Sivu 1

Kognitiivinen tietokonegrafiikka aktivoi ihmisen figuratiivisen, intuitiivisen ajattelun ja edistää siten uusien ideoiden ja hypoteesien syntymistä, stimuloi uuden tiedon syntymistä. Monissa tapauksissa se laajentaa ja tarkentaa asetettuja tehtäviä sekä auttaa tunnistamaan ratkaistavia tehtäviä ja suunniteltavia järjestelmiä. Pohditaan luotujen kognitiivisen tietokonegrafiikan järjestelmien ja alijärjestelmien vaatimuksia, niiden luomisen kysymyksiä, käyttöä älykkäissä järjestelmissä ja vuorovaikutusta ihmisen luonnollisen älykkyyden kanssa. Tietokonegrafiikkajärjestelmien kehittyminen ja niiden lisääntyvä käyttö tieteellisessä tutkimuksessa muuttui myöhemmin kognitiivisen tietokonegrafiikan suuntaan. Kognitiiviset järjestelmät tietokonegrafiikka antavat tutkijoille mahdollisuuden nähdä syviä kuvioita ja parantaa huomattavasti kehitysinsinöörien suunnitteluajattelua. Kiireellinen ongelma ihmisen ja tietokoneen välistä kommunikaatiota laadullisesti parantavan graafisen käyttöliittymän kehittämisessä on tällaisen käyttöliittymän älykkyys uusiin kognitiivisiin menetelmiin perustuen. Tarkastellaan erilaisia ​​kognitiivisen tietokonegrafiikan järjestelmien ja liitäntöjen mahdollisia ongelmallisia sovellusalueita sekä useita erityisiä järjestelmiä ja alijärjestelmiä, joilla on kognitiivisen tietokonegrafiikan toimintoja. Käsitellään älykkäiden työkalujen käytännön toteutusta kognitiivista tietokonegrafiikkaa käyttävien järjestelmien suunnittelussa. Esimerkkejä tällaisista työkaluista on annettu.

Kognitiivinen tietokonegrafiikka, joka tuottaa graafisia kuvia abstraktien esineiden rakenteista ja ominaisuuksista, aktivoi ihmisen figuratiivisen, intuitiivisen (oikean pallonpuoliskon) ajattelun ja siten aivojen työn tuloksena vasemman pallonpuoliskon, abstraktia ajattelua ja siten edistää uusien ideoiden ja hypoteesien syntymistä, stimuloi uuden tiedon syntymistä. Monissa tapauksissa se laajentaa ja tarkentaa asetettuja tehtäviä sekä auttaa tunnistamaan ratkaistavia tehtäviä ja suunniteltavia järjestelmiä. Käytännössä mikään symbolinen, sanallinen, vasemman pallonpuoliskon tieto jostain kohteesta (ilmiö, tilanne) ei pysty tarjoamaan tästä kohteesta (ilmiöstä, tilanteesta) niin äärimmäisen selkeää ja selkeää käsitystä ja käsitystä, jonka visuaalinen havainto ja oikeanpuoleinen ajattelu voivat antaa.

Kognitiivinen tietokonegrafiikka auttaa useissa tapauksissa selventämään, tunnistamaan ratkaistavia tehtäviä ja suunnittelemaan monimutkaisia ​​järjestelmiä.

Oppimisprosesseissa ja tiedonhallintaprosesseissa käytetään yhä enemmän rajapintoja kognitiiviseen tietokonegrafiikkaan. Samanaikaisesti tällaisen ihmismielen vaikuttamisteknologian soveltamisen tehokkuus perustuu erilaisiin lähestymistapoihin tiedon esittämiseen ja erilaisten tiedonesitysmuotojen käyttöön, ja sen määrää ennalta oppimisen ja oppimisen sisällyttäminen. ohjausprosessit erilaisia ​​ruumiita ihmisen käsitys tiedosta. Kohdassa [9] kuvattu kosmonauttien koulutuskompleksi käyttää graafisia työkaluja 3D-mallien ja 3D-maailmojen rakentamiseen. Nämä työkalut mahdollistavat tehokkaan koulutuksen ja opiskelijoiden tiedon hallinnan, jotka ovat pohjimmiltaan kognitiivisen tietokonegrafiikan välineitä.

Zenkin, 1991] Zenkin A.A. Kognitiivinen tietokonegrafiikka.

Kognitiivista tietokonegrafiikkaa käyttävien järjestelmien suunnitteluun tarvitaan älykkäitä työkaluja, jotka toteuttavat tärkeimmät perustoiminnot. Toivottavaa on työkalupakki, jonka avulla voidaan rakentaa järjestelmiä, jotka ovat invariantteja eri sovellusalueilleen ja joilla on riittävä liikkuvuus käytön kannalta erilaisissa lupaavissa käyttö- ja laskentaympäristöissä. Tällaisen työkalukirjaston tulisi luoda ja näyttää kolmiulotteisia graafisia objekteja keskittyen nykyaikaisiin ohjelmistoympäristöihin, sitoa mielivaltaisia ​​tietoja graafisiin objekteihin, tarjota mahdollisuus käyttää graafisia materiaaleja, jotka on kertynyt työskennellessään muiden kanssa. graafiset järjestelmät, sekä tarjota useita tarvittavia palveluominaisuuksia. Tällainen kirjasto on erittäin lupaava käytettäväksi erilaisissa uusissa älykkäiden käyttöliittymien teknologioissa kognitiivisen tietokonegrafiikan kanssa.

Tietokonegrafiikkajärjestelmien kehitys ja niiden lisääntyvä käyttö tieteellisessä tutkimuksessa ja koulutuksessa muuttuivat edelleen kognitiivisen tietokonegrafiikan suuntaan, josta tässä artikkelissa on tietty esimerkki. Kognitiiviset tietokonegrafiikkajärjestelmät antavat tutkijoille mahdollisuuden nähdä syviä kuvioita ja parantaa suuresti suunnittelijoiden suunnitteluajattelua. Kiireellinen ongelma ihmisen ja tietokoneen välistä viestintää laadullisesti parantavan graafisen käyttöliittymän kehittämisessä on tällaisen käyttöliittymän älykkyys uusiin kognitiivisiin menetelmiin perustuen.

Graafinen käyttöliittymä ei vain visualisoi kuvia tietystä aihealueesta, vaan myös täyttää graafiset kuvat tietyllä uudella laadulla, erityisesti kognitiivista tietokonegrafiikkaa käyttävällä käyttöliittymällä. Niin painava ongelma GUI on sen uusiin kognitiivisiin menetelmiin perustuvaa älyllistämistä - ihmisen päätöksenteon tehostamiseksi. Kognitiivinen tietokonegrafiikka, kognitiivisen grafiikan pohjalta toteutetut rajapinnat ovat välttämättömiä erilaisia ​​järjestelmiä perustuen tietoon. Niitä tarvitaan ratkottaessa ongelmia, jotka liittyvät kuvaajiin, maaston kolmiulotteiseen esittelyyn ja monimutkaisiin teknisiin tuotteisiin ja rakenteisiin, ihmiskehoon, kaikenlaisten pintojen rakentamiseen. Rajapintoja kognitiiviseen tietokonegrafiikkaan voidaan käyttää useilla ongelma-alueilla: lääketiede, tilastotiede, rakentaminen, arkkitehtuuri, matematiikka, fysiikka, mikroelektroniikka jne. Näitä rajapintoja voidaan käyttää tehokkaasti erilaisiin kognitiivisiin tarkoituksiin.

Siten nykyaikaiset järjestelmät, joissa on kognitiivinen tietokonegrafiikka, edistävät yleensä ensinnäkin pohjimmiltaan uuden tiedon tuottamista tutkittavalla aihealueella, joka ilman kognitiivista tietokonegrafiikkaa voi yksinkertaisesti olla ihmisen luonnollisen älyn ulottumattomissa.

Joten nykyaikaiset järjestelmät, joissa on kognitiivinen tietokonegrafiikka, älykkäävät tietotekniikkaa, ne yleensä edistävät pohjimmiltaan uuden tiedon tuottamista tutkittavalla aihealueella, ja joskus ne ovat yksinkertaisesti saavuttamattomissa ilman kognitiivista tietokonegrafiikkaa olevan henkilön luonnolliselle älylle. Tulevaisuudessa kognitiivista tietokonegrafiikkaa sisältävät järjestelmät voivat toimia ainutlaatuisena työkaluna figuratiivisen, intuitiivisen ihmisen ajattelun kuvioiden ja prosessien tutkimiseen oikean pallonpuoliskon toiminnan lain tunnistamiseksi. ihmisaivot ja sen vuorovaikutus vasemman pallonpuoliskon kanssa, joka tarjoaa rationaalis-loogista ajattelua.

Jos älykkäässä järjestelmässä, jossa on tietopohja ja joka on suunnattu esimerkiksi tietylle tieteellisen tutkimuksen ja kehityksen alueelle, käytetään tietokonegrafiikkaalijärjestelmää, jossa avainasemassa on käyttäjän viestintä visuaalisia kuvia Tutkittavan aihealueen kohteet ja niiden väliset suhteet, niin tällainen graafinen alijärjestelmä on oleellisesti kognitiivisen tietokonegrafiikan alajärjestelmä.

Voidaan sanoa, että tietokonegrafiikkajärjestelmien muodostuminen ja kehittäminen sekä niiden yhä laajempi käyttö tieteellisessä tutkimuksessa muuttui myöhemmin kognitiivisen tietokonegrafiikan suuntaan. Esimerkiksi järjestelmät, joissa on kognitiivinen tietokonegrafiikka, antavat matemaatikoille mahdollisuuden nähdä ja ymmärtää syviä lukuteoreettisia kuvioita. Tutkimusinsinööreille ja monimutkaisten teknisten projektien kehittäjille nämä järjestelmät muuttavat suunnitellut ja suunnitellut tuotteet ja esineet näkyväksi todellisuudeksi, jolloin voit tutkia tarkasti useita esineen suunniteltujen osien ja komponenttien teknisiä ja fyysisiä vivahteita jopa geometrisella mallilla. . uusi teknologia ja parantaa siten suuresti suunnittelijan suunnitteluajattelua. Nämä järjestelmät mahdollistavat asetettujen tehtävien laajentamisen ja selkeyttämisen sekä osaltaan luotujen esineiden, tuotteiden ja järjestelmien tunnistamisessa.

Kohtauksen analyysi

Kuvankäsittely ja -analyysi

Kuvallinen tietokonegrafiikka

Tietokonegrafiikan ohjeet

Nykyisessä, vakiintuneessa tilassa on tapana jakaa tietokonegrafiikka seuraaviin alueisiin:

• visuaalinen tietokonegrafiikka,
• kuvankäsittely ja analyysi,
• kohtausanalyysi (havaintotietokonegrafiikka),
• tietokonegrafiikka tieteellisiä abstraktioita varten (kognitiivinen tietokonegrafiikka - grafiikka, joka edistää kognitiota).

Objektit: syntetisoidut kuvat.

• objektimallin rakentaminen ja kuvan luominen,
• mallin ja kuvan muunnos,
• kohteen tunnistaminen ja tarvittavien tietojen hankkiminen.

Objektit: Diskreetti, numeerinen esitys valokuvista.

• parantaa kuvan laatua,
• kuvan arviointi - tarvittavien kohteiden muodon, sijainnin, koon ja muiden parametrien määrittäminen,
• kuvantunnistus - kohteen ominaisuuksien valinta ja luokittelu (ilmailukuvien käsittely, piirustusten syöttö, navigointi-, tunnistus- ja ohjausjärjestelmät).

Joten kuvankäsittely ja analyysi perustuvat kuvan esittämiseen, käsittelyyn ja analysointiin sekä tietysti visuaaliseen tietokonegrafiikkaan, ainakin tulosten esittämiseksi.

Aihe: graafisten esineiden abstraktien mallien ja niiden välisten suhteiden tutkimus. Kohteet voidaan joko syntetisoida tai korostaa valokuvissa.

Kohtausanalyysin ensimmäinen vaihe on korostus ominaispiirteet, jotka muodostavat graafisen objektin (objektit).

Esimerkkejä: konenäkö (robotit), röntgenkuvien analysointi kiinnostavan kohteen, kuten sydämen, eristämisellä ja seurannalla.

Joten kohtausanalyysi (havaintotietokonegrafiikka) perustuu visuaaliseen grafiikkaan + kuva-analyysiin + erikoistyökaluihin.

Vain ilmaantuva uusi suunta, jota ei ole vielä selkeästi määritelty.

Tämä on tietokonegrafiikkaa tieteellisiä abstraktioita varten, mikä edistää uuden tieteellisen tiedon syntymistä. Base - tehokkaat tietokoneet ja tehokkaat visualisointityökalut.

Kognition yleinen järjestys koostuu mahdollisesti syklisestä etenemisestä hypoteesista malliin (objektiin, ilmiöön) ja päätöksestä, jonka tulos on tieto. Yleisen tiedon sekvenssin malli on esitetty kuvassa 2.1.

Kuva 2.1 - Kognitioprosessin järjestys

Ihmisen kognitio käyttää kahta pääasiallista ajattelumekanismia, joista jokainen on osoitettu puoleen aivoista:

• tietoinen, loogis-verbaalinen, manipuloi abstrakteja symbolijonoja (objekteja) + symbolien semantiikkaa + symboleihin liittyviä pragmaattisia esityksiä. Tämän puheen esiintymiseen liittyvän mekanismin ikä on jopa 100 tuhatta vuotta:
• tiedostamaton, intuitiivinen, kuvaannollinen, toimii aistillisten kuvien ja ideoiden kanssa. Tämän mekanismin ikä on eläinmaailman olemassaolon aika maan päällä.

Aluksi tietokoneissa prosessorien ja tietokonegrafiikkatyökalujen suorituskyky oli alhainen, ts. itse asiassa heillä oli mahdollisuus työskennellä vain symbolien kanssa (jokin loogisen ajattelun yksinkertaistettu analogi).

Supertietokoneiden, joiden kapasiteetti on vähintään miljardi toimintoa sekunnissa, ja graafisten superasemien, joiden kapasiteetti on jopa satoja miljoonia operaatioita sekunnissa, ilmaantuessa tuli mahdolliseksi käsitellä kuvia (kuvia) melko tehokkaasti.

On tärkeää huomata, että aivot eivät vain osaa työskennellä kahdella tapaa esittää tietoa ja ne toimivat kuvien kanssa eri tavalla ja tehokkaammin kuin tietokone, vaan osaavat myös korreloida nämä kaksi tapaa ja tehdä (jollakin tavalla) siirtyy esityksestä toiseen.

Tässä yhteydessä kognitiivisen tietokonegrafiikan pääongelma ja tehtävä on sellaisten tiedon esitysmallien luominen, joissa voitaisiin yhtenäisesti esittää sekä loogiselle (symboliselle, algebralliselle) ajattelulle ominaisia ​​esineitä että figuratiiviselle ajattelulle ominaisia ​​esineitä.

Muut kriittisiä tehtäviä:

• niiden tietojen visualisointi, joille ei ole (vielä?) symbolisia kuvauksia,
• etsi tapoja siirtyä kuvasta hypoteesin muotoiluun mekanismeista ja prosesseista, joita nämä (dynaamiset) kuvat edustavat näytöllä.

Kognitiivisen tietokonegrafiikan ilmaantuminen on merkki siirtymisestä luonnollisen älyn laajan kehityksen aikakaudesta intensiivisen kehityksen aikakauteen, jolle on ominaista syvälle tunkeutuva tietokoneisaatio, joka synnyttää ihmisen ja koneen välisen kognition teknologian, jonka tärkeä kohta on suora, määrätietoinen, aktivoiva vaikutus alitajuisiin intuitiivisiin kuvitteellisen ajattelun mekanismeihin.

Yksi kirkkaimmista ja varhaisimmista esimerkeistä kognitiivisen tietokonegrafiikan soveltamisesta on C. Straussin teos "Odottamaton tietokoneiden käyttö puhtaassa matematiikassa" (TIEER, vol. 62, N 4, 1974, s. 96 - 99). Se osoittaa, kuinka graafiseen päätteeseen perustuvaa "n-ulotteista" korttia käytetään monimutkaisten algebrallisten käyrien analysointiin. Syöttölaitteita käyttämällä matemaatikko voi helposti hankkia geometrisia kuvia tutkimuksen kohteena olevan riippuvuuden parametrien suunnatun muutoksen tulokset. Hän voi myös helposti hallita parametrien nykyisiä arvoja "syventäen siten ymmärrystään näiden parametrien vaihtelujen roolista". Tuloksena saatiin "useita uusia lauseita ja ohjeita lisätutkimus».

Jo tänään voimme täysin varmuudella todeta, että silmiemme edessä on syntymässä pohjimmiltaan uusi ihminen-kone-todellisuus, joka luo edellytykset intensiiviselle kognitioteknologialle. Puhumme uusista suunnista ihmisen ja koneen vuorovaikutuksen ja tekoälyn alalla - kognitiivisen grafiikan ja virtuaalitodellisuuden järjestelmistä.

Psykologit ovat todistaneet tämän yhdistämisen henkistä kapasiteettia henkilö, jolla on vain korkein verbaal-looginen taso henkinen heijastus todellisuus on laitonta. Tämä reflektio sisältää myös aisti-havainto- ja figuratiiviset tasot ja niitä vastaavat kyvyt, jotka ilmenevät aisti-, havainto-, figuratiivisen muistin ja mielikuvituksen prosesseissa, joten tällaisten kykyjen kehittämiseen on tarpeen luoda keinoja. Toistaiseksi laskentalaitteiden kehitystaso on niin korkea, että se on mahdollistanut sellaisten työkalujen kehittämisen järjestelmien rakentamiseen, jotka toimivat paitsi symbolis-loogisella, myös aisti-havaittavalla ja figuratiivisella tasolla. Ja johtava rooli tässä kuuluu mainituille kahdelle uudelle suunnalle modernin laskennallisen tieteen kehityksessä.

Termiä kognitiivinen grafiikka käsitteli ensimmäisenä venäläinen tiedemies A.A. Zenkin työssään lukuteorian eri käsitteiden ominaisuuksien tutkimisesta. Abstraktien numeeristen käsitteiden visuaalisten kuvien avulla hän sai tuloksia, joita aiemmin oli mahdotonta saada. Kognitiivisen grafiikan työn suunta kehittyy nopeasti, ja nyt vastaavia järjestelmiä on monia eri aihealueilla: lääketieteessä tukemaan päätöksentekoa monimutkaisten asioiden hallinnassa. teknologiset järjestelmät, järjestelmissä, jotka perustuvat luonnollinen kieli.

On syytä huomata kaksi kognitiivisten grafiikkajärjestelmien toimintoa: havainnollistava ja kognitiivinen. Jos ensimmäinen toiminto tarjoaa puhtaasti havainnollistavia mahdollisuuksia, kuten kaavioiden, histogrammien, kaavioiden, suunnitelmien ja kaavioiden rakentamisen, erilaisia ​​toiminnallisia riippuvuuksia heijastavia kuvia, niin toinen mahdollistaa henkilön aktiivisen käyttämisen luontaisen kykynsä ajatella monimutkaisissa tilakuvissa.

Termin "virtuaalitodellisuus" keksi entinen tietokonehakkeri Jaron Lenier, joka perusti HP Research Corp.:n vuonna 1984. Fosterissa, Kaliforniassa. Tämä on ensimmäinen yritys, joka on luonut VR-järjestelmiä. 1990-luvun alusta lähtien on järjestetty konferensseja virtuaalitodellisuuden simulointityökaluista ja sellaisten järjestelmien rakentamisesta, joiden avulla ihminen voi toimia ympäristössä, joka voi olla laadullisesti erilainen kuin sen todellisuuden olosuhteet, jossa hän elää.

On olemassa kaksi ominaisuutta, joiden avulla voidaan erottaa ohjelma, joka luo "virtuaalimaailman" (VR-järjestelmän). perinteiset järjestelmät tietokonegrafiikka.

1. Pelkän visuaalisen tiedon välittämisen lisäksi nämä ohjelmat vaikuttavat samanaikaisesti useisiin muihin aisteihin, mukaan lukien kuuloon ja jopa kosketukseen.

2. VR-järjestelmät ovat vuorovaikutuksessa ihmisen kanssa, ja niistä kehittyneimmissä käyttäjä voi esimerkiksi koskettaa vain tietokoneen muistissa olevaa esinettä pukemalla antureilla täytetyn hanskan. Useissa järjestelmissä voit käyttää ohjaussauvaa tai hiirtä – sitten voit tehdä jotain näytöllä näkyvälle kohteelle (esimerkiksi kääntää sitä ympäri, siirtää tai katsoa sitä takaa).

Virtuaalitodellisuusmalliin perustuvien järjestelmien kehitys pakottaa meidät ratkaisemaan useita multimediateknologioille ja kognitiivisille grafiikkatekniikoille tyypillisiä ongelmia. Tässä artikkelissa tarkastellaan ongelmia, jotka liittyvät sellaisten graafisten työkalujen kehittämiseen, joilla luodaan kuviollisia esityksiä dynaamisista kohtauksista, jotka edustavat erilaisia ​​todellisuuksia, mukaan lukien kuvitteelliset.

Tarkastellaanpa ongelmaa virtuaalitodellisuusjärjestelmän rakentamisessa staattisen, kinematiikan ja dynamiikan fysikaalisten lakien opettamiseksi "kuvitusmaailman" paradigman pohjalta. Tarkastellaan seuraavaa dynaamista maailmaa: kolmiulotteinen suljettu tila, joukko esineitä siinä, näyttelijä tässä tilassa (hän ​​on myös oppija, kutsukaamme häntä näyttelijäksi). Näyttelijän tehtävänä on ymmärtää sen maailman lakeja, jossa hän on ja toimii, suorittaen joitain fyysisiä toimintoja esineiden kanssa ajassa ja tilassa.

Korostetaan tärkeimmät käsitteet, joita näyttelijä kohtaa. Nämä ovat esineitä, suhteita, liikkeitä ja fyysisiä toimia. Asetetaan tehtäväksi rakentaa kuvitteellinen maailma, joka heijastaa näitä luokkia; samaan aikaan tällaisen kuvitteellisen todellisuuden tiloja kuvataan tekstien muodossa tavallisella luonnollisella kielellä. Tällaisen VR-järjestelmän tärkeä moduuli on alijärjestelmä, joka rakentaa tekstistä dynaamisesti muuttuvan graafisen kuvan. Tämän ongelman ratkaisemiseksi käytetään tekijöiden kehittämää TEKRIS-järjestelmää. Seuraavat ovat yleinen kuvaus TEKRIS-järjestelmät ja graafiset työkalut tällaisten järjestelmien rakentamiseen.

TEKRIS-järjestelmän rakennekaavio

TEKRIS-järjestelmä on joukko ohjelmistotyökaluja, jotka mahdollistavat dynaamisesti muuttuvan graafisen kuvan rakentamisen kuvatusta tilanteesta luonnollisen kielen tekstin avulla. Alkukuvauksen rajoituksina tulee huomioida: 1) alkuperäisen staattisen kohtauksen kuvauksen tulee olla tekstissä; 2) kaikki myöhemmin tapahtuvat muutokset kohtauksessa ovat seurausta jonkin kohteen (ihmisen, robotin) suorittamista toimista. Tyypillinen esimerkki Tällainen kuvaus voisi olla seuraava:

Huoneessa on pöytä. Pöydällä on lamppu. Pöydän vieressä on tuoli. Pöydän takana, ei kaukana vasemmalla, on kirjahylly. Tuolin oikealla puolella on sohva. Ivan seisoo kaapin vieressä. Ivan meni pöytään. Otin lampun. Laitoin sen kaappiin.

Järjestelmän lohkokaavio on esitetty kuvassa 1. Tässä kaaviossa ohjelmistokomponentit on esitetty suorakulmioina ja lähde- ja välitiedostot on esitetty soikeina.

Dynaamisen tilanteen kuvaus luonnollisella kielellä syötetään lingvistisen prosessorin syötteeseen. Aihemaailman sanakirjaa käyttämällä se muuntaa tekstin sisäiseksi kehysesitykseen, joka syötetään sitten ratkaisijalle ja aikatauluttajalle.

Ratkaisija käyttäen lohkoa kvalitatiivista fyysistä päättelyä ja looginen lohko, rakentaa kuvauksen tilanteen kehityksen liikeradalta ajallisen kohtaussarjan muodossa, heijastaen tekstin antamaa tilanteen kehityksen dynamiikkaa.

Ajastin rakentaa graafisen kuvan jokaisesta kohtauksesta tietystä sekvenssistä laskemalla tätä tarkoitusta varten kaikkien kohtauksen muodostavien kohteiden mitat ja koordinaatit sekä muodostaa myös esittämiseen tarvittavat objektien liikeradat ja välittää tämän kaiken visualisaattorin syöttö.

Visualisoija toistaa luodut kuvat peräkkäin tietyllä viiveellä näyttöruudulla. Esimerkiksi yllä olevaa tekstikuvausta varten luodaan kuvassa 2 esitetty aloituskohtaus.

Aivan kuten kielellinen prosessori on linkitetty aihealueeseen termisanaston kautta, samoin visualisoija on linkitetty samalle alueelle graafisten objektien pohjan kautta.

Graafisten objektien tietokanta on joukko kolmiulotteisia kuvauksia kohteista ja kohteista, jotka löytyvät analysoiduista kohtauksista. Tietyn sovelluksen perustan luomiseen käytetään lisäohjelmaa, jota kutsutaan graafisten objektien kirjastonhoitajaksi.

Riisi. 2. Alkukuvaus Graafinen objektikanta

Graafisten objektien tietokanta koostuu joukosta tarkasteltavaan aihealueeseen liittyvien objektien ja aiheiden kuvauksia. Jokainen tietokantaobjekti koostuu tälle tietokannalle ainutlaatuisesta nimestä (tai tyypistä) (esimerkiksi "tuoli", "pöytä", "sohva" jne.) ja kuvauksesta sen muodostavien komponenttien koostumuksesta ja suhteellisesta sijainnista. ylös.

Peruselementti, josta kaikki graafiset objektit rakennetaan, on suorakaiteen muotoinen suuntaissärmiö (ks. kuva 3). Monimutkaisten objektien rakentamiseen voidaan käyttää myös muita aiemmin määriteltyjä objekteja komponentteina. Esimerkiksi rakentaaksesi niin monimutkaisen kohteen kuin "Ivan", voit ensin määritellä seuraavat yksinkertaisemmat objektit: "pää", "käsivarsi", "jalka" ja rakentaa sitten "Ivan" jo olemassa olevista "tiileistä".

Kuvassa 3 on "taulukko"-objekti, joka koostuu viidestä peruselementistä. Jokaiselle kohteelle määritellään suorakaiteen muotoinen suuntaissärmiö, johon se voidaan kirjoittaa (merkitty katkoviivalla kuvassa), ja kantakulma, jossa kohteen origo sijaitsee.

Lisäksi jokaiselle kohteelle määritellään joukko värejä, joilla sen osat maalataan tietokoneen näytöllä näkyvissä:

värien määrä

Yhden värin määrittämiseksi näytetään kolme numeroa, joissa täyttötyyppi määrittää järjestyksen, jossa päävärit sekoitetaan:
täyttötyyppi i

täyttötyyppi2

täyttötyyppi

Renderöidessään käytetään neljää erilaista varjostusta yhtenäisen perus- tai yhdistetyn värin kanssa, kuten kuvassa 4.

Kolmen numerosarjan avulla voit asettaa kolme eri värisävyä erilaisten värjäystä varten

komponentti l

Objektin jokainen komponentti määräytyy sen sijainnin (koordinaatit suhteessa peruskulmaan), mittojen ja kasvojen värin perusteella.

Komponentti, joka on peruselementti, kuvataan seuraavasti:

2) peruskulman koordinaatit järjestelmässä

kohteen koordinaatit;

3) kiertokulmat järjestelmän akseleiden ympäri

objektin koordinaatit, kunnes se osuu yhteen elementin koordinaattiakselien kanssa;

4) elementin mitat (dx, dy, dz);

5) värinumero.

Komponentti, joka puolestaan ​​on objekti, määritellään seuraavasti: 1) tyyppi(=1);

2) kohteen nimi;

3) kantakulman koordinaatit;

4) kiertokulmat;

5) mitat;

6) värinumero.

Kun objekti renderöidään, kaikki sen komponentit järjestetään riippuen etäisyydestä projektioalueeseen (näyttöruutuun). Ensin piirretään kaukaisimmat komponentit, sitten lähimmät, jolloin kauimpana olevien komponenttien näkymättömät osat voidaan piilottaa tarkkailijalta.

Kuution pinnat on myös järjestetty projektioalueen lähestymisjärjestykseen. Jokaisen pintakärkipisteen 3D-koordinaatit muunnetaan näkymän koordinaattijärjestelmästä näytön 2D-koordinaateiksi käyttämällä alla esitettyjä kaavoja (katso kuva 5). Sitten määritetään normaalivektorin suunta ja valitaan sopiva kasvojen varjostus, jonka jälkeen näyttöruudulle piirretään kasvoja vastaava nelikulmio. Koska tarkkailijaa lähinnä olevat elementit näkyvät viimeisinä, ne peittävät näkymättömät reunat.

Riisi. 5. Objektin projektio visualisointitasolle

Kohdekoordinaattijärjestelmän elementtiin (x, y, z) kuuluvan pisteen koordinaatit lasketaan seuraavilla kaavoilla:

missä (x\y", z1) ovat elementtijärjestelmän pisteen koordinaatit;

(xq, уо", zq) - kantakulmakoordinaatit, tij - suuntakosinit, ts. cos kulma objektijärjestelmän akselien / ja j välillä.

Seuraavaa kaavaa käytetään suuntakosinien laskemiseen:

sina-sinp-cozy+cosa-sinp-cosa-sinp-cosy+sina-sinp

Sina-sinp-siny+cosa-cosy cosa-sinp-siny+sina-cosy

Sina cosp cosp

Matriisi M määrittää peräkkäisen kierron x-akselin ympäri oc:lla, y p:llä, z y:llä. Pisteen projektion koordinaatit kuvaruudulle lasketaan samalla tavalla.

Grafiikkakirjastonhoitaja

Graafisten objektien kirjastonhoitaja on ohjelma, joka on suunniteltu luomaan joukko objekteja ja aiheita, jotka löytyvät analysoiduista teksteistä. Tämän ohjelman avulla voit luoda uuden tietokannan objekteista, ladata olemassa olevan tietokannan, tallentaa tietokannan tiedostoon, lisätä uuden objektin tietokantaan, muokata ja poistaa objektia.

Riisi. 6. Graafisten objektien kirjastonhoitajan työnäyttö

osat sekä nykyisen (muokatun) komponentin parametrien arvot.

Muun ruudun tilan vievät kolme kohteen ja sen isometrisen projektion ortogonaalista projektiota, ja on mahdollista muuttaa kohteen näkökulmaa asettamalla kiertokulmat koordinaattiakseleiden ympäri.

Ohjelman päävalikko sisältää seuraavat kohteet:

Base - uuden tietokannan luominen objekteista, vanhan tietokannan tallentaminen ja lataaminen.

Ystävällinen - muutos isometrinen näkymä(objektin kierto).

Objektit - näyttää luettelon kaikista tietokannan objekteista sekä mahdollisuus navigoida valittuun objektiin.

Komponentti - parametriarvojen asettaminen objektikomponentille (sijainti, mitat, väri).

Värit - värijoukon asettaminen objektille.

Huone - huoneen rakentaminen ja katseleminen olemassa olevista kohteista (ei toteutettu käsiteltävässä versiossa).

Poistu - Poistu ohjelmasta.

Päävalikon alla olevat painikkeet suorittavat seuraavat toiminnot:

Ohjelman työnäyttö näkyy kuvassa. 6. Näytön yläosassa on päävalikko, alareunassa - sarja päävärejä (16 väriä) ja neljä erilaista varjostusta. Näytön vasemmassa yläkulmassa (valikon jälkeen) on viisi painiketta objektin luomiseen ja muokkaamiseen. Suoraan niiden alapuolella on kohteen nimi, luettelo sen koostumuksesta

Lisää objektiin uusi kanta- tai yhdistekomponentti

Muuta komponentin kokoa (mittoja).

Muuta komponenttien sijaintia

Kierrä komponenttia

Poista komponentti

Kun uusi objekti luodaan, luodaan kuutio, jolla on oletusmitat. Objektin komponenttien mitat asetetaan kokonaislukuina välillä 1-400, joten objektipohjaa luotaessa on määritettävä mittakaava siten, että objektin näytettävät (ei todelliset) mitat osuvat tähän väliin. .

Jos haluat muuttaa komponentin kokoa, napsauta "Koko" -painiketta. Tämän jälkeen ohjelma siirtyy mittamuutostilaan, joka tehdään siirtämällä komponenttia vastaavan suorakulmion oikeaa alakulmaa jossakin kolmesta ortogonaaliset projektiot. Siirtyminen tapahtuu "hiiri"-manipulaattorin avulla vasenta painiketta painettuna.

Komponenttia siirretään samalla tavalla, kun "Move"-painiketta painetaan. Kierrä komponenttia napsauttamalla "Käännä" -painiketta. Uuden komponentin lisääminen tapahtuu painamalla "Uusi"-painiketta. Kun suoritetaan mitä tahansa toimintoa komponentilla, kohteen mitat ja kaikkien sen komponenttien koordinaatit lasketaan automaattisesti uudelleen.

Tarvittaessa "Del"-painikkeella voidaan objektin komponentti poistaa, mikä johtaa myös koordinaattien ja mittojen uudelleenlaskentaan. Sijainnin ja koon lisäksi objektin jokainen komponentti määrittää kolme värisävyä kasvoilleen. Yhden tai toisen sävyn valinta riippuu kasvojen tason (sen normaalin) sijainnista avaruudessa. Jos komponentti puolestaan ​​on objekti, aliobjektin värit periytyvät ja ne voidaan korvata muokatun objektin väreillä.

Jos haluat asettaa värit objektille tai määrittää värin komponentille, valitse "Värit" päävalikosta. Näyttöön tulee ikkuna (kuva 7).

Tämän ikkunan vasemmassa osassa on lista kohteen väreistä, oikeassa osassa on varjostuskuvio kolmelle mahdolliselle tapaukselle, alaosassa on neljä painiketta.

Varjostuksen asettamiseksi sinun on valittava kasvot (A, B tai C) ja näytön alareunasta varjostuksen tyyppi, päävärit (hiiren vasen painike) ja lisävärit (oikea painike). Kun napsautat "Tallenna" -painiketta, valittu väri määritetään komponentille. "Lisää"- ja "Poista"-painikkeilla voit lisätä ja poistaa väriluettelon elementtejä.

Jos "hiiri"-manipulaattoria ei ole, voit käyttää "Komponentti"-päävalikon kohtaa komponenttien parametrien arvojen asettamiseen. Tällöin näytölle tulee kuvan 8 mukainen ikkuna, jonka yläosassa on määritelty komponentin nimi (kuvassa tuolin "vasen kahva"), jota voidaan tarvittaessa muuttaa. .

Ikkunan vasemmassa puoliskossa asetetaan komponenttiparametrien arvot, oikealla - joukko painikkeita komponenttien lajitteluun, lisäämiseen ja poistamiseen, värin asettamiseen ja muutosten tallentamiseen tai kieltäytymiseen.

Tässä ikkunassa, käyttämällä vain näppäimiä, voit kuvata objektin täydellisesti. Aseta parametriarvo siirtymällä halutulle riville kohdistinnäppäimillä ("Ylös", "Alas") ja tulostamalla uusi arvo. Huomaa, että kuvassa 8 mitat on ilmoitettu harmaana, eli niitä ei voi muuttaa, koska tuolin käsivarsi puolestaan ​​on esine ja perii sen mitat.

Kun olet lopettanut yhden objektin muokkaamisen, voit siirtyä toisen luomiseen tai muokkaamiseen. Ennen ohjelmasta poistumista objektitietokanta tulee tallentaa tiedostoon jatkokäyttöä varten ohjelmassa kolmiulotteisten kohtausten visualisointia varten.

3D-kohtausten visualisointi

Visualisointiohjelma voi toimia kahdessa tilassa. Päätila on, kun ajastin rakentaa nykyisen 3D-näkymän ja välittää sen renderöijalle piirtämistä varten. Toisessa toimintatavassa ajastin luo analysoidulle tekstille kohtaussarjan ja kirjoittaa sen tiedostoon, jota visualisoija käyttää myöhemmin. Tässä tapauksessa renderöija toimii luotujen sekvenssien demonstraattorina.

Ohjelmasyötteeseen syötetään kaksi tiedostoa - graafisten objektien pohja ja kohtausten järjestys - seuraavassa muodossa:

Yksi kohtaus erotetaan toisesta erityisellä PAUSE-komennolla (tauko kohtausten välillä).

Jokainen kohtaus kuvataan komentosarjana:

Joukkue 1

Joukkue t

Komennot on jaettu objektin kuvauskomentoihin ja ohjauskomentoihin. Kuvauskomento sisältää seuraavat kentät:

Käytetyn objektin yksilöllinen nimi

myöhemmissä kohtauksissa;

Objektin tyyppi (nimi tietokannassa);

Vasemman takaosan koordinaatit alempana

kulma huoneen koordinaattijärjestelmässä;

Kiertokulmat koordinaattiakselien ympärillä

Kokomuuttaja (L - iso, M -

keskikokoinen, S - pieni);

Väri (0-8). Jos väri=0, niin objekti

näytetään tietokannassa käytetyllä värillä. Muuten: 1 - musta, 2 - sininen 8 - valkoinen.

Alkukohtausta kuvaavien objektien joukossa on oltava "kohtaus" (huone) -tyyppinen esine. Tämä esine on sisäänrakennettu (ei saatavilla graafisten objektien tietokannassa). Se määrittää huoneen mitat sekä tarkkailijan sijainnin. Asettamalla uusia kiertokulmia joka kerta voit muuttaa tarkkailijan sijaintia nähdäksesi aiemmin näkemättömät kohteet. Esimerkiksi kuva 9 esittää artikkelin alussa käsitellyn tekstin toisen kohtauksen eri näkökulmasta.

Riisi. 9. Toinen kohtaus eri näkökulmasta

Seuraavia ohjauskomentoja käytetään kohtaussarjan luomiseen:

PAUSE - tauko kohtausten välillä;

SIIRRÄ - siirrä objekti uuteen

asema;" TRACE - näytä kohteen liikkeen liikerata;

DEL - poista kohde kohtauksesta

(käytetään visualisoimaan käsite "ota").

Yhteenvetona voidaan todeta, että kehitetyt graafiset työkalut ovat keskittyneet käyttöön älykkäissä CAD-järjestelmissä, roboteissa, koulutusjärjestelmissä, tietokonepelien rakentamisessa, "virtuaalitodellisuusjärjestelmissä. Järjestelmäohjelmistotyökalujen avulla voit esittää dataa, joka on ilmaistu tekstinä ja graafisena muotoja ja manipuloida niitä.

Seuraava askel näiden työkalujen kehityksessä on sellaisen järjestelmän kehittäminen, jonka avulla voit manipuloida ei yksittäisen kohtauksen sisällä, vaan joidenkin niiden yhdistelmän sisällä, mikä mahdollistaa monimutkaisempien maailmojen luomisen.

Kun tarkastellaan ongelmia menetelmien ja työkalujen rakentamisessa uuden sukupolven järjestelmien luomiseksi ihmisen ja koneen vuorovaikutuksen alalla (in laajassa mielessä Tästä sanasta) Haluan vielä kerran korostaa figuratiivisten, ei-verbaalisten esitysten poikkeuksellista roolia erilaisissa luovissa ja älyllisissä prosesseissa, mukaan lukien oppiminen, uuden tiedon löytäminen, monimutkaisten kohteiden hallinta jne. ihmisen kyky. Ja tässä tietysti tärkeä rooli kuuluu tietokonejärjestelmiin, joissa on uusia tekniikoita, jotka tukevat näitä kykyjä, erityisesti perustuen kognitiiviseen grafiikkaan ja virtuaalitodellisuusjärjestelmiin.

Bibliografia

5. Zenkin A. A. Kognitiivinen tietokonegrafiikka // M.: Nauka, 1991.-S. 187.

7. Rakcheeva T.A. EKG:n rytmisen rakenteen kognitiivinen esitys // Ohjelmistot ja järjestelmät. - 1992. -L6 2.- S. 38-47.

4. Eremeev A.P., Korotkoe O.V., Popov A.V. Visuaalinen ohjain päätöksenteon tukijärjestelmille // Proceedings / Sh Conf. päällä tekoäly. Tver.-1992. T. 1. - S. 142-145.

2. Bakharev I.A., Leder V.E., Matekin M.P. Smart Day Graphics Tools -näyttö

monimutkainen dynamiikka tekninen prosessi// Ohjelmistot ja järjestelmät. -1992. - Nro 2. - S. 34-37.

8. V.Bajdoun, LXitvintseva. SJvfalitov et ai. Tekris: Älykäs järjestelmä tekstianimaatioon // Proc. East-West Conf. on Art. Intel. EWAIC93. 7.-9. syyskuuta Moskova, Venäjä. 1993.

3. Hamilton J., SmithA., McWilliams G. et ai. Virtuaalitodellisuus// Työviikko. - 1993. - Nro 1.

6. Litvintseva L.V. Kolmiulotteisten dynaamisten kohtausten visualisointijärjestelmän käsitteellinen malli // Ohjelmistot ja järjestelmät. Nro 2.1992.

1. Baidun V.V., Bunin A.I., Bunina O.Yu. Dynaamisten tilakohtausten tekstikuvausten analyysi TEKRIS-järjestelmässä // Ohjelmistot ja järjestelmät. -1992. -Nro 3. - S. 42-48.

SISÄLTÖ

Johdanto………………………………………………………………………………2

Kognitiivinen tietokonegrafiikka………………………………….3
Kognitiivisen tietokonegrafiikan käsite………………………….5
CG:n havainnollistavat ja kognitiiviset toiminnot…………………………..6
Kognitiivisen CG:n tehtävät ja vaatimukset……………………………………..8
Multimedian havainnollistavat ja kognitiiviset toiminnot……………….10

Johtopäätös………………………………………………………………………………13
Luettelo käytetystä kirjallisuudesta…………………………………………14

JOHDANTO

Elektronisten multimediatyökalujen kehittäminen avaa koulutusalalle perustavanlaatuisia uusia didaktisia mahdollisuuksia. Siten vuorovaikutteisen grafiikan ja animaation järjestelmät mahdollistavat niiden sisällön, muodon, koon, värin ja muiden parametrien ohjaamisen kuva-analyysiprosessissa parhaan näkyvyyden saavuttamiseksi. Nämä ja monet muut mahdollisuudet ovat vielä huonosti sähköisten oppimistekniikoiden kehittäjien ymmärtämiä, mikä ei mahdollista multimedian koulutuspotentiaalin täysimääräistä hyödyntämistä. Tosiasia on, että multimedian käyttö verkko-oppimisessa paitsi lisää tiedonsiirron nopeutta opiskelijoille ja lisää sen ymmärtämisen tasoa, myös edistää sellaisten tärkeiden ominaisuuksien kehittymistä minkä tahansa alan asiantuntijalle, kuten intuitio, ammattimainen "hohto", mielikuvituksellinen ajattelu.
Interaktiivisen tietokonegrafiikan vaikutus intuitiiviseen, mielikuvitukselliseen ajatteluun on johtanut uuden suunnan syntymiseen tekoälyn ongelmiin - kognitiiviseen (eli kognitiota edistävään) tietokonegrafiikkaan.
Työn tarkoituksena on pohtia kognitiivisten albumien toteuttamiseen verkkoympäristössä käytettävien ohjelmistotyökalujen järjestelmäorganisaatioon liittyviä kysymyksiä sekä kognitiivisen tietokonegrafiikan käsitteitä.

1. Kognitiivinen tietokonegrafiikka

Ihmisen tieto käyttää ikään kuin kahta ajattelumekanismia. Yksi niistä on kyky työskennellä abstraktien merkkijonojen kanssa, joihin liittyy joitain semanttisia ja pragmaattisia esityksiä. Tämä on kykyä työskennellä tekstien kanssa sanan laajimmassa merkityksessä. Tällaista ajattelua voitaisiin kutsua symboliseksi tai algebralliseksi. Toinen on kyky työskennellä aistillisten kuvien ja ideoiden kanssa näistä kuvista. Tällaiset kuvat ovat paljon täsmällisempiä ja integroituneempia kuin symboliset esitykset. Mutta ne ovat myös paljon "epämääräisempiä", "vähemmän loogisia" kuin se, mikä on piilotettu niiden elementtien taakse, joilla algebrallinen ajattelu toimii. Mutta ilman niitä emme voisi heijastaa mielessämme ympäröivää maailmaa meille ominaisessa täyteydessä. Kyky työskennellä aistillisten kuvien (ja ennen kaikkea visuaalisten kuvien) kanssa määrittää sen, mitä voisi kutsua geometriseksi ajatteluksi. yksi
Monet ajattelun psykologian asiantuntijat ovat vakuuttuneita siitä, että kyse on kahden tiedon esittämistavan (symbolien sarjan muodossa ja kuvien-kuvien muodossa), kyvystä työskennellä niiden kanssa ja korreloida molempia. esitystavat keskenään, jotka tarjoavat ihmisajattelun ilmiön.
Visuaalisten esitysten kanssa työskentelyyn tarvitaan erikoistyökaluja ja tapoja siirtyä niistä tekstiesitykseen ja käänteiseen siirtymiseen. Siten asetettiin päätehtävä, josta on nyt nousemassa uusi ongelma-alue - kognitiivinen grafiikka.

Kognitiivinen grafiikka eroaa tietokonegrafiikasta siinä, että sen päätehtävänä on luoda sellaisia ​​tiedon esitysmalleja (kognitiivisia malleja), joissa olisi mahdollista esittää sekä algebraiselle ajattelulle ominaisia ​​esineitä että kuva-kuvia, joiden kanssa geometrinen ajattelu toimii yhtenäisin keinoin. Nämä yhdistetyt kognitiiviset rakenteet ovat kognitiivisen grafiikan pääkohteita.
ICG-valmiuksien käytöllä tieteellisessä perustutkimuksessa alkaa olla kasvava rooli. Samalla painotetaan alkuvaiheelle tyypillistä ICG:n havainnollistavaa toimintaa, ts. esimerkiksi tyypillisten dia- ja histogrammien, kaikenlaisten kaksiulotteisten kaavioiden, suunnitelmien ja kaavioiden, erilaisten toiminnallisten riippuvuuksien kuvaajien jne. rakentaminen on siirtymässä yhä enemmän niiden ICG-ominaisuuksien aktiiviseen käyttöön, jotka mahdollistavat "maksimaalisen käytön tieteellisessä tutkimuksessa". tutkimusta ihmisen kyky ajatella monimutkaisissa tilakuvioissa.
Kuvien kognitiivista toimintaa käytettiin tieteessä jo ennen tietokoneiden tuloa. Kuvaavia esityksiä, jotka liittyvät graafin, puun, verkon jne. käsitteisiin. auttoivat todistamaan monia uusia lauseita, Eulerin ympyrät mahdollistivat Aristoteleen syllogistisen abstraktin suhteen visualisoinnin, Venn-kaaviot tekivät visuaalisia menettelyjä logiikan algebran toimintojen analysointiin. 2
Kognitiivisen grafiikan systemaattinen käyttö tietokoneissa osana ihminen-kone-järjestelmiä lupaa paljon. Jopa hyvin arat yritykset tähän suuntaan, niin sanotut multimediateknologiat, jotka ovat nyt saaneet asiantuntijoiden (etenkin älykkäiden oppimisjärjestelmien luomiseen osallistuvien) huomion, osoittavat tällaisten tutkimusten lupaavuutta.

2. Kognitiivisen tietokonegrafiikan käsite

"On parempi nähdä kerran kuin kuulla sata kertaa..." - sanoo kansan viisaus. Tästä näkökulmasta katsottuna koko tieteen historia on vakuuttava esimerkki ihmisen ikuisesta halusta laajentaa näkemyksensä evoluution rajoista ympäröivästä maailmasta. Ihminen keksi kaukoputken tuodakseen lähemmäksi ja nähdäkseen paremmin suoralta havainnolta piilossa olevien tähtien maailmojen mysteerit, hän loi mikroskoopin nähdäkseen, tutkiakseen mikromaailman pienimpiä esineitä ... Röntgen ja spektroskopia mahdollistivat ihmisen näkevän sisäisen aineen rakenne, tomografia avasi ihmisen katseen sisäinen maailma elävät organismit, lämpökuvaus antoi hänelle mahdollisuuden nähdä suoraan lämpöä, radiovisor - radioaallot ... jne. jne. ... - Nähdä, harkita, erottaa ... - mutta ei vain siksi, että silmän kautta ihmisen aivot vastaanottaa yli 90 prosenttia ympäröivää maailmaa koskevasta tiedosta: visio ei ole vain kanava tai vastaanotin tai visuaalisen tiedon muuntaja, vaan ilmeisestikin yksi tärkeimmistä elementeistä kuvallisen, intuitiivisen, luova, ts. eli uuden tiedon tuottaminen, ajattelu.
On hyvin tiedossa, että onnistunut piirustus ei voi vain havainnollistaa vakuuttavasti monimutkaisen teoreettisen kysymyksen ydintä, merkitystä: tällainen piirros antaa joskus - ja ei niin harvoin - nähdä uusia, odottamattomia puolia näennäisesti tunnetusta ongelmasta, nimittäin , KATSO uusi pohdiskelu, ajatus, idea . Toisin sanoen grafiikka ei suorita vain tavanomaista, perinteistä KUVITAVAA toimintoa, vaan myös toista, yhtä tärkeää KOGNITIIVISTA eli kognitiota edistävää toimintoa. Ja nykyaikainen tietotekniikka avaa täysin uusia mahdollisuuksia juuri tällaisen kognitiivisen tietokonegrafiikan (CCG) käyttöön ennen kaikkea abstraktin teoreettisen tutkimuksen alalla. Perustiede(FN).
QCG on eräänlainen universaali analogi kaukoputkelle, mikroskoopille, röntgenspektrometrille, tomografille, lämpökameralle jne. sillä olennaisella erolla on kuitenkin se, että se on ensimmäinen fyysinen laite tieteen historiassa, jonka avulla voidaan nähdä tieteellisten abstraktioiden ei-fyysisen, näkymätön maailman esineitä. Jos otamme huomioon, että tällaiset abstraktiot sisältävät myös monia säännönmukaisuuksia, jotka määräävät todellisen maailman esineiden ja järjestelmien käyttäytymisen, abstraktien entiteettien CCG-visualisoinnin ongelma ylittää puhtaasti akateemisen kiinnostuksen.

3. CG:n kuvaavat ja kognitiiviset toiminnot

Tällä hetkellä tietokonegrafiikka on yksi nopeimmin kehittyvistä uusien aloista tietotekniikat. Niinpä tieteellisessä tutkimuksessa, mukaan lukien perustutkimuksessa, painopiste CG:n alkuvaiheelle tyypillisessä havainnollistavassa toiminnassa on siirtymässä yhä enemmän kohti niiden CG:n mahdollisuuksien hyödyntämistä, jotka mahdollistavat ihmisen kyvyn aktivoida monimutkaisissa tilakuvissa. . Tässä suhteessa kaksi CG:n toimintoa alkavat erottua selvästi toisistaan: havainnollistava ja kognitiivinen. 3
CG:n havainnollistava toiminto mahdollistaa enemmän tai vähemmän riittävän visuaalisen suunnittelun vain sen, mikä on jo tiedossa, ts. on jo olemassa joko ympärillämme olevassa maailmassa tai ideana tutkijan päässä. CG:n kognitiivinen tehtävä on käyttää joitain graafinen kuva hanki uusi, ts. tietoa, jota ei vielä ole edes asiantuntijan päässä, tai ainakin edesauttaa tämän tiedon hankkimisprosessia.
CG:n havainnollistavat toiminnot toteutetaan deklaratiivisen tyyppisissä koulutusjärjestelmissä siirrettäessä opiskelijoille artikuloitu osaa tiedosta, joka esitetään valmiiksi valmistetun tiedon muodossa graafisten, animaatioiden ja videokuvituksen kanssa.
CG:n kognitiivinen toiminta ilmenee proseduurityyppisissä järjestelmissä, jolloin opiskelijat "hankivat" tietoa tutkimusta tutkittavien kohteiden matemaattisiin malleihin, ja koska tämä tiedonmuodostusprosessi perustuu intuitiiviseen oikean pallonpuoliskon ajattelumekanismiin, tämä tieto itsessään on suurelta osin henkilökohtaista. Jokainen ihminen muodostaa alitajuisen henkisen toiminnan tekniikat omalla tavallaan. Nykyaikaisella psykologialla ei ole tiukasti perusteltuja menetelmiä ihmisen luovan potentiaalin muodostamiseksi, vaikka se olisi ammattimainen. Yksi tunnetuista heuristisista lähestymistavoista intuitiivisen ammattilähtöisen ajattelun kehittämiseen on tutkimusongelmien ratkaiseminen. Proseduurityyppisten opetustietokonejärjestelmien käyttö mahdollistaa tämän prosessin merkittävän tehostamisen, eliminoimalla siitä rutiinioperaatioita ja mahdollistaen erilaisia ​​matemaattisten mallien kokeiden suorittamisen.
CG:n roolia kasvatustutkimuksessa ei voi yliarvioida. Juuri kurssin graafiset kuvat ja matemaattisten mallien kokeilujen tulokset antavat jokaiselle opiskelijalle mahdollisuuden muodostaa oman kuvansa tutkittavasta kohteesta tai ilmiöstä sen kaikessa eheydessä ja moninaisissa yhteyksissä. On myös kiistatonta, että tietokonekuvat suorittavat ennen kaikkea kognitiivisen, ei havainnollistavan toiminnon, koska opetustyössä proseduurityyppisten tietokonejärjestelmien kanssa opiskelijat muodostavat puhtaasti henkilökohtaisia, ts. ei ole olemassa tässä muodossa kenellekään, tiedon komponentteja.
Tietysti erot tietokonegrafiikan havainnollistavien ja kognitiivisten toimintojen välillä ovat melko mielivaltaisia. Usein tavallinen graafinen kuva voi saada jotkut opiskelijat uuteen ideaan, antaa heille mahdollisuuden nähdä joitain tiedon elementtejä, joita opettaja-kehittäjä ei ole "sijoittanut" deklaratiivisen tyyppisen koulutuksen tietokonejärjestelmän. Siten tietokonekuvan havainnollistava toiminto muuttuu kognitiiviseksi toiminnaksi. Toisaalta tietokonekuvan kognitiivinen toiminto ensimmäisten kokeiden aikana proseduurityyppisillä koulutusjärjestelmillä jatkokokeiluissa voi muuttua havainnollistavaksi toiminnaksi jo "löydölle" eikä siten enää objektin uudeksi ominaisuudeksi. tutkittavana.
Kuitenkin peruserot ihmisen ajattelun loogisissa ja intuitiivisissa mekanismeissa, jotka johtuvat näistä eroista tiedon esitysmuodoissa ja niiden kehittämismenetelmissä, tekevät metodologisesti hyödylliseksi erottaa tietokonegrafiikan havainnollistavat ja kognitiiviset toiminnot ja mahdollistavat selvemmin. graafisten kuvien didaktisten tehtävien muotoilu tietokoneopetusjärjestelmien kehittämisessä.

4. Kognitiivisen CG:n tehtävät ja vaatimukset

Tunnettu tekoälyn asiantuntija D. A. Pospelov muotoili kolme kognitiivisen tietokonegrafiikan päätehtävää. Ensimmäisenä tehtävänä on luoda sellaisia ​​tiedon esittämisen malleja, joissa olisi mahdollista esittää sekä loogiselle ajattelulle ominaisia ​​esineitä että kuvia-kuvia, joiden kanssa figuratiivinen ajattelu toimii yhtenäisin keinoin. Toinen tehtävä on sen inhimillisen tiedon visualisointi, jolle ei vielä ole mahdollista löytää tekstillisiä kuvauksia. Kolmanneksi etsitään tapoja siirtyä havaituista kuvista-kuvista jonkin hypoteesin muotoilemiseen niistä mekanismeista ja prosesseista, jotka ovat piilossa havaittujen kuvien dynamiikan takana. 4
Näitä kolmea kognitiivisen CG:n tehtävää koulutuksen tietotekniikan näkökulmasta tulisi täydentää neljännellä tehtävällä, joka on luoda edellytykset opiskelijoiden ammatillisesti suuntautuneen intuition ja luovien kykyjen kehittymiselle.
Kun kehitetään tietokonejärjestelmiä teknistä analysointia, suunnittelua ja koulutusta varten, ne lähtevät yleensä kahdesta ensimmäisestä kognitiivisen grafiikan tehtävästä, jolloin moniulotteisten matemaattisten mallien tutkimuksessa saadusta ja tavanomaisessa symbolis-digitaalisessa muodossa esitetty tieto teknisestä kohteesta tulee suuren tietomäärän vuoksi ihmisten analyysin ulottumattomissa.
Kognitiivisen grafiikan kolmannen ja neljännen tehtävän selkeä ymmärtäminen mahdollistaa lisävaatimusten muotoilun sekä varsinaiselle graafiselle kuvalle että vastaavalle ohjelmistolle ja metodologiselle tuelle. Niitä ovat: tutkittavien kohteiden tai prosessien riittävyys, käytetyt tekniset menetelmät ja opetusmenetelmät; luonnollisuus ja huonosti koulutettujen tai jopa valmistautumattomien käyttäjien havaitseminen; mukavuus parametrien jakautumisen laadullisten mallien analysointiin; esteettinen vetovoima, kuvanmuodostuksen nopeus.

Oppilaiden tulee myös pystyä valitsemaan kuvan tyyppi. Tosiasia on, että samat tiedot voidaan näyttää graafisessa muodossa eri tavoin. Esimerkiksi epämuodostuneen kiinteän kappaleen mekaniikassa noin kymmenen erilaisia ​​tyyppejä kuvia. Tämän tyyppisten graafisten tietojen esittämisen erityistutkimusten tulokset osoittavat, että jokainen ihminen arvioi yksilöllisen, henkilökohtaisen havaintonsa perusteella tietyn tyyppisen kuvan tehokkuutta omalla tavallaan ja eri ihmisten arviot voivat vaihdella merkittävästi. . Siksi opetustietokonejärjestelmissä tulisi olla joukko erilaisia ​​tapoja esittää tietoa graafisesti, jotta jokainen opiskelija voi valita itselleen sopivimman kuvan tyypin tai käyttää erilaisia ​​graafisia kuvia konelaskujen tulosten analysointiin. On tarpeen tarjota opiskelijoille mahdollisuus hallita kuvia - muuttaa sen kokoa, värialuetta, tarkkailijan näkökulman sijaintia, valonlähteiden lukumäärää ja sijaintia, näytettävien arvojen kontrastiastetta jne. Kaikki nämä graafisen käyttöliittymän ominaisuudet antavat opiskelijoille mahdollisuuden valita sopivat graafisten kuvien muodot, mutta myös tuoda peli- ja tutkimuskomponentteja opetustyöhön, luonnollisesti kannustaa opiskelijoita syvälliseen ja kattavaan analyysiin tutkittavien objektien ja prosessien ominaisuuksista. .

5. Multimedian havainnollistavat ja kognitiiviset toiminnot

Kun tulkitsemme yllä olevia eroja vasemman ja oikean pallonpuoliskon ajattelumekanismien välillä suhteessa opiskelijoiden kognitiiviseen toimintaan, voimme päätellä, että looginen ajattelu erottaa vain osan tiedon keskeisimmistä elementeistä ja muodostaa niistä yksiselitteisen käsityksen tutkittavia kohteita ja prosesseja, kun taas alitajunta tarjoaa kokonaisvaltaisen käsityksen maailmasta sen monimuotoisuudessa.
Tämän eron perusteella voidaan erottaa kaksi multimedian toimintoa - havainnollistava ja kognitiivinen.
Esimerkillinen toiminto tukee loogista ajattelua. Tässä tapauksessa multimediaobjekti vahvistaa, havainnollistaa jotakin selkeästi ilmaistua ajatusta, tutkittavan kohteen tai prosessin ominaisuutta, ts. mitä on jo muotoillut esimerkiksi opettaja-kehittäjä.
Kognitiivinen toiminto on saada jotain uutta jonkin multimediaobjektin, ts. tietoa, jota ei vielä ole edes asiantuntijan päässä, tai ainakin edesauttaa tämän tiedon hankkimisprosessia.
Multimedian havainnollistava toiminto toteutetaan deklaratiivisen tyyppisissä koulutusjärjestelmissä siirrettäessä opiskelijoille artikuloitu osaa tiedosta, joka esitetään valmiiksi valmistetun tiedon muodossa graafisten, animaatioiden, ääni- ja videokuvituksen kanssa. Multimedian kognitiivinen toiminta jne.

Artikkelissa esitellään tutkimus kognitiivisen tietokonegrafiikan ja mallinnuksen tavoitteista ja tavoitteista. Niiden luokittelua harkitaan. Kognitiivisen tietokonegrafiikan ja mallinnuksen vertaileva analyysi esitetään.
Tarkastellaan kognitiivisten tieteiden ajatuksia toteuttavia paketteja ja työkaluja. Niiden luokittelu ja sovellusominaisuudet on annettu.
Katsaus kotimaiseen ja ulkomaiseen kehitykseen kognitiivisten tieteiden alalla esitetään. Tällaisten töiden tulevaisuudennäkymistä analysoidaan.

1 Johdatus kognitiiviseen tietojenkäsittelytieteeseen

Yhteiskuntamme kehittyessä käsittelyn tarpeessa olevan tiedon virtaus kasvaa lumivyörynä. Ja sen analyysin monimutkaisuus kasvaa vastaavasti. Näiden tehtävien määrä ylittää mahdollisuudet ihmismieli. Tiettykään konekäsittely ei aina mahdollista uuden tai halutun tiedon poimia tiedonvirrasta. Siksi sen käsittelylle tarvitaan laadullisesti eri tasoa, joka sisältää kognitiivisen tietokonegrafiikan tai mallinnuksen menetelmien ja välineiden käytön.

Kognitiivisten menetelmien päätehtävä on automatisoida osa toiminnoista kognitiiviset prosessit. Siksi näitä tekniikoita voidaan soveltaa kaikilla aloilla, joilla itse tiedolla on kysyntää.

Tietokonekognitiivisten tieteiden yleisenä tavoitteena on luoda laadullisesti uutta tietoa ylittämällä havainnon, tiedon ja ymmärryksen esteet, jotka liittyvät tiedon esittämiseen tavanomaisessa aakkosnumeerisessa muodossa. Esimerkiksi pohjimmiltaan uusien tieteellisten ideoiden syntymistä ei useinkaan voida pelkistää päättelyprosessiksi, hypoteesien ja teorioiden muodollisesti loogiseen päätelmään.

1.1 Peruskäsitteet

Yleisesti ottaen kognitiivinen tietokonemallinnus (CCM) viittaa henkisten, kognitiivisten prosessien mallintamiseen. Kuitenkin, kun otetaan huomioon se tosiasia viime aikoina Kognitiivista mallintamista käytetään laajalti vaikeasti formalisoitavissa päätöksenteko- ja johtamisongelmissa, seuraava määritelmä löytyy paljon useammin.
CCM on analyysimenetelmä, joka määrittää tekijöiden vaikutuksen voimakkuuden ja suunnan ohjausobjektin siirtymiseen kohdetilaan ottaen huomioon eri tekijöiden vaikutuksen yhtäläisyydet ja erot ohjausobjektiin. Tällaisten kognitiivisten mallien perustana on yleensä klassinen kognitiivinen kartta.

Klassinen kognitiivinen kartta on suunnattu graafi, jossa etuoikeutettu kärki on jokin ohjausobjektin tuleva (yleensä kohde) tila, loput kärjet vastaavat tekijöitä, kaarilla, jotka yhdistävät tekijät tilakärkeen, on paksuus ja etumerkki, joka vastaa ohjausobjektin tilaa. tämän tekijän vaikutuksen voimakkuus ja suunta ohjausobjektin siirtymiseen annettu tila, ja tekijöitä yhdistävät kaaret osoittavat näiden tekijöiden vaikutuksen samankaltaisuuden ja eron ohjausobjektiin.

B tarjoaa samanlaisen määritelmän ja huomauttaa, että syy-seuraus-graafi on yksinkertaistettu subjektiivinen malli havaitun järjestelmän toiminnallisesta organisaatiosta ja se on "raaka" materiaali jatkotutkimukselle ja transformaatiolle - kognitiiviselle mallinnukselle. Kuvat 1.1 - 1.2 tarjoavat esimerkkejä kognitiivisista kartoista.

Kuva 1.1 - Esimerkki jonkin taloudellisen tilanteen kognitiivisesta kartasta, joka on kehitetty kognitiivisessa mallinnusjärjestelmässä "CANVA"

Kuva 1.2 - Esimerkki kognitiivisessa mallinnusjärjestelmässä ”iThink” kehitetystä kognitiivisesta kartasta

Kognitiivisen tietokonemallinnuksen yleisin määritelmä on annettu julkaisussa, jossa se ymmärretään perinteisen tietokonemallinnuksen ja kognitiivisen tietokonegrafiikan synteesinä.
Kognitiivisten megakarttojen käsite esitellään klassisten kognitiivisten karttojen erityislajina. Niiden luokittelu ja esimerkit otetaan myös huomioon tässä.

Kognitiivisella tietokonegrafiikalla (CCG) tarkoitamme sellaisten tiedon esitysmallien luomista, joissa olisi mahdollista esittää sekä verbaal-loogiselle, symboliselle ajattelutasolle tyypillisiä esineitä että ei-symboliselle ajattelulle ominaisia ​​kuvia-kuvia. . CCG liittyy suoraan tieteellisen luovuuden prosessiin.

1.2 Kognitiivisen tietokonegrafiikan tehtävät

Tällä hetkellä tietokonegrafiikka on yksi nopeimmin kehittyvistä uuden tietotekniikan aloista. Niinpä tieteellisessä tutkimuksessa, mukaan lukien perustutkimuksessa, painopiste CG:n alkuvaiheelle tyypillisessä havainnollistavassa toiminnassa on siirtymässä yhä enemmän kohti niiden CG:n mahdollisuuksien hyödyntämistä, jotka mahdollistavat ihmisen kyvyn aktivoida monimutkaisissa tilakuvissa. . Tässä suhteessa kaksi CG:n toimintoa alkavat erottua selvästi toisistaan: havainnollistava ja kognitiivinen.

CG:n havainnollistava toiminto mahdollistaa enemmän tai vähemmän riittävän visuaalisen suunnittelun vain sen, mikä on jo tiedossa, ts. on jo olemassa joko ympärillämme olevassa maailmassa tai ideana tutkijan päässä. CG:n kognitiivinen tehtävä on saada uutta tietyn graafisen kuvan avulla, ts. tietoa, jota ei vielä ole edes asiantuntijan päässä, tai ainakin edesauttaa tämän tiedon hankkimisprosessia.
CG:n havainnollistavat toiminnot toteutetaan deklaratiivisen tyyppisissä järjestelmissä siirrettäessä käyttäjille artikuloitua osaa tiedosta, joka esitetään valmiiksi valmistetun tiedon muodossa graafisella animaatiolla ja videokuvituksilla.

CG:n kognitiivinen toiminta ilmenee prosessityyppisissä järjestelmissä, jolloin käyttäjät "hankivat" tietoa tutkimuksen kautta sekä tutkittavien objektien matemaattisista malleista että analysoidessaan päättäjien operatiivista toimintaa. erilaisia ​​tyyppejä valvonta- ja hallintaobjekteja. On selvää, että koska tämä tiedonmuodostusprosessi perustuu intuitiiviseen oikean pallonpuoliskon ajattelumekanismiin, tämä tieto itsessään on suurelta osin asiantuntijaluonteista.

1.3 Kognitiivisen tietokonemallinnuksen tehtävät

Kognitiivinen lähestymistapa mallintamisessa keskittyy aktivoimaan subjektin älyllisiä prosesseja ja auttamaan häntä korjaamaan ongelmatilanteen esityksensä muodollisen mallin muodossa. Kuten aiemmin mainittiin, tällaisena mallina käytetään yleensä kognitiivista tilannekarttaa.
Kognitiivisen analyysin ja mallintamisen teknologia mahdollistaa nykytilanteen systemaattisen karakterisoinnin ja perustelemisen sekä laadullisella tasolla ehdotuksen tapoja ratkaista ongelma tässä tilanteessa ympäristötekijät huomioiden.

Kognitiivisen analyysin ja mallinnuksen käyttö avaa uusia mahdollisuuksia ennustamiseen ja johtamiseen eri alueita:
- sisään talouden alalla Näin voit kehittää ja perustella strategian lyhyessä ajassa taloudellinen kehitys yritys, pankki, alue tai jopa koko valtio, kun otetaan huomioon muutosten vaikutukset ulkoinen ympäristö;
- rahoituksen ja osakemarkkinoiden alalla - ottaa huomioon markkinatoimijoiden odotukset;
– sotilaallisella ja tietoturva-alalla – vastustaa strategisia tietoaseita, tunnistamalla konfliktirakenteet etukäteen ja kehittämällä asianmukaisia ​​toimenpiteitä

2 Kognitiivisen tietokonegrafiikan ja mallinnuksen tehtävien luokittelu

Kognitiivisen grafiikan ja kognitiivisen mallintamisen käsitteet ovat sinänsä merkittävästi erilaisia. Näin ollen myös näillä alueilla toteutettu kehitys vaihtelee. Mutta näitä kahta tietojenkäsittelytieteen aluetta ei voida tarkastella erikseen. He ovat sisällä läheinen suhde ja tutkia asioita, jotka täydentävät toisiaan.
Sekä kognitiivisessa mallintamisessa että kognitiivisessa grafiikassa on kolme pääasiallista ratkaistavaa tehtäväaluetta, jotka on esitetty taulukossa 1.

Taulukko 2.1 KKM:n ja KKG:n tehtäväluokitus

	KKM	KKG
1	tehtävä on verbalisoitavissa, mutta ei ratkaistavissa tai on vaikea ratkaista ilman joitain ei-perinteisiä menetelmiä, esimerkiksi asiantuntijajärjestelmiä	sellaisten tiedon esitysmallien luominen, joissa olisi mahdollista esittää sekä loogiselle ajattelulle ominaisia ​​esineitä että kuva-kuvia, joiden kanssa figuratiivinen ajattelu toimii yhtenäisin keinoin
2	tekstin ja graafisen tiedon ymmärtämiseen ja käsittelyyn liittyvien kognitiivisten prosessien mallintaminen, ts. järjestelmien kehittäminen, kuten "Teksti - piirustus" ja "Piirustus - teksti"	visualisointi sellaisista ihmistiedoista, joille ei vielä ole mahdollista löytää tekstillisiä kuvauksia
3	havainto- ja arviointijärjestelmät” - monella tapaa samanlainen kuin kohta 1, mutta tässä ei ratkaise niinkään tehtävän monimutkaisuus, vaan lähtötiedon määrä ja päätöksentekoon annettu aika	etsiä tapoja siirtyä havaituista kuvista jonkin hypoteesin muotoilemiseen niistä mekanismeista ja prosesseista, jotka ovat piilossa havaittujen kuvien dynamiikan takana

Tällä hetkellä saatavilla olevat tutkimus-, kehitys- ja ohjelmistotuotteet eivät kuitenkaan erota CCM:n ja CCG:n tehtäviä toisistaan, vaan ratkaisevat ne yhdessä jollakin kolmesta osa-alueesta.

2.1 Näytetyn prosessidynamiikan kognition lisääminen

Hyvin usein ongelmana on käyttäjän reaktioajan kriittisyys muuttaa tiettyjä parametreja reaaliaikaisissa ohjausjärjestelmissä. Toiminnanharjoittajan on poikkeavan tilanteen sattuessa päätettävä vastaavien osajärjestelmien toiminnan oikeellisuudesta. Puutteellisten tai väärien päätösten tekeminen voi johtaa merkittäviin aineellisiin menetyksiin.

Tämän tai tuon tiedon havaitsemiseen tarvittavan ajan lyhentämiseksi, kun se esitetään, on järkevää kääntyä ei niinkään huonon suorituskyvyn logiikan "mekanismiin", vaan tehokkaampaan - intuitiivisesti assosiatiiviseen ajatteluun.
AT Tämä tapaus Kognitiivinen lähestymistapa ottaa huomioon, että hahmon muodon, värin muutoksena, sen mittasuhteiden vääristymänä esitetty tieto havaitaan paljon nopeammin kuin sama tieto tekstimuodossa.

2.2 Kognitiivinen prosessimallinnus lisäanalyysiä varten

Kognitiivisen mallinnuksen tarkoituksena on tuottaa ja testata hypoteeseja havaitun tilanteen toiminnallisesta rakenteesta, kunnes saadaan toiminnallinen rakenne, joka voi selittää havaitun tilanteen käyttäytymisen.

Kognitiivisen mallinnuksen tietokonejärjestelmien päävaatimukset ovat avoimuus kaikelle mahdollisia muutoksia monet tilanteen tekijät, syy-seuraus-suhteet, laadullisten ennusteiden hankkiminen ja selittäminen tilanteen kehittymisestä (suoran ongelman ”Mitä tapahtuu jos...” ratkaiseminen), neuvojen ja suositusten saaminen tilanteen hallintaan (ratkaiseminen) käänteinen ongelma "Mitä tarvitaan ...").
pullonkaula olemassa oleviin järjestelmiin tilanteiden kognitiivinen mallintaminen on niiden käyttöliittymän ja käsittelyalgoritmien epäjohdonmukaisuutta psykologisia piirteitä havaitun tilanteen tekijöiden keskinäisen vaikutuksen arvojen ja vahvuuden subjektiivinen mittaus. Tämä epäjohdonmukaisuus johtaa asiantuntijan virheisiin ja väärinkäsityksiin tilanteen kognitiiviseen malliin sisältyvien tekijöiden keskinäisen vaikutuksen vahvuuden määrittämisessä. Harhaluulojen kognitiiviseen malliin perustuvan subjektin käyttäytymisstrategian kehittäminen johtaa luonnollisesti harhastrategioihin.

2.3 Laadukas tietojen visualisointi

Puhe, teksti ja staattiset kuvat ovat olleet useiden vuosituhansien ajan pääasiallisia älyllisen ihmistiedon kantajia. Mutta kaikki nämä kantajat voivat vain kuvata prosessin dynamiikkaa, mutta eivät toistaa sitä. Ajan myötä ihmisten tieto syvenee ja muuttuu paljon monimutkaisemmaksi, joten sen välittämiseksi tarvitaan keinoja, jotka voivat näyttää dynamiikan, eivät kuvata sitä. Yksi ensimmäisistä tällaisista medioista on videokuva, mutta se ei pysty näyttämään useimpien prosessien dynamiikkaa. Tulevaisuudessa tämän ongelman ratkaisemiseksi alettiin käyttää tietokonemallinnusta.

Mutta pelkkä tiedon siirtäminen ei riitä. Se on tarpeen välittää sellaisessa muodossa, että se on ymmärtäjän saatavilla. Tämä on KM:n ja KKM:n ero ja tiedon esityksen kategorioiden valinnan ongelma Tosiasia on, että lapsesta lähtien ihmistä opetetaan ajattelemaan kategoriassa todellista maailmaa joita hän voi koskea, nähdä jne. Mutta mitä vanhempi lapsi, mitä abstraktimpia luokkia ja niiden manipulointimenetelmiä hänen on opittava.

Lisäksi tiedonkulku kasvaa ja muuttuu jatkuvasti. Yliopistoissa oppiminen on loputtoman kasan kaavioita, kaavioita ja tekstikappaleita, joita on vaikea lukea ja ymmärtää. Joka päivä sata abstraktia objektia ja niiden välisiä suhteita täytyy tallentaa muistiin. Ja monia prosessin dynamiikkaa kuvaavista käsitteistä on usein vaikea välittää edes muutamassa kaavamaisessa piirustuksessa.
Kognitiivisissa malleissa tulee siis valita sellainen tieteellisten käsitteiden esitys, joka edistäisi ajattelumekanismien käynnistämistä ja rohkaisisi opiskelijaa olemaan muistamatta jotakin tietoa, vaan tiedostamaan sen.

Tarve ottaa huomioon älyllisen tiedon havainnoinnin piirteet mainitaan myös. Esimerkkinä esitetään menetelmiä teknisten objektien fyysisten ominaisuuksien kenttien esittämiseksi ja algoritmeja vastaavien kuvien rakentamiseksi, joilla on korkea kognitiivinen potentiaali. Joten levyvoimien jakautumista on mahdotonta kuvitella ilman simulaatiota. Mutta esitysmallin valinta riippuu yksilöstä.

Kuva 2.1 - Voimien jakautuminen levyssä (kaksi vaihtoehtoa).

3 Ohjelmistotuotteiden luokittelu kognitiivisen tietokonemallinnuksen ja grafiikan ideoiden avulla.

3.1 Kognitiivisen käyttöliittymän tuki

Ihmisen ja koneen vuorovaikutusrajapintojen kognition lisääminen ratkaisee edellä mainitun käyttäjän reaktioajan kriittisyyden ongelman.
Jos esimerkiksi useiden tuhansien diskreettien ja jatkuvan tyyppisten antureiden tiedot näytetään monimutkaista tekniikkaa ohjaavalla käyttäjäkonsolilla reaaliajassa, sen näyttämiseen käytetään paljon videokuvia (mimikkikaavioita, taulukoita jne.). Operaattorin on ymmärrettävä kaikki nämä tiedot ja poikkeavan tilanteen sattuessa tehtävä päätös vastaavien osajärjestelmien toiminnan korjaamisesta. Puutteellisten tai väärien päätösten tekeminen voi johtaa raskaitin aineellisiin tai jopa inhimillisiin menetyksiin, kun taas harkinta-aika lasketaan minuuteissa. Siksi ihmiset, jotka toimivat tällaisissa tilanteissa operaattoreina tai lähettäjinä, kokevat usein stressin ylikuormitusta.

Yritys "TASMO-BIT" kehittää aktiivisesti tähän suuntaan:
-KOGRA - reaaliaikainen kognitiivinen älykäs järjestelmä toiminnan hallintaan
-DIEKS on dynaaminen asiantuntijajärjestelmä ympäristölle vaarallisten laitosten ja teollisuudenalojen laitteiden tilan käyttödiagnostiikkaan.
-Porcupine - järjestelmä on suunniteltu rakentamaan käyttöliittymä ja konfiguroimaan käyttöliittymäelementtien ja pääsyn elementtien välinen vuorovaikutus ulkoisista lähteistä tiedot.
Kuvassa 3.1 on esitetty Novovoronežin ydinvoimalaitoksen yksikön 5 SPRINT-RV-järjestelmän käyttöliittymässä toteutetut työkalut.

Kuva 3.1 - Esimerkki kognitiivisesta käyttöliittymästä.

3.2 Kognitiivinen mallinnus simulaatiopaketeissa

Jokainen simulaatioympäristö ei voi olla kognitiivinen. Tätä varten on välttämätöntä, että kognitiivisen grafiikan tehtävät suoritetaan, ts. Ainakin loogiselle ajattelulle ominaisten esineiden tai kuva-kuvien läsnäolo tässä ympäristössä, joiden kanssa figuratiivinen ajattelu toimii, on välttämätöntä.
Esimerkiksi liiketoimintaprosessien mallintamiseen on kehitetty menetelmiä ja standardeja, joiden avulla niitä voidaan kuvata ja visualisoida. SADT on yksi tunnetuimmista ja laajimmin käytetyistä simulaatiojärjestelmistä. SADT on lyhenne sanoista Structured Analysis and Design Technique (Technology rakenteellinen analyysi ja suunnittelu) ovat graafisia symboleja ja menetelmää prosessien kuvaamiseen. SADT:tä voidaan soveltaa kaikissa vaiheissa elinkaari järjestelmät. SADT:n hyödyllisyyden tunnustaminen johti sen toiminnallisen mallintamisen standardointiin ja julkaisemiseen IDEFO-toiminnallisen mallinnuksen metodologiana ja standardina.
Näitä ja muita standardeja käytetään paketeissa, kuten Logik Worksin BPwin, ProCap 6.0, ProSim 7.0 ja SmartER 5.0 Knowledge Based Systems Inc:ltä. jne.
Aihealueen visualisointi useimmissa tällä hetkellä saatavilla olevissa ohjelmistopaketeissa tapahtuu klassisten kognitiivisten karttojen avulla. Ensimmäiset tällaiset mallit keksittiin 80-luvun alussa. Ne perustuvat useimpiin nykyaikaiset järjestelmät dynaaminen mallinnus taloudessa, politiikassa ja liiketoiminnassa.
Suosituimpia moderneja kehityssuuntia ovat Hyper Logic, IntelligenceWare, InfraLogic, Aptronix, Oracle ja monet muut. HyperLogicin CubiCalc-paketti on yksi tehokkaimmista sumeaan logiikkaan perustuvista asiantuntijajärjestelmistä.
Neuvostoliiton jälkeisessä tilassa iThink- ja Simulink-paketit ovat suosituimpia. Nämä paketit ovat kuitenkin melko vaikeita käyttää, vaikka ne dokumentaation mukaan on suunnattu "tavallisille johtajille".
Viimeiset kehitysvuodet ja itse asiassa valmiit paketit vastaavista järjestelmistä ilmestyivät kotimarkkinoille. Heidän keskuudessaan:
- IPU RAS:ssa luodut ohjelmistojärjestelmät "Situation", "Compass", "KIT".
- kognitiivisen mallinnuksen järjestelmä "CANVA", Kulinich A. A.
- järjestelmän kognitiivinen mallinnus KTR EVS Kutakov S.V.
jne.
Erikseen tähän suuntaan teokset A.E. Jankovskaja. Päätöksenteon visualisointi ja perustelut perustuvat kognitiivisen grafiikan elementteihin, jotka perustuvat neljään graafisen visualisoinnin menetelmään: histogrammiin. erityinen tyyppi, tasasivuinen kolmio, ympyrädiagrammi janalla ja suorakulmiolla, Carnotin kartta. 3.3 Paketit laadukkaan datavisualisoinnin kehittämiseen Usein moniulotteisten matemaattisten mallien tutkimuksessa hankittu ja tavanomaisessa symbolis-numeerisessa muodossa esitetty tieto teknisestä kohteesta ei ole ihmisten analysoinnissa käytettävissä riittämättömän korkeatasoinen tiedon abstraktisuus.
Yleisin tapa ratkaista tämä ongelma on toteutettu DeductorStudio-paketissa, jonka avulla voit näyttää samat tiedot monin eri tavoin. erityistä huomiota ansaitsee ryhmätyö useita venäläisiä yliopistoja: luonnontieteen ja tieteellis-teknisten vaikutusten virtuaalinen rahasto "Tehokas fysiikka". Projekti on nykyaikaisten Internet-teknologioiden pohjalta toteutettu koulutus-, metodologinen ja referenssityökalu, joka keskittyy eri tasoilla koulutus (yleinen keskiasteen, perusasteen, toisen asteen, korkea-asteen ja jatko-opinnot). Jokaisessa rahaston efektissä on virallisen ja tavanomaisen kuvauksen lisäksi animaatio, joka havainnollistaa efektin olemusta. DonNTU:n teknopuiston kehityksessä animoitujen ilmiöiden luokka ei rajoitu fysiikkaan. Jo usean vuoden ajan on ollut mestareiden portaali, jossa jokainen tieteellinen työ sisältää selittävän animaation. Toinen työkalu oppimisen kognitiivisten kykyjen lisäämiseen on visuaalinen ohjelmointi - ohjelmointi, joka käyttää useampaa kuin yhtä ulottuvuutta semantiikan välittämiseen. Visuaalisen ohjelmoinnin huomionarvoinen piirre on, että se edistää älyn algoritmisten kykyjen kehittämistä tutkimatta tietokoneen tai käyttöjärjestelmän sisäisen arkkitehtuurin ominaisuuksia ja hienouksia. Visuaalinen ohjelmointi auttaa voittamaan koordinaation esteen ja ymmärryksen esteen. Nuo. Kenenkään opiskelijan kirjoittaakseen ohjelman ei tarvitse opetella operaattoreiden, muuttujien jne. syntaksin erityispiirteitä.
Tällaisia ​​kehitysympäristöjä ovat muun muassa VUFC (Visual Unix Filter Components), SIVIL on ohjelmointikieli ja aliohjelmien kirjasto kuvissa, LegoRobolab ja monet muut.

Erinomaiset saavutukset tällä alueella kuuluvat Zenkin A.A. Hän tutkii kognitiivisen tietokonegrafiikan tiedon luomiskykyä. Hänen kehittämänsä järjestelmät mahdollistavat työskentelyn abstraktien matemaattisten objektien kuvien (pytogrammien) kanssa, jotka aktivoivat ihmisen aivojen oikean pallonpuoliskon työn, joka vastaa visuaalinen ajattelu ja luova intuitio. Näin voit löytää uutta tieteellisiä faktoja, ideoita, hypoteeseja. Siten hän sai ei-triviaaleja tuloksia lukuteoriassa, logiikassa ja joukkoteoriassa.

Kuva 3.3 - Esimerkki paraabelijärjestelmästä DSCH - Dialogue System ongelmien tutkimiseen summateoriassa lukuteoriassa.

Yksi kaikista tehokkaita menetelmiä moniulotteisten tietovektorien näyttö ovat kuvakkeita - kaavamaisia ​​kuvia. Tšernovin kasvot ovat tyypillinen esimerkki tällaisesta näytöstä.

Tšernovin kasvot ovat kaavamainen esitys kasvoista, joiden tietyt piirteet vastaavat suhteelliset arvot annettuja ominaisuuksia. Siten eri tietojoukot vastaavat erilaisia ​​ilmaisuja Chernovin kasvot, joiden avulla voit saada yleinen idea järjestelmän tilasta ja poikkeaman asteesta sen yksilöllisten ominaisuuksien normista. Esimerkiksi liian suuret silmät voivat viitata poikkeamaan vastaavan ominaisuuden normista muiden normien taustalla. Joskus tämä graafinen esitystapa paljastaa piilotetut suhdemallit tietojen välillä, joita ei voida paljastaa muilla menetelmillä.

4 Johtopäätökset

Tämän työn aikana tutkittiin kognitiivisen tietokonegrafiikan ja mallinnuksen tavoitteita ja tavoitteita. Niiden luokittelua harkitaan.
On tutkittu kognitiivisten tieteiden ajatuksia toteuttavia paketteja ja työkaluja.
On todettu, että kognitiivinen mallinnus ja grafiikka ovat tällä hetkellä lupaavia, nopeasti kehittyviä tietojenkäsittelytieteen aloja, jotka kattavat melko laajan luokan sovellettavia ongelmia.
Markkinoillamme lupaavin kognitiivisen tietokonemallinnuksen suunta on nykyään tilannekeskusten ja asiantuntijajärjestelmien luominen, jotka mahdollistavat päätöksenteon vaikeasti formalisoitavissa tehtävissä ja joilla on tavallinen käyttöliittymä. Koska tällaisilla järjestelmillä on yhä enemmän kysyntää liiketoimintaympäristössä.
Tällaisten järjestelmien nykyiset länsimaiset versiot ovat melko kalliita, ne toteutetaan kalliilla laitteilla ja niitä on vaikea ymmärtää keskivertokäyttäjälle.
Toisaalta tämä avaa toisen täyttämättömän markkinaraon työmarkkinat, koska tällaisten järjestelmien ylläpidon ja konfiguroinnin asiantuntijoista on pulaa. Ja toisaalta se mahdollistaa kotimaisten kehittäjien kilpailun alhaisempien kustannusten ansiosta.

Alla on sovelma, joka simuloi Chernovin kasvoja potilaan eri tiloihin. Silmien koko vastaa potilaan lämpötilaa, hymyn kaarevuutta - yläpainetta (surullinen hymy - korkeapaine) ja kurkkukivun esiintyminen/puuttuminen vastaavat kuvassa olevien korvien läsnäoloa/poissaoloa.
Sovelma näkyy alla Java-yhteensopivassa selaimessa.

Kirjallisuus

Verkkosivusto: IPU RAS, Sector-51 "Kognitiivinen analyysi ja tilanteiden mallintaminen": http://www.ipu.ru/labs/lab51/projects.htm.
Kulinich A.A. Aihesuuntautunut käsitteellisen mallintamisen järjestelmä "Canva". 1. kansainvälisen konferenssin "Kognitiivinen analyysi ja tilanteiden kehityksen hallinta" aineisto. Moskova, lokakuu, 2001
Anoprienko A.Ya. Laskennasta ymmärtämiseen: kognitiivinen tietokonemallinnus ja kokemus sen käytännön soveltamisesta Phaistos-levyn ongelman ratkaisun esimerkissä // Tieteelliset teokset Donetskin valtion teknillinen yliopisto. Numero 6. Sarja "Tietokonetiede, kybernetiikka ja tietotekniikka" (IKVT-99). - Donetsk: DonGTU. - 1999. - S. 36-47
Anoprienko A.Ya. Kognitiiviset megakartat: kokemus kulttuuria muodostavien mallien ja maailmankuvien rekonstruoinnista // DonNTU:n tieteelliset teokset. Numero 39 - Donetsk: DonGTU. - 2002 - S. 206-221
Shemakin Yu. I. Beginnings of Computational Linguistics: Proc. korvaus. Moskova: MGOU Publishing House, A / O "Rosvuznauka", 1992.
Gelovani V.A., Bashlykov A.A., Britkov V.B., Vyazilov E.D. Älykkäät päätöksenteon tukijärjestelmät hätätilanteissa, joissa hyödynnetään tietoa luonnonympäristön tilasta: Pääkirjoitus URSS. – 2001.
Solovov A.V. Tietokonejärjestelmien suunnittelu koulutustarkoituksiin: Opetusohjelma. Samara: SGAU, 1995. 138s.
Zenkin A.A., .ZenkinA.A., Kognitiivinen todellisuus: Luovien ratkaisujen luominen tieteessä, koulutuksessa ja johtamisessa. // Kansainvälisen konferenssin "User Interface in Modern Computer Systems" aineisto. - Orel, Venäjä, 1999
Chernoff H.: "Kasvojen käyttäminen K-ulotteisen avaruuden pisteiden esittämiseen graafisesti", J. ASA, 1973, nro 68.

Abstraktia kirjoitettaessa (kesäkuu 2006) maisterin työ ei ole vielä valmis. lopullinen valmistuminen- Tammikuu 2007 Teoksen koko teksti ja kaikki aiheeseen liittyvät materiaalit ovat saatavissa tekijältä tai hänen ohjaajaltaan määritellyn päivämäärän jälkeen.