j3x.dev

Projekt serwera i kontrolera dla zastosowań SmartHome ukierunkowanych na zarządzanie instalacją grzewczą. Założenie systemu jest proste - pozwalaj na monitoring instalacji w czasie rzeczywistym, udostępniaj historyczne dane pomiarowe i (w niedalekiej przyszłości) zezwalaj na zmianę nastawów.

System powstaje ze względu na rodzinne zapotrzebowanie. Konieczna była obsługa "chińskich" niestandardowych czujników i inżynieria wsteczna ich rejestrów. Na potrzeby tego projektu napisałem komunikację z czujnikami temperatury typu CH341 MODBUS RTU. Powstał interfejs użytkownika pozwalający na ciągły monitoring instalacji składającej się z kilkunastu czujników. Wszystko przedstawiane jest na czytelnym schemacie instalacji w stylu programów SCADA.

Implementację staram się przeprowadzać jak najbardziej konfigurowalnie. Kod źródłowy składa się z pliku konfiguracyjnego opisującego mapę czujników, schemat instalacji i inne dodatkowe parametry. Projekt dystrybuuję na zasadach open-source - chcę pozwolić osobom o podobnych zapotrzebowaniach na wykorzystanie mojej pracy na własny użytek.

Na daną chwilę system jest jeszcze we wczesnej fazie rozwoju, choć jest już używany z sukcesem.

Na początku 2023 r. razem z @michalbortkiewicz postanowiliśmy dogłębniej zapoznać się z coraz bardziej popularnym tematem dużych modeli językowych i ich rzeczywistych możliwości zastosowania.

Stworzyliśmy wspólnie prototyp inteligentnej zabawki konwersacyjnej spełniającej pełne wymagania sztucznego asystenta. Zabawka potrafiła rozpoznawać mowę, wnioskować, formułować odpowiedzi na pytania i produkować mowę. W różnych ustawieniach potrafiła również opowiadać bajki, a nawet rozwiązywać problemy. Prototyp opierał się na Raspberry PI 4 zasilanym z akumulatora i podłączonym do internetu. Software, który obsługiwał rozmowę napisaliśmy w Pythonie. Przeprowadzaliśmy transkrypcję tekstu (Speech-To-Text) i syntezę mowy (Text-To-Speech) na urządzeniu za pomocą lokalnych modeli open-sourceowych (Faster Whisper i Tacotron 2). Wnioskowanie i produkcja odpowiedzi była natomiast zlecana modelom zewnętrzym (OpenAI GPT-3.5) - z wykorzystaniem dedykowanego prompt engineeringu. Całość osadziliśmy wewnątrz misia pluszowego.

Największym wyzwaniem były opóźnienia. Każdy z modeli AI wprowadzał dodatkowe kilkaset milisekund (czasami kilka sekund). Aby utrzymać płynność rozmowy we wczesnych etapach rozwoju prototypu, wykorzystaliśmy dodatkowe oskryptowane frazy wypełniające. Przy użyciu wielowątkowości mogliśmy zapełniać luki pomiędzy wypowiedziami użytkownika, a odpowiedziami zwrotnymi zabawki.

Głównym celem było stworzenie generycznego rozwiązania, pozwalającego na tworzenie całych serii zabawek interaktywnych. Eksperymentowaliśmy z zabawkami edukacyjnymi - uczącymi języków (tak jak ta przedstawiona na załączonym filmie) lub kolorów, ale również z zabawkami o aspektach całkowicie rozrywkowych. Przykładem takiej zabawki był interaktywny Mistrz Yoda, który ze względu na bardzo unikatowy głos i gramatykę stanowił bardzo ciekawe wyzwanie. Udało nam się wytrenować model Text-To-Speech oraz spreparować odpowiednie dane wejściowe dla dużego modelu językowego. Powstał w ten sposób prototyp zabawki dla fanów Gwiezdnych Wojen, który głosem i w stylu Mistrza opowiadał o całym uniwersum.

Projekt następnie z fazy prototypu przeszedł do fazy MVP, w której postanowiliśmy stworzyć rozwiązanie bardziej użytkowe - z większością obliczeń chmurowych i horyzontalnie skalowalną architekturą. Prace zostały jednak wstrzymane, ze względu na niedostateczną dojrzałość rynku na przedstawiony przez nas pomysł.

Archiwum Prac Dyplomowych (APD) jest jednym z wielu serwisów internetowych współpracujących z Uniwersyteckim Systemem Obsługi Studiów (USOS - kompleksowy system wykorzystywany przez większość polskich uczelni i wiele europejskich). Ta aplikacja pełni rolę katalogu i repozyto- rium elektronicznych wersji prac powstających na uczelni.

Sytuacja na świecie w 2020 roku spowodowała zwiększenie znaczenia systemów komputerowych. Wiele spraw realizowanych do tej pory w tradycyjny sposób musiało zostać w krótkim czasie przeniesionych do świata elektronicznego. W szczególności, procesy dotyczące obsługi studiów nie mogły być kontynuowane w dotychczasowej formie. Konieczne było wprowadzenie procesów zastępczych lub dostosowanie istniejących do nowej sytuacji.

Podczas pracy w Zespole roboczym ds. USOS zrealizowałem narzędzie, które rozszerza podstawowe funkcjonalności aplikacji o wsparcie dla procesów ogłaszania, negocjowania oraz zatwierdzania tematów prac dyplomowych, Przedstawiłem rozwiązanie umożliwiające zrezygnowanie z papierowych dokumentów i ujednolicenie dotychczasowych procedur na uczelniach. Nowy interfejs wspomógł również wszystkich studentów stojących przed wyborem tematu pracy dyplomowej, oferując zbiorczy katalog propozycji tematów.

Nowy moduł pozwalił na kompletne przeniesienie "papierologii" do cyfrowych, ustrukturyzowanych procedur. Pozwolił na znaczne przyspieszenie komunikacji pomiędzy studentami, promotorami oraz członkami komisji egzaminacyjnych. Od tamtego momentu na wielu uczelniach w Polsce i w Europie jest wykorzystywany z powodzeniem.

Projekt został opisany w mojej pracy magisterskiej, którą można przeczytać tutaj. Moduł został wdrożony produkcyjnie na uczelni jeszcze przed obroną mojej pracy. Wszelkie formalności związane z egzaminem wykorzystywały... implementowany przeze mnie moduł.

Odświeżona wersja strony dla Ogrodnictwa i Szkółki Roślin Łangowscy. Ze względu na sukcej internetowy poprzedniej wersji, właściciele zdecydowali się na zainwestowanie w bardziej nowoczesną stronę. Zauważony został znaczący wpływ internetowej marki, a strona stała się głównym narzędziem promocji szkółki

Stronę (podobnie jak jej poprzednią wersję) budowałem z myślą o łatwej konfigurowalności. Właściciele strony mają dużą swobodę w zarządzaniu treścią. Interfejs pozwala na dodawanie newsów, edycję oferty, godzin otwarcia firmy i wszystkich pozostałych informacji.

Wygląd strony odpowiada bardziej nowoczesnym standardom i odchodzi od archaicznych projektów w stylu "kontener". Sekcje są dopasowane do szerokich ekranów i wypełniają większą część okna. Strona jest interaktywna, zawiera animacje i ruchome elementy - to bardziej przyciąga wzrok. Ta wersja została również zaimplementowana w stylu RWD. Jest dostosowana do urządzeń mobilnych, a także innych niestandardowych rozdzielczości.

Odpowiedzialności: projekt graficzny, implementacja w WordPress, zabezpieczenia, hosting, SEO, internetowa marka

Firma TwojeWnętrza zgłosiła się do mnie, aby rozpocząć kreowanie wartości biznesowej w internecie. Moim zleceniem było stworzenie kompletnego sklepu internetego wraz ze stroną wizytówką firmy. Sklep miał pozwalać użytkownikom na przeglądanie oferty firmy, rejestrację i utrzymywanie własnych kont oraz robienie zakupów (od etapu przeglądu produktów, aż do momentu zapłaty).

Było to wówczas nie lada wyzwanie, aczkolwiek zakończone sukcesem. Udało mi się zaprojektować graficznie, zaimplementować w WooCommerce i wdrożyć produkcyjnie kompletny portal. Duża część pracy została poświęcona na zabezpieczenia oraz optymalizację SEO. Sklep otrzymał nowoczesny wygląd oraz wersję na urządzenia mobilne.

W VersaBox jednym z moich zadań było stworzenie wieloplatformowej aplikacji do zdalnej konfiguracji modułów elektronicznych robotów. Roboty oraz inne urządzenia IoT bardzo często składają się ze złożonych systemów sterowania i systemów pomiarowych, które wymagają doboru odpowiednich parametrów do prawidłowego działania. Dostosowywanie wartości i konfiguracja układów jest żmudną praktyką. Najczęściej wymaga również wstrzymania działania całego urządzenia i przewodowego połączenia dla dedykowanego programatora.

Z tego względu zrealizowałem projekt aplikacji webowej VBarWeb. Serwer aplikacji osadzany na komputerze pokładowym (lub dowolnym innym mikrokomputerze sterującym urządzeniem) pełni rolę pośrednika pomiędzy użytkownikiem a całą siecią skomunikowanych modułów elektronicznych. Aplikacja pozwala nie tylko na szybki, zdalny podgląd odczytów czujników robota w czasie rzeczywistym, ale również na konfigurację zaawansowanego osprzętu (np. zmianę nastawów PID sterowników silnika).

Komunikacja z użytkownikiem przebiega przez sieć WiFi. Komunikacja pomiędzy serwerem a modułami elektronicznymi poprzez magistralę CAN, za pomocą specjalnie zaprojektowanego protokołu. Aplikacja zezwala na komunikację z dowolnym osprzętem, który spełnia wymogi komunikacyjne. Struktura jego odczytów i nastawów jest wczytywana za pomocą pliku XML. Aplikacja pozwala na automatyzację powtarzalnych czynności, np. ustawienie domyślnych nastawów w całej serii robotów.

Pełny opis projektu zawarłem w swojej pracy inżynierskiej, którą można przeczytać tutaj.

Pierwsza wersja strony dla Ogrodnictwa i Szkółki Roślin Łangowscy. Strona stała się głównym narzędziem promocji szkółki, przyciągając nowych klientów i ułatwiając zarządzanie ofertą. Dzięki intuicyjnemu interfejsowi właściciele mogą samodzielnie aktualizować treści.

Stronę budowałem z myślą o łatwej konfigurowalności. Właściciele strony mają dużą swobodę w zarządzaniu treścią. Interfejs pozwala na dodawanie newsów, edycję oferty, godzin otwarcia firmy i wszystkich pozostałych informacji.

Oprócz realizacji projektu i implementacji strony przy użyciu WordPressa udało mi się w pełni wprowadzić markę firmy do "cyberprzestrzeni". Wspólnie z właścicielami udało się wykreować wizerunek internetowy firmy i odpowiednio zoptymalizować stronę pod kątem wyszukiwarek. Dzięki temu firma trafiła na pierwsze miejsce w lokalnych wynikach wyszukiwania powiązanych z ogrodnictwem.

Po paru latach strona otrzymała odświeżony wygląd i ten przedstawiony na zrzucie ekranu odszedł do lamusa.

Projekt i realizacja funkcjonalnej strony internetowej dla Koła Naukowego Robotyków (KNR) Politechniki Warszawskiej, Wydziału Mechanicznego Energetyki i Lotnictwa (MEiL). Strona miała promować działalność koła, pozwalać na rekrutację nowych członków, archiwizować projekty i wydarzenia oraz ułatwiać interakcję z użytkownikami.

Jako członek w latach 2016-2017 i twórca strony, mogłem wykorzystać swoje umiejętności do wsparcia działalności koła oraz promowania pasji do robotyki.

Strona została zrealizowana przy pomocy WordPressa i zaprojektowana graficznie od podstaw przeze mnie.

W latach 2013 - 2015 realizowałem szereg projektów na zlecenie we współpracy z firmą Scorise.

Wykonywałem m.in. tak zwane cięcie złożonych projektów (czyli przekształcanie projektów graficznych na strony internetowe), konfigurowanie portali Wordpress i adaptacje motywów graficznych oraz optymalizacje bezpieczeństwa serwisów.

Na załączonym obrazku widać przykład pociętego przeze mnie portalu firmy KMZOZ.pl

Współpracując ze Stowarzyszeniem Talent zaprojektowałem zestawy zadań przygotowawczych do Olimpiady Informatycznej Gimnazjalistów.

Zadania składały się z treści kreatywnie maskujących problemy algorytmiczne przy pomocy barwnych historii. Celem rozwiązującego zadanie była analiza historii i sformułowanie problemu matematycznego. Następnie przy wykorzystaniu podanych w zadaniu przykładowych zapytań i odpowiedzi rozwiązujący miał zaproponować program komputerowy, który spełniając zadane warunki (takie jak maksymalne wartości liczb oraz ograniczenia pamięciowo-czasowe) rozwiąże zadany problem dla zestawu przypadków testowych. Szczególnym problemem w zaproponowanych zadaniach było znalezienie rozwiązania, które będzie miało odpowiednio niską złożoność obliczeniową.

Przygotowałem cztery zestawy problemów oraz wzorcowych programów, które dane problemy rozwiązują. Treści zadań oraz kod programów (napisany w C++) można przeczytać w linkach poniżej:

• Armia Napoleona: treść, rozwiązanie.
• Bomba Biologiczna: treść, rozwiązanie.
• Strata Energii: treść, rozwiązanie.
• Spadek Napięcia: treść, rozwiązanie.

Jeden z moich pierwszych projektów komercyjnych.

Strona lokalnej firmy produkującej meble ogrodowe. Mimo swoich lat nadal dostępna w internecie.

Moje odpowiedzialności: projekt, pocięcie, hosting oraz wypełnienie strony treścią.

Strona oparta na czystym HTML oraz CSS.

Przekształcenie Big Mouth Billy Bass — nostalgicznej zabawki, którą niektórzy z nas mogli dostać jako prezent od wujka z USA — w zaawansowane urządzenie animatroniczne było zarówno technicznym wyzwaniem, jak i przyjemnością. W tym projekcie przekształciłem tę śpiewającą rybę w interaktywny głośnik Bluetooth, który analizuje dźwięk wejściowy i porusza głową, ogonem oraz pyszczkiem zgodnie z określonymi pasmami częstotliwości. Efekt? Głośnik, który nie tylko odtwarza dźwięk, ale także niego reaguje na niego z precyzją, w zzsynchronizowany sposób.

Ale dlaczego? Inspiracją do tego projektu był mój siostrzeniec, który fascynuje się rybami. Poprosił mnie o dynamiczne ożywienie zabawki i pozwolenie na puszczanie z niej dowolnej muzyki. Chociaż istnieje wiele projektów DIY, które wykorzystują Big Mouth Billy Bass, wiele z nich nie osiąga pożądanego efektu zabawki "czującej rytm". Większość istniejących przykładów oferuje jedynie podstawowe ruchy pyszczka lub proste odtwarzanie dźwięku bez zróżnicowanej synchronizacji — zależne wyłącznie od aktualnej głośności dźwięku. Niestety, nie jest to wystarczające, aby stworzyć coś przypominającego tańczącą i śpiewającą rybę. Dlatego stworzyłem ten projekt od podstaw i użyłem analizy widma dźwięku (FFT), aby osiągnąć lepsze rezultaty.

Opisałem cały proces w podlinkowanym wpisie na blogu.

Projekt-dziecko, w który wciągnąłem się na 3 lata.

RAG3 to strzelanka 2D z widokiem z góry stworzona na bazie własnego, wieloplatformowego silnika. Rozgrywka polega na umiejętnym przechodzeniu poziomów, w trakcie którego eliminujemy wszystkie napotkane przeszkody. Podstawową cechą gry jest wyróżniająca dynamika. Przez większość czasu gra wymaga sporej koncentracji.

Jedną z najbardziej wyróżniających mechanik jest aktywna manipulacja czasem. Gracz może spowolnić rozgrywkę na krótki okres czasu (bullet time) lub przenieść się w przeszłość. Ta funkcja jest ściśle zintegrowana z rozgrywką i może być używana w sposób w pełni dynamiczny. Mechanika manipulacji czasu jest całkowicie powiązana z fabułą. Tę możemy odkryć wyłącznie z poziomu gry.

Celem gry jest dostarczanie wrażeń i radości z walk z różnymi stworami podczas przemierzania różnego rodzaju lokacji (od labiryntów po otwarte światy). Uwaga! Podróżowanie w czasie może być bardzo niebezpieczne i nieść ze sobą fatalne skutki. Uważaj gdy spotkasz samego siebie!.

Oprócz zwykłej gry dla jednego gracza, wersja demo zawiera również tryb multiplayer. Aktualna paczka umożliwia grę dla wielu osób w standardowym formacie deathmatch (tak jak przystało na grę w stylu retro).

Gra zawiera oryginalny soundtrack mojego autorstwa i autorską grafikę. Równocześnie z implementacją gry zajmowałem się projektem wieloplatformowego silnika opartego o C++, SFML, GLSL oraz TGUI. Przez 3 lata pracy nad grą udało mi się stworzyć kompleksowe rozwiązanie pozwalające na tworzenie różnorodnych gier. Systemy, które silnik RAG3 zawiera to:
- silnik graficzny oparty na shaderach
- silnik fizyki
- silnik dźwięku/muzyki
- system plików konfiguracyjnych na podstawie prostego języka interpretowanego (*.j3x)
- komunikacja sieciowa za pomocą własnego protokołu opartego na UDP i TCP
- silnik zdarzeń (na potrzeby manipulacji czasem)
- silnik sztucznej inteligencji, zawierający zarówno wydajne przeszukiwanie ścieżek oraz podejmowanie decyzji
- złożony interfejs użytkownika
- mechanizm RPG (ulepszanie broni, zbieranie doświadczenia, ulepszanie postaci)
- mechanizm konwersowania z NPC
- systemy cząsteczkowe (animacje, wybuchy)
- mechanizm osiągnięć i statystyk
- mechanizm zapisu / odczytu stanu
- pełny edytor pozwalający na edycję map, oskryptowanych zachowań, parametrów gry oraz obiektów

Przydatne linki:
- https://j3x.dev/rag3 - strona RAG3
- https://jul3x.itch.io/rag3 - link do pobrania demo
- https://github.com/jul3x/RAG3 - kod gry

Implementacja popularnego automatu komórkowego "Gra w życie Conwaya" napisana w Asemblerze x86_64 (składnia NASM).

Zasada działania? Plansza komórek żywych lub martwych o wielkości n x m. Gra toczy się iteracyjnie. W kolejnej iteracji każda z komórek zmienia swój stan lub pozostaje przy aktualnym.

- Jeżeli komórka była martwa i miała dokładnie trzech żywych sąsiadów - ożywa.
- Jeżeli komórka była żywa i miała albo dwóch lub trzech żywych sąsiadów to pozostaje żywa.
- W przeciwnym wypadku umiera.

Te trzy proste zasady pozwalają na konstruowanie bardzo zaawansowanych i ciekawych układów, które przez lata były przedmiotem wielu badań na całym świecie. "Gra w życie" jest kompletna w sensie Turinga (w uproszczeniu: jest w stanie rozwiązać ten sam zbiór problemów co komputer). Pozwala to na przykład na stworzenie komputera z monitorem lub gry w życie w grze w życie.

Prosty, konfigurowalny trójwymiarowy wizualizer muzyczny napisany w czystym C++ i OpenGL z wykorzystaniem biblioteki do analizy dźwięku.

Animacja wyświetla specjalną siatkę punktów (renderowanych w wybrany przez użytkownika sposób) w trójwymiarowej przestrzeni na podstawie aktualnego spektrum dźwięku. Do analizy dźwięku w głównej mierze program wykorzystuje szybką transformatą Fouriera (FFT) i analizą energii w oknach jednosekundowych. Następnie przedstawia wykres logarytmiczny natężenia każdego z zakresów częstotliwości za pomocą wysokości punktów na siatce. W drugiej osi wysokość punktów jest ekstrapolowana rozkładem normalnym, aby ładnie wygładzić i stworzyć efekt "pagórka".

Dodatkowo praca kamery jest zależna od aktualnej energii dźwięku. Im wyższa wartość, tym szybsze obroty. Im wyższe basowe częstotliwości, tym mocniejsze zbliżenia do siatki punktów.

Wszystkie te cechy składają się na całkiem sympatyczny efekt, najlepiej sprawdzający się w energicznych kawałkach. Wizualizer z drobnym postprocessingiem można zobaczyć na załączonym wideo.

Maszyna Turinga to abstrakcyjny model zdolny do wykonywania algorytmów, który pomimo swojej prostoty potrafi zrealizować każdy program, który może wykonać każdy współczesny komputer. Został przedstawiony w 1936 i od tamtej pory stanowi bardzo ważny przedmiot w teoriach logicznych i dowodach złożoności problemów informatycznych.

Budowa standardowej Maszyny Turinga składa się z nieskończonej taśmy podzielonej na komórki oraz głowicy poruszającej się po taśmie. Każda komórka może zawierać pewną wartość z wybranego zbioru znaków, a głowica może zajmować pozycje na pewnej komórce i być w pewnym stanie z wybranego zbioru stanów. Przebieg każdego z algorytmów wykonywanych na Maszynie Turinga polega na odczytaniu wartości komórki przez głowicę, zapisaniu nowej wartości, zmianie stanu z aktualnego na kolejny oraz przejściu w lewo/w prawo lub zatrzymaniu obliczeń. Decyzje o nowych wartościach, stanie oraz ruchu podejmowane są na podstawie zasad przedstawionych w algorytmie.

Maszyna Turinga, w której dla danej wartości komórki i stanu możliwa jest wyłącznie jedna możliwość zachowania głowicy nazywana jest deterministyczną. Jeżeli możliwości jest więcej - taka maszyna jest maszyną niedeterministyczną i nabiera bardziej charakter procesu myślowego niż rzeczywistej maszyny możliwej do zbudowania.

W projekcie zaprezentowałem interpreter niedeterministycznych Maszyn Turinga napisany w Pythonie. Konkretniej - moje rozwiązanie pozwala na sprawdzenie, czy wejściowa Maszyna zwróci wynik pozytywny dla zadanej taśmy w ograniczonym czasie (ograniczonej liczbie iteracji). Napisałem parę testów sprawdzających poprawność, np. Maszynę Turinga sprawdzającą czy wyraz na taśmie jest palindromem oraz Maszynę Turinga sprawdzającą czy pierwsza liczba na taśmie jest kwadratem drugiej. Do kodu dodałem również skrypt tłumaczący wielotaśmowe Maszyny Turinga na jedną taśmę.

Abstrakcyjne, ale ciekawe.

Problem spełnialności logicznej (SAT) jest jednym z najważniejszych problemów z dziedziny logiki matematycznej. Polega on na rozstrzygnięciu, czy dla danej formuły logicznej (pewnej reprezentacji zmiennych logicznych i operacji pomiędzy nimi) istnieje jakiekolwiek wartościowanie (podstawienie wartości "prawda" lub "fałsz"), które powoduje że formuła jest prawdziwa.

Sformułowanie tego problemu może brzmieć całkowicie teoretycznie i abstrakcyjnie, natomiast niesie za sobą szereg konsekwencji znacznie bardziej rzeczywistych. Problem ten należy do klasy problemów NP, tj. (w bardzo dużym uproszczeniu) znalezienie rozwiązania dla danej formuły logicznej jest obciążające obliczeniowo, natomiast sprawdzenie czy rozwiązanie jest prawidłowe może być już przeprowadzone w krótszym czasie (wielomianowym). Problemy z tej klasy najczęściej charakteryzują się sposobem rozwiązania w stylu brute-force, czyli przejdźmy przez całą przestrzeń możliwych rozwiązań i sprawdźmy, które jest prawidłowe.

Problem SAT jest również problemem NP-trudnym (będąc równocześnie w klasie NP czyni go to problemem NP-zupełnym). Oznacza to że wszystkie problemy, które należą do klasy NP mogą zostać za pomocą pewnej transformacji (w czasie wielomianowym) sprowadzone do problemu SAT. To czyni go całkowicie uniwersalnym problemem, ponieważ znalezienie dla niego optymalnego rozwiązania oznacza znalezienie optymalnego rozwiązania dla każdego problemu z klasy NP. To zagadnienie jest jednym z aktualnych problemów milenijnych (więcej tutaj).

Złożoność obliczeniowa problemu SAT mocno ogranicza możliwość optymalnego znajdywania rozwiązań. Jest natomiast szereg sposobów optymalizacyjnych, które pozwalają rozwiązywać całkiem spory zbiór formuł logicznych w sensownym czasie. W projekcie wykonanym w trakcie moich studiów magisterskich przedstawiłem rozwiązanie problemu SAT w stylu DPLL, przeszukiwaniem w głąb oraz zasadą dziel i zwyciężaj. Implementacja rozwiązania napisana przy użyciu Haskella.

Policzenie ile jest w danym zbiorze punktów (2D lub 3D), których wszystkie współrzędne są większe od podanych jest bardzo prostym problemem. Wyzwanie rozpoczyna się w momencie, gdy punktów jest tak dużo, że cały zbiór nie mieści się w pamięci RAM jednego komputera. Wyzwanie jest jeszcze większe, gdy zbiór nie mieści się na dyskach jednego komputera. Kolejnym utrudnieniem jest liczba współrzędnych-pytań (punktów, które są brane jako kryterium porównawcze), która jest porównywalna z liczbą wszystkich punktów w zbiorze.

Do rozwiązywania tego typu problemów konieczne są algorytmy równoległe, pozwalające na wykonywanie obliczeń równocześnie na wielu maszynach. Wyzwaniem przy projektowaniu takich algorytmów jest zapewnienie odpowiedniego dostępu do pamięci, czyli podzbiorów danych. Najbardziej optymalne algorytmy powinny przesyłać pomiędzy jednostkami obliczeniowymi jak najmniejsze ilości danych, tak aby ograniczyć straty szybkości spowodowane opóźnieniami w komunikacji. Algorytmy równoległe, których dostęp do danych jest najbardziej optymalny pod względem teoretycznym nazywane są minimalnymi.

W podlinkowanym repozytorium zaprezentowałem rozwiązanie problemu z pierwszego paragrafu dla dwóch przypadków (2D oraz 3D) za pomocą algorytmu minimalnego opisanego w publikacji: https://dl.acm.org/doi/pdf/10.1145/3070607.3075961. Problem został rozwiązany w Scali przy użyciu Apache Sparka jako frameworka do MapReduce oraz YARN i HDFS jako rozproszonego systemu plików do przechowywania danych.

W projekcie zamieściłem również skrypty do stawiania klastra obliczeniowego, generatory danych i sekwencyjne sprawdzarki do testu działania rozproszonego algorytmu na małych zbiorach danych. Projekt powstał podczas kursu z przetwarzania dużych danych na MIMUW.

Prosty kompilator języka programowania Latte (statycznie typowanego języka z elementami programowania obiektowego) do asemblera x86 GAS. Język przypomina składniowo i semantycznie język Java. Opis jego gramatyki bezkontekstowej można znaleźć w repozytorium na GitHubie.

Razem ze składnią języka kompilator jest w pełni funkcjonalnym narzędziem programistycznym pozwalającym na pisanie skomplikowanych programów. Repozytorium zawiera kilkadziesiąt testowych programów i automatyczne testy funkcjonalne (wraz z porównaniem odpowiedniego wyjścia).

Projekt wykonany podczas moich studiów magisterskich.

Jako wprowadzenie do świata kompilatorów zaimplementowałem też prosty kompilator wyrażeń arytmetycznych do bajtkodu JVM i bitkodu LLVM, Kod można zobaczyć tutaj.

Kontroler do gier PC oparty na mikrokontrolerze STM32 z rdzenie ARM Cortex-M (kod został zaimplementowany na module STM32F411xE). Wykorzystuje standardowe przyciski (strzał / skok) oraz jednostkę inercyjną (IMU - akcelerometr + żyroskop) do sterowania graczem. Główną funkcją kontrolera jest umożliwienie dynamicznej gry za pomocą ruchów w powietrzu.

Urządzenie przy pomocy USART USB jest skomunikowane z komputerem i przesyła w czasie rzeczywistym odczyty z czujników podłączonych do mikrokontrolera. Implementacja kodu mikrokontrolera wykorzystuje operacje na przerwaniach w celu jak najbardziej optymalnego wykorzystania zasobów. Wewnętrzna komunikacja pomiędzy mikrokontrolerem a czujnikami odbywa się przy pomocy protokołu I2C.

Napisałem również kod dla prostego sterownika obsługującego kontroler podłączony do PC i pozwalający na grę w klasyczną grę Wolfenstein 3D. Można go zobaczyć tutaj.

Gravity to interaktywny symulator międzyplanetarnych sił grawitacji. Pozwala na proste tworzenie scenariuszy kosmicznego ruchu, aktywne dodawanie nowych obiektów i zapisywanie przykładów na później. Składa się z bardzo prostego interfejsu graficznego i sterowania myszka + klawiatura. Wystawiony dla użytkownika jest również plik konfiguracyjny pozwalający zmieniać wygląd oraz podstawowe stałe fizyczne uwzględniane w obliczeniach.

Zasada działania opiera się na rozwiązywaniu układów równań ruchu (różniczkowych) w czasie rzeczywistym za pomocą algorytmu Rungego-Kutty 4-rzędu. Mając zadane masy oraz położenia obiektów względem siebie, algorytm w symulatorze jest w stanie wyliczyć z wystarczająco dobrym przybliżeniem układ sił działąjący na każdy z obiektów z osobna. Z pomocą zasad dynamiki Newtona, tak skonstruowane układy można przekształcić w układy równań ruchu, które następnie mogą zostać rozwiązane numerycznie dla zadanych warunków początkowych.

Dodatkową funkcjonalnością jest obsługa zderzeń obiektów. Gravity obsługuje takie zdarzenia metodą "większy zwycięża" i wykorzystuje zasadę zachowania pędu w celu wyliczenia dalszej trajektorii lotu pozostałego obiektu.

Projekt zaimplementowany w C++, SFML i TGUI jako wstęp do stworzenia własnego frameworka/silnika do tworzenia gier 2D. Rozpocząłem w nim pracę nad modułem graficznym, fizycznym oraz prostą obsługą plików konfiguracyjnych o własnym formacie (*.j3x).

Wiele algorytmów zaprojektowanych na potrzeby rozwiązywania problemów przez komputery czerpie inspiracje z natury. Przykładem pewnej grupy z nich są algorytmy ewolucyjne polegające na znajdywaniu optymalnego rozwiązania poprzez ewolucje i kolejne iterowanie propozycji, aż znaleziona zostanie ta, która najlepiej się przystosowuje do zadanych warunków. Podczas studiów zaimplementowaliśmy wraz z @danielm1405 pewien specyficzny przypadek algorytmu ewolucyjnego - algorytm genetyczny. I przedstawiliśmy przykład jego zastosowania dla... znalezienia optymalnego projektu samochodu terenowego.

Algorytm genetyczny to pewna odmiana algorytmu ewolucyjnego polegająca w uproszczeniu na: - Utworzeniu populacji (w naszym przypadku pojazdów) losowych jednostek. - Ocenie, która z nich najlepiej poradziła sobie z zadaniem. W naszym przypadku było to przejechanie jak największej odległości na zadanej mapie 2D, składającej się z pagórków, dziur i wysokich podjazdów. - Wybraniu pewnego procenta wygranych jednostek. Wybieraliśmy 5-10% najlepszych projektów. - Utworzeniu kolejnej populacji na podstawie dwóch mechanizmów - krzyżowania oraz mutacji. Pierwszy z procesów polegał na utworzeniu nowej jednostki na podstawie losowo wybranych dwóch "rodziców". "Dziecko" posiadało uśrednione (lecz częściowo zbliżone bardziej do jednego lub drugiego rodzica) parametry rodziców. Mutacje polegały na wprowadzeniu całkowicie nowej wartości (mutacji) dla losowych parametrów małej części nowej populacjieci, Oba procesy były równie ważne aby znaleźć optymalne rozwiązanie problemu. - Powtórzenia procesu kilkaset-kilkatysięcy razy, aż otrzymane rozwiązanie zda się być tym optymalnym.

Ze względu na losowy charakter algorytmów ewolucyjnych proponowane przez niego rozwiązania mogą wydawać się bardzo często zaskakujące. Różne uruchomienia programu mogą dawać całkowicie różne wyniki. W pewnym momencie każdego uruchomienia natomiast, po kilkuset pokoleniach (iteracjach populacji) zauważalny jest trend stabilizacyjny. Sam proces dojścia do końcowego rozwiązania również wygląda bardzo ciekawie.

Nasza implementacja pozwala na tworzenie własnych map oraz sterowanie parametrami algorytmu genetycznego. Wyświetlana jest również wizualizacja przebiegu każdej z populacji i tego jak każda z jednostek z osobna radzi sobie z wykonywaniem zadania.

W erze wszechobecnych hoverboardów robot, którego jedynym zadaniem jest utrzymywanie równowagi na jednej osi kół nie jest niczym imponującym. Jest to aczkolwiek bardzo interesujący problem natury teoretycznej oraz inżynierskiej. Sprawia również niemało kłopotów.

Realizacja takiego przedsięwzięcia wymaga przeprowadzenia całkiem złożonych obliczeń teoretycznych posługując się różniczkowymi równaniami ruchu. Równania te następnie muszą być sprowadzone do równań zmiennych stanu i przy wykorzystaniu teorii sterowania rozwiązane dla zadanego punktu równowagi. Rozwiązanie równań pozwala nam na przeprowadzenie symulacji zachowania robota przy różnych sposobach sterowania nim.

Symulacja pozwala na optymalne dobranie zależności pomiędzy wychyleniem robota a siłą przyłożoną przez silniki. Ta zależność musi być następnie zaimplementowana w sterowniku robota. Konieczne jest dobranie odpowiednich elementów elektronicznych: mikrokontrolera, akcelerometrów, sterowników silników, akumulatora oraz silników samych w sobie. Wszystkie elementy muszą ze sobą współgrać i być sterowane przez software wgrany do mikrokontrolera (obsługa odczytów z czujników, przeliczenia zadanej mocy, transformacja wartości na sygnał do silników).

Robot jest rzeczą materialną, więc dochodzi do tego również zaprojektowanie jego konstrukcji, dobór odpowiednich elementów mechanicznych, a następnie złożenie wszystkiego w całość. A wszystko po to, by ostatecznie stwierdzić, że wyniki w wyliczeniach teoretycznych zupełnie nie pokrywają się z rzeczywistością (głównie przez nagromadzenie się błędów uproszczeń) i konieczne jest eksperymentalne "podrasowanie" algorytmu sterowania.

Projekt był bardzo ciekawą przygodą i pozwolił na bardziej praktyczne wejście w sferę robotyki. Teoretyczne podwaliny projektu opisałem tutaj.

Spirit Runner to dynamiczna zręcznościówka polegająca na zręcznym przechodzeniu poziomów uchodząc z życiem i zbierając jak największą ilość punktów. Gra odbywa się w formacie dwuwymiarowej platformówki z widokiem od boku. Gracz ma do wyboru dwa tryby gry - standardowy, polegający na przechodzeniu z poziomu na poziom (wraz ze zwiększającym się poziomem trudności) oraz nieskończony, który odbywa się na proceduralnie generowanej mapie. Gra powstała przy współpracy z @danielm1405.

Sterowanie gracza jest ograniczone, ponieważ jedyną możliwością ingerencji w grę jest wybranie momentu skoku. Gracz nie ma wpływu na prędkość rozgrywki. Sterowany przez niego bohater biegnie przez cały czas trwania gry, a zadaniem gracza jest kontrolowanie tego, aby nie spadał w przepaście, przeskakiwał z budynku na budynek, łapał się stalowych rurek i unikał pożarów (oraz innych przeszkód). Prosta zasada niesie za sobą wiele konsekwencji, ponieważ mapy zostały stworzone tak, by umożliwiać graczowi wybór jednej z wielu ścieżek przejścia. Jednak nie każda ze ścieżek jest tą właściwą - niektóre z nich mogą być trudniejsze od pozostałych.

W grze zaimplementowaliśmy również mechanizm powtórek. Gracz po udanym przejściu poziomu może powtórzyć swoje przeżycie za pomocą odtworzonego nagrania ze specjalnej "kamery".

Jest to jeden z niewielu moich projektów napisanych w Javie. Z perspektywy czasu wiem, że na pewno ostatni w tym języku ;).