“CẢM BIẾN” HỒNG NGOẠI: MỘT GIẢI PHÁP PHÁT HIỆN CÁC

TÀI NGUYÊN TƯƠNG TÁC

 Nguyễn Việt Tùng, Phạm Thị Ngọc Yến

Trung tâm MICA, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

 

TÓM TẮT

 

            Vấn đề phát hiện các tài nguyên tương tác và mối tương quan h́nh học của chúng đóng vai tṛ đặc biệt quan trọng trong bài toán tương tác người máy hiện nay. Trong bài toán này chúng tôi giới thiệu một giải pháp dùng cảm biến hồng ngoại để phát hiện mối tương quan của các màn h́nh. Giải pháp này hỗ trợ xây dựng một hệ giao diện đa màn h́nh có thể cấu h́nh động thay thế cho hệ thống một hoặc nhiều màn h́nh tỉnh hiện nay. Trong hệ thống mới này việc phân ră và tích hợp các giao diện được kích hoạt nhờ các cảm biến hồng ngoại.

 

1.MỞ ĐẦU.

 

            Ngày nay cùng với sự phát triển của công nghệ vi điện tử, cảm biến, và truyền thông có dây và không dây, viễn cảnh một thế giới số với các dịch vụ sẵn dùng mọi lúc mọi nơi trở nên hiện thực hơn bao giờ hết. Trong bối cảnh đó người dùng sẽ không c̣n làm việc với một hệ máy tính gắn chặt với một bàn phím và chuột như hiện nay nữa mà họ sẽ sử dụng cùng lúc nhiều thiết bị để làm việc. Hệ thống các thiết bị tương tác với người dùng trong tương lai có thể là của bản thân người dùng, và có thể mang được, như máy xách tay, thiết bị trợ giúp cá nhân (PDA), điện thoại di động, hoặc là các thiết bị hỗ trợ thông minh như máy chiếu thông minh, mặt phẳng tương tác [1].

            Trong tương lai hệ thống giao tiếp giữa người và máy tính sẽ là một hệ thống phức tạp và biến đổi theo thời gian, theo sự di chuyển của người dùng và/hoặc sự biến đổi của bối cảnh sử dụng của hệ thống. Hệ thống giao tiếp này có thể được tạo nên từ tập hợp các tn khác nhau sẵn dùng trong môi trường vào thời điểm vận hành. Tập hợp này biến đổi cả về số lượng và chất lượng. Xét về mặt số lượng, các thành phần tham gia hệ thống để phục vụ người dùng (ví dụ người dùng có thể làm việc cùng lúc với một, hai hay nhiều hơn các màn h́nh). Về mặt chất lượng các phần tử của hệ thống cũng tuy cùng nhiệm vụ, cùng khả năng giao tiếp, có thể thay thế lẫn nhau (ví dụ nhiệm vụ hiển thị thông tin như là các màn h́nh), nhưng các phần tử này có thể có chất lượng dịch vụ khác nhau (ví dụ độ phân giải, chất lượng màu trong trường hợp màn h́nh hiển thị). Hệ thống giao tiếp người máy phải phát hiện các thành phần giao tiếp và các dịch vụ giao tiếp trong môi trường, để cung cấp các dịch vụ cho người dùng một cách tốt nhất, tiện dùng nhất.

            Với các nhận xét trên chung sta có thể thấy rằng hệ thống giao tiếp người máy như hiện nay với cách thiết kế cho một hệ thống xác định tại thời điểm thiết kế được sử dụng hiện nay là không c̣n thích hợp. Chúng ta cần t́m ra giải pháp để có thể thiết kế một hệ tương tác người máy thích ứng với các đ̣i hỏi trên.

            Hiện nay chúng tôi tập trung nghiên cứu các tài nguyên tương tác trực tiếp với người dùng, trong đó đặc biệt quan tâm đến các mặt phẳng tương tác v́ chúng có vai tṛ đặc biệt quan trọng, chúng được sử dụng như là các tài nguyên quan sát trạng thái của thế giới số và là một phương tiện để trao đổi thông tin rất hiệu quả giữa người dùng và hệ thống [2]. Cụ thể hơn, chúng tôi tập trung vào vấn đề phát hiện các màn h́nh tương tác và mối tương quan h́nh học của chúng.

            Trong bài này chúng tôi giới thiệu một giải pháp dùng cảm biến hồng ngoại để phát hiện mối tương quan của các màn h́nh. Giải pháp hỗ trợ xây dựng một hệ giao diện đa màn h́nh có thể cấu h́nh động thay thế cho hệ thống một hoặc nhiều màn h́nh tỉnh hiện nay. Trong hệ thống mới này việc phân ră và tích hợp các giao diện được kích hoạt nhờ cảm biến hồng ngoại.

            Trong phần 2 chúng tôi tŕnh bày ví dụ minh họa cho các trường hợp sử dụng của hệ thống. Phần 3 giới thiệu các nghiên cứu hiện nay về vấn đề từ đó rút ra các yêu cầu cơ bản của hệ thống. Hệ thống cảm biến và cách thức làm việc của hệ thống được tŕnh bày trong phần 4. Bài báo được kết thúc bằng những vấn đề c̣n lại cần phải giải quyết và phương hướng phát triển.

 

2. VÍ DỤ MINH HỌA

 

            Trong phần này chúng tôi giới thiệu hai ví dụ điển h́nh của một hệ thống giao diện người máy trong đó cần phát hiện tự động các tài nguyên giao tiếp. Ví dụ thứ nhất là hai người dùng kết hợp hai tài nguyên giao diện riêng biệt của từng người để tạo thành một tài nguyên giao diện mới phục vụ cho mục đích trao đổi thông tin. Ví dụ thứ hai là trường hợp một người sử dụng kết hợp cùng lúc nhiều giao diện, các thiết bị cá nhân và các thiết bị có trong môi trường “thông minh”.

            Hai người đồng sự gặp nhau ở quán cá phê, họ muốn trao đổi với nhau về một ư tưởng mới xuất hiện. Cả hai người đều có máy tính xách tay. Ở đây cả hai muốn kết hợp hai màn h́nh riêng lẻ lại để tạo thành một màn h́nh chung mới lớn hơn để phục vụ việc trao đổi. Mỗi người dùng có thể sử dụng bàn phím và chuột của ḿnh để tương tác với hệ thống này để đạt được mục tiêu chung là trao đổi ư tưởng. Như vậy, trong trường hợp này, hai người dùng với các thiết bị khác nhau đă cùng thực hiện một nhiệm vụ là triển khai và trao đổi ư tưởng.

            Một ví dụ khác là giáo viên khi vào một căn pḥng học thông minh có sẵn các máy chiếu hệ thống có thể hỗ trợ sử dụng máy chiếu có sẵn trong môi trường để chiếu các bài giảng từ máy tính cá nhân của thầy giáo và sử dụng các thiết bị cá nhân như PDA, hay điện thoại cầm tay như là một công cụ để điều khiển hệ thống. dây là ví dụ minh họa cho hệ thống người sử dụng nhiều thiết bị có sẵn trong môi trường để thực hiện một tác vụ.

 

3. HIỆN TRẠNG NGHIÊN CỨU

 

            Từ các ví dụ trên chúng ta có thể rút ra các yêu cầu hiện nay đối với hệ thống tương tác là: phát hiện và định danh các tài nguyên tương tác đa h́nh (heterogene); mô h́nh hóa các mối quan hệ không gian giữa các tài nguyên tương tác; phân ră và tích hợp các giao diện người máy; gắn kết các tài nguyên tương tác dựa trên các mối quan hệ không gian (tiếp xúc và/hoặc lân cận).

            Các giải pháp cho các yêu cầu này phải đảm bảo các yêu cầu về tính đa h́nh, tính đa cấp (multi – echelle), tính động.

            Tính đa h́nh của các thực thể tham gia vào hệ thống trong trường hợp các mặt phẳng giao diện, hệ thống có thể tập hợp thành từ một tập các màn h́nh máy tính cổ điển hoặc một tập các màn h́nh máy chiếu và máy tính hoặc là vừa máy tính, máy chiếu, PDA và điện thoại di động.

            Tính đa cấp có thể được thể hiện về mặt không gian như các thực thể này có thể kết hợp với nhau ở nhiều cấp độ trừu tượng khác nhau, ví dụ cấp nội bộ, trong phạm vi lớp học, hoặc lớn hơn là trường học hoặc lớn hơn nữa là cả thế giới, hoặc số lượng các thực thể trong quá tŕnh tương tác.

            Trong môi trường di động, khi người dùng di động hệ thống cần phải đảm bảo tính sẵn dùng và các yêu cầu chất lượng của dịch vụ cung cấp. Gắn liền với sự di động của người dùng sẽ là sự biến đổi trong cấu h́nh của hệ thống.

            Tính động của hệ thống tương tác người máy gắn liền với khái niệm gắn kết. Gắn kết giữa các đối tượng tương tác là hành động gắn các đối tượng này theo cách sao cho chúng liên kết với nhau để cung cấp một chức năng mới [3].

            Một số hệ thống hiện nay như ConnectTables [4], đảm bảo phát hiên động các tài nguyên tương tác bằng gắn kết, nhưng các quan hệ trong không gian đ̣i hỏi phải được biết trước.

            Dynawall [5] cho phép kết nối rất mịn (đến cấp độ điểm ảnh), nhưng không bao gồm tính năng tự phát hiện động các tài nguyên: ở đây gắn kết giữa các tài nguyên là tĩnh. ConnectTables dựa trên việc đồng bộ các cử chỉ, cho phép gắn kết động, nhưng các nguồn tài nguyên phải đồng nhất cũng như các hệ điều hành chạy trên đó. Như vậy các hệ thống ngày nay chưa cho phép kết nối động các hệ thống đa h́nh thỏa các yêu cầu đặt ra.

            Mô h́nh chúng tôi hướng đến là một mô h́nh gắn kết thông dụng hơn. Ở trung tâm MICA, chúng tôi đảm nhiệm nghiên cứu giải pháp phát hiện và định danh các tài nguyên tương tác đa h́nh, mô h́nh hóa các mối quan hệ không gian dựa trên tiếp xúc và lân cận.

 

4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU.

 

            Chúng tôi đă phát triển một mô h́nh cảm biến để thỏa măn các yêu cầu: phát hiện và báo cáo cho hệ thống biết khi xuất hiện một thiết bị tương tác ở trong vùng giám sát (trong trường hợp này là màn h́nh ở gần); xác định được vị trí tương quan của thiết bị tương tác đó với hệ thống (ở đây là màn h́nh phát hiện). Như vậy khi hai thiết bị tương tác ở gần nhau chúng sẽ tự phát hiện, và xác định vị trí tương quan của thiết bị này so với thiết bị khác mà không cần thêm bất cứ sự hỗ trợ nào khác từ bên ngoài. Các thông tin này sẽ được sử dụng bởi các lớp phần mềm cấp cao để hỗ trợ ra quyết định thay đổi và bố trí lại hệ giao diện cho thích ứng với bối cảnh mới.

            Trước mắt, việc xác định vị trí tương quan của hai màn h́nh được giới hạn ở việc xác định bên phải, trái, trên, dưới. Mỗi màn h́nh được trang bị một mô đun chính và các mô đun cảm biến vệ tinh. Nhiệm vụ của mô đun này là giao tiếp với máy tính thông qua USB, điều khiển và phối hợp hoạt động của các mô đun con, để chúng có thể phát hiện sự xuất hiện và biến mất của các thiết bị  tương tác lân cận theo yêu cầu của ứng dụng.

            Các mô đun vệ tinh hoạt động theo sự điều khiển của mô đun chính. Về thực chất chúng là các mô đun truyền và nhận tín hiệu hồng ngoại. Chúng sẽ phát tín hiệu ḍ t́m ra ngoài môi trường vaftrar lời khi nhận được tín hiệu ḍ t́m. Nếu nhận được tín hiệu trả lời, sau khi bắt tay và trao đổi thông tin định danh chúng sẽ kết luận là có thiết bị khác ở lân cận. Phối hợp với việc bố trí các cảm biến ở các vị trí xác định trên màn h́nh ta có thể giải quyết được bài toán đặt ra.

 

5. TỒN TẠI VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.

 

            Như vậy hiện nay chúng tôi đa xây dựng được mô đun phát hiện các màn h́nh lân cận bằng hồng ngoại. Bên cạnh các ưu điểm như hỗ trợ đa dạng các loại màn h́nh, có thể vận hành độc lập, theo mô hinhg adhoc, vẫn c̣n tồn tại một số vấn đề cần giải quyết cụ thể là: vấn đề năng lượng, áp dụng công nghệ mới để thu nhỏ kích thước các mô đun vệ tính, tăng khả năng tùy biến và độc lập phát triển so với mô đun chính.

            Hướng phát triển tiếp theo của chúng tôi trong giai đoạn ngắn hạn là kết hợp hệ thống vào hệ thống lớn hơn, như căn pḥng thông minh. Về dài hạn tích hợp toàn bộ hệ thống để có thể tạo thành một mô h́nh để thử nghiệm về tính dễ dùng của hệ thống tương tác người máy nâng cao từ đó có thể cải tiến để nghiên cứu phát triển các hệ tương tác người máy.

EYETECK.VN (Theo TĐHNN)