можно найти еще одно совсем новое и любопытное приложение для планшета Apple iPad, непосредственно связанное с самостоятельной ориентацией мобильного устройства в пространстве.

Речь идет об игре, носящей название Ball Invasion и представляющей собой довольно нехитрый по сути шутер, в котором декорациями для игры служит реальный мир вокруг играющего. То есть пользователь держит свой iPad 2 прямо перед собой, и планшет становится как бы окном в "иной мир", где прежняя обстановка оказывается наполнена мишенями, которые можно преследовать и отстреливать.

Разработчик игры, шведская компания 13th Lab, - это базирующийся в Стокгольме стартап, в котором люди заняты разработкой собственной компьютерной системы, близко родственной системам расширения реальности или ARS (Augmented Reality System). Для кого-то созданная шведами игрушка может быть любопытна и сама по себе, однако куда больший интерес представляет стоящая за ней технология.

Разного рода примитивные системы расширения реальности сегодня знакомы практически всем (элементарный пример - трансляция по ТВ спортивных состязаний, когда компьютером на экран наносится дополнительная разметка, список играющих или любая другая дополнительная информация о ходе текущих состязаний). Главная же особенность продукта, создаваемого "Тринадцатой лабораторией", заключается в том, что это весьма продвинутая версия специфической компьютерной технологии, обычно именуемой термином SLAM.

Данная аббревиатура расшифровывается как Simultaneous Localization Аnd Mapping и в переводе означает "Одновременное картографирование и определение местоположения". Значительная часть этой перспективной системы была в свое время разработана в космическом агентстве НАСА для применения в роботах, предназначенных для исследования других планет. Оснащенный такой системой космический робот (или же просто дрон-разведчик) обретает способность самостоятельно осматриваться вокруг себя, выстраивать цифровую картину окружающего мира, а затем понимать, где именно в этой картине находится он сам.

Понятно, что вся эта система (выяснять, что тут вокруг имеется, выстраивать виртуальную карту местности, а затем определяться с собственной позицией) в комплексе представляет собой довольно сложное дело. Как свидетельствуют знающие люди, по сути это именно то, что используют для ориентации в пространстве роботы типа Mars Rover или автономные самолеты-разведчики.

Но что особенно примечательно - новая игра Ball Invasion построена на основе такого движка, в котором удалось не просто ужать все базовые возможности SLAM до предельно компактной версии, но и обеспечить работу системы на портативном устройстве iPad. Не используя при этом ничего дополнительного, кроме штатных сенсоров планшета и его стандартного аппаратного обеспечения. Как не без гордости поясняют разработчики, речь идет далеко не просто об изображении с видеокамеры с навороченным поверх нее слоем специальной программы. Это, можно сказать, еще один способ видеть мир.

Когда в "Тринадцатой лаборатории" удалось ужать сложную технологию до такой кондиции, что ее стало вполне возможно встраивать в стандартные потребительские устройства, всерьез встали вопросы о дальнейшей реализации продукта. Забавные игрушки типа 3D-стрелялок - это, конечно, не столько цель компании, сколько способ привлечь внимание к разработке. Ведь реально создан целый 3D-инструментарий, который вполне могли бы использовать и другие разработчики всевозможных приложений.

Один из сооснователей компании, Петтер Ивмарк, поясняет планы компании таким образом: "Речь идет далеко не только об играх. Удалось создать довольно-таки сложную технологию, требующую массы специфической математики и опыта в низкоуровневом программировании, что ныне всегда означает очень небольшое число программистов, работающих на таком уровне. В итоге получилось сделать все это доступным для прочих разработчиков в виде уже готовой платформы, которая теперь совсем не требует высочайшей квалификации и опыта подобного рода".

Так что теперь очень многое будет зависеть от интереса со стороны коллег. Если специалистам 13th Lab удалось сделать действительно удобную в использовании платформу, способную решать реально очень сложные задачи по самостоятельной ориентации мобильных устройств в пространстве, то эта разработка вполне способна открыть путь для самых разных инноваций и появления новых интереснейших приложений.

Всех потенциальных партнеров и разработчиков, заинтересованных в бета-тестировании новой SLAM-платформы, создатели из 13th Lab приглашают на свою веб-страницу.