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Ausgewählter Nerdkram von Informatikstudenten der Uni Ulm

Einfache Mobilapplikation mit Sensordaten und Real-Time-Streaming

Im Rahmen der Vorlesung “Mobile & Ubiquitous Computing” (bin derzeit mitbetreuender Hiwi) waren wir auf der Suche nach passenden Übungsaufgaben. Eine Übung davon sollte verschiedene Aspekte aktueller Mobilapplikationen (Sensorkontext, Web Services, Live Notifications) einbeziehen, ohne dabei allzu komplex zu werden.

Als ansatzweise reales Szenario hierfür dient die Mensa. Zu Stoßzeiten ist es häufig schwierig, in einer größeren Gruppe gemeinsam zu essen. Spätestens an den Kassen teilt sich die Gruppe auf und es ist schwierig, die Anderen zu finden. Ein Teil sitzt vielleicht auch schon an irgendeinem Tisch, während andere immer noch an der Essensausgabe warten. Was man also unbedingt braucht, ist ein Mensafinder. Der Mensafinder ermöglicht es, anderen seine grobe Position in der Mensa mitzuteilen oder aufzuzeigen, wo andere Leute sitzen. Aufgrund der Einschränkungen vor Ort (kein GPS-Empfang, WLan-Ortung zu ungenau) haben wir uns auf eine einzige Kontextinformationen beschränkt, die bereits eine ausreichende Lösung bietet – die Kompassausrichtung. Anstatt die genaue Position zu ermitteln, verwenden wir eine grobe Richtung abhängig von einem Fixpunkt im Zentrum des Raums (Wendeltreppe). Bereits sitzende Personen richten ihr Mobilgerät in Richtung des Fixpunktes aus, suchende Personen können ausgehend vom Fixpunkt den Richtungen folgen.

Technisch besteht der Mensafinder aus einem Webservice und mobilen Anwendungen. Der Webservice basiert auf REST und bietet als besonderes Feature das ‘Streamen’ neuer Events (neue/aktualisierte Peilungen oder Abmeldungen). Hierfür wird durch den Client eine HTTP-Verbindung geöffnet und serverseitig nicht direkt geschlossen. Stattdessen werden neue Events via Chunked Encoding in die offene Verbindung geschrieben, ähnlich wie bei Streaming API von Twitter. Der Service wurde mit node.js implementiert, Quellcode sowie Dokumentation der REST API sind auf github verfügbar.

Da es sich nur um eine Demo-Applikation handelt, fehlen einige wichtige Features. Es gibt keine Authentisierung der Benutzer und es werden alle Peilungen aller Benutzer übertragen (es gibt keine Kontaktlisten). Interessant wäre natürlich die Anbindung an bestehende Dienste, die bereits eine Authentisierung und Kontaktlisten bereitstellen, so wie beispielsweise Facebook Connect.

Streiflicht 2011

Am Mittwoch, den 16. Februar, stellen Studierende des Studiengangs Medieninformatik die Highlights ihrer Anwendungsfächer um 16 Uhr im H20 vor. Erfreulicherweise sind mit MAMPF und diretto auch zwei Projekte von uns mit dabei.

Projekte:

  • Interaktive Musikbibliothek (Interaktive Systeme)
  • Interaktives Skript MMS (Interaktive Systeme)
  • Campus Radio (Medienpädagogik)
  • MAMPF (Ubiquitous Computing)
  • diretto (Ubiquitous Computing/Interaktive Systeme)
  • Parkhaus (Interaktives Video)
  • Biologische Barcodes in Gesichtern (Computer Vision)
  • Mehrbildanalyse zur Bestimmung von Kopfposen (Computer Vision)
  • Realtime Rendering (Computer Graphics)

Weitere Informationen gibt es unter: http://www.uni-ulm.de/in/mi/highlights.html

AF Ubiquitous Computing – Präsentationsvideos

MAMPF [Fabian Groh, Oliver Stamm, Steffen Scherle, Sven Reichel, Timo Müller]




diretto ))) [Benjamin Erb, Christian Koch, Stefan Kaufmann]

AF Ubiquitous Computing – Projektskizze ‘MAMPF’

Die Küche ist wohl weiterhin einer der traditionsreichsten Plätze in der modernen Gesellschaft. Auch wenn es Feministinnen nicht gefallen wird, so steht „Oma“ für ein Qualitätsmerkmal im Bereich der zünftigen Küche. Handschriftliche Rezeptsammlungen sind auch heute noch in modernen Küchen zu finden. Dabei handelt es sich nicht selten um über Generationen gesammelte Werke. Als Kind lernt man meist schon durch Selbstversuch, dass der Topf über eine Herdplatte erwärmt wird und lernt so recht schnell wie unsere Gesellschaft zu warmen Speisen gelangt.

Mit unserem Projekt wollen wir das Kochen nicht neu erfinden. Vielmehr handelt es sich bei der Multifunctional and Adaptive Meal Preparation Facility (MAMPF) um ein Konzept, welches zeigen soll, dass ubiquitäre Unterstützung auch im Bereich der Küche sinnvoll einzubringen ist. Dafür möchten wir einige der festgefahrenen Methoden aufbrechen und uns überlegen, wie diese sinnvoll zu verändern bzw. zu erweitern sind. Oft beschränkt sich ein Haushalt auf eine gut abzählbare Menge von immer wiederkehrenden Gerichten. Dies hat zum Einen den Grund, dass diese Gerichte Lieblingsspeisen sind, zum Anderen liegt dies an Zeit- und Motivationsmängel, sich die Zubereitung eines neuen Gerichtes anzueignen.
Durch ein System, welches Rezepte bereitstellt und Unterstützung für den Kochvorgang anbietet, kann möglicherweise diese Hürde etwas herabgesetzt werden. Durch maschinenlesbare Rezepte lassen sich auch sehr einfach Inhaltsstoffe überprüfen, beispielsweise zur Vermeidung von Unverträglichkeiten beziehungsweise Allergien oder für eine gesündere Ernährung.

Ein solches Format bringt neben der Möglichkeit zur Kochunterstützung eine Fülle weiterer Eigenschaften. So können Rezepte sehr gut kategorisiert, durchsucht, getauscht, bewertet oder modifiziert werden. Damit wäre es auch möglich Rezepte über eine Online-Plattform für andere zugänglich zu machen. Die klassische Bedienung soll so verändert werden, dass eine einfachere Handhabung möglich ist. Ein Kochvorgang zum Aufkochen von Wasser beginnt meistens, indem man einen Topf mit Wasser füllt, sich eine geeignete Platte auf dem Herd aussucht und anschließend das Bedienelement für diese Platte auf die höchste Stufe stellt.
Bei unserem Konzept soll vor Allem diese letzte Indirektionsstufe wegfallen, indem das System sowohl weiß, wo sich das Kochgeschirr befindet, als auch, wie dieses anzusteuern ist. Dies nennt sich dann ‘zoneless cooking’.

Es handelt sich in diesem Punkt um eine Machbarkeitsstudie, da wir aus Kostengründen keine große Fläche aus vielen kleinen Induktionsspulen zur Verfügung haben. Derartige Produkte werden auch von den großen Firmen erforscht, die leider nicht an einer Beteiligung an diesem Projekt interessiert waren. Daher wird mit drei einfachen Induktionskochplatten das Prinzip der Topferkennung und des gezielten Ansteuerns umgesetzt, welches auf eine großflächige Induktionsmatrix übertragbar ist.

Die MAMPF stellt dann schließlich ein vielseitiges Küchensystem dar, das den Benutzer bei Bedarf in weiten Teilen unterstützt. Dies bedeutet, dass der Benutzer des Systems in keinster Weise in seinen Möglichkeiten eingeschränkt werden soll und auch künftig in gewohnter Weise kochen kann. Die gebotene Unterstützung umfasst mehrere Bereiche wie erhöhte Sicherheit, einen neuen Ansatz der Interaktion sowie Begleitung durch Rezepte.

Die Darstellung des Systemzustandes, sowie aller Anweisungen für ein Rezept, werden auf einem Monitor über der Kochplatte angezeigt. Bedient wird das System über einen in die Kochplatte eingelassenen, berührungsempfindlichen TabletPC. Die Bedienfläche ist somit von der Ausgabe getrennt, kann aber auch die Ausgabe für eine direkte Interaktion darstellen. Hiermit ist es möglich auch von entfernten Geräten auf die Kocheinheit zuzugreifen und Änderungen am System durchzuführen.

Mithilfe einer Datenbank sollen Benutzerinformationen gesammelt werden. Diese Informationen erlauben später eine genauere Berechnung der benötigten Kochdauer oder das sortieren von bestimmten Rezepten.

Um dieses Projekt zu realisieren, wird wie bereits erwähnt auf die Technik der Induktion gesetzt. Die Kochplatten werden durch Hardwarenahe-Programmierung über Mikrocontroller angesprochen. Des Weiteren verwenden wir Algorithmen aus der Computer Vision zur Objekterkennung und -tracking, ein selbst spezifiziertes Rezeptformat und ein hohes Maß an Modularität durch die Common Application Library (CAL) des .NET-Frameworks in Verbindung mit dem Model-View-ViewModel-Pattern. Durch dieses Lose-gekoppelte Framework ist es möglich mit fünf Personen unabhängig von den Arbeitsfortschritten der anderen zu entwickeln.

Die Motivation MAMPF umzusetzen besteht darin das Kochen zu vereinfachen. Ungeübte Köche und komplizierte Rezepte sollen nicht mehr im Widerspruch zueinander stehen.

AF Ubiquitous Computing – Projektskizze ‘diretto’

Heutige Mobilgeräte wie Smartphones, Netbooks oder PDAs stellen zu einem großen Teil drahtlosen Zugriff auf das Internet bereit. Zugleich bieten diese Geräte häufig auch die Möglichkeit, multimediale Inhalte wie Bilder, Videos oder Tonmitschnitte überall zu produzieren. Alternativ können sie zumindest als Brücke ins Internet fungieren und dedizierte Geräte wie Digitalkameras anbinden.

Trotz dieser theoretischen Möglichkeiten existieren bisher kaum Anwendungen, die mithilfe dieser Technologien eine multimediale Berichterstattung in quasi Echtzeit ermöglichen. Das Ziel des diretto-Projektes ist es, eine solche Plattform zu entwickeln und Beispiellösungen für die Integration mobiler Geräte aufzuzeigen. Zusätzlich zu Sammlung der mutlimedialen Inhalte liegt ein weiter Fokus auf der Analyse, Bewertung und Verbesserung der erhaltenen Daten – sowohl durch das System als auch durch die Benutzer selbst. So kann zum Beispiel die Genauigkeit von Metadaten wie Orts- und Zeitangaben verbessert werden, Beiträge können mithilfe von Tags klassifiziert und verschiedene mutlimediale Inhalte untereinander sinnvoll verlinkt werden. Durch das System erzeugte Gruppierungen unterstützen den Benutzer zusätzlich bei der Auswertung der Inhalte.

Als Grundlage für das komplette Projekte werden zeitgemäße Web-Technologien eingesetzt. Somit ist die Plattform offen, sehr leicht erweiterbar und skaliert auch bei der Nutzung in größeren Szenarien. Die API steht in Form eines REST-konformen Webservices zur Verfügung. Metadaten werden im leichtgewichtigen JSON-Format kodiert. Ein spezieller PubSubHubbub-Endpunkt ermöglicht Benachrichtigungen über neue Inhalte in Echtzeit. Dezentrale Zusatzdientse steuern zusätzliche Funktionalitäten bei.

Eine mächtige Weboberfläche bietet Zugriff auf die Gesamtheit der erhobenen Daten – auch entfernt über das Internet. Sie bietet die Grundlage für komplexe Auswertungen der vorhandenen Multimediadaten und zugehörigen Metadaten. Im Vordergrund steht hierbei auch die Unterstützung des Benutzers beim Umgang mit den vieldimensionalen Daten.

Für die Integration mobiler Systeme werden verschiedene Clients entwickelt und erprobt. Ein Smartphone-Client erlaubt es dem Besitzer eines Smartphones direkt zum Reporter vor Ort zu werden und Inhalte beizusteuern. Für die Anbindung dedizierter Hardware wie einer digitalen Spiegelreflexkamera wird eine besondere Lösung erabreitet. Ein mobiler Rechner im Rucksack soll als Uplink-Gerät dienen und frisch geschossene Bilder ohne Verzögerung direkt auf die Plattform hochladen. Mithilfe einer solchen Lösung können Fotojournalisten als echte Live-Berichterstatter agieren und Pausen für den Upload entfallen.

Eine solche Plattform eignet sich je nach Ausrichtung für eine Vielzahl verschiedener Einsatzszenarien. So könnte es zur Live-Dokumentation großer Ereignisse dienen. In einem geschlossenen Kontext könnte es Einsatzkräfte bei Großschadenslagen dabei helfen, in kürzerer Zeit einen detaillierteren Überblick zu bekommen und unterstützende Kräfte zur Auswertung fernab einbinden.

Das Projekt wurde im Rahmen des Anwendungsfaches Ubiquitous Computing an der Universität Ulm von einem studentischen Team entworfen und nun in Zusammenarbeit mit einem Team für Interaktive Systeme als Prototyp realisiert. Nähere Informationen gibt es auf der Projektseite www.diretto.org

Anwendungsfachprojekte Ubiquitous Computing

Als Student im Diplomstudiengang Medieninformatik an der Uni Ulm ist es Bestandteil des Hauptstudiums, ein Anwendungsfach aus den Teilgebieten der Medien-Informatik zu belegen. Hierbei stehen unter anderem Vertiefungsrichtungen wie Computergrafik, Computer Vision, Ubiquitous Computing, Medienpädagogik, Interaktive Systeme, Interaktives Video oder Mensch-Maschine Dialogsysteme zur Auswahl.

Ubiquitous Computing steht für den Trend hin zum allgegenwärtigen Computer oder dem „Internet der Dinge“. Ob als intelligenter Kühlschrank, im vernetzten Auto oder in Form von intelligenten Smartphones, der Computer und mit ihm oft auch das Internet werden immer allgegenwärtiger und verschmelzen mit der Umgebung. Das Anwendungsfach besteht einerseits aus den Vorlesungen Multimediasysteme und Mobile & Ubiquitous Computing, und andererseits aus einer wissenschaftlichen Projektarbeit über zwei Semester in Gruppen.

Verschiedene Autoren des Blogs arbeiten derzeit gemeinsam an solchen Projekten und werden diese hier genauer vorstellen.

ioexception.de

Benjamin Erb [] studiert seit 2006 Medieninformatik und interessiert sich insbesondere für Java, Web-Technologien, Ubiquitous Computing, Cloud Computing, verteilte Systeme und Informationsdesign.


Raimar Wagner studiert seit 2005 Informatik mit Anwendungsfach Medizin und interessiert sich für C++ stl, boost & Qt Programmierung, Scientific Visualization, Computer Vision und parallele Rechenkonzepte.


David Langer studiert seit 2006 Medieninformatik und interessiert sich für Web-Entwicklung, jQuery, Business Process Management und Java.


Sebastian Schimmel studiert seit 2006 Informatik mit Anwendungsfach Medizin und interessiert sich für hardwarenahe Aspekte, Robotik, webOs, C/C++ und UNIX/Linux.


Timo Müller studiert seit 2006 Medieninformatik. Er interessiert sich allen voran für Mobile and Ubiquitous Computing, systemnahe Enwticklung und verteilte Systeme, sowie Computer Vision.


Achim Strauß studiert seit 2006 Medieninformatik. Seine Interessen liegen in Themen der Mensch-Computer Interaktion sowie Webentwicklung und UNIX/Linux.


Tobias Schlecht studiert seit 2006 Medieninformatik und interessiert sich vor allem für Software Engineering, Model Driven Architecture, Requirements Engineering, Usability Engineering, Web-Technologien, UML2 und Java.


Fabian Groh studiert seit 2006 Medieninformatik. Seine Interessengebiete sind Computer Graphics, Computer Vision, Computational Photography sowie Ubiquitos Computing.


Matthias Matousek studiert seit 2007 Medieninformatik und interessiert sich besonders für Skriptsprachen, Echtzeitsysteme und Kommunikation.


Michael Müller [] studiert seit 2009 Medieninformatik. Er interessiert sich vor allem für Web-Technologien, Ubiquitous Computing, User-Interfaces, UNIX und Creative Coding.


Falco Nogatz [] studiert seit 2010 Informatik mit Anwendungsfach Mathematik. Er interessiert sich für Web-Technologien, Programmierparadigmen und theoretische Grundlagen.

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