Virtual Bratislava & Semantic Web

Andrej Ferko
Graz University of Technology, A-8010 Graz, Austria
Comenius University, SK-842 48 Bratislava, Slovakia
ferko@fmph.uniba.sk

ABSTRAKT. 
Pre slovenských IT top managerov tento článok ukazuje budúcu tvár spoločnosti a technológie cyber cities ako vrstvy semantic web. Cyber city (teda aj budúca Virtual Bratislava, projekt pod záštitou pána prezidenta SR Rudolfa Schustera) bude slúžiť ako dokumentačná, komunikačná a obývateľná alternatíva reálneho mesta. Semantic web bude fungovať na vyjadrovanie významov, reprezentáciu vedomostí a budovanie ontológií pre virtuálnych agentov, syntetických hercov či empatických avatarov na všestranný rozvoj poznania. Táto iniciatíva ide mať eminentný význam pre budovanie poznatkovo orientovanej spločnosti (knowledge based society), oi. smiechovej kultúry, nového štýlu života a obchodu.

O autorovi: 
Učiteľ počítačovej grafiky, spoluorganizátor medzinárodných vedeckých a odborných podujatí – Spring Conference on Computer Graphics, Central European Seminar on Computer Graphics, East-West Vision ai. Skúma počítačovú grafiku, výpočtovú geometriu, globálnu normotvorbu pre grafické systémy a širšie kontexty IT. Člen Výboru Literárneho fondu pre vedeckú a odbornú literatúru a počítačové programy a predseda Terminologickej komisie Jednoty slovenských matematikov a fyzikov. Je známy aj ako spisovateľ a scenárista. V súčasnosti pôsobi na TU Graz. Jeho najnovšia kniha je O divadelnej réžii webstránok a o filmovej réžii virtuálnej reality. Autor doteraz (podľa hlasovania účastníkov) najúspešnejšej série prezentácií  na ITTT (Paradoxy multimédií 1999, Lesk a bieda virtuálnej reality 2000, Mocenské aspekty IT alebo Dúchanie do IT pahrieb 2001).

Úvod a motivácia

	Donedávna sa zdalo, že hlavnou (najzložitejšou) výzvou pre výskum novej informačnej technológie bude divadlo, no najnovší vývoj speje skôr k divadlu sveta a syntetických divadiel už je rádovo menej než syntetických miest - cyber cities. A nikto nie menší ako Tim Berners-Lee, autor WWW, už vidí novú podobu siete sietí – semantic web. 
Virtuálnym mestám patrí obrovská budúcnosť. Stovky modelov na Internete majú parádne aplikácie pre reklamu, telekomunikácie, propagáciu, urbanistiku, kataster, turistiku, dopravu... dokonca aj pre simulovanie lokálnej vetristosti okolo viedenskej Tech Gate. Magistráty, ktoré ich podľa zákona vlastnia, na nich výborne zarábajú. Pracuje sa dokonca na trojrozmernom telefónnom zozname: uvidíte, kam voláte. Virtuálne mesto šetrí pri dnešnej technológii predovšetkým veľké náklady pri rozvoji telekomunikačnej infraštruktúry, takže prvým prominentným zákazníkom sú skoro všade telekomunikácie [Lebe01]. Paríž, Praha a Graz patria v Európe k najlepšie spracovaným mestám. V časti virtuálneho Paríža možno s potrebným náročným technickým vybavením skutočne robiť virtuálnu turistiku, kým Virtual Old Prague zase poskytuje ilúziu prechádzky pri minimálnom vybavení. Graz sa dokonca pravidelne letecky snímkuje v infračervenej oblasti, aby sa dali včas rozoznať choré stromy v metskej zeleni!
Na internete sú zvyčajne prístupné niektoré časti modelu mesta a zákony v niektorých krajinách zakazujú publikovať informácie, ktoré by sa dali použiť na plánovanie teroristických útokov. Infračervené snímky vegetácie by aj sotva koho zaujímali, no informácia z nich ostáva legitímnou a potrebnou časťou jednej vrstvy modelu mesta.  

Virtual Bratislava

Virtuálnym mestám patrí obrovská budúcnosť. Pre hlavné mesto Slovenska je však viac ako výstižné ho v súčasnosti prezentovať obrázkom z minulosti. 

Obr. 1. Bratislava, veduta z 18. storočia na web stránke magistrátu.

Koncom roka 2001 sa úspešne skončil EU projekt ortofotomapy Bratislavy, ktorého údaje pri kombinácii s modelom terénu umožnia fakticky technicky realizovať virtuálnu Bratislavu. Ide o veľké historické rozhodnutie, ktoré v súčasnosti nevyhnutne robí a urobí každé veľkomesto, nota bene hlavné mestá. Iným smerom sa uberá virtuálna archeológia, takže internet dovoľuje navštíviť Pompeje či starobylý Tenochtitlan. Pre reálne aj fiktívne virtuálne mestá sa zaužívava označenie virtual habitat [Karn02], ktoré vyjadruje, že syntetické prostredia obývajú aj syntetické populácie. Okrem miest, ktoré existovali alebo existujú, sa s úspechom vytvorili aj mestá fiktívne, ktoré slúžia ako rozšírenie priestoru pre trhové aktivity alebo sociálnu komunikáciu alebo na odohrávanie sa príbehov a interakcií v počítačových hrách. 

Obr. 2. Bratislava, ortofotomapa z 21. storočia na web stránke magistrátu.

Doposiaľ použité technológie možno rozdeliť do troch skupín: pomocou statických obrázkov (napr. Prezidentský palác v Bratislave), pomocou QuickTimeVR panorám (mnohé virtuálne múzeá) a skutočné 3D modely v kódovaní VRML. V prvom prípade ide o malý počet statických obrázkov, takže syntetická kamera sa nedá ovládať. Panorámy umožňujú meniť smer pohľadu z daného miesta. VRML model poskytuje úplnu navigáciu. 
V pripade trojrozmerného priestorového modelu mesta nejde o hračku, ale o veľmi atraktívne miesto na internete na reklamu, telekomunikacne, cestovnoruchove a ine pouzitie, ako su miesta pre elektronicke obchody, "zhodne" s miestami tych istych obchodov v meste. Priestorový model sa prednostne využíva na štúdium navrhovaných alternatív nového osvetlenia mesta. Simulácie osvetlení najprv na počítačovom modeli znižujú náklady a zvyšujú kvalifikovanosť finálnych rozhodnutí.
Budovanie priestorového modelu virtuálneho mesta je mnohoročný proces a v každom konkrétnom pripade (Paríž, Graz, Viedeň, Praha, Varšava, Ľubľana) sa uberá jedinečnou cestou. Niekde ako turisticka atrakcia, inde ako nástroj práce s katastrom, akademický výskum alebo spôsob urbanistického plánovania...  Treba zosúladiť mnoho aspektov a náhľadov na to, ako bude mesto vyzerať vo svojom virtualnom dvojnikovi na spoločný prospech všetkých budúcich návštevníkov a virtuálnych obyvateľov priestorového modelu mesta.
Prezentácii i reprezentácii miest a štátov vo vzdialenejšej budúcnosti pribudne na internete 24 hodín denne pôsobiaci „kanál“ – virtuálne historické jadrá miest, po ktorých sa budú môcť prechádzať a informovať záujemci kedykoľvek a kdekoľvek na svete. Ukazuje sa, že cyber city je mimoriadne atraktívna vstupná brána. V nasledujúcom zhrnieme postup pri tvorbe modelu mesta, ktorý sa dá použiť aj pre hry alebo virtuálnu archeológiu. Ide o kombináciu metód počítačovej grafiky a počítačového videnia [Leon00] a o virtuálnu interakciu  [Qvor01]. Ide teda o dve relatívne nezávislé etapy: 
1.	Tvorba virtuálneho prostredia  pre navigáciu a kooperáciu  
2.	Návrh virtuálnej interakcie (navigácia, kooperácia, interactive digital storytelling).
Horeuvedené dve knihy predstavujú v súčasnosti zrejme najlepšie knižné pramene, no v praxi treba sledovať najnovšie publikované projekty, napr. Využitie lacného videozáznamu na tvorbu modelov budov  [Pole01] alebo využitie polohy hlavy a výrazov tváre na rozšírenie uživateľského rozhrania pre človeka, ktorého v reánom čase snímame pri jeho počítači jeho webkamerou [ZiSt02]. Teraz presnejšie špecifikujeme jednotlivé podproblémy.
A. Tvorba virtuálneho prostredia  pre navigáciu a kooperáciu znamená vytváranie fotorealistických virtuálnych prostredí z existujúcich nasnímaných alebo simulovaných dát . Pretože s výnimkou niektorých známych stavieb postavených podľa matematických výrazov (elipsoid, hyperboloid) nepoznáme analytický model miest a budov, musíme dostatočne presne namerať model terénu, spracovať letecké snímky, prípadne ručne spracovať komplikované strechy ako súbor 3D čiar. V projekte Virtual Old Prague sa vtipne zaobišli bez drahých leteckých snímok, návštevník vidí len fasády, čo je ale pre turistický pohľad viac než dostačujúce - http://www.ms.mff.cuni.cz/vsp/mainfr.php4. 
Obrázkovú ilustráciu práve uvedeného postupu až po úroveň animácií možno nájsť na http://www.vrvis.at/ar2/city_model/block/index.html.
B. 3D modelovanie a renderovanie pre prostredie WWW predstavuje súbor  riešení iných “browser dependent” problémov, napr.
   	- optimalizácia spotreby času a pamäti
  	- fotorealistické zobrazovanie a vizualizácia, prototyp exteriéru a interiéru vo VRML a QuickTime VR s možnými úrovňami detailov (Virtual Old Prague má tri, kým Virtual Sagallassos ich má prakticky neobmedzený počet)
C. Vývoj základných nástrojov na komunikáciu a kooperáciu. Model mesta umožňuje nové formy navigácie, komunikácie a kooperácie, ktoré uspejú vtedy, keď ľuďom naozaj uľahčia život alebo informovanosť. V danom konkrétnom prostredí treba navrhnúť a realizovať: 
 	- alternatívy navigácie a kooperácie,
- prepojenie modelu na multimediálnu databázu (príbehy, počasie, informácie…), 
-	dynamický portál pre rôzne typy návštev (začiatočník, pokročilý, umelec…)
Funkčnosť mnohých alternatív cyber city sa v súčasnosti intenzívne skúma teoreticky aj experimentálne.
D. Vystavenie a prevádzka virtuálneho mesta na WWW. Tu už platia jednak zaužívané formy a spôsoby používania internetu (WIMP, FAQ, mailing list, e-mail, ftp) ale aj nové možnosti (živá kamera v Grazi, ktorú možno interaktívne otáčať, komunikácia s avatarom vo virtuálnej katedrále v Siene, prepínanie panorám na stránke UNESCO World Cultural Heritage…). Do virtuálnych miest - a virtuálnych populácií - sa prenáša mnohé z komunikácie, na jednej strane sa odľahčujú tradičné komunikačné kanály ako telefón, na strane druhej sa už zaznamenali aj mnohoraké problémy s porušením zákona. 
Jednu z výziev pre výskum virtuálneho prostredia vyjadruje podtitul knihy J. Žáru – láskavý sprievodca virtuálnymi svetmi. Ako  rozšíriť používateľské rozhranie počítač - človek a naopak o pre človeka najprirodzenejší spôsob komunikácie, a to neverbálnej komunikácie pomocou pohybu hlavy a výrazov tváre? Systém snímania a získavania informácii o pohybe hlavy a výrazov v tvári by mal pracovať v reálnom čase, čo by malo umožniť využitie týchto dát na interakciu, ovládanie aplikácie alebo prenos emocionálno – vizuálnej informácie po sieti v reálnom čase. Na získanie požadovaných dát treba optickú metódu technológie snímania pohybu (Motion Capture) [Eyem02]. Kým poloha hlavy sa dá vyjadriť geometricky, na výrazy tváre ako emotívne signály bolo treba vyvinúť spôsob  [Gach01], ktorý sa stal súčasťou normy MPEG-4. Táto norma a jej budúce rozšírenie MPEG-7 sa majú spolu s XML, rozšírením HTML , a X3D, rozšírením VRML, stať podstatnými inováciami pre premenu WWW na WWD (pavučiny na databázu). 

Semantic web

Finálny cieľ  budúcej technológie sa v súčasnosti podľa autora World Wide Web nazýva semantic web [Bern01]. Empatickí avatari by nám mali sprostredkúvať ontológie a obsahom riadenú komunikáciu, takže hľadať by sme mali v budúcnosti hoci veselého Mateja Bela, ktorý nás prevedie svojou verziou virtuálnej Bratislavy. 
Touto okľukou cez budúcnosť sa vraciame k príbehu, najstaršiemu formátu na kódovanie a odovzdávanie vedomostí. Aj keď vytvoríme scenár animácie alebo interaktívneho príbehu pre prvú návštevu virtuálneho mesta a obsadíme do jednotlivých uloh vysoko variabilných syntetických hercov s emotívnym prejavom, budeme  zrejme ešte experimentovať s multimodálnou komunikáciou – zapájaním viacerých druhov obrazov a zvukov I prípadnou aktivizáciou ďalších ľudských zmyslov – živý sprievodca nás môže upútať aj voňavkou. 
Príbehová forma komunikácie vedie k tomu, aby sa tvorca multimediálneho titulu stal divadelným a filmovým režisérom (digital director) [Spie02]. Takže aj v budúcnosti vo všeobecnosti pôjde o príbehovú formu komunikácie (digital storytelling), spojenú s technológiou mnohými, možno doteraz ani nepublikovanými spôsobmi. Jednou z vrstiev komunikácie, ktorá takto doposiaľ – na rozdiel od klasickej tlačenej literárnej komunikácie - nebola analyzovaná, je smiechová kultúra. 
Ruský vedec Michail Bachtin to sumarizuje pre literatúru takto: 
     	“It could be said (with certain reservations, of course) that a person of the Middle Ages lived, as it were, two lives: one that was the official life, monolithically serious and gloomy, subjugated to a strict hierarchical order, full of terror, dogmatism, reverence and piety; the other was the life of the carnival square, free and unrestricted, full of ambivalent laughter, blasphemy, the profanation of everything sacred, full of debasing and obscenities, familiar contact with everyone and everything. Both these lives were legitimate, but separated by strict temporal boundaries.”
	Informačná technológia prináša 500 rokov po kníhtlači nový všeobecne prijímaný spôsob komunikácie a nové medium, ktoré je na rozdiel od knihy lacné. 

Obr. 3. Aj skutočné mesto nemusí byť vnímateľné iba vážne.

Semantic web sa už teraz masovo používa aj v tomto zmysle. Veda sa bude musieť nanovo zaoberať aj týmto fenoménom. Virtuálne mestá na semantickom webe nebudú iba vážne. Nebudeme tam chodiť iba šetriť časom, ale aj časom plytvať a výborne sa zabávať. 

Záver
Modelovanie reality patrí k najstarším ľudským vynálezom. Pokúsili sme sa poukázať na budúcu tvár spoločnosti a technológie cyber cities ako vrstvy semantic web. Cyber city (teda aj budúca Virtual Bratislava, projekt pod záštitou pána prezidenta SR Rudolfa Schustera) bude slúžiť ako dokumentačná, komunikačná a obývateľná alternatíva reálneho mesta. Semantic web bude fungovať na vyjadrovanie významov, reprezentáciu vedomostí a budovanie ontológií pre virtuálnych agentov, syntetických hercov či empatických avatarov na všestranný rozvoj poznania. Táto iniciatíva ide mať eminentný význam pre budovanie poznatkovo orientovanej spločnosti (knowledge based society), oi. smiechovej kultúry, nového štýlu života a obchodu. 
Slovensko katastrofálne týmto smerom mešká a ostáva vari jediným štátom, ktorý nemá prijaté ani len zásady informačnej politiky. Virtuálna Bratislava je ojedinelým projektom, ktorý napriek mnohým bariéram, z ktorých najvážnejšou sa zdá dlhodobá a systematická likvidácia niekdajšej kvality slovenskej informatiky výsmešnými platmi v akademickej sfére, úspešne napreduje. Zatiaľ.

Pramene
[Bern01] Berners-Lee, T. et al. 2001.  The Semantic Web. Scientific American, May 2001.
http://www.sciam.com/article.cfm?articleID=00048144-10D2-1C70-84A9809EC588EF21.

[Eyem02] Eyematic Interface Page. 2002. Professional 3D Facial Animation Toolset at SIGGRAPH 2002.
http://www.eyematic.com

[Gach01] GACHERY, S. - MAGNENAT-THALMANN, N. 2001.  Designing MPEG-4 Facial Animation Tables for Web Applications, MiraLab - University of Geneva, www.miralab.unige.ch

[Karn01] KARNER, K. et al. 2001. Virtual Habitat. 

[Lebe01] LEBERL, F. 2001. Bildanalyse und  Computergrafik. Web Lecture Notes.

[Leon00] LEONARDIS, A. et al (eds). Proceedings of the NATO Advanced Research Workshop on Confluence of Computer Vision and Computer Graphics, ISBN 0-7923-6611-5, 2000 Kluwer Academic Publisher.

[Pole01] POLLEFEYS, M. 2002. Obtaining 3D Models with Hand-held Camera. ACM SIGGRAPH 2002 Course Notes 54.

[Qvor01] QVORTRUP, L. ed. 2001. Virtual Interaction: Interaction in Virtual Inhabited 3D Worlds. Springer-Verlag London Berlin Heidelberg. ISBN 1-85233-331-6

[Spie02] SPIERLING, U. et al. 2002. Setting the Scene: Plazing Digital Director in Interactive Storytelling and Creation. Computers 7 Graphics 26 (2002) pp. 31-44.

[Stan00] STANEK, S., New Ways of Facial Motion Capture, Spring Conference on Computer Graphics and Its Applications 2000, Comenius University, Bratislava, pp. 34 – 35, ISSN 1335-5694

[WSPG02] Web stranka Parallel Graphics
http://www.parallelgraphics.com

[WSCC01] Web stranka Cyber Cities.
http://www.intoronto.com/cities/home.html

[WSVRVis01]  VRVis, TU Graz.
http://www.vrvis.at/ar2/city_model/block/index.html

[ZiSt02] ZIMANYI, M. – STANEK, S. 2002. Facing Virtual Habitat: Range-Images Face Reconstruction and Real-faced Avatars. Pp. 253-255. In LEBERL, F. – FERKO, A. 2002. (Eds.) East-West Vision 2002. ISBN 3-85403-163-7. Vienna: OCG 2002.