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.

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.

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.).

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).

Il Web Semantico

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.

"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

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.

casa

piano tetto

stanza

parete soffitto pavimento

Livello 1

Livello 2

Livello 3

Livello 4

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.

Le informazioni semantiche

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

X3DX3D

ontologiaontologia

OggettiSemantici

SpaziSemantici

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.

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.

<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>

<ProximitySensor DEF=…> <MetadataSet name="Spazio_sestiere" reference="San Marco"> </MetadataSet></ProximitySensor>

Scenari d’Uso

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.

L’aggiunta di informazioni semantiche ad alto livello alle forme geometriche “grezze” permette di semplificare e automatizzare alcune operazioni sugli ambienti virtuali.

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

X3D

OWLOWL

Informazioni di posizione

Estrazione metadati

EstrazioneStruttura

ProcessoPrincipale

XMLXML

Caso di Studio

<?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>

…

<!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>

…

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.