Студконференция 2014

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК 004.932.72+629.7.058.43+629.7.066.1

СИСТЕМА СБОРА СЕНСОРНОЙ ИНФОРМАЦИИ РОБОТА

Золотарев З.Ю.

Научный руководитель: Парамонов А.И.

Проблема рационального решения интеллектуальной задачи и приятия решения автономным роботом на сегодняшний день раскрыта не полностью. Разумный робот должен уметь анализировать информацию о своем состоянии и состоянии внешней среды, после чего принимать решения о составе и последовательности действий. Решение указанной проблемы связано с такими задачами как сбор, хранение, обработка разнородной информации. В данной работе предлагается решение задач сбора и представления сенсорной информации робота

Под сбором информации подразумевается получение разнородных данных с датчиков, которыми может оперировать робот: камеры, датчики расстояния, акселерометры, гироскопы и другие. Полученные сенсорные данные могут быть, как самостоятельно обработаны роботом (автономное принятие решения), так и переданы по каналам связи в другое место для построения общей картины «мира» и последующего полного ее анализа. Таким же образом данные могут передавать одновременно несколько роботов. В качестве места хранения и анализа сенсорных данных можно использовать более мощный вычислительный центр – компьютер.

В связи с этим возникает вопрос хранения данных. Для хранения такой информации существует множество вариантов, самый рациональный из которых это использование СУБД. В данной работе была спроектирована и реализована база данных, которая помимо данных с сенсоров, приспособлена для хранения полной информации о действующем агенте, его комплектации и физических параметрах, а также об используемых сенсорах, их габаритах и расположении на корпусе робота.

Использование различных аппаратных и программных средств дает возможности для создания различных робототехнических комплексов. Предлагаемая система сбора информации предусматривает возможность взаимодействия с различными платформами и их конфигурациями.

Централизованное хранение сенсорной информации в разработанной БД позволит разработать новые подходы к решению проблемы поведения автономного робота.

21

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК 004.023

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МУРАВЬИНОГО АЛГОРИТМА ПРИ ПОИСКЕ ПУТИ НА КАРТЕ

А.А. Ершов

Научный руководитель: Т.Г.Петренко

При разработке систем навигации и планирования маршрутов актуальна задача нахождения оптимального пути между точками на карте с посещением промежуточных точек. Изменение порядка обхода промежуточных точек позволяет минимизировать конечную стоимость маршрута.

Параметры оценки оптимальности пути зависят от предметной области. В некоторых случаях необходимо задавать особые функции оценки стоимости пути, функции выбора возможных переходов, что не позволяет использовать существующие библиотеки поиска.

При реализации механизма поиска пути дорожная сеть представляется в виде графа, в котором развязки представляются вершинами, а ребра – это дороги, соединяющие соответствующие развязки.

В работе реализован гибридный алгоритм поиска пути с использованием алгоритма А* и муравьиного алгоритма. На первом этапе используется алгоритм А* для поиска лучших путей между парами точек. Алгоритм А* обеспечивает высокую скорость поиска пути на графе из-за использования эвристической оценки для выбора следующей вершины на каждом шаге. На основе найденных путей формируется матрица стоимостей возможных переходов между точками. На следующем этапе используется муравьиный алгоритм для выбора оптимального порядка обхода точек из множества возможных переходов. Особенности реализации муравьиного алгоритма позволяют запускать каждого муравья в отдельном потоке, что обеспечивает значительный прирост скорости поиска, по сравнению с алгоритмом на основе метода ветвей и границ. В результате проведенных экспериментов было установлено, что муравьиный алгоритм имеет преимущество по времени выполнения при количестве точек больше 10.

Механизм реализован в виде библиотеки на языке Java. В состав модулей библиотеки входит модуль построения графа из данных дорожной сети, модуль поиска лучшего пути между парами точек на графе, модуль определения лучшего порядка обхода точек.

22

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК 004.932

ПРИМЕНЕНИЕ ЛОГ-ПОЛЯРНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ В МОДЕЛИ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ АВТОМОБИЛЕЙ В ВИДЕОПОТОКАХ

С.А. Бухтияров

Научный руководитель: Т.В. Шарий

Важным оптимизационным этапом в задаче распознавания образов является выделение признаков. Главной задачей работы являлась задача идентификации автомобилей с использованием выделения признаков, что позволило бы обойти проблемы количества переменных данных, в то же время, описывая данные с достаточной точностью и, таким образом, снизить аппаратные затраты. Актуальность данной задачи определяет то, что на данный момент времени многие из методов выделения признаков все ещё находятся в стадии исследований. Все большее число методов находят применение в дорогостоящих коммерческих продуктах, в областях медицинских разработок и воен- но-промышленного комплекса. Исходный код таких приложений является закрытым.

В работе было принято решение использовать выделение признаков, основанное на инвариантном по отношению к классическим аберрациям лог-полярном преобразовании. Входными данными являются цифровые изображения, выходными – амплитудные спектры. В данном преобразовании инвариантность к смещениям и поворотам достигается благодаря свойствам лог-полярной трансформации и преобразования Фурье. Смещение объекта устраняется благодаря свойству преобразования Фурье – если пространственную или временную функцию сместить на константу, то это смещение будет выражаться, как сдвиг на константу, только в фазовом спектре ДПФ. Поворот объекта устраняется благодаря свойству лог-полярной трансформации – все повороты преобразуются в горизонтальные сдвиги угловой составляющей трансформированного изображения.

Исследования эффективности метода проводились на изображениях автомобилей. Различия между полученными в результате логполярного преобразования спектрами вычислялось с помощью функции евклидова расстояния. В ходе исследований было показано, что данный метод подходит для задачи выделения признаков и позволяет повысить точность распознавания.

23

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК 004.622

СИСТЕМА ТРЕКИНГА ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ТЕЛА ПРИ ПОМОЩИ ГИРОСКОПОВ

А.А. Воротынцев

Научный руководитель: ДТН А.А. Каргин

Целью данной работы является создание универсального чело- веко-машинного интерфейса, позволяющего пользователю при помощи собственного тела контролировать передвижения персонажа и взаимодействовать с окружающим персонажа миром. Так как с развитием игровых технологий все больше игры уходят в сторону виртуальной реальности – данный интерфейс будет одним из возможных решений для трекинга человеческого тела.

Очевидно, что подобная система должна работать в реал-тайм режиме, что подразумевает высокую скорость быстродействия системы, что, в свою очередь, накладывает некоторые требования к алгоритмам системы. В ходе исследования данной области были выявлены следующие проблемы и создано решение для них –данные с сенсоровгироскопов зашумлены и требуют основательной математической обработки и фильтрации, мостом для общения компьютера и сенсоров выступает микроконтроллер STM32L-Discovery, что вызывает дополнительные трудности в виде необходимости разработки собственной версии HID-протокола для передачи данных со всех сенсоров одновременно во избежание задержек.

Для фильтрации данных был использован и доработан под нашу задачу фильтр Кальмана. Фильтр работает в два этапа – этап экстраполяции и этап коррекции. В ходе наблюдения за работой фильтра в нашей задаче было замечено, что коэффициент фильтрации Калмана стремится к одному и тому же значению. Отсюда было выдвинуто предположение, что приняв данное значение за константу изначально можно значительно ускорить алгоритм, исключив этап коррекции. Результативность данной модификации была подтверждена экспериментально. Так же был проведен глубокий анализ системы, результаты которого изложены в отчете по работе.

На данном этапе система состоит из четырех гироскопов, работающих одновременно. В дальнейшем система будет расширена до десяти сенсоров, которые будут отслеживать полностью тело пользователя. Для визуализации работы интерфейс будет использовать среду

3D’s MAX.

24

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК 004.514

РЕДАКТОР ИЗОБРАЖЕНИЙ С АДАПТИВНЫМ ИНТЕРФЕЙСОМ

М.В. Мисюра

Научный руководитель: Т.Г. Петренко

Сенсор Kinect от компании Microsoft позволяет создавать приложения, которыми можно управлять жестами и голосом. Такие приложения широко используются в игровой индустрии, медицине, маркетинге, а так же в обучающих целях. Одним из перспективных вариантов использования сенсора является создание программного продукта для редактирования, просмотра и тиражирования изображений. Для удовлетворения функциональных и эргономических требований пользователей интерфейс редактора обладает элементами адаптивности. Основываясь на проведенных исследованиях, можно утверждать, что такое приложение не имеет аналогов.

В данной работе реализация концепции адаптивности заключается в автоматической настройке яркости цвета элементов управления. Принятие решения об изменении цветовых характеристик происходит на основании анализа двух параметров: расстояния до пользователя и освещенности помещения, полученных путем обработки данных с камер сенсора. Результатом анализа указанных факторов является коэффициент, на который нужно изменить освещенность фоновых цветов элементов управления в цветовом пространстве HSL. Алгоритм определения этого коэффициента базируется на интервальной нечеткой модели второго типа.

Приложение разработано для платформы .NET и операционной системы Windows 8 на языке C#, для взаимодействия с сенсором используется Kinect SDK, а для математических расчетов библиотека для работы с нечеткими множествами DIT2FLS. Дополнительно реализованана интеграция с облачным хранилищем данных и социальной сетьюприпомощиDropbox API иFacebook SDK.

Результатом работы является программный продукт, который позволяет производить операции по редактированию изображний, такие как вращение, цветовая коррекция, наложение фильтров и эффектов при помощи жестов, интегрируется с Dropbox и Facebook, а так же имеет адаптивный пользовательский интерфейс. Разработанное приложение отличается стабильной работой, корректной реакцией интерфейса на изменение параметров освещенности и расстояния, а так же качественными результатами обработки изображений.

25

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК 004.651

МОДЕЛЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ УПРАЖНЕНИЯ В СИСТЕМЕ ФИЗИЧЕСКОЙ ТРЕНИРОВКИ ЧЕЛОВЕКА

И.В. Украинец

Научный руководитель к.т.н., доцент КТ Петренко Т.Г.

Актуальными задачами при анализе движений человека является получение и обработка биометрических данных в реальном времени. Существующие базы данных о движении человека обладают недостатком – данные хранятся в виде набора файлов разных форматов, что затрудняет работу пользователя и возлагает на него дополнительную ответственность. В данной работе, информацию предлагается сохранять в виде однотипных записей базы данных. База данных позволяет получать данные для обработки при помощи запросов, повысив эффективность анализа движений.

При анализе движений человека в видеоданных, полученных со статичной камеры – сенсора Kinect, наиболее продуктивными данными являются сведения о положении суставов человека (данных скелетона).

Концептуальная модель представления упражнений в системе физическойтренировкичеловека описывается вработетремя слоями:

1)Слой кадра – описывает отдельную позу человека;

2)Слой фрагмента видеоданных – описывает упражнение, как последовательность поз;

3)Слой видеоданных - описывает сессию, как набор упражне-

ний.

Сессия состоит из n-упражнений, которые, в свою очередь, состоят из m-поз. Технология получения данных от камеры Kinect позволяет фиксировать положение двадцати суставов скелетона в 1/30 секунды как с помощью координат каждого сустава в трехмерной сцене, так и с помощью матрицы вращения каждого сустава относительно опорного тазобедренного сустава.

Программный модуль предусматривает авторизацию пользователей с возможностью просмотра, добавления, редактирования и удаления записей из базы данных. Также организована система поиска данных, сортировки и выборки по различным критериям. Примером сложного запроса является запрос на правильность выполнения упражнения относительно эталона.

В работе обосновано использование модели сущностей EDM в качестве базовой модели и выполнена программная реализация на языке C# как WPF-приложения средствами Visual Studio 2012.

26

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК 004.773

ОРГАНИЗАЦИЯ ОПЕРАТИВНОГО ОПОВЕЩЕНИЯ СЛУЖБЫ ПОДДЕРЖКИ КОММУНИКАЦИЙ НА ОСНОВЕ ПРОТОКОЛА SMPP

М.В. Шахов

Научный руководитель: Р.Н. Чижденко

Проблема сбоев и мародёрства сетевого оборудования в больших компьютерных сетях на данный момент является актуальным. Например, такая организация, как Донецкий национальный университет, имеет более десяти учебных корпусов, расположенных по городу. Общежития, соединенные компьютерной сетью. При этом используются десятки сетевых устройств (коммутаторы, маршрутизаторы). При возникновение проблемы на одном из устройств возможно остановка работы как сегмента сети, так и всей сети. На выявление и локализацию места сбоя без специальных средств потребуется много времени и усилий. Разработка данного программного продукта облегчает существующую задачу.

Данное решение представляет собой схему сети с адресами устройств и проводит мониторинг данного оборудования. Основным инструментом для мониторинга является протокол SMPP (Short Message Peer-to-peer Protocol), который описывает взаимодействие конечного клиента с SMS-сервером (SMSC). Используется для передачи SMS и USSD сообщений, как правило в системах VAS.

Программа предоставляет возможность построения списка устройств с описанием их расположений в корпусах. В случае возникновения проблемы на устройстве, программа информирует администратора о неполадке устройства в виде SMS извещения на мобильный телефон. Где бы не был администратор, он в течение 3 секунд получает оповещение о потери связи с устройством и может оперативно вмешаться, и устранить проблему с минимальным дискомфортом для пользователей сети.

В процессе реализации проекта возникла проблема частых смс оповещений от устройств при незначительных проблемах в сети. Для решения этой проблемы были созданы дополнительные настройки программы. Такие как количество подряд потерянных пакетов, частота посланных сообщений в единичный промежуток времени с одного устройства и пиковое время между запросами (ping).

Дальнейшее развитие программы связано с расширением функционала программы и возможностью работы с программой через веб интерфейс с любого устройства в сети.

27

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК 004.514

АСТРОЛОГИЧЕСКОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ «ГОРОСКОП РОЖДЕНИЯ» ДЛЯ ПЛАТФОРМЫ ANDROID

Д.Д. Куценко

Научный руководитель: Т.Г. Петренко

Астрологические прогнозы пользуются неизменной популярностью в индустрии развлечений. Большой ассортимент таких приложений представлен в магазине Android-приложений Google Play. Недостатками большинства приложений является отсутствие возможности быстрого получения разнообразной астрологической информации в компактном виде на основаниидатырожденияпользователя.

В данной работе предлагается приложение «Гороскоп Рождения» для платформы Android, которое обладает уникальным, анимационным и простым интерфейсом с возможностями следующих настроек:

Выбор языка приложения (поддерживается английский и русский язык);

Возможность выключения разделов и подразделов;

Настройка размера шрифта;

Выбор темы оформления интерфейса (7 тем оформления).

Приложение предоставляет персональную астрологическую и дополнительную информацию, формируемую на основании введенной пользователем даты рождения:

Количество дней до дня рождения;

Количество прожитых дней;

Средние значения, за время жизни и до текущего дня, по таким параметрам, как - сердцебиение, моргание, вдыхание воздуха за секунду;

информация по номеру в нумерологии

знак зодиака по дате и гороскоп на сегодня и завтра, по таким

категориям, как - общий, любовный, здоровье, карьерный. Приложение выполняет проверку совместимости знаков зодиака

для пары.

Скорость данных обеспечивается в приложении моделью хранения астрологической информации из открытых источников в кэше (на текущих день) на специально созданном сервере. Такая модель хранения данных не только повышает скорость обработки, но и надежность получения результатов обработки.

28

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК 004.832.34

ОРГАНИЗАЦИЯ РОЛИ КОМПЬЮТЕРНОГО ПЕРСОНАЖА

В.В. Тараш

Научный руководитель: Т.Г. Петренко

Компьютерные игровые средства искусственного интеллекта (ИИ) управляют персонажами компьютерных игр, добиваясь создания иллюзии целенаправленной деятельности для имитации человеческого интеллекта. Поэтому важнейшей задачей ИИ является моделирование и учёт нечётких условий управления компьютерными персонажами.

Реализация ролей компьютерных персонажей (КП) заключается в организации их действий так, чтобы они были направлены на выполнение отличных друг от друга задач. Это требует разделения функций между персонажами. Роль проявляется во взаимодействии с другими персонажами, в реакциях на происходящее с ними и оказании на них влияния. Для этого каждый КП отслеживает изменения состояний – не только своего, но и других КП. Состояние представляет собой набор значений параметров и определяет действие, которое выполняет КП.

В данной работе организовано ролевое взаимодействие между двумя персонажами классов «воин» и «целитель», а также персонажем чело- века-игрока. Человек-игрок обладает свободой действий, его противники

– целитель и воин – являются союзниками. Первичным для целителя является сохранение жизни воина, для воина – нанесение урона персонажу человека. Ролевое различие заключается в том, что персонажи отслеживают разные наборы параметров и, соответственно, переходят в разные состояния. Все параметры описаны лингвистическими переменными. Параметры описываются по шкале от 0 до 1. Изменение параметров в текущий момент времени обрабатывается при помощи нечёткого вывода над соответствующими лингвистическими переменными. В результате нечёткого вывода ролевой персонаж определяет своё действие в последующий момент времени.

Обработка поведения персонажей производится в разработанном dll-модуле FuzzyDllForUnity. Для демонстрации работы модуля в игровом движке Unity3D спроектирована игровая сцена. Модуль подключён в среду Unity3D и через интерфейс используется разработанными С#-скриптами, занимающимися визуализацией поведения, для получения указаний о действиях персонажей.

Выделение ролей позволило смоделировать человекоподобные рассуждения КП при принятии решений в игровых ситуациях. В результате по сравнению с древовидными, линейными или табличными алгоритмамипринятиярешенийинтересностьигры повышается.

29

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК 004.8

МОДЕЛЬ СИТУАЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ РОБОТОМ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ СЕНСОРА РАССТОЯНИЯ

Ю.И. Рудяков

Научный руководитель: А.А. Каргин

В работе рассматривается компьютерное моделирование сенсорной памяти для подвижного робота. Модель памяти на множестве сенсорных элементов признака, полученных на основе данных, поступающих от инфракрасного датчика расстояния, отражает динамические характеристики ситуации.

Приложение в отдельном окне отображает древовидную модель организации сенсорных элементов, состояние которых оценивается нечетким фактором уверенности (определяется двумя параметрами

1, 1 – уверенность и β – актуальность информации). Для нуле-

вого уровня α равен +1, когда сенсор активирован в ситуации, и -1, когда не задействован.

В компьютерных экспериментах используется робот, имеющий форму собаки и обладающий 16 степенями свободы. В его состав входят следующие элементы конструктора RoboBuilder Creator Kit 5730k: 16 многофункциональных wck-модулей; набор соединительных элементов; блок управления; адаптер Bluetooth; инфракрасный сенсор расстояния. Управление роботом осуществляется из приложения Windows по протоколу Bluetooth.

На текущем этапе задача робота заключается в сканировании пространства вокруг себя на предмет наличия препятствий. В модели пространство перед роботом разбивается на 6 секторов по 30°: 2 слева, 2 по центру, 2 справа. Сенсорная модель сектора состоит из 7 уровней. Нулевой уровень содержит 30 сенсоров признака: по 5 на каждый из секторов. На его основе формируются следующие уровни дерева, последний из которых представляет собой единственный сенсорный элемент, указывающий на наличие препятствия в области сканирования.

Робот поворачивает датчик расстояния поочередно вправо и влево с мелким шагом: угол между крайними положениями составляет 180°. Модель обновляется с коротким периодом. Активность сенсоров и актуальность информации отображаются в виде графа: закрашиваются разным цветом элементы графа.

30