Descrizione Semantica ad Alto Livello di Ambienti Virtuali in X3D Laureando: De Faveri Alessandro Relatore: Chia.mo Prof. Fabio Pittarello

Obiettivi Il numero di ambienti virtuali sul web è in continuo aumento. Questo fattore, induce problemi di gestione, ricerca ed uso delle informazioni. Non esiste ad oggi, un metodo per la descrizione ad alto livello di mondi tridimensionali (descrizione degli oggetti e delle relazioni che intercorrono tra loro). Questo metodo dovrebbe permettere l’aggiunta di informazioni semantiche in maniera semplice e veloce, senza modificare la struttura del documento. Aumento uso del 3D su Web. Problemi di gestione, ricerca e fruizione. Non esiste un sistema standard. Necessità di descrizioni ad alto livello (di oggetti e relazioni) senza stravolgere i documenti 3D (aggiungere info con facilità)

Il 3D per il Web Il nuovo linguaggio standard per il 3D sul Web è X3D, derivato da VRML. Promosso dal Web3D Consortium. Standard ISO/IEC 19775:2004. X3D utilizza XML per definire la sintassi. Sono presenti dei nodi metadata per aggiungere informazioni ai vari nodi. Logo web3d + x3d. X3d nuovo standard: uso di XML (info strutturate). Presenza dei nodi metadata.

Lo standard MPEG-7 Nato per descrivere i contenuti dei documenti multimediali. Può essere utilizzato per diversi tipi di documenti: immagini, audio, video, ecc… In alcuni lavori, è stato utilizzato per descrivere ambienti virtuali. La descrizione è indipendente dal medium preso in esame. Per ogni elemento presente, si possono rappresentare diverse features, sia a basso livello (dimensioni, colori, ecc..) sia ad alto livello (relazioni spaziali con gli altri elementi, ecc.). Nato per descrivere documenti multimediali. In esempi visti, descrizione legata alla scena. Logo mpeg7 vedi paragrafo tesi. Features elementi + relazioni

Utilizzo di MPEG7 – un esempio Lavoro di P. Halabala per la descrizione di ambienti virtuali in X3D. MPEG-7 permette di descrivere relazioni non presenti nello schema ad albero di X3D come la possibilità di utilizzare elementi condivisi. Il lavoro prevede l’uso di un’ontologia esterna (dipendente dalla scena). halabala

Il Web Semantico "The Semantic Web is an extension of the current web in which information is given well-defined meaning, better enabling computers and people to work in cooperation." -- Tim Berners-Lee, James Hendler, Ora Lassila, The Semantic Web, Scientific American, May 2001 La ricerca di informazioni nel web è spesso imprecisa e presenta falsi positivi. È necessario arricchire le informazioni presenti con dati che ne descrivano la semantica e possano essere interpretati da una macchina o da un utente. Il Web Semantico, un progetto del W3C, è un insieme di regole, linguaggi e tools per ottenere questo scopo. Nato per descrivere documenti ipertestuali. Torre del web semantico. Nuovo modo per fornire semantica al web (solitamente ipertesti)

Oggetti Geometrici e Oggetti Semantici Un Oggetto Geometrico è una forma geometrica di basso livello presente in un ambiente virtuale come un cilindro o una mesh. Uno o più oggetti geometrici possono formare un Oggetto Semantico aggiungendo dei metadati che descrivano l’oggetto. Più Oggetti Semantici possono formare nuovi Oggetti Semantici, formando una struttura gerarchica. Definizioni + esempio grafico stanze

Spazi Semantici: Interaction Loci Al fine di avere una descrizione più completa e precisa, alcuni oggetti semantici vengono associati ad uno spazio. Questo spazio è detto Interaction Locus. Si tratta di porzioni di spazio delimitate che hanno proprietà o significati specifici. Individualità morfologica. Sono tipicamente associati a categorie di azioni permesse e/o proibite all’interno di essi. Definizione. Uso per delimitare gli spazi. Anche gerarchici Descrizione più completa

Le informazioni semantiche Le informazioni relative agli oggetti e agli spazi semantici sono rappresentate in parte nel file X3D e in parte nell’ontologia. ontologia Oggetti Semantici Spazi Semantici X3D

L’ontologia Un’ontologia esterna in RDF/OWL è stata creata e utilizzata nella descrizione degli ambienti virtuali. L’ontologia è indipendente dalla scena e più documenti diversi possono riferirsi alla stessa. Viene utilizzata per specificare quali classi di oggetti possono essere presenti e quali relazioni possono intercorrere tra essi. Può essere utilizzata per determinare la validità delle informazioni semantiche presenti nel file X3D. Permette di specificare molte relazioni, tra le quali la quella di condivisione di un oggetto tra due oggetti di livello superiore. Altre relazioni permettono di definire dei sinonimi per gli oggetti e informazioni addizionali. File ontologia + immagini schemi articolo. Mettere immagine schema. Schema articolo. Da tradurre in italiano.

Associare una semantica agli oggetti nel file X3D Per completare la descrizione semantica nello specifico file X3D, gli oggetti geometrici vengono posti in relazione con le classi semantiche descritte nell’ontologia attraverso l’uso dei nodi metadata. Per descrivere l’ambiente, è stata utilizzata una struttura bottom-up. La descrizione include la specifica delle relazioni tra gli oggetti, ad esempio contenutoDa e condivisoDa. Oltre agli oggetti presenti nella scena, sono stati descritti anche degli oggetti detti “virtuali” composti da aggregazioni di oggetti semantici di livello inferiore. Nodi metadata set e string per oggetti e relazioni. Anche per oggetti virtuali. Condivisoda e contenutoda. Struttura bottomUp. Ontologia esterna indipendente dalla scena. <Transform DEF=...> <MetadataSet name="colonna" reference="Seconda colonna Est"> <MetadataString name="contenutoDa" value="colonnato est"/> </MetadataSet> <Shape DEF=...> ... </Shape> </Transform>

Associare una semantica agli Spazi nel file X3D Gli spazi sono stati delimitati utilizzando i nodi ProximitySensor. L’oggetto semantico viene legato allo spazio dalla relazione delimitatoDa. <MetadataSet name="sestiere" reference="San Marco"> <MetadataString name="delimitatoDa" value="san marco"/> <MetadataString name="contenutoDa" value="Venezia"/> </MetadataSet> Metadata nei proximity sensors e relazione boundedby. <ProximitySensor DEF=…> <MetadataSet name="Spazio_sestiere" reference="San Marco"> </MetadataSet> </ProximitySensor>

Scenari d’Uso Motori di ricerca per mondi tridimensionali. L’aggiunta di informazioni semantiche ad alto livello alle forme geometriche “grezze” permette di semplificare e automatizzare alcune operazioni sugli ambienti virtuali. Motori di ricerca per mondi tridimensionali. Scomposizione di ambienti virtuali e creazione di librerie di oggetti. Maggiore interazione con l’ambiente. Estrazione e visualizzazione automatica della struttura di un ambiente. Creazione di descrizioni ad alto livello di percorsi definiti all’interno di ambienti virtuali. Ricerca mondi virtuali. Scomposizione oggetti. Creazione librerie. Creazione percorsi. Descrizione percorsi ad alto livello. Possibili applicazioni sono la ricerca di ambienti virtuali, la loro scomposizione in oggetti, creazione della struttura di un documento la creazione automatica di descrizioni ad alto livello di percorsi virtuali a partire da una rappresentazione a basso livello (ad esempio, una polilinea), ecc.

Il prototipo File X3D con le informazioni semantiche Ontologia indipendente dalla scena in OWL File XML che contiene i punti del percorso. Componente java che estrae i metadati dal file X3D Componente Java che estrae gli oggetti e le relazioni dall’ontologia Componente java che estrae la posizione dell’utente nell’ambiente e gli spazi attraversati. Componente principale di coordinamento. X3D Estrazione metadati Informazioni di posizione Processo Principale Estrazione Struttura Architettura sistema e componenti. XML OWL

Caso di Studio <!ELEMENT Spazio_citta (citta)> <!ELEMENT citta (Spazio_canale | Spazio_sestiere)*> <!ELEMENT Spazio_canale (canale)> <!ELEMENT canale (Spazio_molo | barca)*> <!ELEMENT Spazio_molo (molo)> <!ELEMENT molo EMPTY> <!ELEMENT barca EMPTY> … <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <!DOCTYPE Spazio_citta SYSTEM "Venezia.dtd"> <Spazio_citta name="Spazio venezia" tipo="spazio"> <citta name="Venezia" tipo="oggetto" descrizione=“Venezia e’ un comune…”> <Spazio_canale name="Spazio Canal Grande " tipo="spazio"> <canale name="Canal Grande" tipo="oggetto"> <Spazio_molo name="Spazio Molo per il traghetto " tipo="spazio"> <molo name="Molo per il traghetto" tipo="oggetto" /> </Spazio_molo> <barca name="Barca 1" tipo="oggetto" /></canale></Spazio_canale> … Prototipo 3d, ontologia files forniti e ottenuti.

Conclusioni La proposta utilizza due standard del web: X3D e il Web Semantico. L’introduzione dei metadati nei documenti X3D avviene senza sostanziali modifiche al file permettendo di aggiornare velocemente i documenti esistenti. L’uso di un’ontologia esterna in OWL permette di utilizzare gli strumenti già disponibili per il web semantico. Il caso di studio considerato permette di fornire una descrizione gerarchica ad alto livello in XML di un percorso all’interno di un ambiente virtuale complesso.