（教育技術學專業(yè)論文）三維場景在移動學習中的自適應選擇優(yōu)化技術.pdf

四川師范大學碩士畢業(yè)論文三維場景在移動學習中的自適應選擇優(yōu)化技術 三維場景在移動學習中的自適應選擇優(yōu)化技術 教育技術學專業(yè) 摘要：針對移動設備訪問三維虛擬場景受到網(wǎng)絡帶寬和終端計算能力的制 約，使得在線利用虛擬現(xiàn)實進行移動學習效率不高，基于此提出了基于普適計 算的自適應優(yōu)化選擇技術。為了使得系統(tǒng)能夠很好地在普適計算環(huán)境下進行自 適應訓練，系統(tǒng)全面按照自適應框架進行設計和實現(xiàn)。系統(tǒng)在整體框架上按照 現(xiàn)有的實驗設備和可實現(xiàn)的理論基礎，通過移動設備與服務器端的交互流程進 行框架設計。在系統(tǒng)實現(xiàn)當中用到了j 越廠a 、j 2 e e 框架、w u r f l 、j e n a 2 推理 機、x 3 d 等關鍵技術。w u r f l 實現(xiàn)了普適計算環(huán)境的搭建；j e n a 2 技術實現(xiàn) 了自動推理機的建立：x 3 d 是用來作為三維原資源和目標資源；通過這些技 術的有效整合使得系統(tǒng)得以實現(xiàn)。通過建立普適計算環(huán)境，利用s o a p 實現(xiàn) 對設備端和服務器端的資源交換，w u r f l 幫助系統(tǒng)在服務器端收集設備端信 息，系統(tǒng)又通過j e n a 2 的自動推理機制從而訓練服務器做自適應選擇。按照現(xiàn) 有的設備和理論依據(jù)，首先通過w u r f l 對手持移動設備進行采樣獲取移動設 備參數(shù)，然后利用o w l 語言通過r d f 描述工具對三維實體進行語義描述。 用p r o t 6 9 6 編輯器建立基于j e n a 2 的自動推理機，從而結合普適計算場景使服 務器得到訓練從而建立相應的優(yōu)化選擇模型。在此基礎上將建立好的優(yōu)化模 型，安裝結果分析和普適規(guī)則計算進行通過推理機進行優(yōu)化模型選擇。最后將 選擇的結果進行定性分析。采用此方法后進行測試，結果表明經(jīng)過自適應選擇 后手持移動設備獲取三維虛擬場景資源的速度和效率得到明顯提高。 關鍵詞：虛擬現(xiàn)實；移動學習；普適計算；本體；語義；自適應 ba s e do np e r v a s i v ec o m p u t i n gf o rt h ev i r t u a l s c e n ea d a p t i v en e t w o r kr e l e a s e dr e s e a r c h a b s t r a c t ：t h em o b i l el e a r n i n gb yt h eo n l i n ev i r t u a lr e a l i t yi sn o te f f i c i e n tf o r t h em o b i l ed e v i c e st oa c c e s st h e3 dv i r t u a ls c e n e ，b e c a u s eo ft h ec o n s t r a i n t so f n e t w o r kb a n d w i d t ha n dt e r m i n a lc o m p u t i n gp o w e r b a s e do l lt h i sw er a i s e dt oa t e c h n o l o g yw h i c ht h es y s t e mp e r f o r m sa d a p t i v eo p t i m i z a t i o ns e l e c t i o ni np e r v a s i v e c o m p u t i n ge n v i r o n m e n t i no r d e r t om a k et h e s y s t e mw e l lp e r f o r m a n c ew i t h a d a p t i v et r a i n i n gi nap e r v a s i v ec o m p u t i n ge n v i r o n m e n t ，t h es y s t e ma r c h i t e c t u r e b u i l to nt h ea d a p t i v ef r a m e w o r k t h em o b i l ed e v i c e sw e l lp e r f o r m e dt h ei n t e r a c t p r o c e s sw i t ht h ef r a m e ，w h i c hd e s i g n e d i na c c o r d a n c ew i t he x i s t i n gl a b o r a t o r y e q u i p m e n ta n dt h e o r e t i c a lb a s i st h a tc a l lb ea c h i e v e d t h es y s t e mb u i l d i n gi sb a s e d o nj a v a ，j 2 e ef r a m e w o r k , w u r f l ，j e n a 2i n f e r e n c ee n g i n ex 3da n do t h e rk e y t e c h n o l o g i e s t h ew u r f la c h i e v e s s t r u c t u r e so ft h eb u i l d i n gf o rp e r v a s i v e c o m p u t i n ge n v i r o n m e n t j e n a 2h e l p st o r e a l i z et h ee s t a b l i s h m e n to fi n f e r e n c e e n g i n e x 3 di su s e da st h e3 do r i g i n a lr e s o u r c e sa n dt a r g e tr e s o u r c e s t h r o u g h t h e e f f e c t i v ei n t e g r a t i o no ft h e s et e c h n o l o g i e s ，i ta l l o w st h es y s t e mt ob er e a l i z e d u s i n gs o a pt o a c h i e v et h ee x c h a n g eo fr e s o u r c e so i lt h ed e v i c e - s i d ea n d s e r v e r - s i d e ，w u r f lh e l ps y s t e mt oc o l l e c tt h ed e v i c e s i d ei n f o r m a t i o no nt h e s e r v e rs i d et h r o u g ht h eb u i l d i n go fp e r v a s i v ec o m p u t i n ge n v i r o n m e n t a f t e r w o r l d s t h es y s t e mg o tt r a i n i n gb yj e n a 2r e f e r e n c ee n g i n e h a n d h e l dm o b i l ed e v i c e si n a c c o r d a n c ew i t he x i s t i n ge q u i p m e n ta n dt h et h e o r e t i c a lb a s i s ，f i r s tb yt h ew u r f l s a m p l i n gt oo b t a i nam o b i l ed e v i c ep a r a m e t e r s ，a n dt h e nu s et h eo w ll a n g u a g e s e m a n t i cd e s c r i p t i o no ft h et h r e e d i m e n s i o n a ls o l i dd e s c r i b e db yr d ft o o l s p r o t e g ee d i t o re s t a b l i s h e st h ej e n a 2r e f e r e n c ee n g i n e ，a n dt h es y s t e mi st r a i n e dt o b u i l dt h ea p p r o p r i a t eo p t i m i z a t i o ns e l e c t i v em o d e lt h a tc o m b i n e dw i t hp e r v a s i v e 四川師范大學碩士畢業(yè)論文 三維場景在移動學習中的自適應選擇優(yōu)化技術 c o m p u t i n gs c e n e o nt h i sb a s i si tw i l lc r e a t eg o o do p t i m i z a t i o nm o d e l r e s u l t so ft h e i n s t a l l a t i o na n du n i v e r s a lr u l e st oc a l c u l a t i o n sb yt h ei n f e r e n c ee n g i n et oo p t i m i z e m o d e ls e l e c t i o n f i n a l l y , t h es y s t e mw i l la n a l y z et h er e s u l t s t e s t i n gt h i sm e t h o d , t h er e s u l t ss h o wt h a ta f t e ra d a p t i v es e l e c t i o no fh a n d - h e l dm o b i l ed e v i c e st og e tt h e s p e e da n de f f i c i e n c yo ft h er e s o u r c e so ft h r e e d i m e n s i o n a lv i r t u a ls c e n eh a sb e e n m a r k e d l yi m p r o v e d k e y w o r d s ：v i r t u a lr e a l i t y ；m o b i l el e a r n i n g ；p e r v a s i v ec o m p u t i n g ；o n t o l o g y ； s e m e t i c ；a d a p t a t i o n i i i 四川師范大學碩士畢業(yè)論文三維場景在移動學習中的自適應選擇優(yōu)化技術 第1 章緒論 1 1 研究背景及意義 隨著智能手持設備的不斷更新發(fā)展，移動學習已經(jīng)逐漸被人們所認識和接 受。用戶借助智能手持設備可以不受時間和空間的約束，在大范圍地點內可以 實現(xiàn)通過3 d 虛擬現(xiàn)實構成的移動學習資源。但是，由于受到網(wǎng)絡帶寬的制約 和智能移動設備計算能力的局限性，用戶不能夠快速的獲取虛擬現(xiàn)實資源，導 致難以實時利用虛擬現(xiàn)實進行移動學習。 目前，大部分研究工作都是局限于如何對三維模型進行優(yōu)化，針對智能移 動設備快速獲取三維資源的研究較少?；诖宋覀兲岢鲈谝延械膬?yōu)化模型基礎 上進行自適應優(yōu)化選擇。我們提出選取優(yōu)化算法模型可結合普適計算技術以及 本體語意( s e m a n t i c ) 規(guī)則描述。通過自適應優(yōu)化選擇后，移動設備訪問3 d 資 源的效率和速度有顯著提高。 1 2 相關研究工作 移動學習是數(shù)子化學習發(fā)展到一定程度的延伸和擴張，移動學習與一般的 數(shù)字化學習存在著差異。移動學習借助移動計算設備，使學習者不受時間和空 間的限制，在任何地點、時間進行學習。借助移動計算設備，學習者能夠高效 的獲得學習內容，并且能夠跨越時空及時的展開師生互動。移動學習平臺是對 學習者利用移動計算技術的有效整合，通過在數(shù)字化學習的發(fā)展基礎上，隨時 隨地進行學習的一種全新的體驗。移動學習被認為是一個學習的模式，在將來 的學習模式中不可缺少的學習模式。移動學習平臺是在移動計算技術和互聯(lián)網(wǎng) 技術基礎上發(fā)展的工具，從而來實現(xiàn)移動計算設備尤其是移動電話和其他手持 移動設備的小型化區(qū)域流動性學習。 首先，移動學習平臺是在數(shù)字化學習的基礎上開發(fā)的。這樣可以擴大學習 者的數(shù)量，這同一般的學習模式是不同的。s u n 公司的電子學習專家邁克爾溫 格，以他的見解和他的觀點來看，移動學習不是什么新的事物，在傳統(tǒng)的學習 印刷課本當中也同樣有良好的功能支持學習者隨時隨地在任何地方學習。比如 教科書在不久前已成為一種支持移動學習的工具，移動學習其實已經(jīng)伴隨在我 們的身邊。因此，現(xiàn)在的移動學習作為一個新事物的新概念，它必須是開放的 四川師范大學碩士畢業(yè)論文三維場景在移動學習中的自適應選擇優(yōu)化技術 有別于傳統(tǒng)教育，并且和傳統(tǒng)教育是有區(qū)別的否則將失去自身存在的意義。 其次，隨著無線網(wǎng)絡和資源庫的發(fā)展，在逐步形成適應移動學習環(huán)境的基 礎上，已經(jīng)形成了國家、區(qū)域和應用三個層次的網(wǎng)絡環(huán)境和發(fā)展主題。構建好 的學習環(huán)境資源，完成這一階段將會持續(xù)4 8 年。移動服務供應商和制造商 m a i n l y d r i v e n 報道說，這個發(fā)展會推動手持設備生產商和移動服務運營商的 發(fā)展。 上述調查分析論證過程可看出移動學習是當今創(chuàng)新學習模式的熱點和未 來學習方式的趨勢。但是由于受到移動設備的制約和網(wǎng)絡帶寬等瓶頸，學習者 不能通過移動設備充分的利用網(wǎng)絡資源特別是當今3 d 技術的發(fā)展，我們已 經(jīng)可以利用虛擬現(xiàn)實技術進行學習。但由于w e b 3 d 的發(fā)展，3 d 虛擬現(xiàn)實技術 己開始步入網(wǎng)絡時代。學習者可通過客戶端瀏覽器或其它客戶端軟件訪問遠程 服務器端3 d 虛擬現(xiàn)實教學資源。用戶可以通過網(wǎng)絡進行更多的交互性行為， 這樣就可以逼真的與用戶進行在線3 d 虛擬課堂?？墒怯捎谖覀兪沁M行移動教 學，那么所持移動設備就要能夠根據(jù)實際網(wǎng)絡帶寬及移動設備的配置獲得相應 匹配的3 d 資源。那么，目前對服務器端3 d 優(yōu)化處理的研究國內還不多，所以 我通過現(xiàn)有開發(fā)資源及技術理論針對這個問題開發(fā)一個新的服務器優(yōu)化系統(tǒng)。 這個系統(tǒng)是一個網(wǎng)絡3 d 資源發(fā)布平臺，有識別客戶端配置信息作出相應優(yōu)化 動作的功能，并及時返回客戶端。該系統(tǒng)用于網(wǎng)絡教學資源發(fā)布，促進學習者 高效利用移動設備獲得3 d 網(wǎng)絡資源進行學習。 目前，國內的一些研究者提出過采用遞進傳輸模式進行基于w e b 的交互 式三維發(fā)布系統(tǒng)。這種方式提出的模式可運用在基于b r o w s e r s e r v e r 訪問方 式中。一部分移動手持設備可在理想網(wǎng)絡帶寬環(huán)境下通過m o z i l l i a 瀏覽器安 裝相關插件對3 d 虛擬現(xiàn)實資源訪問。但存在問題是模式比較固定，沒有普片 適應的算法對資源進行優(yōu)化。針對三維場景建模缺乏領域含義的問題，有人提 出一種基于語義的三維場景概念關系建模方法陸1 ，但該方法只針對如何通過語 義規(guī)則建立三維場景。為了節(jié)省寶貴的網(wǎng)絡帶寬資源，需要對三維網(wǎng)格模型數(shù) 據(jù)進行壓縮h 1 ，有人提出了通過渲染流水線技術對3 d 圖形進行優(yōu)化h 1 的方案模 型，但該方案只是嵌入到手機客戶端做優(yōu)化，而我們解決的問題是根據(jù)客戶端 請求在服務器端進行優(yōu)化，再將優(yōu)化后的目標資源發(fā)回客戶端。i o a nm a r i u s 2 四川師范大學碩士畢業(yè)論文三維場景在移動學習中的自適應選擇優(yōu)化技術 b i l a s c o 等人提出基于語義規(guī)則的三維場景自適應技術，即d s e a mm o d e l n l 模 型。 圖1 1d s e a mm o d e l 該模型是描述3 d 實體建立語義規(guī)則，根據(jù)語義規(guī)則完成自適應，但該模 型不能夠針對移動設備請求資源時做出實時的自適應響應。 但要找到能通過獲取移動設備參數(shù)，對參數(shù)進行分析而建立的語義規(guī)則從 而進行普片自適應優(yōu)化選擇是我們的研究重點。 通過對手持設備獲取設備參數(shù)。利用普適計算技術可以進行目標計算的自 適應選擇。我們可以利用本體語義建立普片適應的規(guī)則。通過對目標資源的需 求分析進行優(yōu)化方案選取。利用普適計算建立多服務思想，從而解決發(fā)布系統(tǒng) 的自適應功能。 1 2 1 國內外現(xiàn)狀分析 1 2 1 1 國內當前移動學習用戶群調查 我國2 0 0 9 年遠程大會的主題就是移動學習，業(yè)內廠商對移動學習的重視 程度可見一般，也已經(jīng)陸續(xù)有廠商推出自己的產品并廣為應用。關于移動學習 市場，在一佳一與多普達合作的移動學習調查中，共收到有效問卷3 0 7 份，受 訪者中表達對此類手機商務課程非常感興趣和感興趣的人數(shù)共2 6 0 人，占樣本 總數(shù)的8 4 9 。這項數(shù)據(jù)也被發(fā)布于在線教育網(wǎng)上，給業(yè)內人士極大振奮。移 動的應用雖然相比美國等算是少數(shù)，不過因為中國的手機在線人數(shù)在世界上占 四川師范大學碩士畢業(yè)論文 三維場景在移動學習中的自適應選擇優(yōu)化技術 絕對優(yōu)勢，中國的移動學習應用前景值得期待。 1 o p e n g ls e 技術的發(fā)展 在o p e n g le s ( o p e n g l 的嵌入式系統(tǒng)) 是o p e n g l 三維圖形設計用于嵌 入式設備，如手機，p d a 和游戲機等都是在a p i 的一個子集基礎上開發(fā)的。 k h r o n o s 集團定義作為推廣k h r o n o sa p i ，是一個圖形化的硬件和軟件行業(yè)協(xié) 會，該協(xié)會專注于圖形和多媒體的開放標準。 由于o p e n g ls e 技術的發(fā)展使得普通用戶通過手持智能手機就可瀏覽遠 程3 d 數(shù)字媒體資源，用戶在手機客戶端通過智能手機操作系統(tǒng)調用o p e n g l s ea p i 就可呈現(xiàn)出較好質量的三維圖形。 2 國內對遠程三維資源優(yōu)化處理發(fā)布平臺研究情況 目前，由于大量持有手機設備的國內用戶都有潛在的移動學習需求，所以 解決好網(wǎng)絡服務器資源優(yōu)化處理工作勢在必然。國內目前對三維發(fā)布平臺的研 究只有三維g i s 發(fā)布平臺m a p o k 、三維數(shù)字地球發(fā)布平臺、基于三維影像的 房產三維綜合信息管理與發(fā)布平臺等方面的研究。由于o p e n g ls e 技術才開 始處于一個發(fā)展期，國內針對三維移動學習資源優(yōu)化處理的研究還很少。我們 國內研究才剛剛起步，所以我們的研究工作需要查閱大量國外文獻資料口 3 國外對于移動設備o p e n g ls e 快速渲染r a n d e r i n g 的研究現(xiàn)狀 意大利烏內達大學d e p t o f m a t ha n dc o m p u t e rs c i e n c eu n i v e r s i t yo f u d i n e ( 數(shù)學與計算機科學系) 的h c il a b ( 人機交互實驗室) 研發(fā)了種m o b i x 3 d p l a y e r 的x 3 d 手機客戶端播放器。由于智能手機的快速發(fā)展以及3 g 網(wǎng)絡的建 設，g o o g l e 與2 0 0 6 年發(fā)布了a n d r o i d 移動設備操作系統(tǒng)，之后第三代智能手 機平臺已經(jīng)迅速開始發(fā)展。h c i 項目組與2 0 0 7 年停止該播放器的研發(fā)，目前 h c i 主要提出一些概念級框架設計的模型。h c i 有一篇題為2 0 0 6 年發(fā)表的題 為r e n d e r i n go fx 3 dc o n t e n to i lm o b i l ed e v i c e sw i t ho p e n g le s 的論文，該文 章雖沒有重點討論客戶端和服務器交互，但文中為我們提供了實現(xiàn)怎樣快速并 渲染x 3 d 文件后在移動設備中播放的理論依據(jù)。由此可見，只有將3 d 資源 發(fā)布的研究重點放在移動設備和服務器端的智能交互上才可以有所突破。 4 中間件技術的利用 以往的一些文獻提到對中間件技術的利用，但對于中間件技術當中如何進 4 四j i i 師范大學碩士畢業(yè)論文三維場景在移動學習中的自適應選擇優(yōu)化技術 行重用性的探討不多，本人找到的文獻有對如何進行系統(tǒng)化的中間件重用探討 的文獻。在我的研究當中對于在普適計算環(huán)境下中間件的利用不僅要有可重用 性，而且對于上下文感知能力還要具備反射性的功能。所以，我突破了以往的 研究而是利用了具有反射性的可重用中間件的技術，并且將這種中間件進行系 統(tǒng)化的可重用。整個系統(tǒng)的構建是一個從硬件網(wǎng)絡平臺的搭建到中間服務器和 中間件的集成一直到前端客戶端的推送等的一個復雜系統(tǒng)的構建。其實，這個 系統(tǒng)是有很多現(xiàn)成技術可以實現(xiàn)的，對于普適計算的服務器中間環(huán)節(jié)可以利用 w u r f l ；對于服務器的異構系統(tǒng)連接可以利用基于s o a p 的w e bs e r v i c e ：對于服 務器端運用的a p p 可以利用s s h 框架進行搭建；可以利用師大虛擬現(xiàn)實實驗 室提供的無線網(wǎng)絡終端和服務器的硬件架構的優(yōu)勢來進行基礎平臺搭建。 1 3 移動學習在國內外的研究情況分析 由于信息技術的不斷發(fā)展，人們的學習方式呈現(xiàn)出多元化的。信息資源的 利用成為了當今各個國家和研究機構的重點如果不能夠很好地利用信息資 源，那么只是單方面的建立信息資源庫，這些資源也會成為信息孤島，于是在 這樣的大背景下催生出來了移動學習。國內目前的研究情況都是在移動學習的 理論和方式上，一般情況下對于利用互聯(lián)網(wǎng)技術進行學習通常稱為e 1 e a r n i n g ， 而在歐美等發(fā)達國家由于移動學習的出現(xiàn)，以美國為例移動學習又稱之為 m 1 e a r n i n g ?！? 8 l 1 3 1 國內移動學習研究現(xiàn)狀 從來2 0 0 0 起我國開始了移動學習方面的研究，在2 0 0 0 年時我國共誕生了 兩篇關于移動學習方面的重要論文【1 9 1 。其中有一篇由丁興富親手翻譯的i r i s h 遠程教育專家d e s m o n dk e e g a n 的題為從遠程學習到電子學習再到移動學習 的學術報告?！? 9 】這篇文獻集中的體現(xiàn)了如何在現(xiàn)有網(wǎng)絡移動學習繼承了學習 概念的基石上開發(fā)出來的，同時也說明的移動學習的概念、方法及定義?！? 9 】 根據(jù)國外研究現(xiàn)狀的報告顯示：2 0 0 1 起我國對于移動學習方面的研究陸陸續(xù) 續(xù)開始了，2 0 0 1 年底由國家教育部高教司出臺制定了關于“移動教育 等方 面的研究確立為專項立項目通知后，【1 9 】移動學習的研究被這一通知推波助瀾 四川師范大學碩士畢業(yè)論文三維場景在移動學習中的自適應選擇優(yōu)化技術 的推向了高潮。從2 0 0 3 到2 0 0 8 年開始移動學習的研究從理論到技術研發(fā)，從 相關政策和專家參與指導到社會各界尤其像中國移動等大型通信運營商的支 持，的移動學習己由概念提出到理論體系建立到現(xiàn)在實際應用的項目開發(fā)得到 了廣泛的發(fā)展。2 0 0 9 年我國移動學習的熱點再次達到高潮，碩士論文和博士 論文的發(fā)表數(shù)量達到了近幾年的一個巔峰。尤其是博士論文的發(fā)表更是加深了 我國對移動學習的研究。 1 3 2 國外移動學習研究現(xiàn)狀 國外尤其像美國信息科技較發(fā)達，在很早的時就開始建設網(wǎng)絡基礎設施， 并將利用網(wǎng)絡資源深入到教育的項目確定為國家教育發(fā)展的重要戰(zhàn)略。 1 9 9 5 年起，美國開始了對移動學習方面的研究。到了2 0 0 8 年美國開始了移動 學習方面的運用項目開發(fā)，由各個大學建設移動教學資源庫發(fā)展為向社會推出 的終生教育移動學習教學資源庫。而且，美國在移動學習發(fā)展的過程中不斷地 朝智能化、終身教育和大眾化等方向前進。國外學者通常將移動學習分為以下 幾個方面的內涵： 1 便捷形式下的學習方式；2 對于學習的內容和學習者及資源推送端得互 動性研究；3 學習環(huán)境是多元化的可以借助手機設備各種電子媒體和移動網(wǎng)絡 等傳播介質，即信息源和信宿都是數(shù)字化資源為基礎進行傳播的：4 學習活動 是與環(huán)境變化關聯(lián)的，這種關聯(lián)性體現(xiàn)在學習活動可以超出時間和空間的制約 但又與學習環(huán)境能夠產生互動；5 學習的時間性和空間性【塌】。國外研究移動學 習，是從移動設備、網(wǎng)絡和移動互聯(lián)網(wǎng)的整個理論到實際運用到如何通過移動 通信互聯(lián)網(wǎng)絡有效的獲取教育資源來進行理論與實踐的全方位的研究。美國研 究移動學習的同時，還不斷與社會各種大學、機構、公司、組織和個人等進行 全方位的研究，美國的研究目的是要改變人類以往的學習方式。要把學習鑒定 為個人終身成長的終身學習，而利用移動互聯(lián)網(wǎng)的移動學習可以使人們不受種 族、身份、年齡和社會地位等的限制，無條件的在任何時間和地點來接收教育。 所以，研究移動學習不管是解決技術問題，更多還要涉及到教育科學社會科學 經(jīng)濟學等交叉學科的綜合研究。 6 四川師范大學碩士畢業(yè)論文 三維場景在移動學習中的自適應選擇優(yōu)化技術 1 4 研究的目標與方法 1 4 1 研究目標 我的課題主要研究目標是移動設備客戶端通過網(wǎng)絡請求服務器端三維教 學資源時，服務器端能夠做出自適應計算并優(yōu)化處理目標資源。 具體為當客戶端請求服務器端目標資源時，服務器端能夠識別客戶端設備 及網(wǎng)絡配置情況，對目標資源進行自適應計算并作出優(yōu)化處理動作，最后把優(yōu) 化后資源返回給客戶端。 1 4 1 1 服務器端處理過程如下 1 對于服務器端我們將重點放在w e b s e r v i c es o a p 對手機客戶端的識別。 2 之后服務器作出一個對目標資源的自適應計算。 3 并通過s o a p 調用相應p a r s e r 解析程序來執(zhí)行優(yōu)化處理。 4 運用j 2 e e 的s s h 架構與客戶端進行交互，把結果資源返回客戶端。 1 4 1 2 手機客戶端處理過程如下 1 客戶端播放器請求服務器端 2 等待服務器端返回資源，中間過程可調用線程做等待和數(shù)據(jù)緩沖處理。 3 接收服務器端返回的資源并調用o p e n g ls e 做相應的3 d 圖形處理。 4 將結果呈現(xiàn)給用戶 對于手機客戶端x 3 d 軟件可調用x j 3 d 插件及o p e n g ls ea p i 。我們的 最終研究目的是設計一個自適應資源發(fā)布系統(tǒng)，讓用戶能夠在普通網(wǎng)絡環(huán)境下 快速使用3 d 教學資源。用戶在此系統(tǒng)環(huán)境中可以比以往的網(wǎng)絡帶寬更快速的 得到所請求的服務器端3 d 資源。 1 4 2 研究方法 采用實驗數(shù)據(jù)分析法，通過開發(fā)該系統(tǒng)軟件，搭建w i f i 網(wǎng)絡環(huán)境。獲取 手機系統(tǒng)訪問服務器3 d 資源速度的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行比較分析從而改進實驗 方法。最終拿到最優(yōu)數(shù)據(jù)結果。研究成果與創(chuàng)新之處主要表現(xiàn)在以下幾個方面。 7 四川師范大學碩士畢業(yè)論文 三維場景在移動學習中的自適應選擇優(yōu)化技術 1 4 2 1 擬采取的研究方法 運用軟件工程開發(fā)模式完成需求分析，對整個系統(tǒng)進行模塊設計，并進行 數(shù)據(jù)庫設計。在此在開發(fā)系統(tǒng)過程中運用采用實驗數(shù)據(jù)分析法，通過查閱文獻 資料設計解決方案，建立數(shù)學模型設計自適應算法。用統(tǒng)計辦法進行數(shù)據(jù)比較， 并用軟件測試學在實驗中研究分析系統(tǒng)性能。最后，分析得到的結果數(shù)據(jù)看是 否達到預期效果。 1 4 2 2 實施方案 首先，完成系統(tǒng)的需求分析。設計其架構和數(shù)據(jù)庫。搭建軟硬件開發(fā)環(huán)境， 我們需要開發(fā)系統(tǒng)軟件的p c 要求有較好的圖形處理芯片，如帶有a t i 獨立顯 卡的p c 。在實驗室內搭建一個w i f i 局域網(wǎng)絡。架設好服務器，利用開發(fā)工具 進行系統(tǒng)開發(fā)。最后進行實驗對比數(shù)據(jù)進行分析。通過實驗結果改進系統(tǒng)設計 進程，最終完成研究項目開發(fā)。 1 4 2 3 可行性研究 這個系統(tǒng)是參考了當前國內外的一些研究報告和最新進展，通過調查分析 后運用移動學習理論和計算機科學技術知識分析系統(tǒng)實現(xiàn)的條件。在現(xiàn)有的實 驗室環(huán)境下，我們完成系統(tǒng)的開發(fā)是可能的。在現(xiàn)有技術條件，軟硬件實驗條 件是可以獲取相應的數(shù)據(jù)的。對于這個研究的可能性是有依據(jù)的。在導師和學 校提供的實驗環(huán)境下我們可以完成該系統(tǒng)的開發(fā)工作。 1 4 2 4 課題的創(chuàng)新性 此課題的研究是當前3 g 移動時代智能手持設備在推進移動學習方面的多 個目標，國內對于這個方面的資料很少國外也是為數(shù)不多。對于網(wǎng)絡3 d 的研 究國內才開始，而且對于網(wǎng)絡服務器端的3 d 資源優(yōu)化處理國內還沒有多少。 對于基于3 g 智能手機請求3 d 資源進行自適應優(yōu)化選擇技術就更是空白。本 文所研究的優(yōu)化選擇方法比起傳統(tǒng)在客戶端做優(yōu)化渲染方法，在獲得3 d 資源 的速度方面有明顯的優(yōu)勢。對于3 g 智能手機請求3 d 服務器資源的優(yōu)化處理 將會成為3 g 移動學習時代的研究熱點 8 四川師范大學碩士畢業(yè)論文三維場景在移動學習中的自適應選擇優(yōu)化技術 1 5 文章的組織結構 本文主要是以移動設備向遠程服務器端請求3 d 資源時，服務器根據(jù)設備 的性能識別以及帶寬變化率對已有的3 d 優(yōu)化模型做自適應選擇展開研究，文 章主要機構安排如下： 第1 章介紹了研究背景和研究意義。分析了國內外的研究現(xiàn)狀，同時論述 了整個研究工作采取的研究方法和研究目標。 第2 章介紹了自適應技術的整體框架和在實習過程中采用的技術手段以 及相關工具。 第3 章詳細討論了對x 3 d 文件的關鍵信息捕獲，在這個基礎上對已有的三 維場景進行本體語義描述。最后，本章論述了利用r d f 建立語義關系的常量庫。 第4 章討論了利用w u r f l 的在普適環(huán)境下對移動設備進行樣本采集。首先， 本章分析了樣本采集的原理。通過推理建立靜態(tài)樣本集，最后在靜態(tài)樣本集的 基礎上，依據(jù)普適計算原理根據(jù)帶寬變化因子p 的變化率基礎上建立聯(lián)動反應 模型，最終通過對移動設備性能參數(shù)的采集建立動態(tài)樣本集。 第5 章首先介紹了j e n a 2 的自動推理機原理。在建立好的本體語義常量庫 和移動設備動態(tài)樣本集的基礎上用o w l 和r d f 對推理過程建模。最后，本章討 論了對推理模型的描述。通過這章的研究工作，在后面做自適應選擇的時候就 可調用相應的推理模型。 第6 章首先討論了建立普適計算規(guī)則。本章介紹了整個普適優(yōu)化選擇的框 架。對本體模型和動態(tài)樣本集進行對象抽取，最后根據(jù)p 變化率推導出優(yōu)化選 擇的四種方式。 第7 章討論了實驗步驟和實驗結果數(shù)據(jù)分析。本章提出了實驗的原理和方 法，同時對實驗的數(shù)據(jù)用三線表給出詳細報告。最后對實驗的結果作小結和分 析。 第8 章是對整個研究工作的創(chuàng)新成果進行總結，然后提出了不足和需要改 進的地方。最后，本章提出了對3 d 資源優(yōu)化選擇技術在今后的研究工作中進 一步需要解決的問題。 9 四川師范大學碩十畢業(yè)論文 三維場景在移動學習中的自適應選擇優(yōu)化技術 第2 章基于普適計算的自適應整體框架設計 普適計算技術皆在解決動態(tài)環(huán)境變化的情況下，所獲得的服務推送不因環(huán) 境變化因子受到干擾。反而，在普適計算環(huán)境下用戶獲得服務資源的同時感覺 不到資源提供端受到環(huán)境變化因子的干擾。 2 1 相關概念 2 1 1 普適計算環(huán)境 普適計算平臺能夠在不斷變化的環(huán)境當中使人們在利用服務器資源時隨 時隨地的對請求做出回應，隨著需求不斷增長的過程中普適計算能力可以得到 有效訓練，當達到一定效能時被請求端就能成為自適應系統(tǒng)。普適計算強調的 各種計算設備能夠嵌入到環(huán)境中，在環(huán)境中建立一個充分的計算和交互通信的 機制，使人們感覺到計算設備在人們的可視范圍內消失，從而返回到潛在需求 的任務上來。這樣使得人們關注的焦點最終與周圍環(huán)境相融成為一體。1 1 2 j 普 適計算與不同于主流的分布式系統(tǒng)，主流的分布式系統(tǒng)是負責完成不同的任 務。在普適計算環(huán)境下，系統(tǒng)能夠識別具有上下文的交互請求，類似于游牧承 接是無所不在的，自適應的，永恒的。1 1 1 作為在普適計算環(huán)境的軟件是能夠 具有上下文感知的，自我訓練的，達到與周圍環(huán)境融合的軟件系統(tǒng)。這樣的軟 件系統(tǒng)是具有較強的感知能力，能夠識別不斷變化的環(huán)境和多方位的需求，同 時能夠及時調整自身的內部結構和外部行為，如圖2 1 所示。 圖2 1 具有上下文感知的普適計算環(huán)境結構圖 1 0 四川師范大學碩士畢業(yè)論文三維場景在移動學習中的自適應選擇優(yōu)化技術 2 1 2 自適應中間件及反射機制的運用 為了能夠讓我們的自適應系統(tǒng)能夠滿足在普適計算環(huán)境下的運用，需要將 硬件連接是間歇性的，并與對方互操作從而實現(xiàn)了松耦合的狀態(tài)。自適應中間 件當中應該有一個開放的，動態(tài)的，可重構，以及其它可適應性的功能?！? 2 】 前文提到系統(tǒng)在設計時要能夠具有上下文感知能力，那么將反射機制運用到自 適應中間件達到系統(tǒng)的松耦合是較好的方案。可以將反射機制作為種支撐技 術，這種反射支撐機制能夠有效的對外界環(huán)境的變化達到一種高性能識別，不 斷地收集來自外界信息達到自我感知，是對自我狀態(tài)和行為的一種動態(tài)描述。 圖2 2 揭示了這種機制和中間件及上下文的層級關系。 圖2 2 具有反射機制的中間件層次圖 反射系統(tǒng)具有元層和基層，元層由各種接口、情境元素、框架模型和自描 述組成。其中，元層具有對來自外界的自我反應和做出自描述的行為，它能夠 對隨著不斷變化的外部世界行為有感知，并且能夠把感知轉化成為實際的行 四川師范大學碩士畢業(yè)論文 三維場景在移動學習中的自適應選擇優(yōu)化技術 為。這種行為會隨著外部請求的增加而得到有效訓練。元層還能夠沿著外部環(huán) 境的交互產生變量因子，并且和自己在元級，相應設計的變化是一個反射系統(tǒng) 的核心，同時也是中間件設計的內核?；鶎邮菍μ囟ǖ哪承╊I域的問題進行解 決，基層可以做到對相關的問題做出描述。 那么，反射系統(tǒng)的構建為中間件的利用提供了基石，要想使中間件做到連 接上下文而且能夠達到相互交互的松耦合力度最小，元層起到了至關重要的作 用。我們不難想象，設計一個系統(tǒng)要使其能夠適應周圍環(huán)境的變化有白適應的 能力，我們不凡要考慮具有智能判斷的諸如反系統(tǒng)的中間件的利用。任何一個 大型的系統(tǒng)，都需要考慮各組件的高效利用，以及其相互件的松耦合度。上面 提到的這個圖也為我提供一個概念做了鋪墊，作為一個能夠提供多服務的普適 計算平臺也是基于s o a 的概念衍生出來的。s o a ( s e r v i c eo r i e n t e d a r c h i t e c t u r e ) 即為面向服務的架構。自從面向服務s o a 的提出，軟件變得不 再是提供已有設定好的計算模型功能給用戶，而是用戶不斷提需求給軟件服務 提供端即服務器端，服務器根據(jù)用戶的需求r e q u e s t 不斷推送服務給用戶，用 戶能夠按需所選的享受到來自服務器端服務。那么，真正意義上的軟件即服務 ( s a a s ) s o f t w a r e 弱as e r v e r 的概念也隨之得到實現(xiàn)。在我的研究的系統(tǒng)當中， 這一概念將會在中間件技術集成基礎上，服務器端會根據(jù)客戶端請求變化得到 相應的多服務推送，利用w u r f l 這一中間件技術完成了代理推送多服務的功 能，這樣也就基本實現(xiàn)了我們所提到的軟件即服務的理念。普適計算平臺也是 要真正體現(xiàn)這樣一個概念，這樣才能真正做到自適應的應答系統(tǒng)構架。 通常情況下基于普適計算的環(huán)境會被分為多個區(qū)域，主要有三個。即用戶， 系統(tǒng)和環(huán)境等域。我們的系統(tǒng)應該能夠有用戶的感知，接觸環(huán)境和物理環(huán)境的 變化對于這種變化感知能力我們應當讓系統(tǒng)能夠收集信息、組織信息，并且 能夠表示和存儲這些信息?；谶@種情況我提出了對情境進行建模的辦法，要 把情境內的實體抽象成對象，再對對象進行建模。對空間中的實體對象我采用 了對實體間的位置、空間關系，平面和三維的場景相互關系，為了準確的描述 這些實體的相互關系可以一張語義關系表來說明實體語義定義關系。可以對這 些有相互關系的實體的行為定義為事件，把這種抽象的行為用事件定義進行描 述就可以構建反應式系統(tǒng)。對于這些實體的活動可以定義為事件，事件驅動體 1 2 四川師范大學碩士畢業(yè)論文三維場景在移動學習中的自適應選擇優(yōu)化技術 系結構實際是對反應式系統(tǒng)的抽象描述，這樣可以對這個反應抽象的行為進行 放射的中間件調用。有了反射中間件就可對行為進行通過接口進行調用，那么 這樣設計系統(tǒng)就可以達到系統(tǒng)各個模塊的松耦合。 2 1 3a n d r o i d 系統(tǒng)框架簡介 我們的系統(tǒng)測試過程主要是通過a n d r o i d 作為客戶端進行服務器訪問，那 么這里有必要對安卓系統(tǒng)做一個簡介。下圖為a n d r o i d 系統(tǒng)各層次模塊的簡 圖： a p p l i c a t i o n s 暖 e 量 匿量專1 巨司譬j a p p l i c a t i o nf r e a m w o r k m a c t i v i 匆je m w 卸i n d 州o wi 除c o n t 砷e n t 門瞄v i e 。e w 譬j 霹習 l i b r a r i e s a n d r o i dr u n t i m e f 菩j 臣一m e d 嗍i a7 s q l i t e 刁 rd a l v i kv i r t u a l1 r 。r e ? ? e _ l i n u xk e m e l 醫(yī)i d 階i s i p v l e a r y 習e c 。a d m 垤a m r 習邑b 。l u e t v o e o r t h 習 7 j ? “。習 圖2 3a n d r o i d 系統(tǒng)簡圖 a n d r o i d 系統(tǒng)主要分為四大塊，即運用層( a p p l i c a t i o n s ) ，運用框架層 ( a p p l i c a t i o nf r a m e w o r k ) ，組件庫層和虛擬機j 罷( l i b r a r i e s & a n d r o i d r u n t i m e ) 同為并行層，最底層為l i n u x 系統(tǒng)核心層( l i n u xk e r n e l ) 。其中包括： 1 運用層( a p p l i c a t i o n s ) 四川師范大學碩士畢業(yè)論文 三維場景在移動學習中的自適應選擇優(yōu)化技術 運用層是常見的一些運用組件，如e m a i l 、s m s 短信( s h o r tm e s s a g e s ) 、 日歷( c a l e n d a r ) 、g o o g l e 地圖、w e bb r o w s e r 等。這一層的所有運用都是用j a v a 語言編寫的。 2 運用框架層( a p p l i c a t i o nf r a m e w o r k ) 運用框架層是提供了很多能夠滿足核心層業(yè)務調用的a p i ，這一層有很多 的框架組件。開發(fā)人員可以在運用層方便的調用這一層的各種框架。在這一層 提供了很多可復用的框架( f r a m e w o r k ) ，那么這一層的執(zhí)行調用有很多的執(zhí)行 過程還會涉及到安全機制，如果有些涉及到底層的安全系統(tǒng)調用都會有一個報 告( n o t i f i c a t i o n ) ，這樣的調用都會被禁止。其實，隱藏在這一層的后面都會有 一系列方便用戶調用和替換的重用組件。同時在這些框架的內部還有一些 s e r v i c ei n t e r f a c e 這些i n t e r f a c e 可以方便用戶調用這些s e r v i c e 。用戶調用這些 s e r v i c e 就可以通過這些對應i n t e r f a c e 的p r o x y 代理到對應的f r a m e w o r k 。這樣 的設計可以達到系統(tǒng)中間層的d e c o u p l e 即松耦合。這些服務和系統(tǒng)其中包括： l 具有豐富性和具有可擴張性的v i e w 即視圖。有這樣的視圖就可以在 運用層呈現(xiàn)諸如對話框、文本框、按鈕及內嵌入式的w e bb r o w s e r c o n t e n tp r o v i d e r 即內容呈現(xiàn)提供容器。實現(xiàn)各個f r a m e w o r k 間的數(shù)據(jù) 通信交互及共享。 3 r e s o u r c ee x p l o r e r 即資源管理器。提供了系統(tǒng)所管理的各種資源的管理 支持和訪問，其中包括文件資源、字符串資源、圖形資源等。 4 n o t i f i c a t i o nm a n a g e m e n t 即通知管理器，提供在狀態(tài)欄上的各種通知信 息的s e r v i c e 調用。 5 a c t i v i t ym a n a g e m e n t 即活動管理器。在a n d r o i d 開發(fā)中經(jīng)常會遇到調 用a c t i v i t y ，比如某一屏和另一屏的切換就是一個a c t i v i t y 切換到另一個 a c t i v i t y 的調用，而且這里也同時涉及到a c t i v i t y 的生命周期管理。 組件庫層和虛擬機層( l i b r a r i e s & a n d r o i dr u n t i m e ) 6 這一層涉及到了一套包括：c c + + 的函數(shù)庫、l b c 、m e d i af r e a m w o r k 、 w e b k i t 、s g l 、o p e n g l e s 、s q l i t e 等。這一層經(jīng)常會被運用到a n d r o i d 的各 種運用組件中 1 4 四川師范大學碩士畢業(yè)論文三維場景在移動學習中的自適應選擇優(yōu)化技術 r u n t i m ee n v i r o n m e n t 即運行時環(huán)境。該核心庫有l(wèi) i n u x 系統(tǒng)的核心做系統(tǒng) 支撐，然后提供了j a v a 語言核心庫的大多數(shù)功能。 l i n u xk e r n e l 即l i n u x 系統(tǒng)。該核心層提主要是基于l i n u x 2 6 2 3 內核獨立 開發(fā)設計的操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)添加了一個g o l d f i s h 的虛擬c p u 和安卓運行時 所需要的特定驅動代碼。這個底層系統(tǒng)提供了各種系統(tǒng)運行時所要用的s e r v i c e 管理，如進程性能，內存檢查，安全管理，堆棧機制和各種驅動處理過程模塊 管理。該層可以說是上層運用重用戶u 到硬件系統(tǒng)的接口。有了這個系統(tǒng)接 口的調用，開發(fā)人員可方便的調用系統(tǒng)a p i 使用戶完成對硬件使用的操作。 安卓系統(tǒng)以交互性強、計算功能強大、智