Обзор применимых языков программирования и обоснование выбора

Операционная система Android изначально работала на виртуальной машине Dalvik Virtual Machine (DVM), которая написана на языке программирования Java. Но в дальнейшем при работе над операционной системой, создатели решили заменить Dalvik на иную виртуальную машину под названием ART (Android Runtime). Она отличается от Dalvik только тем, что она компилирует приложения только во время их установки, а не во время их запуска. За счет этого увеличивается скорость выполнения программ и уменьшается время при переключении между разными приложениями. Другими словами, Java — это родной язык для Android, на основе которого реализовано большинство приложений системы. Но на самом деле все приложения на Android работают не на байт-коде Java, а используют специфический байт-код Dalvik (расширение.dex). Этот байт-код включается в пакет приложения (.apk). Google в 2008 выпустила первый пакет для разработчиков SDK (Software Development Kit), с помощью которого появилась возможность сторонним разработчикам создавать свои собственные приложения для Android. Также для разработки любых программ для данной операционной системы потребуется комплект разработчика приложений Java Development Kit (JDK) [7].

В 2009 году был опубликован пакет Native Development Tolls (NDK). Он входил в набор для разработки Android Development Tools (ADT). NDK представляет собой пакет инструментариев и библиотек для того, чтобы реализовать часть кода на языке C/C++, что позволяет увеличить быстродействие системы. NDK: используют в следующих ситуациях [8]:

• · увеличение производительности приложения для обработки большого количества данных;
• · использование сторонней библиотеки (например, OpenCV — библиотека компьютерного зрения, написанная на языке С++);
• · расчет сложных физических процессов, либо расчет поведения объектов в играх.

Чтобы выбрать подходящий инструментарий для дальнейшей разработки приложения, следует рассмотреть основные функции будущего программного обеспечения. Во-первых, в приложении будет реализована возможность просмотра полученных 3D-моделей в режиме дополненной реальности. Для этого необходимо будет использовать библиотеку дополненной реальности. Во-вторых, сама возможность просмотра трехмерных моделей требует использовать какую-либо графическую библиотеку. В-третьих, для распознавания планировок квартир нужно использовать библиотеку компьютерного зрения, которых существует огромное количество.

Выбор графической библиотеки Очевидно, что экраны компьютеров и мобильных устройств плоские. Чтобы отобразить двухмерную графику не нужно никаких специальных библиотек и инструментов, но когда речь заходит про 3D, то тут просто необходимо использовать какой-нибудь инструмент, для проецирования трехмерного виртуального мира на экран мобильного устройства или компьютера. При выборе подобного набора инструментов (графической библиотеки) для операционной системы Android ничего не остается, кроме как графическая библиотека OpenGL ES (Embedded Systems) для встраиваемых систем, так как для Android не существует иных графических библиотек. На самом деле OpenGL — это просто спецификация, то есть документ, который описывает общий набор функций и их поведение, иначе говоря API (Application Programming Interface). Опираясь на эти спецификации, производители оборудования создают реализации, то есть библиотеки функций, что и используется при разработке приложения, а именно OpenGL ES 3.0 — графическая библиотека предназначенная для работы на мобильных устройствах [9]. OpenGL предоставляет один и тот же интерфейс разработчику в независимости от языка программирования. Но нужно уточнить, что шейдерные программы — компьютерная программа, созданная для определения параметров геометрических объектов или для изменения изображения на экране — возможно описать на нескольких языках программирования, чаще всего на специально созданном языке GLSL.

Выбор библиотеки компьютерного зрения Для реализации возможности распознавания планировок квартир, изображенных на бумажном носителе, необходимо использовать какую-либо библиотеку компьютерного зрения. Их существует достаточно большое количество:

• · OpenCV — библиотека компьютерного зрения, включающая в себя более 500 функций, которые реализуют работу самых популярных алгоритмов. В нее также входят библиотеки машинного обучения. Во второй версии предоставляется интерфейс C++;
• · VXL — библиотека, осуществляющая несколько популярных алгоритмов компьютерного зрения. Написана на C++. Существует несколько версия данной библиотеки: VGL, VIL, VNL, VSL;
• · LTI — написанная на C++ библиотека, поддерживающая многопоточность, синхронизацию и доступ через последовательный порт.

В результате сравнительного анализа [10] библиотек компьютерного зрения, оказалось, что самой быстродействующей оказалась самая популярная на сегодняшний день OpenCV. Также только OpenCV имеет специализированный для Android SDK набор инструментов. К тому же, она имеет самое большое количество реализованных алгоритмов компьютерного зрения.

OpenCV — библиотека с открытым исходным кодом, что является огромным преимуществом перед остальными, так как каждая компания, использующая ее, часто добавляет в нее новые функции и алгоритмы. Впервые она была реализована и выпущена в открытый доступ в 2006 году. Как отмечалось ранее, компьютерное зрение — это технология создания таких приложений или программ, которые могут обнаруживать, отслеживать и производить классификацию объектов и предметов по получаемому изображению с фотои видеокамер. В OpenCV также присутствуют возможности для создания приложения с функцией дополненной реальности, но для данной разработки будет использоваться другая библиотека дополненной реальности, работающая иначе. На момент появления библиотека алгоритмов обработки изображений и компьютерного зрения была написана на языках C/C++, но сегодня также разрабатывается наPython, Ruby и Java и других языках.

Для реализации возможности использования дополненной реальности в разрабатываемом приложении будет подключена библиотека дополненной реальности. Vuforia от компании Qualcomm. В 2015 году компания PTC купила её. Vuforia — это платформа дополненной реальности и инструментарий разработчика (SDK) для создания дополненной реальности в собственных приложениях для мобильных устройств. Эта библиотека дает возможность генерировать метки (то к чему привязываются 3D-модели на экране мобильного устройства) во время работы приложения [11].

Следовательно, если не учитывать выбранные вспомогательные библиотеки, то основным языком для разработки программного обеспечения будет служить Java, так как он является «родным» для Android. Также для разработки нужен комплект разработчика JDK версии 8, инструментарий для разработки Android SDK и внешние библиотеки OpenGL ES 2.0 и OpenCV 3.0. Для реализации просмотра полученных моделей в режиме дополненной реальности будет использоваться библиотека Vuforia.