（计算机应用技术专业论文）普适环境下实时协同若干感知问题的研究.pdfVIP

浙江人学f i | j ! i4 学位沦文普适环境下实时卧蚓若十感知问题的究摘要分析了普适环境下协同设计存在的相关问题尤其是手持设备等移动终端的感知局限，资源不均衡站点之间交互感知带来的负面影响。利用环境上下文、设备上下文、用户上下文提高计算系统主动性和智能性。对交互方式、用户界面进行自动调整。对任务进行自动化处理而不干扰用户正常认知任务，缓解了注意干扰给人机交互过程带来的不良影响等问题。较好地解决了屏幕受限设备的浏览问题，解决了普适环境下异构网络间数据传输的自适应调接问题，较好的利用了客户使用偏好，解决了低带宽下细粒度感知数据的传输问题。提出利用离散系统神经网络信息采集方式对动态多控制点感知信息予以屏蔽的方法，对于朋户不敏感的感知信息予以屏蔽。解决了用户自定义虚拟感知实现方式。提高了用户t 作注意力，提高了协同虚拟设计感知能力和工作效率。提出屏蔽手持设备上銎案细节联组方法，解决了协同编辑过程中繁多图形、图像、文本对象对用户浏览和认知造成较大障碍的问题。提出预测远程控制点运动的机器学习算法和比例可变更算法机器学习算法对d e a d - r e c k o n i n g 算法进行适应性改进。该算法可以根据实际环境中前一次的预测偏差来动态地调整预测公式，优化预测轨迹。比例可变更算法分别对d e a d 坤c k o n i n g 算法和机器学习算法进行适应性改进。改进后的比例可变更算法，更符合人类感知习惯。相应实验数据对比证明两种算法较之传统算法具有一定优势。提出预测用户关注区域的扩展预测集合算法并介绍了预测结果在手持设备等移动终端l a z yd o w n l o a d 方法下的利用。该算法预测在线操作用户在其来来的荚注区域，帮助本地端户理解其他用户操作意图。此外，预测用户关注区域可以帮助屏幕受限无线移动手持系统在实时协同【：作时。正确判断及提前下载需要的文档片段，提高了手持系统平均响应速度，节省了用户等待时间。介耋h 了利用低比特率b i 1 e w l 视频编码进行动态视频压缩的算法。算法着重于视频中图像边界信息的处理视频数据输出帧着重于体现能够提供丰富感知信息的外观轮廓特征，在低带宽限定的网络状况f 最大可能地传递动态视频感知信息。该方法可满足l o k b i 以网络带宽状况卜 客户对于视频感知的需要。介纠了网络带宽极低状况下实时二维人脸表情参数驱动的方法。在低带宽限定状况下着重r 传输能够提供丰富感知信息的人脸表情，并在接收端重建二维人脸。该方法可满足1 2 k b i “s 网络带宽状况f 客户对丁视频感知的需要。关键词：普适计算，计算机支持的协同工作，感知上下文浙江人学坝 学位埝文普适环境下实时协同若干感知问题的研究a b s t r a c tf o r t h el i m i t a t i o no fa w a 嗍e 船c a p a b i i n yo fw i 糟l e s sh 锄d h e l dd e v i c e s 鲫dt 1 1 en e g a t i v ei n 们u e n c eo fu r l b a l a n c e dd i s m b u t i o no f r e s o u r c e st h md i f f e 州c o l l a b o r 砒es i t e sh 0 1 d 。也e r ee x j s t sag n a tm 锄yc s c wp r o b l e m sr e i 姗dt ou b i q u i t o l l se n “n m e m e n v i r o n m e mc o n t e x t ，d e v i c ec o n t c x ta n du s e rc o n t e x tw e 他m s e a r c h e dt op r o m o t ec o m p u t i n gs y s t 哪s i n i t i a t i v e 柚di n t e l l i g e n c e s m a r ti n t e r 扯百o n 明di n t c r f h c ew e 佗s h 坩i e dt oa l l e v i a t ep e r c e i v e 仃0 u b l eb r o u g h tb yr e d u n d a n ti n f b r m a l i o n an o v e la 1 9 0 一t h mb 硒e do nd i s c r c t es y s t c mn e u r a ln e 撕0 r kw 鼬p r 船e n t e dt of i l t e rr e d u n d 锄tr e m o t ec o n t r o lp o i n t sa n dr e l a t e du s e r 啦l f e f i n e dv i s u a la w a r e n e s ss c h e m ew a sp r o p o s e d t h ep m p o s e da 噜o r i t h m 抓ds c h e m ec 触g r e a t l yc e n 口a z eu s e r s i n t e n t i o nt oe n h a n c et h ev i r t u a la w a r c n e s sa r i dp r o m o t ct | l ec o l l a b o r a t i v ee 师。c i e n c y an o v e ls c h e m eb a 辨do n 露d u p i n gw 踞p m p c dt 0m 硒k 出ed e t a i l so fs h a r e dd o c u m e n t s b y 叩p l y i n gs u c hs c h e m e ，t l 坼r c v i e w i n g 锄dr e c o g m z i n go b 咖l ep b l e m st h 砒b r o u g h tb yr e d u n d a n to b j e c t so nt h ec 蛐v w e 坞s o l v e d t w on o v e la 1 9 0 r i t h f n s ，c a l i e dm a c h i l e a m 协g 啦州t l l i n 锄dc h 蛐卿b l es c a l ea i g o r i m mr e s p e c t i v e ly w e mp r o p o s e dt op m d i c tt t i en a o fr 哪a i ec o r m 0 lp o i n t m h i n el e a m i l l ga l g o r i t h me n h 锄c e dt 1 1 eb a s i cd e a d - r e c k o n i n ga l g o m h mb y 喇u s t i l l gp 心d i c t i o nf o r t n u l ad y n 锄i c a l l yw 油p 陀v i o 惦d i 雠崩尬eb e t 、e e np 坞d i c t 酣p o i n t 卸da 咖a l0 n e c h 锄g e a b l es c a l ea l g o r i t h ms t r c n g t l l e n e dd e a d 啪c k o n i n ga i g o r i 岫蛐dm l l i n el e a m i n ga l g 耐t h mr c s p e c t i v e l yb ya d j u s t i n gp r e d i c t i o nw e i g h tw i t ht 1 1 ed i s t a n c eb e t w e e nt 1 1 eo r i g i n a ld r 雄鸟硼c o n n _ 0 lp o i n ta n dt h ee n dp o i n tp r e d i c t e db ym et 、v ob 鹊i ca l g o 一血m s f 沁l a t e de x p e m e m ss h o wt h 砒t w on o v e la 1 9 0 r i 也m s ，c o m p a 他dw i t hb 鹊i ca l g o r m 蚰，托c e i v 酣h i g h e rp r e c i s i o nt os o m ee x t e n t an o v e lp m d j c t i o na i g o r i t l l mw 器p r o p o s 酣t op r 酣i c tu r s i n t e 他s tb ye x l e n d j n gc u r n tf b c u sr e g i o n s l a 巧d o w i l l o a dm 甜l o dw 船a d o p 钯d w i 把l e s sh 蛐d l l e l dd e v i c e sb yu s i n gt h ec o r r e s p o n d i n gm s u l t so fm ep 耐i “o n n l ep m d i c t e df o c 惜to t i l yh e l p e du s e r s 瑚d e r s t a r i do t h e f s i n t e n t i o n ，b u ta l h e i p e dw i m i e s sh 拍d h e l dd e v i c 髂p 静d o w n l dl l l en d e df h g m e n to fd o c u m e n t si nr e a 卜n m ec s c w ；m er e s p o f i s et i m ef o r h 鲫d h e l ds y 咖m s 拍du s e r s w a i t i n gt i m ew e r er e d u c e d av i d e oc o m m u n i c a 石o nt e c h n 0 1 0 9 yb a s e do nb i l e v e lv i d e oc o d i n g 砒v e r yi o wb nr a t e si sp r o p o s e d ，w h i c hg i v ep r e f e r e n c et ot h eo u t l i n ef e a 沁他so fs c e n i n 也en e t 、o r k sw i t hl i m i t e db a n d w d t h ，r a t h e rt h 卸g i v i f i gh i g i l e s tp r i o r i f yt 0t l l e “b 船i cc o i o r s o f 拍i m a g ea si nc o n v e n t i o na 1d c t - b 踮e dc o m p r e s s i o nm e m o d s nc 柚b eu s 酣i nv i d e oc o m m u n i c a t i o 惦0 nal i m i t e db 锄d w i d t l li i浙江人学伽h ：学位论文普适环境下实时协间若干堪知问题的研究l o w 1 0k b i 讹a na p p r o a c ht or e a i - t i m ef 缸瑚缸曲化眦k i n g 锄d2 de x p 代s s i 明脚e t e r i z a t i o nw 粘i n t r o d u c e d a sh u m 锄f h p f o v i d e se n o 九t l d i l si n f b 哪砒i o na n da 崩蛐d l yi n t e r f 她ei n m e l l i g e n th u m a nc o m p u t e ri n t e r t i o n ( h c i ) a p p l i c 甜i o n s ，i ti s 辩1 e c t e d v i s u a lp e r f o m a n c eo fa w 盯e n e s so nl i m i t e db a n d w i d t hn e t w o r k s a2 df h c ea n i m a t i o np 舢a m e t e r ( 2 df a p ) s y s t e mw a sd e s i g n e dt or e b u i i da2 df a c e 蛐i m 撕o no nm e e c e i v e ds i t e nc a nb eu s e di nv i ( i e oc o m m u n i c 砒i o n so nai i m j t e db a n d w i d t h 硒l o w l 2k b i 佻k e y w o r d s ：u b i q u t o u sc o m p 嘶n g c s cw ，a w a 蝴e 豁，c o n t e x ti i l浙江人学坝0 学位论文普适环境下实时协l 司若干感知问题的研究1 1 引言第一章绪论早在2 0 世纪9 0 年代中期，作为普适计算研究的发源地，x e f o xp a r c 研究室的科学家就曾预言普适计算设备( 智能手机、p d a 等) 销量将超过代表桌面计算模式的p c 这一点己经得到了验证。目前p c 销量已经开始进入平稳期，甚至开始下滑，而在手机、p d a的销量却大幅度攀升，在很多国家，手机的拥有量己经超过了p c 。随着计算机计算能力不断增长以及硬件技术微型化各种计算型小器件应运而生，它们将被应用在各个领域。由于其重量和体积都足以使用户能够随身携带嵌入式系统几乎进入了生活中的所有电器设备，如p d a 、手机、数字电视、汽车、微波炉、数码相机等。随着微电子技术的发展。嵌入式系统处理能力将会越来越强，存储容量将会越来越火，人们生活在一个充满各种各样的计算型小器件当中，这些器件通过足够带宽和速度的有线或无线网络完全互连，它们能够积极有效地为用户提供各种所需信息。也止式随着人们生活世界的信息化，人们之间的交流越来越频繁合作越来越密切，协同工作极大地提高人们的工作效率，促进社会生产力的发展，深刻地影响人类群体生产方式、工作方式和生活方式。1 2 研究背景计算机技术的发展把人类社会带入了信息化的时代。随着信息化进程的深入，通信技术与计算机及网络技术的融合，产生了一个新的研究领域一一计算机支持的协同f 作( c o m p u t e rs 叩p o n e dc p e 哪i v ew o r k c s c w ) 。它是信息化进程发展的一种必然产物。从某种意义上说。如今的计算机系统在现实生活中已经得到比较成熟的应用，而且在一些机构中这些应用的确非常高效。但是，如何用最好的办法支持所有的_ t 作组行为、以及对不同一f ：作组的不同应用支持到什么程度始终是需要探讨的问题。协同应用系统的开发将经历一个从桌面系统之间协同到普适环境下协同的过程。近年来，面向普适环境的计算机支持的协同上作已经开始成为新的研究方向和研究热点。以往的协同设计1 = 作都是基于传统的桌面分布式系统。协同主体被局限于各自相对固定的l ：作空间并以固定的桌砸系统设备参与协同工作。随着计算机与信息技术的发展移动计算和嵌入式计算逐渐地普及，计算机支持的协同设计有了更为便利的设备和更为自然的参与形式以及更为强大的交互的平台，这个平台的作用是使得一个群体可以通过符合普适环境的网络协议在异地协同完成一项共同的任务。它可以使得桌面端非移动用户与无线移动h 4 户之浙江人学顺士学位论文普适环境下实时协同若干惑知问题的州究间、移动j _ j 户与移动用户之间、非移动用户与非移动用户之间，以及用户与系统直接和谐地交互，如图卜1 。它的目标是传输用户交互所使用地各种资源。例如：音频、视频、文本、图像等。圈卜l ：普适环境下的多用户交互普适环境下协同中，计算机应该更加主动地争取用户的注意力，应该能够在非精确交互的情况一r 智能地提供感知服务。使人们的注意力更加集中于自己所关注的工：作任务，随时随地、透明地获得相应的数字服务。然而，由于不均衡站点的存在，普适环境下的协同设计尚存在较多的相芙问题。由于手持设备等移动终端的计算能力、存储能力、电力供应、屏幕大小的限制，手持设备等移动终端的感知能力较传统的桌面设备能力弱。因此，如何解决不均衡站点之间的交互感知带来的负面影响成为目前普适计算研究的方向之一。在普适环境下的感知系统中。交互上下文是系统除用户主动输入之外，确定自身智能行为最直接、有效的依据。上下文的参与能够极大地提升计算系统的主动性和智能性。上下文是指包括用户自身在内的计算环境中可能对交互过程产生影响的各种因素其中蕴涵的丰富的环境信息能够拓宽人机之间的信息带宽，从而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。缓解了注意干扰给交互过程带来的不良影响。环境上f 文、设备上下文、用户上下文，这三种上f 文在交互过程中相互作心，并可以对交互方式、用户界面进行自动调攫，对任务进行自动化处理而不干扰用户l e 常的认知任务。1 3 研究的意义与目的本文的研究是试图使协同工作中的感知更加适台酱适计算的发展，充分利用环境上下文、设备上下文和用户上下文使移动计算下的上下文感知更加智能化。较好的解决屏幕受限设备的浏览，较好的解决普适环境下异构网络间的数据结构自适应调整，较好的利用2浙￥j 一凡学颤卜学托论史蒈适环境下实时淤若干堪知问题的研究客户的使j j 偏好较好的解决低带宽下的细粒度感知数据的传输。1 4 论文的组织本文分为六章，主要结构和内容如下：第一章为绪论，介绍了普适环境r 协同工作中感知问题的研究背景、研究意义与目的。第二章为相关研究综述，介蜊了普适计算、协同1 j 作以及上下文感知的研究背景和研究现状，并针对性的提出有待解决的问题。第二章为屏幕受限设备的感知屏蔽方法，介绍了利用离散系统神经网络的信息采集方式对动态多控制点感知信息予以屏蔽的方法，介绍了屏蔽手持设备上的图案细节的联组方法t以及用米降低无线网络的流量的应需发送策略，用来处理相应的一致性维护问题的链接历史列表策略。第四章为用户上下文的预测方法，介绍了预测远程控制点运动的机器学习算法和比例可变更算法介绍了预测用户关注区域的扩展预测集台算法，以及对于预测结果的利用。第再章为受限网络下的视频展示方法，介绍了一种进行动态视频调节的低比特率b l e v e l视频编码算法。介绍了带宽极低状况下实时二维人脸表情参数驱动的方法。第人章对全文工作进行了总结，并针对下一步研究工作做出了初步设想。渐江入学硕l j 学化论立普适环境下安时协 n j 若干感知问题的讲究第二章相关研究综述普适计算模式是泛网时代使信息空间与物理空间融合为自然和谐交互信息环境的重要技术。在这个融合的空间中。人们将集中于自己所关注的工作任务随时随地、透明地获得相应的数字服务。更重要的是随着工作与生活节奏的加快，普适计算使得构筑群体之间更为便捷、灵活、和谐的普适协同工作环境成为可能。而普适协同下的感知有着其自身的特点，并已逐渐成为普适计算的研究热点之一。2 1 普适计算纵观计算机进入人类社会的历史，计算模式主要经历了三个阶段。第一个阶段为主机计算( m a i n f r 锄ec o m p u t i n g ) 。在主机计算时代，计算机是稀缺的资源人与计算机的关系是多对一的关系，在为数不多的计算中心里，人们必须用生涩的机器语言与计算机打交道。此时，信息空间与现实生活的物理空间是脱节的，计算机的应用也局限于科学计算领域。2 0世纪8 0 年代，p c 开始流行，计算模式也随之跨入第二个阶段一桌面计算时代( d e s k t o pc o m p u t i n g ) 。这时，人与计算机的关系演变为一对一的关系，图形用户界面和多媒体技术的发展使计算机使用者的范围从计算机专业人员扩展到其他行业的从业人员和家庭用户，计算机也从计算中心步入办公室和家庭。人们能够方便地获得计算服务，可以在办公室、在起居室、甚至在旅途中使用计算机。但这离人类的理想还有很大的距离人们仍然是在主动地“使俐”计算机，必须麦安装、配景和管理它们，基本上，计算机还是一种生产i ：具，与我们的生活还存在很火的距离。现在，伴随着人类社会进入2 l 世纪的脚步计算模式也开始跨入第三个阶段一酱适计算时代【l ，5 ，6 ，7 】在普适计算时代中。具有计算能力的设备遍布世界的每一个角落以及每个人的生活空间，如手机，掌上电脑，汽车，家用电器，公共设施，人们无论走到哪里都会得到一定的计算能力，从生活空间到工作空间，具有计算能力的设备是无所不在的。人与计算机的关系变成了一对多的关系。2 1 1 普适计算概念普适计算( p e r v 笛i v e c o m p 埘n g ) 概念最早源自x e m x p a r c ( p a l o a n o r e s e a f c h c e n t e r )计算机科学实验室首席科学家m a r kw e j s 目l t ，2 ，3 ，4 】在1 9 8 8 年提出的u b i q u i l o u sc o n t p m i n g( 缩写为u b i c o m p 或u c ) ”思想。现在文献中又常以“p e r v 豁i v ec o m p u 6 n g 出现。其基本思想是为刚户提供服务的普适计算技术将从用户意识中彻底消失。强调把计算机嵌入到环境或日常丁具中去。让计算机本身从人们的视线中消失，让人们注意的中心同归到耍完成的任务本身将人”j 生活的物理空间和信息空间融合在一起【8 ，9 ，1 0 ，ll ，1 2 】。即用户和周围环境在潜意4浙江人学坝j 学位论文普适环境下实时协同若干感知问题的研究识上进行交互，用户不会有意识地弄清楚服务来自周围何处的普适计算技术，就好比人们日常使剧电器，却不会有在意电力来自何方。他的思想在九十年代后期开始在国际上得到厂泛关注和接受，许多相关的研究计划纷纷启动，目前己经成为一个极具活力和影响力的研究领域其重要标忠是分别从1 9 9 9 年和2 0 0 0 年开始的u b i c o m p 国际会议和p e r v i v ec o m p u t i n g 国际会议，2 0 0 2 年l e e ep e r v i v ec o m p u t i n g 期刊的创刊更是标志着这一研究领域的扩大。随着计算机技术的发展，特别是计算机硬件( 如低功耗、小型化、微型化轻便硬件设备) 的进一步发展利计算机网络技术( 如高带宽网络、无线移动网络和组播技术) 的不断成熟，普适计算受到计算机科学界更多的关注和重视合理地近似实现m 8 r k w e i s 日思想成为可能。图2 - 1 是从人的认知成长过程和计算的发展过程相结合来看m a r i 【w e i s e r 的思想的历史发展地位。人的认识成长阶段b i t s 文j 7语蛊1情感m ar kw er s eo王。j 二一思想一，l ，一l 、一l ，r b i t s艾j 争j ； 苦情感汁算机的发展阶段圈2 - 1 人的认识成长过程和计算机的发展过程2 1 2 普适计算的特点普适计算主要有以下特点：无所不在：数不清的廉价嵌入式计算设备广泛分布在人们生活、工作环境的周围，无声无息地为人们提供服务。互联：接个世界是一个网络的世界，其核心由高速有线网络构成。外围是许许多多的无线网络，这些无线网络又联接到核心有线网络，所有的计算设备都连接在网络中。动态：用户是经常活动的，所以，一些移动设备势必跟着用户不断更换地理位置，为使移动设备不断适虑新环境，移动设备必须具备自我配置能力( s e l f o n f i g n g ) 。而另些设备并不随着用户地理位置的变化而变化，这些设备同样需要具有自适应的切换能力。5浙孤人学帧i j 学位沦支普适环境下实时协删若_ _ l _ 二感知问题的研究多样性：不同的设备联系在一起共同组成某一服务，不同于传统的计算机，普适计算设备没有崮定的计算环境，每一类普适计算设备都是面向某一具体的用户群，设备的计算能力差异较大，通信带宽大小不一，每一类设备的操作系统，芯片以及用户接口都最适合该设备的主要麻用。2 1 3 普适计算的研究现状s a t y a n a r a y m 【1 3 】认为，从分布式计算、移动计算到普适计算的发展历程来看，研究普适计算的动力在于四个方面：智能空间的有效运用( e f 慨n v eu s eo f s m a ns p a c e s ) 、不可见性( i n v i s i b i l i t y ) 、本地或局部可伸缩性( 1 0 c a i i z e ds c a i 曲i i h y ) 、和屏蔽非均衡条件( m a s i 【i i l gu n e v e nc o n d i t i o n i n g ) 。通过将计算基础结构嵌入到建筑结构中一个智能空间( s m a ns p e )可以将两个脱节的世界( 指移动和固定) 联系在一起。如果要求一个普适计算环境能够持续满足用户期望，很少使得用户意识到它的存在，这需要用户在潜意识上与环境互相影响。而考虑到智能空间的复杂度越来越高，用户个人计算空间和其外部环境相互影响强度会变大。对一个无线移动用户来说。意味着存在严重的带宽、能量和干扰问题。多用户的出现将使这个问题更为复杂化。因此，可伸缩性是普适计算的一个关键问题。而不可见性可能是酱适计算中最人的问题，要解决该问题必须在用户接口、环境认知协调等技术领域获得巨大的进步。酱适计算自二十世纪九十年代兴起，主要发达国家的高校和企业科研机构各自从不同的方面进行研究。美国国家标准和技术协会n i s t ( n a t i o n a li n 蛳t i l t co fs t d a r d s dt e c h n o l o g y ) 联合各大型企业研究机构专门针对普适计算制订详细的研究计划。负责协调、制定标准、测试等工作。目前的研究主要集中在以下两个方面：1 ) 交互基础( i n t e c t j 佃s u h t n t )普适计算环境下，人和机器、机器和机器之间的频繁的信息交流是必不可少的，而要实现不可见性，就要在人的潜意识层次上实现和机器交流。从技术上，键盘、鼠标、显示器等输入输出设备要实现多样化、智能化，能够实现与环境的良好交互，语音识别、肢体语言识别( 如人的手势、脸部袭情) 等需要进一步研究开发。目前o g l ( o r e g o ng 伯d u d i el n s t i t u t e ) 在多模态人机交互领域有较深入的研究。美国斯坦福大学、c m u 和x e r o x 等研究机构关注w 曲信息在屏幕受限设备上的呈现【1 4 ，1 5 】：斯坦福大学和华盛顿大学刚在提高普适计算环境的信息输入效率上也进行了不同方式的探索【1 6 ，1 7 】。在国内，中国科学院软件研究所在办公环境中基于笔的自然交互方面进行了有益研究【1 8 】，并且已经进入产品化阶段。北京大学则在改善手持移动设备交互方面进行了一些探索性的工作【1 9 】。6曾适王 、境下实时协m 嚣十感问题的训冗2 ) 上下文感知( c o n t e i t a w a r 蛐e )目前国际上很多研究重点放在有关上下文感知的研究。要实现普适计算周围环境必须具备能够认知人的行为、意识等特征的能力。主要涉及环境内容表述和交换策略，管理利利用多媒体内容的适应性模型，自适应技术和结构等问题【2 0 】。智能空间( s m a ns p e ) 作为实现上下文感知的一个重要平台，被较多的研究机构所重视。m j t 的o x y g e n 项目中的智能房阈，c m u 的a u r a f 2 】l 斯坦福大学的h 妣r a c t i v e 、v o r k s p e s1 2 2 】等研究计划是其中的主要代表。在国内，清华大学人机交互与媒体集成研究所构建的智能化教室s m a r tc l a s s m o m 2 3 从人机交互和系统支撑软件的角度对普适计算的理论和实践进行了深入讨论取得了良好的效果。美国国家标准和技术协会的信息技术实验室r r l ( i n f o i m 撕o nt e c h n o l o g yl a b o r a i o r y ，负责协调、制定标准、测试等工作) 正在对其进行研究，涉及的项目有：w i r e l e s sc o m m u n i c “o 璐，p i c o c e l ls y s 咖s ，s p e e c hu l l d e f s c a l l d 吨i 疵眦t i v ed i a i o g u e r e a i 廿m cs y 暑t e m c o m n m i c a t i o np r o 幻吧o i ，p e 体黜弘h 沁n 等等：涉及的技术问题有：w - c d m a ，c d m a 2 0 0 0 ，蓝牙( b l u e t o o 幽) ，m 州e t j a v a 转换( t m n s c r i p t i o n ) ，信息提取( i n f o n n 砒i o ne x t r a c t i o n ) ，话题识别与跟踪( t o p i cd e t e c t i o n t r k i n g ) ，语音识别( s p o k e nd o c u m e m瞅r i e v a l ) ，人物识别( s p e a k 目m c q g i i i 6 0 n ) ，人脸识别( f a c o g n “i o n ) ，密码测试( c 嘲p t o g r 印h i ct t i n g ) 等等。点。普适计算的其他研究方向有；信息捕获、网络信息传输硬件制造技术、电池技术软件系统设计家庭网络化安全隐私近年来，面向普适环境的计算机支持的协同工作已经开始成为新的研究方向和研究热2 2 计算机支持协同工作计算机技术的发展把人类社会带入了信息化的时代。随着信息化进程的深入，通信技术与计算机及网络技术的融合产生了一个新的研究领域一一计算机支持的协同工作( c o m p u t e rs u p p o r t 酣c o o p e 嘣i v ew o r k ，c s c w ) 。它是信息化进程发展的一种必然产物。它将极大地提高人们的工作效率，促进社会生产力的发展，深刻地影响人类群体生产方式、7营适环境下实时m i 刊若干感知问题的州究作方式和生活方式。2 2 1c s c w 概念协同科学和c s c w 技术的发展。可以追溯到2 0 世纪6 0 年代，美国的d 英格巴发表了一篇题为“ac o n c e p t u a lf r 啪e w o r kf o rt 1 1 ea u 鲫e n 诅t i o no f m 粕si n t e l l e c t ”的文章，不仅对于超文本的研究起了重要作用，而且对于c s c w 的研究开发也起了开创性的作用；到了2 0 世纪7 0 年代，德国斯图加特大学物理学家赫尔曼哈肯教授( h e m h a l ( e n ) 在研究激光理论的过程中，经过十几年的努力逐步形成了“协同学的基本理论和观点”。赫尔曼教授本人还把协同学思想扩展到了计算机认知学科，在1 9 9 1 发表了一本重要的著作“s ”e r g e t i cc o m p u t e r sa n dc o g n h i o n at 0 p - d o w na p p r 饷c ht 0n e u r a in e t s ”，从而奠定了协同学的基础。1 9 8 4 年m i t 的艾琳格雷夫( i r e n eg r i e f ) 利d e c 的保罗卡什曼( p a u lc a s h m a n ) 两1 _ 7 = 研究员止式提出了c s c w 的概念。g r e i f 【2 4 】把c s c w 定义为“一个关于计算机在群体j ：作中的角色的独特的研究领域”，并强调了群体是分析c s c w 的核心。目前比较“泛接受的c s c w 定义是：地域分散的一个群体借助计算机及其网络技术。共同协调与协作来完成一项任务。总的来说，协同学是研究协同的科学。是一种主要研究开放系统的系统理论。在这种理论中接受一般系统理论的基本结论，把一切研究对象看成由组元、部分或者子系统构成的系统。这些子系统通过物质、能量或信息交换等方法相互作用，将整个系统形成一种整体效应和新型的籀体结构。协同科学把不同学科共同存在的共同现象抽取出来作为其研究对象，研究协同的本质、协同的结构、协同的描述模型、协同的作用、协同的研究方法和支撑及其应用等。随着c s c w 概念的提出，其潜在的研究和应用价值吸引了越来越多的研究乖i 开发投入。美国和欧洲在c s c w 领域处于领先地位。a c m 主办的c s c w 系列会议，从1 9 8 6 年起每两年在北美召开一次是c s c w 领域最高水平的会议。欧洲一些研究机构组织的e c s c w 系列。从1 9 8 9 年开始。每两年在欧洲各国轮流钽开，也具有较高的学术水平。国内关于c s c w 豹研究源于分布式多媒体领域，清华大学、浙江大学、国防科技大学、南京大学最早开始了对会议系统和协同编辑系统的研究。从i 斡5 年开始全面引进c s c w 的基本概念、系统结构、关键技术及典型应用。计算机世界报于当年9 月出版了由中科院计算所c a d 开放实验室组织的c s c w 专题综述。同年通讯学报和软件世界杂志也介绍了国外一些有代表性的c s c w 方面的研究。1 9 9 8 年1 2 月3 4 日在清华大学成功举办了第一次全国c s c w 学术会议标志着c s c w 研究已经在我国逐步开展起来并取得初步成果。8浙江人学顿j 。学位论文蒋适环境下实时协同若干感知问题的研究2 2 2 普适环境下c s c w 的特点未米的c s c w 系统，将被用来支持面向普适环境的执同工作。其具有的特点有：1 随时随地的协同：用户可以利用多种设备( 如：掌上电脑、笔记本电脑、智能手机等) 通过当时可接入的网络( 如：l a n ，w a n ，蓝牙a d h o c 网络等) 随时随地参与到正在进行的协同设计、协同编著等协同i ：作中。2 灵活便捷的即兴编辑：用户可以利用各种设备联系分布在空间上不同场所的相关人员完成与编辑相关的临时、即兴的任务。3 高度的柔性：c s c w 的柔性可以定义为c s c w 在不同的状态或模式间进行动态改变的能力【2 5 】。柔性表现在应用领域是指c s c w 工具能支持多种应用；柔性表现在功能领域中是指允许从同步转向异步，或从异步转向同步。同时团队大小和交互控制可以改变；柔性在技术领域表现为系统能够兼容不同的软硬件平台、操作系统、窗口系统、g u l 、不同的a u d i o和v j d e o 格式的能力。普适环境中的产品的并行开发过程是一个复杂的交互过程，用户选用各自的辅助t 具，进行各自的1 作，因此，支持普适环境的c s c w 要求具备高度的柔性。4 人机交互技术和上下文感知成为c s c w 的关键问题。c s c w 的接口除了提供给用户操纵的方便性和友好性外，还需要使其适应群组i ：作模式，使用户感知到他用户的合作，并且本地用户的动作也能被他用户便捷地感知。普适计算的目标是使计算设备和技术“消失”在用户日常生活和工作任务的背景当中，保证用户在得到计算服务的同时无需觉察计算机的存在和为此而分心，从而使其注意力回归到要完成的任务本身。然而。人机交互的模式却绝大部分仍然停留在桌面计算范式下，繁琐而低效的交互过程严熏地增加了用户的认知负担，干扰了其正常任务，从而影响用户对计算机应用系统的整体评价。因此，人机交互和上下文感知成为普适环境下c s c w 的一个关键问题。2 2 3c s c w 的研究现状8 a n n o n 和s c h m i d t 【2 6 】在1 9 3 9 年提出：“c s c w 应致力于研究协同工作的本质和特征并以此为基础来设计出具有足够的计算机技术支持的协同工作的信息系统”。1 9 9 1 年g e n b e 唱 2 7 】在对c s c w 的定义中强调群件( g r o u p 啪坤) 是从产品的角度来解释c s c w 系统，而c s c w 是研究设计、验证及实现群件的科学方法和技术。c s c w 的应用研究遍布于各个领域，从广义上说，凡是具有协同工作特征的，可用计算机及网络为技术支持手段的领域都可以归属于c s c w 的研究范围；凡在计算机及网络环境。r ，涉及共享信息和群体协同工作的都可以成为c s c w 的应用领域。c s c w 的应用研究领域日浙江人学坝f j 学位论文普适环境下实时协问若干感知问题的纠究主要包括：军事应用、工业应用、协同计算机辅助设计、即时通讯、办公自动化和管理信息系统、医疗应用、远程教育、电子商务与商业、贸易、金融的应用、电子政务与各级政府部门的协调和决策支持。在过去的几年里。c s c w 的研究主要集中在与协同设计相关的应用、关键技术的研究。与协同设计研究相关的协同设计系统主要有协同文本编辑系统、白板类系统、协同图形编辑系统。协同文本编辑系统由于功能的岗限性，已经不再成为协同研究的关注点。自板类系统最典型的如m i c r o s o nn e n e e t h l g 中的白板，它可以简单仿真可擦写的绘图板，是一种最简单的共享图形工作空间。具有严格的w y s l w i s 显示功能，多个协同设计站点可以对共享区域进行简单图形绘制和擦除功能同时具有少量位图设计工具，但这些对象信息往往还是以矢量方式表达和发送，系统缺乏协同设计需要的协同感知功能，因而其协作性能较差。白板系统的共享工作空间往往是集中控制。类似n 咖曲譬的白板是一种应用共享系统，这类系统的协同绘图功能非常有限。通常被集成到远程多媒体会议系统中，而会议系统更多考虑的是诸如多媒体音频、视频功能的网络通讯方面的问题。协同图形编辑系统目前在国内和国外都有一些这方面的原型系统。在国外，c s u n 的g r a c e 系统和g r e e n b e f g 的绘图：具 2 8 】对图形对象协同设计涉及的多个主要问题进行了深入的研究，是一个在分布式环境卜能较好实现图形协同设计的原犁系统。这些图形协同殴计系统具有先进的体系结构，但许多问题的解决还是局限于简单的图形对象，原烈系统的建立主要是针对图形协同设计的主要问题的研究。国内关于c s c w 的研究开始较晚，总体看来还处于起步阶段。1 9 9 5 年以来已有若干单位开展c s c w 的研究，如清华大学、中科院、浙江大学、东北大学、国防科技大学等都发表过有关成果和科技论文。一些大型国家科技项目也开始涉足c s c w 领域，如国家“九五”重点科技项目“现代计算机信息网络及其应用关键技术研究”便设立了子专题“计算机协同工作技术”。特别是1 9 9 8 年1 2 月以来，在清华大学史美林教授、中科院的林宗楷教授等人的带领下，由国家自然科学基金委员会支持，己连续召开了多届c c s c w 学术会议。国内的研究集中于c s c w 的理论与模型、多媒体会议系统、协同编著系统、c s c w 系统安全、c s c w 与牡会科学等主题。清华人学【1 1 7 的实时协同设计的阪型系统c o d e s i g n 提供了一个共享的虚拟绘图板v d b ，类似了_ 电子匀板的功能，同时还提供较专业化的c a d 绘图工具。华中理工大学、藤安交通大学【1 2 8 】等也都纷纷提出自己的c s c w 系统结构模型浙江大学计算机系1 9 9 9 年在国家自然科学基金的资助下完成了“图案c a d ，c a m 协同工作技术的研究及应用”课题【5 4 】，并将这研究课题的成果成功应用到团家8 6 3 自动化技术领域c i m s 主题目标产品发展项目新一代轻纺图案c a d c a m 系统中。浙江大学普适协同实验室的c o d e s i g r i 【4 7 】是一个协同编著系统，系统集成了文本、图形、1 0浙江人+ 坝1 学化论文普适叫、境下实时汕川z ：干堪，j l j 问题的1 l j | 咒图像、语音、视频等多媒体信息。系统提供了一个共享的虚拟绘图扳，其类似丁j 电子白板的功能，同时还提供更专业化的c a d 绘图工具。c o d e s i 印采用了分布对等的体系结构，它主要是作为一个协同设计的支撑系统。浙江大学普适协同实验室的c i m e s 【4 2 】主要关注在分布式环境下协同图像的编辑功能和相关关键问题的研究。然而，c s c w 毕竟是一个多学科交叉的新兴研究领域，对它的研究和设计难度很大，涉及系统结构、高速多媒体通信协议、多用户协作机制、同步机制、人机接口、群体感知等等各方面的内容，需要计算机科学、社会学、心理学等各方面的专家共同协作。目前，c s c w理论及应用不仅技术没有统一标准，而且术语、概念、理论体系等也还没有公认的定义。因此制定包括体系结构、层次协议、互连模式、创作j 二序、多媒体传输同步控制和协议、协作机制、人机交互，人人交互、多用户并发控制以及群体感知机制等各项内霹的技术标准己成为发展c s c w 技术的迫切任务。2 3 3 1 协同关键技术的研究现状协同 作关键技术的研究包括体系结构、一致性维护、锁机制、并行控制、因果保持、意图保持等。加拿大由g 他b e r g 领导的g f o u p l a b 实验室在群组体系结构方面【5 6 】进行了研究涉及的主要项目有c o l l a b y ( 用于媒体空间和群件应用快速原型开发的工具) ，g r o u p k i t ( 用于构建实时分布式会议的易学习群件工具) ，p h i d g 啦( 一个易于u s b ，无线应用等编程的组件屏蔽底层细：宵，展现传统的界面g u i ) 。在锁机制方向有s u n f 2 9 】的细粒度锁( f i n e - g m i nl o c k i n g ) ，d a v i dc h e n 和s u n 【3 4 】的可选锁( o p t i o n a ll o c k i n g ) 、响应锁( 佗s p o i l s i v el o c k i n g ) ，l _ x u e ，k z h a l l g 和s u n 【3 5 】的