Sviluppo di un sistema platform independent per gaming ed applicazioni interattive

Introduzione 
 
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L’idea fornita dall’ “Ubiquitous Computing” rappresenta proprio la 
possibilità di svincolare il computer al di fuori del “desktop”, avvicinandosi 
sempre più al mondo fisico reale, connettendo qualunque persona in 
qualsiasi luogo o momento e semplificando drasticamente la fase di 
apprendimento di ogni applicazione. 
In questo campo ci si è resi conto che i dispositivi hardware, messi a 
disposizione dalle varie case produttrici, sonno già pronti per questa nuova 
corrente di pensiero, mentre a livello software non esiste ancora un sistema 
in grado di supportare questo scambio di dati. 
 
Il contributo di questa tesi si colloca proprio in questo secondo ambito :  la 
realizzazione di una piattaforma software mobile in cui una sessione utente 
sia completamente indipendente e svincolata dall’hardware utilizzato. 
Per sviluppare questo software sono stati utilizzati computer e dispositivi 
palmari, con l’aggiunta di dispositivi di input gestuali di nuova concezione 
come ad esempio un guanto dotato di un sensore wireless in grado di 
catturare ed interpretare il movimento della mano dell’uomo.  
Il punto di partenza è stato un sistema software middleware 
precedentemente sviluppato, che permette di condividere applicazioni tra 
diversi dispositivi di input/output e tra diversi utenti tramite un server ed un 
application server. 
In seguito ad una prima fase di studio e di comprensione di questo 
middleware per cercarne possibili espansioni e miglioramenti, è stato 
sviluppato il software necessario per integrare nel sistema dispositivi di tipo 
palmare.  
Il porting per pda e tutto il middleware sono realizzati in ambiente Java per 
rendere il sistema compatibile con un elevato numero di dispositivi 
hardware. In un secondo momento si è poi creato una applicazione di prova 
per  testare il corretto funzionamento del sistema e per misurarne le sue 
potenzialità attraverso indicatori.. 
La scelta dell’applicazione benchmark per questo sistema è caduta su 
un’applicazione interattiva di gaming conosciuta in tutto il mondo: Pacman. 
Introduzione 
 
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Era già infatti presente una versione di Pacman in 3d, sviluppata utilizzando 
un porting di OpenGL per la virtual machine Java chiamato GL4Java. 
Purtroppo però non tutti i dispositivi possono supportare le GL4Java, quindi 
si è deciso di sviluppare parallelamente un pacman versione 
bidimensionale, con la possibilità di essere utilizzato anche su dispositivi 
con potenza di calcolo e memoria inferiore come i pda ed i telefoni cellulari 
di nuova generazione. Pacman rappresenta infatti una tipica applicazione 
dove è necessario condividere dati e codice, per poter giocare in 
multiutenza e con dispositivi di tipo diversi. Questa applicazione dimostra 
molto bene le potenzialità e le capacità della piattaforma anche per 
applicazioni che necessitano un maggiore scambio di informazioni 
attraverso la rete (come potrebbero richiedere anche applicazioni interattive 
e di gaming più complesse).  Naturalmente lo sviluppo di questa nuova 
applicazione è stato compiuto tenendo sempre in considerazione la 
necessità di poter essere usato da più utenti diversi contemporaneamente 
collegati con dispositivi di input e output differenti, e l’esigenza di poter 
essere eseguito sincronizzandosi con la versione tridimensionale attraverso 
il middleware. Con l’ausilio di codice già sviluppato in un’altra tesi, si è 
cercato di interfacciare ed utilizzare anche un guanto dotato di un 
accelerometro triassiale, capace di funzionare da inclinometro per poter 
leggere tutte le inclinazioni del corpo sul quale questo è appoggiato,  nel 
caso specifico proprio una mano. 
Come si può ben capire da questa breve introduzione, il primo sforzo di 
questa tesi è stato quello di ricercare applicativi già esistenti che potessero 
aiutarci a conseguire il risultato cercato. La seconda parte invece è servita 
nel modellare il codice già esistente secondo i nostri scopi prefissati, e nel 
creare poi un’applicazione nuova ad hoc proprio per poter testare le 
funzionalità e potenzialità di tutto il sistema. 
Introduzione 
 
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Nell’elaborazione di questa tesi si è poi deciso di seguire lo stesso ordine 
logico secondo il quale il progetto è stato sviluppato e portato avanti. 
In particolare nel primo capitolo di parlerà del middleware  già esistente 
utilizzato per lo studio e del software utilizzato per poter utilizzare il 
guanto. 
Nel secondo capitolo invece si discuterà dell’hardware ed i dispositivi 
utilizzati, evidenziando i problemi inerenti, incontrati nell’integrazione 
degli specifici dispositivi. 
Nel capitolo 3  invece si discuteranno i problemi superati a livello software, 
le soluzioni proposte e nel capitolo 4 si vedrà come è stata decisa 
l’implementazione del nuovo pacman bidimensionale. 
Infine nel capitolo 5 presenteremo i risultati riguardanti le rilevazioni di 
tempo e di prestazioni registrate alla conclusione del progetto e 
concluderemo discutendo dei possibili impieghi e sviluppi futuri di questo 
middleware, e dei miglioramenti da apportare per poter rendere tutto ancora 
più semplice, intuitivo e performante. 
Il Software utilizzato 
 
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Capitolo 1  
 
 
 
 
 
Il software utilizzato 
 
 
 
 
 
In questo primo capitolo studieremo in dettaglio la struttura del Session 
Management Platform, il middleware che ci fornirà il supporto necessario 
per la comunicazione fra i vari dispositivi. Analizzeremo la sua struttura, il 
suo funzionamento e i possibili sviluppi futuri.  
In seguito sposteremo la nostra attenzione sull’interfaccia Software per il 
sistema wireless di controllo gestuale. Questo software ci permetterà di 
testare il sistema utilizzando come dispositivo di input un guanto in grado 
di catturare il movimento della mano per poter pilotare o comandare un 
qualsiasi dispositivo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Il Software utilizzato 
 
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1.1 Introduzione al Middleware  
 
 
Senza alcun dubbio la sfera cognitiva informatica è sempre stata 
caratterizzata dal binomio inscindibile utente - pc, ovvero dall’associazione 
di una persona ad un solo personal computer. Il concetto di “Ubiquitous 
computing” e le moderne tecnologie sconvolgono però questo binomio 
iniziale. Grazie infatti al continuo miglioramento delle tecnologie di 
drogaggio del silicio è stato possibile raggiungere livelli di 
miniaturizzazione talmente elevati da poter incominciare a parlare di 
nanotecnologia. Grazie a quest’ultima è stato infatti possibile creare 
dispositivi portatili sempre più piccoli e leggeri: un esempio di questi 
possono essere i PDA e gli smartphone attualmente sul mercato. Essi 
integrano capacità computazionali estremamente elevate e allo stesso tempo 
dimensioni e consumi molto contenuti. Come predice la legge di Moore 
(l'evoluzione elettronica porta a un raddoppio della capacità elaborativa 
dei computer ogni 18 mesi), la tendenza alla miniaturizzazione avanza 
tutt’oggi inesorabilmente . Allo stato attuale l’utente non utilizza più un 
solo pc, che accende usa e 
infine spegne, ma ha una 
serie di dispositivi tutti in 
grado di comunicare fra loro. 
L’utente non è più per forza 
legato esclusivamente ad un 
dispositivo, anzi ne può 
usare contemporaneamente 
più di uno; potrebbe addirittura utilizzare l’input di un sistema (ad esempio 
di "motion capture") e l’output di un altro (ad esempio un televisore al 
plasma collegato ad un pc). Oltre a ciò l’utente è in grado di spostarsi 
portando con se alcuni device, mentre è costretto ad abbandonarne altri  
lasciandone liberi per eventuali altri utenti. Inoltre  spostandosi, l’utente 
Figura 1.1: Possibili collegamenti di un utente a 
diversi device 
Il Software utilizzato 
 
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può avvicinarsi ad alcuni device che, rilevando la posizione dell’utente, 
possono iniziare ad offrire servizi. Il sistema progettato è conscio di questa 
dinamicità dello stato dell’utente ed è quindi in grado di gestisce la 
sincronizzazione di tutti questi dispositivi. 
 
Altri problemi che vengono gestiti dal Platform sono  
 
 
 
ƒ lo stato di tutti i dispositivi. Questi infatti possono essere connessi o 
disconnessi, liberi o occupati. Questo stato viene quindi comunicato 
a tutti gli utenti collegati al sistema; 
ƒ le applicazioni disponibili in rete. L’’utente deve infatti poter 
scegliere un’applicazione da utilizzare nei suoi device. Particolare 
attenzione va posta su questo punto in quanto alcune applicazioni 
potrebbero essere non disponibili poiché in uso da un numero troppo 
elevato di utenti; 
ƒ  gli utenti connessi. Un utente può “loggarsi” e “sloggarsi” a uno o a 
più device; inoltre il platform permette anche comunicazione tra i 
singoli client. 
 
Figura 1.2: I tre problemi principali gestiti 
dal Platform 
Il Software utilizzato 
 
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Il sistema di funzionamento globale del Platform è suddiviso in tre 
livelli: 
ƒ Livello Applicativo; 
ƒ Livello di Sicurezza; 
ƒ Livello di Rete; 
 
 
 
Il primo livello che incontriamo è quello applicativo:  tutte le applicazioni 
ed i servizi che sfruttano il middleware sono qui rappresentati. Strutturato in 
questa maniera il livello applicativo si ha un leggero sovraccarico 
appositamente introdotto per minimizzare le funzionalità del livello di rete e 
quindi per renderlo più veloce e reattivo.  
 
Il livello sicuramente necessario sia per la privacy delle informazioni, sia 
per evitare funzioni collaterali da parte di malintenzionati, è quello di 
sicurezza. Tuttavia attualmente questo livello non è ancora stato sviluppato 
completamente. Una corretta implementazione di questo livello si potrebbe 
basare su uno scambio di chiavi simmetriche per ottenere maggiori 
prestazioni e su un’identificazione tramite chiavi asimmetriche o certificati. 
 
L’ultimo livello che incontriamo è quello di rete. Questo rappresenta il 
cuore del middleware; il suo scopo principale è quello di controllo dei 
Figura 1.3: Livelli del Middleware 
Il Software utilizzato 
 
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device,  e quindi la gestione delle connessioni e della sincronizzazione dei 
dispositivi e delle sessioni degli utenti. 
Ovviamente per la gestione di un elevato numero di servizi ed utenti è 
necessario preveder la possibilità di replicazione dei server che gestiscono 
la rete utilizzando un protocollo di bilanciamento e smistamento del carico 
di rete. 
 
1.2 Struttura e funzionamento del Middleware 
 
 
Il middleware è strutturato in due blocchi principali: il Platform Server e il 
Platform Client. Il primo è costituito dal server che gestisce la 
comunicazione e il passaggio dei dati all’interno dell’infrastruttura;  il 
secondo è un generico client connesso al server. Di quest’ultimo fanno 
parte l’Application Server, che rappresenta il server per una generica 
applicazione, e l’Application Client che è un client utilizzabile da un 
qualsiasi utente per accedere ad una determinata risorsa.  
 
 
La comunicazione tra queste tre struttura avviene tramite un protocollo di 
rete molto utilizzato e conosciuto: il TCP. 
Figura 1.4: Esempio di uso del Middleware