基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的移動(dòng)LBS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的移動(dòng)LBS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)論文摘要：基于位置效勞(LBS, Location Based Service)開(kāi)展迅速，利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)LBS系統(tǒng)，對(duì)人機(jī)界面與GIS效勞整合具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。在此根底上，設(shè)計(jì)了一個(gè)空間信息效勞的構(gòu)建與發(fā)布機(jī)制，利用智能終端配備的傳感裝置，在Android平臺(tái)手持設(shè)備下擴(kuò)展增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)功能，融合真實(shí)場(chǎng)景和虛擬信息，搭建遠(yuǎn)程Web效勞器完成數(shù)據(jù)交互，得到了整體基于Web效勞的LBS原型系統(tǒng)。論文關(guān)鍵詞：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí),基于地理位置效勞,效勞,空間信息,移動(dòng)應(yīng)用0引言LBS，即LocationBasedService，是指在移動(dòng)環(huán)境下，利用GIS技術(shù)

2、、空間定位技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，為移動(dòng)對(duì)象提供基于空間地理位置的信息效勞。目前階段，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)的該項(xiàng)業(yè)務(wù)，主要采用GPS定位建立用戶關(guān)聯(lián)，是在傳統(tǒng)的社交效勞所擁有的時(shí)間、人物、事件之外，引入第四個(gè)維度：地點(diǎn)，以期使用戶的網(wǎng)絡(luò)生活和真實(shí)世界得以緊密結(jié)合。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AugmentedReality，簡(jiǎn)稱AR，是通過(guò)借助計(jì)算機(jī)圖形和可視化技術(shù)生成虛擬對(duì)象，并通過(guò)傳感技術(shù)將虛擬對(duì)象準(zhǔn)確的放置;在真實(shí)環(huán)境中，到達(dá)虛擬圖形和現(xiàn)實(shí)環(huán)境融為一體的效果。近年來(lái)以智能 為代表的手持設(shè)備開(kāi)展迅速，具有性能強(qiáng)大的傳感器，GPS和指南針等功能的終端已完全滿足了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的硬件要求。在這種條件下，嘗試將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)引入LBS社交，可

3、在原有的四維環(huán)境中參加視覺(jué)元素，利用終端為地球上任何三維視覺(jué)角度貼上媒體標(biāo)簽，其他用戶也可以利用搭載該技術(shù)的終端，在觀看周?chē)h(huán)境的真實(shí)圖像時(shí)，同時(shí)獲知這些信息。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)利用GPS坐標(biāo)、加速器給出的終端與地面角度，以及指南針確定的攝像頭朝向，確定一個(gè)唯一向量;，并通過(guò)該向量;標(biāo)識(shí)當(dāng)前的終端空間狀態(tài)，獲取空間信息。巧妙的繞開(kāi)了類(lèi)似應(yīng)用對(duì)圖像識(shí)別功能的依賴，對(duì)終端的CPU資源和通訊能力要求大大降低。當(dāng)前階段，二者結(jié)合的應(yīng)用受到GPS定位精度和Web效勞質(zhì)量等問(wèn)題的限制，仍有許多中間環(huán)節(jié)亟需解決。首先，工程的實(shí)現(xiàn)需建立在10m級(jí)別精度范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)傳輸需一定帶寬保證；其次，作為增值效勞，根底用戶數(shù)量

4、和終端硬件配置成為瓶頸。本文針對(duì)上述問(wèn)題，選取了具有便攜方便、普及率高等特點(diǎn)的Android平臺(tái)部署客戶端軟件，利用傳感器優(yōu)良的特性結(jié)合GoogleAPI構(gòu)造出根本能夠滿足精度要求的實(shí)現(xiàn)方法。采用Web-LBS架構(gòu)搭建效勞器端平臺(tái)，設(shè)計(jì)獨(dú)立的通信協(xié)議，運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)存取，實(shí)現(xiàn)了一種實(shí)際可操控的信息構(gòu)造和發(fā)布機(jī)制，使其成為一個(gè)通用且便于擴(kuò)展的LBS系統(tǒng)。1移動(dòng)LBS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基于WebService的LBS系統(tǒng)分為兩個(gè)局部，由移動(dòng)終端上具備AR實(shí)現(xiàn)能力的客戶端以及效勞器數(shù)據(jù)處理平臺(tái)構(gòu)成。效勞器數(shù)據(jù)處理平臺(tái)集成了LBS應(yīng)用系統(tǒng)的共性，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯與系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理相別離，并提供具有穩(wěn)定可

5、擴(kuò)展特性的API接口。圖1顯示了LBS系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)圖。移動(dòng)客戶端通過(guò)傳感器采集相關(guān)地理位置信息，封裝成HTTP請(qǐng)求報(bào)文，通過(guò)LBS效勞器的統(tǒng)一入口點(diǎn)，即API應(yīng)用效勞器，它負(fù)責(zé)將用戶終端的請(qǐng)求信息用標(biāo)準(zhǔn)格式轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)據(jù)處理組件。數(shù)據(jù)處理組件主要負(fù)責(zé)位置效勞的綜合處理，為整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)支持。移動(dòng)客戶端軟件由空間信息采集模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)模塊、網(wǎng)絡(luò)信息處理模塊及AR呈現(xiàn)模塊組成，各模塊間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理流完成虛擬信息的生成。空間信息采集模塊用于驅(qū)動(dòng)各傳感器，獲取GPS或GSM坐標(biāo)、電子羅盤(pán)方向和加速器角度確定的攝像頭朝向等空間參數(shù)，并傳送給網(wǎng)絡(luò)信息處理模塊。網(wǎng)絡(luò)信息處理模塊將參數(shù)封裝成請(qǐng)求報(bào)文

6、交由LBSAPI應(yīng)用效勞器處理，并等待返回信息，進(jìn)行解析。AR呈現(xiàn)模塊通過(guò)生成虛擬信息圖像和攝像頭真實(shí)圖像疊加呈現(xiàn)效果。數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)模塊用于本地用戶文件的保存。圖1LBS系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖效勞器數(shù)據(jù)處理平臺(tái)在設(shè)計(jì)過(guò)程中參考J2EE結(jié)構(gòu)模型，并采用了組件式的設(shè)計(jì)方式，將整個(gè)平臺(tái)劃分成綜合管理模塊、位置信息處理模塊、接口層處理模塊3大局部。功能子模塊獨(dú)立封裝，并對(duì)外提供統(tǒng)一規(guī)定的接口函數(shù)以供調(diào)用，可實(shí)現(xiàn)在多種不同終端平臺(tái)上提供業(yè)務(wù)支持。1.2系統(tǒng)工作流程設(shè)計(jì)基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的LBS系統(tǒng)工作流程如圖2所示。首先，用戶通過(guò)登錄客戶端進(jìn)行操作，利用網(wǎng)絡(luò)交互提供用戶注冊(cè)和認(rèn)證。然后由AR顯示模塊和信息采集模塊相配合

7、，搭建用戶發(fā)布信息的工作空間，驅(qū)動(dòng)傳感器工作，提供GPS在較弱環(huán)境下改為GSM基站定位、陀螺儀及加速器參數(shù)，傳遞給網(wǎng)絡(luò)信息處理模塊，進(jìn)行封裝。封裝的報(bào)文通過(guò)POST方法傳遞給LBSAPI，并等待效勞器數(shù)據(jù)處理平臺(tái)返回響應(yīng)報(bào)文。圖2LBS系統(tǒng)工作流程示意圖客戶端在接受響應(yīng)報(bào)文后，實(shí)現(xiàn)XML文件解析，提取關(guān)鍵結(jié)點(diǎn)相關(guān)內(nèi)容，交由AR顯示模塊進(jìn)行虛擬圖形生成。該局部采用獲知當(dāng)前攝像頭朝向以及當(dāng)前終端所處空間狀態(tài)將虛擬信息放置在用戶工作空間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)疊加，到達(dá)呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的理想效果。2移動(dòng)LBS客戶端的實(shí)現(xiàn)2.1系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境及自定義工具類(lèi)的使用采用Eclipse+AndroidSDK作為系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境。Ecl

8、ipse是一個(gè)開(kāi)放源代碼的可擴(kuò)展開(kāi)發(fā)平臺(tái)。它可以看成一個(gè)框架和一組效勞，用于通過(guò)插件組件構(gòu)建開(kāi)發(fā)環(huán)境。Android是用于移動(dòng)設(shè)備的軟件堆棧，包括操作系統(tǒng)、中間件和關(guān)鍵應(yīng)用程序。AndroidSDK提供了必需的工具及API，用于開(kāi)發(fā)在Android驅(qū)動(dòng)設(shè)備上運(yùn)行的應(yīng)用程序。在程序編寫(xiě)過(guò)程中，首先實(shí)現(xiàn)構(gòu)造以下類(lèi)供系統(tǒng)各模塊調(diào)用：(1)DBUtil:負(fù)責(zé)用戶本地信息的存儲(chǔ)與讀取，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。(2)HttpPost:網(wǎng)絡(luò)通信局部，負(fù)責(zé)信息的發(fā)送與收取。(3)ParseXml:XML實(shí)現(xiàn)效勞器端響應(yīng)請(qǐng)求文件的解析。(4)GPSManager/GSMManager:用戶地理位置定位效勞管理。(5)

9、MainView:實(shí)現(xiàn)虛擬圖像及信息的生成及顯示。2.2各模塊具體功能實(shí)現(xiàn)(1)數(shù)據(jù)庫(kù)處理實(shí)現(xiàn)采用輕量級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)Sqlite3。它具有零配置、自由共享、完整Unicode支援等特點(diǎn)。首次運(yùn)行時(shí)，其能夠自動(dòng)在用戶目錄創(chuàng)立并生成數(shù)據(jù)文件。以后每次訪問(wèn)時(shí)，將首先讀取本地信息，并在網(wǎng)絡(luò)流暢后與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)同步。退出時(shí)自動(dòng)保存用戶信息。(2)用戶定位模塊此模塊是LBS系統(tǒng)應(yīng)用的核心所在。用于LBS采集用戶當(dāng)前位置空間信息的根底參數(shù)及相應(yīng)處理方法。分為GPS定位與GSM基站定位兩局部，二者作為交叉輔助的功能模塊，在運(yùn)行過(guò)程中優(yōu)先調(diào)取GPS進(jìn)行精確定位，無(wú)法開(kāi)啟GPS時(shí)利用GSM基站作為后援啟用。GPS模塊實(shí)現(xiàn)的

10、主要實(shí)現(xiàn)代碼如下：publicGPSManager()locationManager=(LocationManager)Context.getSystemService(Context.LOCATION_SERVICE);/通知操作系統(tǒng)，需要使用定位效勞locationManager.requestLocationUpdates(LocationManager.GPS_PROVIDER,0,0,LocationListener);/設(shè)置定位數(shù)據(jù)的提供者可以是GPS衛(wèi)星或者GSM基站LocationListenermLocationListener=newLocationListener()pu

11、blicvoidonStatusChanged(Stringprovider,intstatus,Bundleextras);/監(jiān)聽(tīng)器在地理位置、提供者等發(fā)生變化時(shí)做出相應(yīng)的響應(yīng)動(dòng)作(3)網(wǎng)絡(luò)信息處理模塊(4)AR顯示模塊調(diào)用終端系統(tǒng)函數(shù)，采用CameraPreview作為背景，計(jì)算信息與用戶所處地理位置距離和角度。3LBS效勞器平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)3.1分布組件開(kāi)發(fā)和框架的使用平臺(tái)開(kāi)發(fā)采用Struts2框架進(jìn)行架構(gòu)，完成業(yè)務(wù)邏輯設(shè)計(jì)。為實(shí)現(xiàn)LBS應(yīng)用數(shù)據(jù)處理平臺(tái)與數(shù)據(jù)庫(kù)交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了一套訪問(wèn)DAODataAccessObjects。采用Servlet調(diào)用響應(yīng)函數(shù)生成輕量級(jí)的數(shù)據(jù)交換格式JSON(Ja

12、vaScriptObjectNotation)數(shù)據(jù)包，實(shí)現(xiàn)信息在GoogleMap上的動(dòng)態(tài)顯示。如圖3顯示，Web前端頁(yè)面用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，所有HTTP請(qǐng)求都被傳送到Web應(yīng)用效勞器的中心控制器ActionServlet，分發(fā)到不同的Action中進(jìn)行處理。在處理過(guò)程中，調(diào)用不同的數(shù)據(jù)模型完成信息處理，再由中心控制器實(shí)現(xiàn)不同導(dǎo)向。LBSAPI應(yīng)用效勞器同樣采用J2EE構(gòu)架，提供 客戶端訪問(wèn)LBSAPI效勞器的統(tǒng)一函數(shù)接口，根據(jù)不同請(qǐng)求，返回相應(yīng)數(shù)據(jù)信息，完成 客戶端與效勞器的數(shù)據(jù)交換。圖3Struts2框架構(gòu)成為實(shí)現(xiàn)對(duì)象模型和關(guān)系模型的別離，在Web應(yīng)用效勞器實(shí)現(xiàn)中，使用了類(lèi)似Hibernat

13、e的數(shù)據(jù)庫(kù)訪接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)別離，提高效勞器功能的高內(nèi)聚。如UserDao實(shí)現(xiàn)用戶的信息處理，當(dāng)用戶登錄LBS-Web效勞器時(shí)，會(huì)初始化UserDao對(duì)象實(shí)現(xiàn)對(duì)象模型和數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換。TagDao用于處理用戶發(fā)布的媒體信息的對(duì)象模型和數(shù)據(jù)模型的轉(zhuǎn)換。3.2GoogleAPI的調(diào)用和信息動(dòng)態(tài)顯示GoogleMap調(diào)用方法，采用Javascript實(shí)現(xiàn)，完成了數(shù)據(jù)在地圖上基于地理位置的顯示。為保證效勞器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)組ap上，先需要在Servlet上產(chǎn)生JSON數(shù)據(jù)包，發(fā)送到前端頁(yè)面，再使用腳本進(jìn)行解析，最后調(diào)用相應(yīng)的API發(fā)布數(shù)據(jù)。腳本解析JSON數(shù)據(jù)方法如下，在前端頁(yè)面解析JSON數(shù)據(jù)包獲得相應(yīng)的數(shù)

14、據(jù)，xmlHttp=newXMLHttpRequest()生成對(duì)象，通過(guò)xmlHttp.responseText獲得從效勞器返回的數(shù)據(jù)，隨后由腳本進(jìn)行解析，最后使用GoogleMapAPI的map對(duì)象，調(diào)用方法生成Maker顯示在Googlemap上。JSON數(shù)據(jù)包的解析和GoogleMap顯示的局部代碼如下：if(xmlHttp.readyState=4)vartags=eval(+xmlHttp.responseText+);varmap=newGMap2(document.getElementById(map_canvas);/初始化地圖functioncreateMarker(latl

15、ng,number)/生成一個(gè)Maker/根據(jù)JSON的包含的對(duì)象個(gè)數(shù)生成Makers，顯示在地圖上for(vari=0;ivarlatlng=newGLatLng(tags.lat,tags.lng);map.addOverlay(createMarker(latlng,i+1);圖4客戶端實(shí)現(xiàn)效果圖5Web端實(shí)現(xiàn)效果4結(jié)語(yǔ)本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的如圖4、5所示基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的移動(dòng)LBS系統(tǒng)，能滿足客戶使用位置效勞并使用現(xiàn)實(shí)觀感增強(qiáng)信息獲取質(zhì)量的需求，整個(gè)系統(tǒng)采用Java語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，具有良好的可移植性、可擴(kuò)展性和平臺(tái)無(wú)關(guān)性，利用J2EE技術(shù)搭建的效勞器數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，具有良好的系統(tǒng)API，并且全面支持XML/HTML語(yǔ)言進(jìn)行數(shù)據(jù)請(qǐng)求，便于其他移動(dòng)終端平臺(tái)的調(diào)用和擴(kuò)展。部署在Android平臺(tái)上的移動(dòng)客戶端軟件是對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)和終端傳感裝置的合理運(yùn)用。此外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)界面友好，具有良好的用戶體驗(yàn)，