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基于上下文感知技术的三维虚拟展示系统的研究与实现 摘要 随着计算机技术及网络技术的发展，网上的信息资源呈现爆炸性 的增长。在网络环境下用户的信息需求呈现多元化个性化的特点，特 别关注信息的涉及广度、新颖度和及时性。面对海量的信息资源，用 户所需要的信息在庞大而无序的网络信息空间中可谓是沧海一粟。用 户需要耗费大量的时间和精力才能在千遍一律的各种系统中找到有 价值的信息，传统的系统信息服务已经不能帮助用户有效的摆脱信息 过载和信息迷航等问题，因此个性化服务系统的理念一经提出就立刻 成为人们关注的热点。近年来个性化系统层出不穷，在个性化服务策 略制定的前期以及实施过程中，现有的个性化服务普遍存在缺乏对用 户所处环境等上下文信息的重视，在服务的个性化、智能化等方面都 存在薄弱环节，损害了用户体验。 本文以三维虚拟展示系统为平台，以提高用户体验的满意度为目 标，提出了基于上下文感知技术的个性化服务策略改进设计。通过对 现有上下文感知计算系统的分析和总结，针对普适环境下上下文感知 技术的特点，以及三维虚拟展示系统的应用需求分析，建立适合展示 系统的上下文感知计算的概念模型，并对上下文感知计算的建模、系 统框架和应用等问题进行重点论述，从而为进步的研究提供基础和 指导。在此基础上，本文继续讨论上下文感知计算的设计和实现技术， 包括上下文信息的建模、存储、查询等，借助本体语义建模等工具， 针对用户建立典型的用户兴趣度模型，针对展示系统中的产品则以产 品风格约束作为基础建立产品语义模型，借助意向尺度量化进行相似 度计算。最后以一个三维虚拟产品展示系统作为应用平台，验证本文 提出的基于上下文感知技术的推理机制和参评风格约束的意向尺度 量化模型的可行性。 本文的研究表明：基于普适计算的上下文感知应用模型在一定程 度上解决了现有计算模式产生的一些问题。辅助以本体建模等语义模 型构建技术，能够进一步提升系统的个性化定制能力和智能性，上下 文信息在个性化网络服务系统中的作用越来越大，能够很好的增加系 统的用户体验。对于上下文感知技术的研究具有一定的工程应用价值 和进一步深入研究的必要性。 关键词：上下文感知，虚拟展示，本体，产品风格 i i r e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no f3 d r t u a le x h i b u t i o ns y s t e m b a s e do nc o n t e x ta 、a r e n e s s a b s t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g y a n dn e t w o r k t e c h n o l o g y ，t h eo n - l i n ei n f o r m a t i o nr e s o u r c es h o w se x p l o s i v eg r o w t h u n d e rt h ei n t e r n e te n v i r o n m e n t ，t h eu s e r s i n f o r m a t i o nn e e d sp r e s e n t m o r em u l t i p l ea n dp e r s o n a l i z e d i n t e m e tu s e r se s p e c i a l l yf o c u so n i n f o r m a t i o n sr i c h n e s s n o v e la n dt i m e l i n e s s i nt h em a g n a n i m o u sa n d d i s o r d e r l yi n f c i r m a t i o n ，t h ei n f o r r n a t i o nu s e rn e e d e di sav e r yt i n yp a r t t h i sm a k e su s e rn e e dt os p e n dal o to ft i m ea n de n e r g yt og e tt h ea i m t r a d i t i o n a li n f o r m a t i o ns e r v i c ea l r e a d yc a n te f f e c t i v e l yh e l pu s e r sg e tr i d o ft h ei n f o r m a t i o no v e r l o a da n di n f o r m a t i o nd i s o r i e n t a t i o n s ow h e nt h e c o n c e p t i o no fs y s t e mp e r s o n a l i z e ds e r v i c eh a sb e e np u tf o r w a r d ，i t q u i c k l yc o m e st ob eah o tp o i n t e v e nt h e r ea r el o to fp e r s o n a l i z es y s t e m s r e c e n ty e a r s ，b u tt r a d i t i o n a lp e r s o n a l i z es e r v i c ed i d n tg i v ee n o u g hc a r e a b o u tt h eu s e rc o n t e x ti n f o r m a t i o nd u r i n gt h ep r o c e s so fs e r v i c es t r a t e g y d e s i g na n di m p l e m e n t t h i sm a k et h es e r v i c ew e a ko nt h ed e g r e eo f p e r s o n a l i z ea n di n t e l l i g e n t i z ew h i c h h u r t su s e re x p e r i e n c e b a s e do nc o n t e x ta w a r e n e s si np e r v a s i v ec o m p u t i n ga n da p p l i e dt o t h e3 dv i r t u a le x h i b i t i o ns y s t e m ，i nt h i sd i s s e r t a t i o nt h er e s e a r c hs t a t u s a n dd e v e l o p m e n tt r e n d sa b o u tc o n t e x ta w a r e n e s sw a sd e s c r i b e d ，a sw e l l a st h ea p p l i c a t i o na r e a s ，t h ek e yt e c h n o l o g i e sf o rc o n t e x ta w a r e n e s sw e r e d i s c u s s e d a n dt h e a p p l i c a t i o n a n dl i m i t a t i o n sw e r ev e r i f l e di n p e r s o n a l i z e dv i r t u a ld i s p l a ys y s t e m i nt h i sp a p e r ，a c c o r d i n gt ot h en e e d s o fc o n t e x ta w a r e n e s st e c h n o l o g yi np 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 ， f i r s to fa l l ，t h er e s e a r c hs t a t u so fc o n t e x ta w a r e n e s sc o m p u t i n gl s a n a l y z e d ，t h r o u g ht h ea n a l y s i sa n ds u m m i n gu pt h ee x i s t i n g c o n t e x t i i i a w a r e n e s sc o m p u t i n gs y s t e m s ，ac o n c e p t u a lm o d e lo fc o n t e x ta w a r e n e s s c o m p u t i n gi s s e tu p ，a n dt h em o d e l i n g ，s y s t e mf r a m e w o r k ，a p p l i c a t i o n a n do t h e ri s s u e sa b o u tt h ec o n t e x ta w a r e n e s sc o m p u t i n gw e r ed i s c u s s e d a st h et o p i c s ，s oa st op r o v i d eab a s i sa n dg u i d a n c ef o rf u r t h e rr e s e a r c h o nt h i sb a s i s ，t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o nt e c h n o l o g i e so fc o n t e x t a w a r e n e s sc o m p u t i n gi sc o n t i n u e dt ob ed i s c u s s e di nt h i sp a p e r ，i n c l u d i n g m o d e l i n go ft h ec o n t e x ti n f o r m a t i o n ，s t o r a g e ，q u e r y i n ga n ds oo n ，w i t h s e m a n t i co n t o l o g ym o d e l i n gt o o l s ，t y p i c a lu s e ri n t e r e s tm o d e lf o ru s e r s a n ds e m a n t i cp r o d u c tm o d e lb a s e do np r o d u c t s t y l e c o n s t r a i n tf o r p r o d u c t si nd i s p l a ys y s t e ma r es e tu p f i n a l l y ，c o n t e x ta w a r e n e s sm o d e l w o u l db ea p p l i e di nat h r e e d i m e n s i o n a lv i r t u a lp r o d u c td i s p l a ys y s t e ma s av a l i d a t i o np l a t f o r m t h e s t u d ys h o w st h a t ：c o n t e x ta w a r e n e s sa p p l i c a t i o nm o d e lb a s e do n p e r v a s i v ec o m p u t i n g ，i ns o m ee x t e n t ，c a ns o l v ean u m b e ro fi s s u e s a r i s i n g f r o mt h e e x i s t i n g c a l c u l a t i o nm o d e a s s i s t e db yo n t o l o g y m o d e l i n ga n do t h e r s e m a n t i cm o d e l i n gt e c h n o l o g i e s ，i tc a nf u r t h e r i m p r o v e t h es e m a n t i co fp e r v a s i v e c o m p u t i n gs y s t e m ，a n dm o r e c o n d u c i v et o k n o w l e d g es h a r i n g ，t h e n ，r e f l e c t st h eg o a lo fp e r v a s i v e c o m p u t i n g t h es t u d yh a sac e r t a i ne n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o nv a l u ea n dt h e s i g n i f i c a n c eo ff u r t h e rs t u d y k e yw o r d s ：c o n t e x t - a w a r e c o m p u t i n g ，v i r t u a le x h i b i t i o n ，o n t o l o g y ， p r o d u c ts t y l e i v 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：盔丕盔日期：五鲻：2 至：! 鱼 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位 本人签名： 导师签名： 适用本授权书。 日期：互型：里至：! 墨 日期：趟：全至：! 基于上下文感知技术的三维虚拟展示系统的研究与实现 第一章绪论 1 1 课题研究的背景和意义 1 1 1 课题研究的背景 计算技术的发展需要与之相适应的计算模式相辅助。自计算机出现以来，计 算模式已经经历了多次变革，从最初的主从计算模式，到桌面计算模式，再到客 户服务器( c l i e n t s e r v e r ) 计算模式，每一次主流计算模式的变更归根到底都源 于计算技术的发展。随着具有计算能力和网络功能设备的大量出现以及设备的进 一步小型、微型和嵌入化、移动化，传统以计算机为中心的计算模式因无法解决 “一人多机 等困扰而受到严重挑战。上世纪9 0 年代初m a r k w e i s e r 提出了普适 计算模式设想【l 】，这种模式认为计算机应嵌入到环境中去并与环境相融合，计算 机这个实体本身从用户的视线中“消失 ，用户在某个环境中使用计算机时并不 需要确知计算机的存在，更不需要明确知道计算机是以何种计算模式在提供服 务，只需要按照日常行为一样请求、接受服务即可，从而回归到以人为中心的计 算模式。正是因为这一计算模式符合了当前特别是未来计算技术发展的趋势，目 前它已成为一个极具活力而且非常重要的研究领域。 普适计算模式最本质的特征是“透明 【2 】。这指的并非完全是物理上的不可 见性，更主要的是指用户与计算机之间的交互是否为用户所觉察。正如人类在日 常交往过程中，常常会有意或无意地利用到诸如共识、氛围、情境、环境状况等 上下文信息来减少显式交互、提高交互效率一样，在计算环境中广泛存在的大量 上下文信息也可以用于减少或避免人一机间和机一机间的显式交互。这种蕴涵的 交互方式正是普适计算实现透明交互的重要途径，并也由此发展成为一个独立的 研究领域上下文感知计算。上下文感知计算是通过感知环境中的可用信息， 并自动自主地进行计算、推理和决策，从而大大降低需要人参与的程度，进而实 现“透明交互 。因此，作为普适计算领域中的关键技术之一，上下文感知计算 的研究对普适计算设想的实现至关重要。 回到用户最具直观感受的、最能体现用户体验的产品设计与展示领域，产品 展示是工业设计的重要一环，它将架起设计与制造业间的桥梁，使得新思想、新 设计与产品快速结合，缩短新产品的转化周期，提高工业设计产品信息交流与沟 通的效率。同时产品展示又是产品在到达最终用户之前，进行设计评价的必要方 式。从工业设计的角度出发，一个优秀的设计应该是以人为中心的设计( u c d ) ， 即应该让设计师与设计师、设计师与用户充分地沟通和交流，充分反映使用者的 实际需求，为用户的个性化需求服务。也就是说设计应该是一个双向互动的过程， 北京邮电大学硕士学位论文 最终用户要参与到设计之中，设计要及时反馈最终用户的具体意见，这在目前的 实际设计过程中一直是一个没有很好解决的问题，借助设计展示，尤其是三维虚 拟展示系统，对此有所改进。 产品展示也是企业在商品交易过程中非常重要的环节。消费者通过产品展示 得到商品的第一印象，然后结合自己的需求偏好判断是否购买。对于商家来说， 能否将商品最有价值的一面展现出来往往决定了该商品的销量。而对于消费者来 说，能否得到商品的真实、全面的信息则是决定是否购买的关键。产品展示的另 一个重要意义在于获取消费者对商品的反馈。反馈的信息可以帮助商家了解消费 者的喜好，为今后提供更好的产品和服务做准备。 随着信息技术的发展，展示的手段已日趋多样化，高新技术加入到展示设计 中，突破了过去的展墙、展柜、图片、文字及灯光等传统手段。数字化展示设计 以传统方式无法抗衡的互动性、综合性和强烈的现场感，更符合信息时代人们的 阅读方式，深受各界人士的喜爱。i n t e r n e t 把商家和消费者、企业和设计师连接 起来，使得商品交易过程突破了传统的时间、空间限制。展示发布于互联网上， 以图片、动画、视频等方式展现给参观者，参观者无论身处何时何地，只要通过 互联网进入，就能够方便地浏览，发布方也能及时直接的获得反馈信息便于作品 的升级、更新和维护。 然而，由于上述这种现阶段十分流行的网络虚拟展示技术还无法非常真实地 再现商品，无法让参观者随心所欲的观察产品，实时观察产品的运动特性、使用 功能，再加上消费者内心仍然比较倾向于传统的眼见为实的购物方式，因而常常 放弃在网上购买商品。 随着虚拟现实技术的发展，参观者可以通过网络对展品进行多角度、全方位 的观察。这样使得产品展示不用再投入巨大的财力进行现场施工制作、展出，这 一切完全可以用虚拟场景来代替。当展示需要更新后，只需要在计算机平台上就 能修改完成，而不需现场改动制作，因此，产品虚拟展示己经成为大势所趋。 本课题将着重研究基于上下文感知技术的虚拟产品展示平台系统。 1 1 2 课题研究的意义 以用户为中心的交互系统的基本思想是为用户提供服务的计算技术将从用 户意识中彻底消失，即用户和周围环境在潜意识上进行交互，而用户不会有意识 的弄清楚服务来自周围何处。在使用这种系统的过程中，用户在使用计算工具的 过程中，其注意力往往集中在当前正在进行的任务而不是计算系统上，有时他们 甚至可能完全忽略了计算系统的存在。这要求应用程序不能再将用户输入作为其 功能执行的唯一驱动，它必须能够在用户不发出服务请求的情况下判断何时向用 2 基于上下文感知技术的三维虚拟展示系统的研究与实现 户提供服务，以及提供何种服务。除用户输入以外，上下文往往是系统确定其自 身行为最为直接、有效甚至是唯一的依据。上下文信息中蕴含的丰富的信息能够 在交互过程发挥积极的辅助作用，它有助于系统对用户注意以外的任务进行智能 化、自动化处理，所以上下文感知是提高计算系统交互智能性的重要途径，是普 适计算的核心技术之一【3 j 。 虚拟展示平台发展到今天，不再是一个单纯的产品展示页面，用户需要的是 能够从这个平台上轻松自如的获取到尽可能多的关于产品的各种信息。基于语义 的个性化导航、基于用户兴趣度模型的产品推荐等等，都是为了提升展示平台的 用户体验所做的研究，具有上下文感知功能的系统则能够以一种更加智能、更加 个性化的方式将虚拟展示平台呈现在用户面前，更能够知道用户在浏览过程中真 正在找寻什么，最大的满足用户的真正需求。 产品展示是一个很个体化的应用，所以在大部分虚拟产品展示系统中，都是 围绕所要展示的产品进行个性化的设计、包装、实现。这样做的优点在于： ( 1 ) 能够更好地体现产品本身的特性，所有的设计与实现都围绕着产品本 身来做，不会遗漏产品需要表达的特性，其他的与产品没有关系的特征出现得并 不多。 ( 2 ) 视觉效果和交互效果更加优秀，由于展示目标很明确，开发者可以把 精力完全放在所要展示的物品上，而不用考虑太多兼容性、一致性之类的问题， 所以在效果上能够完全贴合展示产品的需要。 但是，这样的系统存在一些问题： ( 1 ) 成本较高：每一个产品就需要进行一次开发； ( 2 ) 用户群小：这些针对性的产品展示往往只在某些场合才会发布，由于 发布平台的限制，往往只有很小一部分群体能够欣赏到，高成本带来的收益不大； ( 3 ) 需要良好的硬件和带宽支持：由于追求优质的视觉和交互效果，因此 如果将这样的展示平台放在互联网上，就要求观赏者有足够的带宽和足够的运算 能力来支撑这样的展示效果。但是目前的环境很难保证大部分用户都满足这样的 要求。 ( 4 ) 大多缺乏很好的用户与用户之间的交流。 开发平台性的展示系统有助于解决以上4 个问题。 1 2 基础理论研究介绍 1 2 1 上下文感知 普适计算模式最本质的特征是透明。这指的并非完全是物理上的不可见性， 北京邮电大学硕士学位论文 更主要的是指用户与计算机之间的交互是否为用户所觉察。正如人类在交互过程 中，常常会有意或无意地利用到诸如共同知识、氛围、情境、环境状况等上下文 信息来减少显式交互提高交互效率一样，在计算环境中广泛存在的大量上下文信 息也可以用于减少或避免人一机问和机一机间的显式交互。这种蕴涵的交互方式 正是普适计算实现透明交互的重要途径，并也由此发展成为一个独立的研究领域 上下文感知计算。上下文感知计算是通过感知环境中的可用信息，并自动自 主地进行推理、决策和计算，从而大大降低需要人参与的程度，进而实现透明交 互。因此，上下文感知计算的研究对普适计算设想的实现至关重要。 流水线生产和标准化服务是工业化时代的两大主要特征。然而，在现代信息 服务环境下，用户对信息和服务的需求日趋多元化和个性化，标准化的产品和服 务已很难满足需求。依据用户的喜好、行为习惯以及当前环境状态等为用户提供 独特和量体裁衣式的个性化服务和内容正日益变得重要。上下文感知计算具有感 知构成环境绝大部分知识的环境上下文以及用户兴趣、趋势、行为习惯等用户上 下文信息并有效加以利用的能力，为服务和内容的个性化提供了可能。它的出现 和发展契合信息时代下个性化和多元化的需求。 随着智能移动设备微型化趋势和无线网络技术不断成熟，无处不在的计算已 经越来越多地融入了人们日常生活。正如本文综述中提到的，2 0 世纪9 0 年代由 m a r k w e i s e r 提出的普适计算( p e r v a s i v ec o m p u t i n g ) 在技术上已经成为一种可 能。作为其中的关键技术之一，上下文感知技术也因此得到了普遍的关注。如何 搭建高效的上下文感知系统，如何提高系统的可重用性已成为一项迫切而重要的 研究课题。 基于普适计算的上下文感知系统具有以下一些特性： ( 1 ) 普适性，数量众多的计算设备被布置和嵌入到环境中，通过这些设备， 用户可以随时随地得到计算服务。 ( 2 ) 透明性，在普适计算环境下，计算过程对于用户是透明的，一般不需 要用户的直接操作。如果计算系统返回的结果无法满足用户的需求，用户也可以 直接调节系统使之工作在更好的状态。在用户进行调节的同时，整个计算系统也 在不断地更新和学习。整个计算和学习过程对于用户来说是不可见的，这就可以 使用户最大程度地将注意力放在要完成的任务上。 ( 3 ) 动态性，在普适计算环境中，用户通常处于移动状态，这导致在特定 的空间内用户集合将不断变化；另一方面，移动设备也会动态地进入或退出一个 计算环境，这导致计算系统的结构也在发生动态变化。 ( 4 ) 自适应性，计算系统可以感知和推断用户需求，自发地提供用户需要 的信息服务。 4 基于上下文感知技术的三维虚拟展示系统的研究与实现 ( 5 ) 永恒性，计算系统不会关机或者重启，计算模块可以根据需求、系统 错误或系统升级等情况加入或离开计算系统。 1 2 2 本体建模 本体( o n t o l o g y ) 的概念起源于哲学领域，即“对世界上客观存在的事物的 一个系统的描述和说明 ，后来随着人工智能的发展，被人工智能界赋予了新的 定义。 其中s t u d e r 的本体定义被引用得最为广泛，s t u d e r 等人总结以前的相关定义 描述，将本体定义为“共享概念化的形式的明确规范 4 1 。他的本体定义体现了 o n t o l o g y 有如下四层含义： 概念化( c o n c e p t u a l i z a t i o n ) ：通过抽象出客观世界中一些现象的相关概念 而得到的模型，其表示的含义独立于具体的环境状态。 明确( e x p l i c i t ) ：所使用的概念及使用这些概念的约束都有明确( 精确) 的定义。 形式化( f o r m a l ) ：o n t o l o g y 是计算机可读的，必须是精确的数学描述。 共享( s h a r e ) ：o n i o l o g y 体现的是共同认可的知识，反映的是相关领域 中公认的概念集，它所针对的是团体而不是个体。 虽然不同的研究者对本体有着不同的描述，但是从本质上来看，他们对本体 的认识基本上是一致的，都是把本体当作某个领域内不同主体( 人或机器) 之间 进行交流( 对话、互操作、共享等) 的一种语义基础，即由领域专家所带领的团 体捕获相关领域的知识，提供对该领域知识的共同理解，确定该领域内共同认可 的词汇，并从不同层次的形式化模式上给出这些词汇( 术语) 和词汇之间相互关 系的明确定义，以此作为使用者之间达成的共识。 1 2 3 个性化i n t e r n e t l 暖务 个性化服务是一种有针对性的服务方式，指的是针对不同用户提供不同的服 务策略和服务内容的服务模式，主要包括三个方面： ( 1 ) 服务时空的个性化：在用户希望的时间和希望的地点得到服务； ( 2 ) 服务方式个性化：能根据用户个人的兴趣或特点来开展服务； ( 3 ) 服务内容的个性化：所提供的服务不是千篇律的，而是各取所需， 各得其所【5 1 。 由此可见，个性化服务打破了传统被动的服务模式，能充分组织利用各种资 源优势，主动开展以满足用户个性化需求为目的的全方位服务。 随着i n t e m e t j l 艮务飞速发展，网上的信息资源呈现爆炸性的增长，面对海量 5 北京邮电大学硕士学位论文 的信息资源，传统的服务已经不能帮助用户从信息过载和迷航中解脱出来。在网 络环境下用户的信息需求呈现出多元化、个性化的特点，表现出对信息的新颖度、 及时性、各种信息类型的关注与渴求【6 】。而这些信息在庞大的无序的i n t e r n e t 信息 空间中可谓是沧海一粟，为了找到它们用户需要耗费大量的时间和精力，传统的 i n t e m e t 服务，如搜索引擎和落后的导航缺乏智能性且没有考虑到用户的差异性， 致使出现了“信息爆炸但知识匮乏 的尴尬局面。值得一提的是，在这方面g o o s e 在搜索领域所做的尝试和努力，使其赢得了更多的忠实用户，成了个性化服务的 领航者。相比之下，i n t e r n e t 个性化服务更为主动和高效，简单的说个性化服务 是“人找信息”的服务模式向“信息找人，按需服务 的模式的转化，将是未来 i n t e m e t 月艮务的主流模式。 i n t e m e t 个性化服务的特点，具体可以体现在以下几个方面： ( 1 ) 以用户为中心( u s e r - c e n t e r e d ) 以用户为中心是i n t e r n e t 个性化服务区别于传统i n t e r n e t j 艮务的本质，也是当 今成功的网络产品不可缺少的运营理念。随着对用户重视度的提升，以用户为中 心，以增强用户体验为目的的理念已经成为很多巨头网络公司的企业文化，并渗 透在产品研发，产品运营，产品服务等各个环节，成为产品成功的关键。在如今 这个高呼“用户至上 的网络时代，i n t e m e t 个性化服务就是日益高涨的“人文 关怀 思潮影响的结果，其出发点是用户的需求，其目标点是提升用户体验。对 于用户的理解是个性化服务成功保障，也是评价个性化服务成功与否的准则。 由此可见，个性化服务以用户为中心的包含两层含义：一是以用户需求为导 向设计与安排服务功能；二是创建个性化的信息环境，根据用户特点组织信息资 源，提供多样化的信息服务。 ( 2 ) 重视与用户交互( e 伍c i e n ti n t e r a c t i v e ) 允许用户表达个性化需求，有效的对体现用户目标、需求、行为等信息进行 挖掘。这种交互形式是友好礼貌的，是在保证了产品可用性基础上更高层次的追 求。而这种与用户的交互一方面要提高用户体验，另一方面要不断鼓励用户分享 个人信息或鼓励用户使用产品以便挖掘用户信息，从而完善个性化服务的一个循 环过程。 ( 3 ) 服务方式灵活多样( w e l ls e r v i c e d ) 能够按照用户期望的方式进行服务，如：信息显示方式，服务提供方式，服 务的深度，服务的时间要求等等。 ( 4 ) 推送信息服务( i n f o r m a t i o np u s h ) 推送信息服务是根据用户需求，有针对性和目的性的信息呈现。是体现在“人 找信息”和“信息找人 双向的过程中的，是根据用户需求主动对信息空间做分 6 基于上下文感知技术的三维虚拟展示系统的研究与实现 析、过滤和整理的一系列过程。 i n t e m e t 个性化服务类型概括的分为：个性化检索服务、个性化推荐服务、 个性化页面定制服务和个性化内容定制服务。 不同形式的个性化服务系统都可以抽象成一个共同的体系结构【7 1 ，即：首先 收集用户信息，而后根据用户信息对用户进行建模，并在此基础上决定个性化服 务的方式和内容。 用 户 反 馈 图1 - 1 个l 生化i n t e r n e t 服务体系 1 3 上下文感知和虚拟展示的研究现状 1 3 1 上下文感知技术研究现状 ( 1 ) 理论模型研究 c o n t e x tt o o l k i t 模型：c o n t e x tt o o l k i t 模型【8 】中显著的一点是提出对上下文进 行预处理，以消除其在具体数据格式上的差异，见下图1 2 。它的目标是将上下 文获取与上下文使用分离，使用c o n t e x tw i d g e t ，c o n t e x ts e r v e r ，c o n t e x ti n t e r p r e t e r 对上下文信息进行抽象，c o n t e x tw i d g e t 隐藏了传感器的复杂性，c o n t e x ts e r v e r s 用来收集关于一个实体的全部的上下文信息，它相当于一个智能体，可以看作一 个复合的w i d g e tc o n t e x ti n t e r p r e t e r s 用来实现对上下文信息的解释。 。 其体应翻穰序 | ：陡 i l ：f 变镌张器 ：f 冀鬻缀 l i ：一f 文勰静缀 l ， i i 锯缓掏绊鬻缝妊件 h ，j 图1 - 2c o n t e x tt o o l k it 模型系统结构 7 北京邮电大学硕士学位论文 c t m p c 模型：从上世纪9 0 年代初，业内开发了很多的上下文感知系统，如 x e r o xp a l oa l t o 实验室开发了p a r c t a b 系统，乔治亚理工发布t c y b e r g u i d e ，这些 系统均是针对于一种特定需求而开发的，功能单一，没有提出统一的模型， s t a n f o r d 大学提出的r o m e 模型具有一定的普适性【9 1 ，但该模型存在不足。中科 院提出一个基于上下文触发的事务模型，臣p c t m p c 模型( c o n t e x t - b a s e dt r i g g e r e d t a s km o d e li np e r v a s i v ec o m p u t i n g ) 【3 】对r o m e 模型提出了改进，c t m p c 模型分 为七个部分，分别是t a s km a n a g e r ( 事务管理) 、s e m a n t i ct r a n s l a t o r ( 事务语义分 析) 、t r i g g e rm a n a g e r ( 触发条件管理) 、c o n t e x tm a n a g e r ( 上下文管理) 、c o n t e x t p r o x y ( 上下文信息网关) ，s e n s o r ( 上下文感知器) 、s e r v i c em a n a g e r ( 触发事 务管理) ，见图1 3 。模型共分为事务层和上下文感知层，事务层主要负责事务 的输入生成，各种触发条件的分解以及判断，最终触发相应的行为，而上下文感 知层主要根据事务层对各种上下文信息的需要，通过s e n s o r 获取上下文信息，管 理相关信息，并向事务层进行反馈。 黼入 图1 - 3c t m p c 模型系统结构 ( 2 ) 实际应用 清华大学于1 9 9 9 年开始上下文感知计算相关技术的研究。清华大学徐光佑教 授在他的论文中介绍了他们在智能空间领域的研究成果，他们实现了一个智能远 程教学系统【2 1 。 北京大学目前己开始开设普适计算的相关课程，并设立了一个普适计算实验 室。国内在普适计算与嵌入式系统研究方面也有一些论文发表。我国对普适计算 的研究目前还处于起步阶段。重庆三峡学院的熊江将普适计算的思想与嵌入式系 统设计相结合为普适计算研究的发展提出一个新的方向【1 0 】。 基于上下文感知技术的三维虚拟展示系统的研究与实现 国外对普适计算的研究要领先国内。早在1 9 9 5 年s c h i l i t t l l 】首先提出了一个上 下文可察觉的系统软件结构。伯克利分校提出了一个上下文可察觉系统的系统软 件结构，该文在一般的底层结构中加入上下文信息的存储和安全机制有关的内 容，还提出了一个上下文规范语言( c o n t e x ts p e c f i c a t i o nl a n g u a g e ) 1 2 】，该语言 可以使用自然语言的形式查询环境信息。m a r t i nj o n s s o n 和他的研究小组将面向 服务的软件体系结构与普适计算环境下可察觉上下文的计算相结合，提出了一套 普适环境下软件建模的方法和硬件部署的工具，并实现了一个管理会议文档的应 用程序【13 1 。 目前，美国和欧洲的很多著名高校和企业都投入大量科研人员和资金开展上 下文感知计算研究项目，并且这些研究项目都得到了政府机构( 比如欧盟的i s t 和f e t 、美国的d a r p a 、n s f 、n i s t 等) 的大力支持，其中包括m i t 的o x y g e n p r o j e c t t l 4 1 、c m u 的a u r ap r o j e e t 15 1 、伊利诺伊州大学的g a i ap r o j e c t 16 1 、加州大 学伯克利分校的e n d e a v o u ra r o j e c t 1 7 1 、华盛顿大学的p o r t o l a n op r o j e c t 1 8 1 、伊利诺 理工学院的h a w kt o u rp r o j e e t 1 9 1 、美国国家标准技术局州( n a t i o n a li n s t i t u t eo f s t a n d a r d s a n dt e c h n o l o g y ，n i s t ) 的s m a r ts p a c ep r o j e c t 删、欧盟资助的 d i s a p p e a r i n gc o m p u t ep r o j e c t 2 1 1 、i b m 的d r e a ms p a c ep r o j e c t 2 2 1 、m i c r o s o f t l 约e a s y l i v i n gp r o j e c t 2 3 1 、h p 的c o o lt o w np r o j e c t 2 4 】等。 1 3 2 虚拟展示研究现状 目前，国内对于三维虚拟展示应用于电子商务的系统开发不多，但是相关的 系统也在开展，浙江大学的陈田、潘志庚基于v r m l 构建了虚拟电子商城 e a s y m a l l ，分析了如何力求实现个性推荐服务和适宜的营销决策机制；王娜娜、 王钰基于v i r t o o l s 开发了一个专业的交互式虚拟展示设计平刽2 5 1 ，但是，这些虚 拟展示平台大部分只解决了虚拟浏览功能，再辅助以一些简单的交互操作及特定 格式模型表示，而没有在系统中加入个性化服务的元素。 ( 1 ) 新视界虚拟展示创作平台 作为国家九五重点攻关计划、国家西部大开发科技专项、国家信息技术应用 示范工程。该产品在过去几年成功地为几次大型的展示会以及交易会搭建了虚拟 展馆。 该产品是一个构建虚拟展示系统的专业工具，集虚拟现实、图文声像等多媒 体表现形式于一体。糅合了虚拟现实技术的“展馆”，让人们仿佛身临其境，个 性化观展；加载了超媒体和数据库技术的“展板 ，真实地体现了宏观环境与微 观元素的完美配搭；运用了三维动画和虚拟现实技术的“展示器，生动地展示 了产品外观与产品内涵的有机构建。 9 北京邮电大学硕士学位论文 但是由于是2 0 0 1 年的产品，相比起现在的技术水平，效果明显有差距。 ( 2 ) 北航b hg r a p h 北京航空航天大学虚拟现实技术国家重点实验室成立于2 0 0 0 年，是国内虚拟 现实应用基础研究的重要基地。该实验室研制了一个支持实时三维图形应用系统 如视景仿真、三维游戏开发与运行的基础软件平台b hg r a p h 。该平台包括一 个支持三维图形管理和实时绘制的三维视景绘制引擎、一个三维对象几何建模工 具、一个三维布景工具以及一批用于实时、逼真三维图形生成的关键技术，可以 支持三维图形应用开发的全过程。 基于b hg r a p h ，该实验室对于数字图书馆中3 d 媒体资源建设方法及3 d 对 象的组织、显示及操纵技术进行了研究。研究设计并实现了基于虚拟现实技术的 数字图书馆检索人机界面【2 6 】。 1 4 现有系统问题分析及本文切入点 1 4 1 现有系统问题及当前解决方案 上下文感知计算就是如何有效利用环境中的上下文辅助决策优化的一种计 算模式。它主要解决的问题有：上下文是如何采集和感知的；上下文存储在何处 以及如何管理；上下文如何得到有效利用等方面。在这些过程中，现有的系统存 在各种各样的问题，每个系统也从不同的层次上进行了问题的规避或者解决，因 此，解决方案各具特色，下面分别从上述几个阶段，综合具体的系统加以阐述。 ( 1 ) 上下文的获取、感知与采集 上下文感知计算的前提是能否正确地感知环境中的上下文。上下文感知方式 依据类型和应用的不同而不同。如低层上下文中的位置信息在户外可以通过g p s 来获取，在户内由于g p s 的信号较弱，无法穿透建筑物，可通过红外、射频、超 声波等方式来获取；其他的低层上下文也可通过比较简单直接或仅结合少量运算 的方式得到，如时间可以通过设备的内建时钟得到、方向和加速度可由相应的传 感器直接感知、网络带宽则可以通过动态检测、邻近对象可通过位置间的相互关 系来获取等；与低层上下文不同，高层上下文的获取要复杂得多，如可通过计算 机视觉进行视频跟踪和图像处理来感知用户的当前活动，运用人工智能技术由若 干低层上下文联合演绎高层上下文并对当前的情境和行为做出判断，对上下文进 行预测和分析等。 理想情况下，所获取的上下文应该是精确、有效、恰当、无冗余和无冲突的。 但实际上，由于同一上下文可以从不同的信息源通过不同的方式获取，获取上下 文时间间隔以及上下文本身的精度、可靠性、有效性等限制导致获取的原始上下 l o 基于上下文感知技术的三维虚拟展示系统的研究与实现 文经常发生冲突，存在不完整和有效性等问题。通过将上下文分为感知、静态、 配置和派生等4 种类型，文献【2 7 】提出了支持不完整和不精确上下文建模的o r m ( o b j e c tr o l em o d e l i n g ) 语言，该语言不仅支持对上述4 类上下文的建模，还支 持对候选上下文、信息质量、未知上下文、历史上下文以及依赖关系等的建模。 文献 2 8 】基于面向对象的上下文模型提出了一个两阶段的上下文过滤流程并可 依据当前用户上下文将恰当的信息提供给用户。文献 2 9 】通过综合上下文本体和 模糊推理允许对上下文进行