Softwareprodukte und -systeme. Abstrakte kognitive Computergrafik

Zahlreiche Studien von Psychologen, die sich mit der Analyse des Prozesses der Problemlösung durch Menschen befassen, haben gezeigt, dass die ersten beiden Phasen in diesem Prozess am arbeitsintensivsten sind. Eine Person investiert maximale Anstrengungen in den Übergangsprozess von einem unklaren Gefühl einer bestimmten Situation zu einer klar formulierten Aufgabe. In der Regel wird diese Phase von den meisten Forschern als kreativ wahrgenommen. Auf welcher Grundlage die Idee des Problems gebildet und nach seiner Formulierung gesucht wird. Darüber hinaus geht es in vielen Fällen nur um den Einsatz professioneller Mittel.

Die Phasen der Problemformulierung im Rahmen der Anwendung des algebraischen Ansatzes bleiben außerhalb des Blickfeldes der Wissenschaft. Dieses Problem ist eindeutig nicht algorithmisch. Jede Aufgabe hat einen individuellen Charakter und die Existenz allgemeiner Verfahren außer rein methodischen (z. B. Erfindungssuchalgorithmen) ist hier kaum möglich. Wie jedoch prominente Mathematiker, die sich ernsthaft mit den Verfahren der mathematischen Kreativität befasst haben, immer wieder festgestellt haben, geschieht dies sehr oft in der Phase der Suche nach der Formulierung eines Problems wichtige Rolle gespielte geometrische Darstellungen und Modelle. Und es ist interessant, dass sie oft keinen direkten Bezug zur Art des zu lösenden Problems hatten, sondern diese Aussage einfach assoziativ hervorriefen. Auch Psychologen bemerken das gleiche Phänomen. Versuchen wir, die Merkmale aufzulisten, die für die neue Richtung in der Informatik charakteristisch sind kognitive Grafiken. Eine ausführlichere Diskussion dieser Richtung ist in der ersten Monographie der Weltliteratur enthalten, die sich speziell der kognitiven Grafik widmet.

Computergrafik ist ein Teilgebiet der Informatik, das alle Aspekte der Bilderzeugung mithilfe eines Computers abdeckt.

Mit seinem Erscheinen in den 1950er Jahren war es zunächst möglich, nur ein paar Dutzend Segmente auf dem Bildschirm darzustellen.

Computergrafik basiert auf grundlegenden Wissenschaften: Mathematik, Chemie, Physik usw.

Computergrafiken werden in fast allen wissenschaftlichen und technischen Disziplinen eingesetzt, um die Wahrnehmung und Übertragung von Informationen zu visualisieren. Auch bei der Ausbildung von Piloten und Vertretern anderer Berufsgruppen (Simulatoren) ist es üblich, Computersimulationen einzusetzen. Kenntnisse der Grundlagen der Computergrafik sind heute sowohl für Ingenieure als auch für Wissenschaftler erforderlich.

Das Endergebnis der Verwendung von Computergrafiken ist ein Bild, das für verschiedene Zwecke verwendet werden kann.

Kognitiv Computergrafik - Computergrafiken für wissenschaftliche Abstraktionen, die zur Entstehung neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse beitragen. Technische Basis es erfordert leistungsstarke Computer und leistungsstarke Visualisierungstools

Ein Beispiel für den Einsatz kognitiver Computergrafiken in der angewandten Informatik kann die kognitive Visualisierung von Algorithmus-Flussdiagrammen, die dreidimensionale Darstellung von Forschungsobjekten, die visuelle Darstellung von Datenmodellen usw. sein.

Eine ähnliche Technik wurde für periodische Funktionen verwendet. Wie Sie wissen, haben Graphen periodischer Funktionen sich wiederholende Abschnitte. Wenn Sie also den Graphen einer periodischen Funktion auf Noten übertragen, weist die Musik sich wiederholende Fragmente auf.

Lösung des Ausführungskontrollproblems nationale Projekte erfordert die Berücksichtigung vieler Faktoren. Das Ausmaß und die Dynamik der Situation bei der Umsetzung nationaler Projekte erfordern eine zeitnahe Verarbeitung einer erheblichen Menge an Ausgangsdaten sowie die Entwicklung und Annahme angemessener und zeitnaher Entscheidungen.

In diesem Fall stellt sich das Problem der Wahrnehmung und Interpretation heterogener Informationen durch den Entscheidungsträger, das die Relevanz der Lösung des Problems bestimmt, Formen ihrer Darstellung zu finden, die die Mehrdeutigkeit des Verständnisses der aktuellen Situation beseitigen oder reduzieren.

Das menschliche Denken ist so strukturiert, dass der Mensch nicht in Worten und Zahlen, sondern in Bildern denkt. Genauso verhält es sich mit der Wahrnehmung von Informationen über die Umwelt: Bilder, die von verschiedenen Sinnesorganen erzeugt werden, werden in ihrer Gesamtheit wahrgenommen.

Untersuchungen zeigen, dass die visuelle Komponente des wahrgenommenen Bildes von größter Bedeutung ist. Daher besteht die Notwendigkeit, der Lösung des Problems der Visualisierung numerischer und nichtnumerischer (verbaler, grafischer) Quelldaten und der Ergebnisse ihrer analytischen Verarbeitung Vorrang einzuräumen.

Im Rahmen der Informatik entwickelt sich die kognitive Computergrafik die folgenden Anweisungen:

– Studium der allgemeinen Konstruktion kognitiver grafischer Bilder, Methoden und Methoden der kognitiven Computergrafik;

– Untersuchung individueller Wahrnehmungsmerkmale, insbesondere ihrer Apperzeption;

– Entwicklung eines Modells zur Wahrnehmung von Informationen durch Entscheidungsträger;

– die Bildung eines Alphabets einer konzeptionell-figurativen Sprache zur Datendarstellung, einschließlich stereotyper Symbole, die Objekte und Phänomene der umgebenden Welt mit unterschiedlichem Ähnlichkeitsgrad darstellen, assoziativ verständlicher grafischer Grundelemente, aus denen GOs beliebiger Komplexität synthetisiert werden, und Hilfssymbolen notwendig, um grafische Grundelemente zu verbinden und die Aufmerksamkeit auf die relevantesten Zivilschutzmaßnahmen zu lenken;

– Untersuchung der Eigenschaften von GO, die den Entscheidungsträger beeinflussen, wenn sie auf der Ebene der Empfindungen wahrgenommen werden – energetisch, geometrisch, dynamisch;

– Bildung einer „Grammatik“ der Begriffs- und Bildsprache, also der Grundregeln für die Bildung von GO und kognitiven Szenen;

– Entwicklung eines Prototyp-Subsystems zur Visualisierung der Ergebnisse von Informationen und analytischer Unterstützung zur Überwachung der Umsetzung vorrangiger nationaler Projekte auf der Grundlage einer konzeptionellen und bildlichen Sprache zur Darstellung von Daten;

– experimentelle Überprüfung der Wirksamkeit des entwickelten Prototyps im Hinblick auf Effizienz, Vollständigkeit und Genauigkeit der Informationswahrnehmung des Entscheidungsträgers.

Hauptrichtungen der angewandten Kognitionswissenschaft. Künstliche Intelligenz: Chancen und Grenzen. Expertensysteme und Entscheidungsunterstützungssysteme. Modellierung der Entscheidungsfindung in der Ökonomie und das Problem der menschlichen Rationalität. Verarbeitungsproblem Natürliche Sprache und maschinelle Übersetzungssysteme. Hauptrichtungen der Robotik: Probleme der Bewegungsmodellierung, räumlichen Orientierung und Ausbildung mobiler Roboter. Mensch-Computer-Interaktion: Grundlegende Ansätze und Forschungsmethoden. Kognitive Ergonomie. Design und Computergrafik. Virtuelle Realitäten.

Der weit verbreitete Einsatz von Hypertext-Technologien und das mit diesen Technologien eng verbundene Multimedia-Paradigma stimuliert auch die Entwicklung kognitiver Grafiken. Das Multimedia-Paradigma gleicht bekanntlich die Rechte von Texten und Bildern aus. In einer nichtlinearen Darstellung (in Form eines Netzwerks), die für Hypertext-Technologien charakteristisch ist, ermöglicht das Multimedia-Paradigma die Navigation durch das Netzwerk, sowohl auf der Textebene als auch auf der Bildebene, wobei jederzeit ein Übergang von Text zu Bildern möglich ist und umgekehrt.

Somit erweisen sich Systeme vom Typ „Text-Zeichnung“ und „Zeichnung-Text“ als eng mit dem Multimedia-Paradigma und der kognitiven Grafik verbunden und sind selbst eines der Ergebnisse des Zusammenspiels von kognitiver Grafik und Hypertext-Technologie.

In wissenschaftlichen Fokönnen kognitive Grafiken als Mittel zur Visualisierung von Ideen verwendet werden, die noch keinen präzisen Ausdruck erhalten haben. Ein weiteres Beispiel für den Einsatz dieser Werkzeuge können spezielle kognitive Grafiken zur Auswahl grundlegender Operationen in der Fuzzy-Logik sein, bei denen die globale Farbverteilung von blauen und roten Bereichen die „Starrheit“ der Definition von Operationen wie Konjunktion und Disjunktion charakterisiert.

In diesem Bereich werden kognitive Grafiken in der Phase der Formalisierung von Problemen und im Verfahren zur Aufstellung plausibler Hypothesen eingesetzt.

Im Bereich der Systeme der künstlichen Intelligenz wird die kognitive Computergrafik aufgrund des algebraischen und geometrischen Ansatzes zur Modellierung von Situationen und verschiedener Optionen zu deren Lösung bessere Ergebnisse erzielen als andere Systeme.

Also rein wissenschaftliche Forschung, einschließlich grundlegender, charakteristisch für Erstphase Der Schwerpunkt auf der illustrativen Funktion des ICG verlagert sich zunehmend hin zur Nutzung jener Fähigkeiten des ICG, die es ermöglichen, die dem Menschen innewohnende Fähigkeit zum Denken in komplexen räumlichen Bildern zu aktivieren. In dieser Hinsicht beginnen sich zwei Funktionen des ICG klar zu unterscheiden:illustrativ und kognitiv.

Illustrative Funktion von ICGermöglicht es Ihnen, nur das bereits Bekannte, d.h. Es existiert bereits entweder in der Welt um uns herum oder als Idee im Kopf eines Forschers. Kognitive Funktion ICG besteht darin, mithilfe eines bestimmten ICG-Bildes ein neues Bild zu erhalten, d. h. Wissen, das selbst im Kopf eines Spezialisten noch nicht vorhanden ist, oder tragen zumindest zum intellektuellen Prozess der Erlangung dieses Wissens bei.

Diese Grundidee der Unterschiede zwischen den illustrativen und kognitiven Funktionen von ICG passt gut in die Klassifizierung von Wissen und Computersystemen für Bildungszwecke. Illustrative Funktionen von ICG werden in Bildungssystemen implementiertdeklarativer Typ bei der Vermittlung von artikuliertem Wissen an Studierende, präsentiert in Form vorgefertigter Informationen mit grafischen, animierten, Audio- und Videoillustrationen. Die kognitive Funktion des ICG manifestiert sich in den Systemen Verfahrenstyp, bei dem die Studierenden Wissen „extrahieren“. durch Forschung auf mathematischen Modellen der untersuchten Objekte und Prozesse, und da dieser Prozess der Wissensbildung auf dem Denkmechanismus der rechten Hemisphäre basiert, ist dieses Wissen selbst weitgehend persönlicher Natur. Jeder Mensch entwickelt unbewusste Techniken geistige Aktivität Auf meine eigene Art. Modern psychologische Wissenschaft verfügt nicht über streng fundierte Möglichkeiten, das kreative Potenzial einer Person zu formen, auch nicht beruflich. Einer der bekanntesten heuristischen Ansätze zur Entwicklung intuitiven, berufsorientierten Denkens ist die Lösung von Forschungsproblemen. Der Einsatz von pädagogischen Computersystemen prozeduraler Art ermöglicht es, diesen Prozess deutlich zu intensivieren, Routineoperationen zu eliminieren und die Durchführung verschiedener Experimente an mathematischen Modellen zu ermöglichen.

Die Rolle der ICG in diesen Bildungsstudien kann nicht hoch genug eingeschätzt werden. Es sind ICG-Bilder des Fortschritts und der Ergebnisse von Experimenten mit mathematischen Modellen, die es jedem Schüler ermöglichen, sich ein eigenes Bild des untersuchten Objekts oder Phänomens in seiner gesamten Integrität und Vielfalt an Zusammenhängen zu machen. Es besteht auch kein Zweifel daran, dass ICG-Bilder in erster Linie eine kognitive und keine illustrative Funktion erfüllen, da Studierende im Prozess der pädagogischen Arbeit mit Computersystemen prozeduralen Typs rein persönliche, d.h. Wissensbestandteile, die in dieser Form für niemanden vorhanden sind.

Natürlich sind die Unterschiede zwischen den illustrativen und kognitiven Funktionen der Computergrafik recht willkürlich. Oft kann eine gewöhnliche grafische Illustration einigen Schülern eine neue Idee geben und ihnen ermöglichen, einige Wissenselemente zu sehen, die vom Lehrer-Entwickler des deklarativen Bildungscomputersystems nicht „investiert“ wurden. Somit wird die illustrative Funktion des ICG-Bildes zu einer kognitiven Funktion. Andererseits verwandelt sich die kognitive Funktion des ICG-Bildes während der ersten Experimente mit Bildungssystemen prozeduralen Typs in weiteren Experimenten in eine illustrative Funktion für eine bereits „offene“ und damit nicht mehr neue Eigenschaft des Untersuchungsgegenstandes.

Grundlegende Unterschiede in den logischen und intuitiven Mechanismen des menschlichen Denkens, die sich aus diesen Unterschieden in den Formen der Wissensrepräsentation und den Methoden zu ihrer Beherrschung ergeben, machen es jedoch methodisch sinnvoll, zwischen den illustrativen und kognitiven Funktionen der Computergrafik zu unterscheiden und uns mehr zu ermöglichen klar formulieren didaktische Aufgaben ICG-Bilder bei der Entwicklung von Computersystemen für Bildungszwecke.

Liste der verwendeten Quellen

1. Zenkin A.A. Kognitive Computergrafik. – M.: Nauka, 1991. – 192 S.

Schon heute können wir mit Sicherheit sagen, dass vor unseren Augen eine grundlegend neue Mensch-Maschine-Realität entsteht und die Voraussetzungen dafür geschaffen werden intensive Technologie Wissen. Wir sprechen über neue Richtungen im Bereich der Mensch-Maschine-Interaktion und der künstlichen Intelligenz – kognitive Grafiken und Virtual-Reality-Systeme.

Psychologen haben bewiesen, dass es rechtswidrig ist, die geistigen Fähigkeiten einer Person nur mit der höchsten verbal-logischen Ebene der geistigen Reflexion der Realität in Verbindung zu bringen. Diese Reflexion umfasst auch die sensorisch-wahrnehmungsbezogene und figurative Ebene und die entsprechenden Fähigkeiten, die sich in den Prozessen der Empfindung, der Wahrnehmung, des figurativen Gedächtnisses und der Vorstellungskraft manifestieren, daher besteht die Notwendigkeit, Mittel für die Entwicklung solcher Fähigkeiten zu schaffen. Heutzutage ist der Entwicklungsstand der Computerwerkzeuge so hoch, dass es möglich wurde, mit der Entwicklung von Werkzeugen zum Aufbau von Systemen zu beginnen, die nicht nur auf der symbolisch-logischen, sondern auch auf der sensorisch-wahrnehmungsbezogenen und figurativen Ebene funktionieren. Und die führende Rolle kommt hier diesen beiden neuen Richtungen in der Entwicklung der modernen Informatik zu.

Der Begriff kognitive Grafik wurde erstmals vom russischen Wissenschaftler A.A. Zenkin in seiner Arbeit zur Untersuchung der Eigenschaften verschiedener Konzepte aus der Zahlentheorie in Betracht gezogen. Mithilfe visueller Darstellungen abstrakter numerischer Konzepte erzielte er Ergebnisse, die zuvor unmöglich zu erzielen waren. Das Arbeitsgebiet der kognitiven Grafiken entwickelt sich rasant, und inzwischen gibt es viele ähnliche Systeme in verschiedenen Fachgebieten: in der Medizin zur Unterstützung der Entscheidungsfindung bei der Steuerung komplexer technologischer Systeme, in Systemen, die auf natürlicher Sprache basieren.

Erwähnenswert sind zwei Funktionen kognitiver Grafiksysteme: illustrativ und kognitiv. Bietet die erste Funktion rein illustrative Funktionen, wie die Erstellung von Diagrammen, Histogrammen, Grafiken, Plänen und Diagrammen, verschiedenen Bildern, die funktionale Abhängigkeiten widerspiegeln, ermöglicht die zweite einem Menschen, seine inhärente Fähigkeit, in komplexen räumlichen Bildern zu denken, aktiv zu nutzen.

Der Begriff „virtuelle Realität“ wurde vom ehemaligen Computerhacker Jaron Lenier geprägt, der 1984 die VPL Research Corp. gründete. in Foster, Kalifornien. Dies ist das erste Unternehmen, das VR-Systeme entwickelt. Seit den frühen 90er Jahren wurden Konferenzen über Möglichkeiten zur Modellierung virtueller Realität und zum Aufbau von Systemen abgehalten, die es einer Person ermöglichen, in einer Umgebung zu agieren, die sich qualitativ von den Bedingungen der Realität, in der sie lebt, unterscheiden kann.

Es gibt zwei Eigenschaften, die ein Programm, das eine „virtuelle Welt“ (VR-System) erstellt, von herkömmlichen Computergrafiksystemen unterscheiden.

1. Zusätzlich zur einfachen Übertragung visueller Informationen beeinflussen diese Programme gleichzeitig mehrere andere Sinne, darunter das Hören und sogar den Tastsinn.

2. VR-Systeme interagieren mit Menschen, und in den fortschrittlichsten Systemen kann der Benutzer beispielsweise ein Objekt berühren, das nur im Speicher des Computers existiert, indem er einen mit Sensoren gefüllten Handschuh trägt. In einigen Systemen können Sie einen Joystick oder eine Maus verwenden – dann können Sie mit dem auf dem Bildschirm angezeigten Objekt etwas tun (z. B. umdrehen, bewegen oder von hinten betrachten).

Die Entwicklung von Systemen, die auf dem Virtual-Reality-Modell basieren, zwingt uns dazu, eine Reihe von Problemen zu lösen, die für Multimedia-Technologien und kognitive Grafiktechnologien charakteristisch sind. In diesem Artikel werden die Probleme untersucht, die mit der Entwicklung grafischer Werkzeuge zur Erzeugung figurativer Darstellungen dynamischer Szenen verbunden sind, die verschiedene Realitäten, einschließlich imaginärer, darstellen.

Betrachten wir das Problem des Aufbaus eines Virtual-Reality-Systems für den Unterricht, basierend auf dem Paradigma der „imaginären Welt“, den physikalischen Gesetzen der Statik, Kinematik und Dynamik. Wir werden die folgende dynamische Welt betrachten: dreidimensional geschlossener Raum, eine Reihe von Objekten darin, ein Akteur in einem bestimmten Raum (er ist auch ein Lernender, nennen wir ihn Schauspieler). Die Aufgabe des Schauspielers besteht darin, die Gesetze zu verstehen, die der Welt innewohnen, in der er sich befindet und in der er handelt, und bestimmte Dinge auszuführen körperliche Handlungen mit Objekten in Zeit und Raum.

Lassen Sie uns die wichtigsten Arten von Konzepten hervorheben, denen der Schauspieler begegnen wird. Dies sind Objekte, Beziehungen, Bewegungen und körperliche Handlungen. Stellen wir uns die Aufgabe, eine imaginäre Welt zu konstruieren, die diese Kategorien widerspiegelt; In diesem Fall werden wir die Zustände einer solchen imaginären Realität in Form von Texten in gewöhnlicher natürlicher Sprache beschreiben. Ein wichtiges Modul eines solchen VR-Systems ist ein Subsystem, das auf Basis des Textes ein sich dynamisch veränderndes grafisches Bild aufbaut. Um dieses Problem zu lösen, wird das von den Autoren entwickelte TECRIS-System verwendet. Im Folgenden werden sie besprochen allgemeine Beschreibung TECRIS-Systeme und grafische Tools zum Aufbau solcher Systeme.

Blockschaltbild des TECRIS-Systems

Das TECRIS-System ist eine Reihe von Softwaretools, die es ermöglichen, mithilfe natürlichsprachlicher Texte ein sich dynamisch änderndes grafisches Bild der beschriebenen Situation zu erstellen. Als Einschränkungen für die Erstbeschreibung ist Folgendes zu beachten: 1) Der Text muss eine Beschreibung der ursprünglichen statischen Szene enthalten; 2) Alle nachfolgenden Änderungen in der Szene sind das Ergebnis von Aktionen, die von einem Subjekt (Mensch, Roboter) ausgeführt werden. Ein typisches Beispiel für eine solche Beschreibung wäre das Folgende:

Im Zimmer steht ein Tisch. Auf dem Tisch steht eine Lampe. Neben dem Tisch steht ein Stuhl. Hinter dem Tisch, nicht weit links, steht ein Bücherregal. Rechts vom Stuhl steht ein Sofa. Ivan steht neben dem Schrank. Ivan näherte sich dem Tisch. Ich habe die Lampe genommen. Ich habe es auf den Schrank gestellt.

Das Blockdiagramm des Systems ist in Abbildung 1 dargestellt. In diesem Diagramm werden Softwarekomponenten in Form von Rechtecken und die Quell- und Zwischendateien in Form von Ovalen dargestellt.

Eine Beschreibung einer dynamischen Situation in natürlicher Sprache wird in den Sprachprozessor eingegeben. Mithilfe eines Domänenwörterbuchs wird Text in eine interne Frame-Darstellung umgewandelt, die dann in den Solver und Scheduler eingespeist wird.

Der Löser erstellt unter Verwendung eines Blocks qualitativen physikalischen Denkens und eines logischen Blocks eine Beschreibung des Verlaufs der Situation in Form einer zeitlichen Abfolge von Szenen, die die durch den Text spezifizierte Dynamik der Entwicklung der Situation widerspiegelt.

Der Planer erstellt aus einer vorgegebenen Sequenz ein grafisches Bild jeder Szene, berechnet zu diesem Zweck die Abmessungen und Koordinaten aller Objekte, aus denen die Szene besteht, generiert außerdem die für die Anzeige erforderlichen Bewegungsbahnen der Objekte und übermittelt dies alles an die Eingabe des Visualisierers.

Der Visualizer gibt die erzeugten Bilder mit einer gewissen Verzögerung konsistent auf dem Bildschirm wieder. Für die obige Textbeschreibung wird beispielsweise die in Abbildung 2 gezeigte Eröffnungsszene generiert.

So wie ein Sprachprozessor über ein Wörterbuch mit Begriffen an einen Themenbereich gebunden ist, ist der Visualisierer über eine Datenbank mit grafischen Objekten an denselben Bereich gebunden.

Die Datenbank grafischer Objekte ist ein Satz dreidimensionaler Beschreibungen von Objekten und Subjekten, die in den analysierten Szenen vorkommen können. Um eine Basis für eine bestimmte Anwendung zu erstellen, wird ein zusätzliches Programm namens Grafikbibliothek verwendet.

Reis. 2. Ausgangsszene Datenbank mit grafischen Objekten

Die Datenbank grafischer Objekte besteht aus einer Reihe von Beschreibungen von Objekten und Themen, die mit dem betrachteten Themenbereich verbunden sind. Jedes Datenbankobjekt besteht aus einem für diese Datenbank eindeutigen Namen (oder Typ) (z. B. „Stuhl“, „Tisch“, „Sofa“ usw.) und einer Beschreibung der Zusammensetzung und relative Position Komponenten, seine Komponenten.

Das Grundelement, aus dem alle grafischen Objekte aufgebaut sind, ist ein rechteckiges Parallelepiped (siehe Abb. 3). Um komplexe Objekte aufzubauen, können auch zuvor definierte andere Objekte als Komponenten verwendet werden. Um beispielsweise ein so komplexes Objekt wie „Ivan“ zu konstruieren, können Sie zunächst Folgendes genauer definieren einfache Objekte: „Kopf“, „Arm“, „Bein“ und dann „Ivan“ aus den vorhandenen „Steinen“ bauen.

Abbildung 3 zeigt das Objekt „Tabelle“, bestehend aus fünf Grundelementen. Für jedes Objekt wird ein rechteckiges Parallelepiped bestimmt, in das es eingeschrieben werden kann (in der Abbildung durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet), und ein Basiswinkel, in dem der Ursprung der Objektkoordinaten liegt.

Darüber hinaus wird für jedes Objekt ein Satz Farben festgelegt, mit denen seine Bestandteile bei der Darstellung auf einem Computerbildschirm eingefärbt werden:

Anzahl der Farben

Um eine Farbe anzugeben, werden drei Zahlentripel angegeben, wobei die Art der Schattierung die Reihenfolge bestimmt, in der die Primärfarben gemischt werden:
Beschattung Typ i

Beschattung Typ2

Schattierungstyp

Beim Rendern werden vier Arten von Schattierungen mit einer einfarbigen Primär- oder kombinierten Farbe verwendet, wie in Abbildung 4 dargestellt.

Mit drei Zahlensätzen können Sie drei verschiedene Farbtöne angeben, um unterschiedliche Farben zu erzielen

Komponente l

Jede Komponente des Objekts wird durch ihre Position (Koordinaten relativ zum Basiswinkel), Abmessungen und Farbe der Kanten bestimmt.

Die Komponente, die das Basiselement darstellt, wird beschrieben auf die folgende Weise:

2) Koordinaten des Basiswinkels im System

Objektkoordinaten;

3) Drehwinkel um die Achsen des Systems

die Koordinaten des Objekts, bis sie mit den Koordinatenachsen des Elements übereinstimmen;

4) Elementabmessungen (dx, dy, dz);

5) Farbnummer.

Die Komponente, die wiederum ein Objekt ist, wird wie folgt spezifiziert: 1) Typ (=1);

2) Objektname;

3) Koordinaten des Basiswinkels;

4) Drehwinkel;

5) Abmessungen;

6) Farbnummer.

Wenn ein Objekt gerendert wird, werden alle seine Komponenten abhängig von der Entfernung zum Projektionsbereich (Anzeigebildschirm) geordnet. Zuerst werden die am weitesten entfernten Komponenten gezeichnet, dann die nächsten, wodurch es möglich ist, die unsichtbaren Teile der am weitesten entfernten Komponenten vor dem Betrachter zu verbergen.

Die Flächen eines rechteckigen Parallelepipeds werden ebenfalls in der Reihenfolge ihrer Nähe zur Projektionsfläche geordnet. Für jeden Scheitelpunkt des Gesichts werden dreidimensionale Koordinaten vom Szenenkoordinatensystem in zweidimensionale Koordinaten des Anzeigebildschirms gemäß den unten angegebenen Formeln umgewandelt (siehe Abb. 5). Dann wird die Richtung des Normalenvektors bestimmt und die entsprechende Art der Gesichtsschattierung ausgewählt. Anschließend wird ein dem Gesicht entsprechendes Viereck auf dem Bildschirm gezeichnet. Da die Elemente, die dem Betrachter am nächsten sind, zuletzt angezeigt werden, verdecken sie unsichtbare Kanten.

Reis. 5. Projektion eines Objekts auf die Visualisierungsebene

Die Koordinaten eines Punktes, der zu einem Element im Koordinatensystem des Objekts gehört (x, y, z), werden mit den folgenden Formeln berechnet:

wobei (x\y", z1) die Koordinaten des Punktes im Elementsystem sind;

(xq, уо", zq) - Koordinaten des Basiswinkels; tij - Richtungskosinus, d. h. Kosinus des Winkels zwischen der /- und der j-Achse des Objektsystems.

Um den Richtungskosinus zu berechnen, verwenden Sie die folgende Formel:

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

Sina-sinp-siny+cosa-gemütlich cosa-sinp-siny+sina-gemütlich

Sina-Cosp Cosa-Cosp

Matrix M gibt die sequentielle Drehung um die x-Achse auf oc, y auf p, z auf y an. Die Koordinaten der Projektion eines Punktes auf die Bildschirmfläche werden auf ähnliche Weise berechnet.

Grafikbibliothekar

Ein Graphic Object Librarian ist ein Programm zum Erstellen einer Reihe von Objekten und Themen, die in analysierten Texten vorkommen können. Dieses Programm Mit dieser Funktion können Sie eine neue Datenbank mit Objekten erstellen, eine vorhandene Datenbank laden, die Datenbank in einer Datei speichern, ein neues Objekt zur Datenbank hinzufügen sowie ein Objekt ändern und löschen.

Reis. 6. Arbeitsbildschirm des Grafikobjektbibliothekars

Endteile sowie die Werte der Parameter der aktuellen (bearbeiteten) Komponente.

Der restliche Raum auf dem Bildschirm wird von drei orthogonalen Projektionen des Objekts und seiner isometrischen Projektion eingenommen, und es ist möglich, den Blickwinkel des Objekts durch Einstellen der Drehwinkel um die Koordinatenachsen zu ändern.

Das Hauptmenü des Programms enthält die folgenden Elemente:

Basis – Erstellen einer neuen Datenbank mit Objekten, Speichern und Laden der alten Datenbank.

Ansicht – Änderung der isometrischen Projektion (Objektdrehung).

Objekte – zeigt eine Liste aller Objekte in der Datenbank an, mit der Möglichkeit, zum ausgewählten Objekt zu wechseln.

Komponente – Festlegen von Parameterwerten für eine Objektkomponente (Position, Abmessungen, Farbe).

Farben – Geben Sie eine Reihe von Farben für das Objekt an.

Raum – Erstellen und Betrachten eines Raums aus vorhandenen Objekten (in der überprüften Version nicht implementiert).

Beenden – Beenden Sie das Programm.

Die unterhalb des Hauptmenüs befindlichen Schaltflächen erfüllen folgende Funktionen:

Der Arbeitsbildschirm des Programms ist in Abb. dargestellt. 6. Das Hauptmenü befindet sich oben auf dem Bildschirm, unten gibt es eine Reihe von Primärfarben (16 Farben) und vier Arten von Schattierungen. In der oberen linken Ecke (nach dem Menü) des Bildschirms befinden sich fünf Schaltflächen zum Erstellen und Bearbeiten eines Objekts. Direkt darunter steht der Name des Objekts, eine Liste seiner Komponenten –

Fügen Sie eine neue Basis hinzu oder zusammengesetzte Komponente zum Objekt

Ändern Sie die Größe (Abmessungen) einer Komponente

Komponentenposition ändern

Komponente drehen

Komponente entfernen

Wenn Sie ein neues Objekt erstellen, wird ein rechteckiger Kasten mit Standardabmessungen erstellt. Die Abmessungen der Objektkomponenten werden durch ganze Zahlen im Bereich von 1 bis 400 angegeben. Daher ist es beim Erstellen einer Objektdatenbank erforderlich, den Maßstab so zu bestimmen, dass die angezeigten (nicht realen) Abmessungen des Objekts hineinfallen dieses Intervall.

Um die Größe einer Komponente zu ändern, klicken Sie auf die Schaltfläche „Größe“. Danach wechselt das Programm in den Modus der Dimensionsänderung, der durch Verschieben der unteren rechten Ecke des dem Bauteil entsprechenden Rechtecks ​​in einer von drei orthogonalen Projektionen erfolgt. Das Verschieben erfolgt mit der Maus bei gedrückter linker Taste.

Das Verschieben einer Komponente erfolgt auf die gleiche Weise, wenn Sie auf die Schaltfläche „Verschieben“ klicken. Um eine Komponente zu drehen, klicken Sie auf die Schaltfläche „Drehen“. Durch Klicken auf die Schaltfläche „Neu“ wird eine neue Komponente hinzugefügt. Wenn Sie eine Operation mit einer Komponente ausführen, werden die Abmessungen des Objekts und die Koordinaten aller seiner Komponenten automatisch neu berechnet.

Bei Bedarf kann über die Schaltfläche „Entf“ ein Objektbestandteil gelöscht werden, was auch zur Neuberechnung von Koordinaten und Maßen führt. Zusätzlich zur Position und Größe werden für jeden Bestandteil des Objekts drei Farbtöne für seine Kanten bestimmt. Die Wahl des einen oder anderen Farbtons hängt von der Position der Gesichtsebene (ihrer Normalen) im Raum ab. Handelt es sich bei der Komponente wiederum um ein Objekt, so werden die Farben des Unterobjekts vererbt mit der Möglichkeit, diese durch die Farben des bearbeiteten Objekts zu ersetzen.

Um die Farben eines Objekts festzulegen oder die Farbe einer Komponente zu definieren, wählen Sie im Hauptmenü „Farben“. Auf dem Bildschirm wird ein Fenster angezeigt (Abb. 7).

Die linke Seite dieses Fensters enthält eine Liste der Objektfarben, die rechte Seite enthält eine Beispielschattierung für drei mögliche Fälle und die untere Seite enthält vier Schaltflächen.

Um die Schattierung festzulegen, müssen Sie eine Fläche (A, B oder C) auswählen und am unteren Bildschirmrand die Art der Schattierung, die Hauptfarbe (linke Maustaste) und die Sekundärfarbe (rechte Taste) auswählen. Wenn Sie auf die Schaltfläche „Speichern“ klicken, wird die ausgewählte Farbe dem Bauteil zugewiesen. Mit den Schaltflächen „Hinzufügen“ und „Entfernen“ können Sie Farblistenelemente hinzufügen und entfernen.

Wenn Sie keinen Mausmanipulator haben, können Sie über den Hauptmenüpunkt „Komponente“ die Werte der Komponentenparameter festlegen. In diesem Fall erscheint auf dem Bildschirm das in Abbildung 8 dargestellte Fenster. Oben in diesem Fenster wird der Name der Komponente festgelegt (in der Abbildung der „linke Arm“ des Stuhls), der bei Bedarf geändert werden kann notwendig.

In der linken Hälfte des Fensters werden die Werte der Komponentenparameter eingestellt, in der rechten Hälfte gibt es eine Reihe von Schaltflächen zum Sortieren von Komponenten, zum Hinzufügen und Entfernen, zum Festlegen einer Farbe und zum Speichern oder Verweigern des Speicherns von Änderungen.

In diesem Fenster können Sie das Objekt mithilfe der Tasten vollständig beschreiben. Um den Parameterwert einzustellen, müssen Sie mit den Cursortasten („Auf“, „Ab“) in die gewünschte Zeile gehen und den neuen Wert eingeben. Beachten Sie, dass in Abbildung 8 die Abmessungen angegeben sind grau, d.h. können nicht geändert werden, da die Armlehne des Stuhls wiederum ein Objekt ist und dessen Abmessungen erbt.

Sobald Sie mit der Bearbeitung eines Objekts fertig sind, können Sie mit der Erstellung oder Bearbeitung eines anderen Objekts fortfahren. Vor dem Beenden des Programms sollte die Objektdatenbank zur weiteren Verwendung im 3D-Szenenvisualisierungsprogramm in einer Datei gespeichert werden.

Visualisierung von 3D-Szenen

Das Visualisierungsprogramm kann in zwei Modi arbeiten. Im Hauptmodus erstellt der Scheduler die aktuelle dreidimensionale Szene und übergibt sie zum Zeichnen an den Visualizer. In einer anderen Betriebsart generiert der Scheduler eine Szenenfolge für den analysierten Text und schreibt diese in eine Datei, die anschließend vom Visualizer verwendet wird. In diesem Fall fungiert der Visualizer als Demonstrator der generierten Sequenzen.

Der Programmeingabe werden zwei Dateien – eine Datenbank mit Grafikobjekten und eine Szenenfolge – in folgender Form zur Verfügung gestellt:

Eine Szene wird durch einen speziellen PAUSE-Befehl (Pause zwischen Szenen) von einer anderen getrennt.

Jede Szene wird als eine Folge von Befehlen beschrieben:

Mannschaft 1

Team t

Befehle werden in Objektbeschreibungsbefehle und Steuerbefehle unterteilt. Der Beschreibungsbefehl enthält die folgenden Felder:

Der verwendete eindeutige Objektname

in weiteren Szenen;

Objekttyp (Name in der Datenbank);

Koordinaten links hinten unten

Winkel im Raumkoordinatensystem;

Drehwinkel um die Koordinatenachsen

Größenmodifikator (L – groß, M –

mittel, S – klein);

Farbe (von 0 bis 8). Wenn Farbe=0, dann das Objekt

wird in der im Sockel verwendeten Farbe dargestellt. Ansonsten: 1 – Schwarz, 2 – Blau 8 – Weiß.

Unter den vielen Objekten, die die Ausgangsszene beschreiben, muss es ein Objekt vom Typ „Szene“ (Raum) geben. Dieses Objekt ist integriert (fehlt in der Datenbank der Grafikobjekte). Es definiert die Dimensionen des Raumes sowie die Position des Betrachters. Indem Sie jedes Mal neue Drehwinkel festlegen, können Sie die Position des Betrachters ändern, um zuvor unsichtbare Objekte zu betrachten. Abbildung 9 zeigt beispielsweise die zweite Szene des am Anfang des Artikels besprochenen Textes aus einem anderen Blickwinkel.

Reis. 9. Zweite Szene aus einem anderen Blickwinkel

Zur Erstellung einer Szenenfolge werden folgende Steuerbefehle verwendet:

PAUSE – Pause zwischen den Szenen;

MOVE – ein Objekt auf ein neues verschieben

Position;" TRACE – zeigt die Flugbahn des Objekts an;

DEL – ein Objekt aus der Szene entfernen

(wird verwendet, um das Konzept von „nehmen“ zu visualisieren).

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die entwickelten grafischen Werkzeuge auf den Einsatz in intelligenten CAD-Systemen, Robotern, in Trainingssystemen, beim Erstellen von Computerspielen und in Virtual-Reality-Systemen ausgerichtet sind. Die Software des Systems ermöglicht die Darstellung und Bearbeitung von ausgedrückten Daten Text und grafische Formen.

Der nächste Schritt in der Entwicklung dieser Werkzeuge ist die Entwicklung eines Systems, das die Manipulation nicht innerhalb einer einzelnen Szene, sondern in Teilen ihrer Gesamtheit ermöglicht, was die Schaffung komplexerer Welten ermöglicht.

Bei der Betrachtung der Probleme der Konstruktion von Methoden und Mitteln zur Schaffung von Systemen der neuen Generation im Bereich der Mensch-Maschine-Interaktion (im weitesten Sinne des Wortes) möchte ich noch einmal die herausragende Rolle figurativer, nonverbaler Darstellungen hervorheben verschiedene kreative und intellektuelle Prozesse, einschließlich Lernen, Entdeckung neuen Wissens, Verwaltung komplexer Objekte usw., weshalb neue Werkzeuge benötigt werden, um die Nutzung des gesamten Spektrums menschlicher Fähigkeiten zu unterstützen. Und hier spielen zweifellos Computersysteme mit neuen Technologien zur Unterstützung dieser Fähigkeiten eine wichtige Rolle, insbesondere basierend auf kognitiven Grafiken und Virtual-Reality-Systemen.

Referenzliste

5. Zenkin A A. Kognitive Computergrafik // M.: Nauka, 1991.-P. 187.

7. Rakcheeva T.A. Kognitive Darstellung der rhythmischen Struktur des EKG // Softwareprodukte und -systeme. - 1992. -L6 2.- S. 38-47.

4. Eremeev A.P., Korotkoe O.V., Popov A.V. Visueller Controller für Entscheidungsunterstützungssysteme // Proceedings / Sh conf. zum Thema künstliche Intelligenz. Twer.-1992. T. 1.- S. 142-145.

2. Bakharev I.A., Leder V.E., Matekin M.P. Intelligente Grafiktools des Tages werden angezeigt

Ausdrücke der Dynamik komplexer technologischer Prozess// Softwareprodukte und -systeme. -1992. - Nr. 2.- S. 34-37.

8. V.Bajdoun, LXitvintseva. SJvfalitov et al. Tekris: Das intelligente System zur Textanimation // Proc. der Ost-West-Konferenz. zu Art. Intel. EWAIC93. 7.–9. September, Moskau, Russland. 1993.

3. Hamilton J, Smith E, Mac Williams G, et al. Eine virtuelle Realität// Arbeitswoche. - 1993. - Nr. 1.

6. Litvintseva L.V. Konzeptionelles Modell eines Visualisierungssystems für dreidimensionale dynamische Szenen // Softwareprodukte und -systeme. Nr. 2.1992.

1. Baidun V.V., Bunin A.I., Bunina O.Yu. Analyse von Textbeschreibungen dynamischer Raumszenen im TECRIS-System // Softwareprodukte und -systeme. -1992. -Nr. 3. - S. 42-48.

ENTWICKLUNG Kognitiver Computergrafiken im Rahmen der angewandten Informationswissenschaft

Kunst. Dozent am Institut für ISvEK

Zweigstelle der Staatlichen Wirtschaftsuniversität St. Petersburg

Zahlreiche Studien von Psychologen, die sich mit der Analyse des Prozesses der Problemlösung durch Menschen befassen, haben gezeigt, dass die ersten beiden Phasen in diesem Prozess am arbeitsintensivsten sind. Eine Person investiert maximale Anstrengungen in den Übergangsprozess von einem unklaren Gefühl einer bestimmten Situation zu einer klar formulierten Aufgabe. In der Regel wird diese Phase von den meisten Forschern als kreativ wahrgenommen. Auf welcher Grundlage die Idee des Problems gebildet und nach seiner Formulierung gesucht wird. Darüber hinaus geht es in vielen Fällen nur um den Einsatz professioneller Mittel.

Die Phasen der Problemformulierung im Rahmen der Anwendung des algebraischen Ansatzes bleiben außerhalb des Blickfeldes der Wissenschaft. Dieses Problem ist eindeutig nicht algorithmisch. Jede Aufgabe hat einen individuellen Charakter und die Existenz allgemeiner Verfahren außer rein methodischen (z. B. Erfindungssuchalgorithmen) ist hier kaum möglich. Doch wie prominente Mathematiker, die sich ernsthaft mit den Verfahren der mathematischen Kreativität beschäftigten, immer wieder betonten, spielten geometrische Darstellungen und Modelle bei der Suche nach einer Problemformulierung oft eine wichtige Rolle. Und es ist interessant, dass sie oft keinen direkten Bezug zur Art des zu lösenden Problems hatten, sondern diese Aussage einfach assoziativ hervorriefen. Auch Psychologen bemerken das gleiche Phänomen. Versuchen wir, die Merkmale aufzulisten, die für die neue Richtung in der Informatik charakteristisch sind kognitive Grafiken. Eine ausführlichere Diskussion dieser Richtung ist in der ersten Monographie der Weltliteratur enthalten, die sich speziell der kognitiven Grafik widmet.

Computergrafik ist ein Teilgebiet der Informatik, das alle Aspekte der Bilderzeugung mithilfe eines Computers abdeckt.

Mit seinem Erscheinen in den 1950er Jahren war es zunächst möglich, nur ein paar Dutzend Segmente auf dem Bildschirm darzustellen.

Grundlagenwissenschaften wurden zur Grundlage der Computergrafik: Mathematik, Chemie, Physik usw.

Computergrafiken werden in fast allen wissenschaftlichen und technischen Disziplinen eingesetzt, um die Wahrnehmung und Übertragung von Informationen zu visualisieren. Auch bei der Ausbildung von Piloten und Vertretern anderer Berufsgruppen (Simulatoren) ist es üblich, Computersimulationen einzusetzen. Kenntnisse der Grundlagen der Computergrafik sind heute sowohl für Ingenieure als auch für Wissenschaftler erforderlich.

Das Endergebnis der Verwendung von Computergrafiken ist ein Bild, das für verschiedene Zwecke verwendet werden kann.

Kognitive Computergrafik- Computergrafik für wissenschaftliche Zwecke Abstraktionen, was zur Entstehung neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse beiträgt. Die technische Basis dafür sind leistungsstarke Computer und leistungsstarke Werkzeuge Visualisierung

Ein Beispiel für den Einsatz kognitiver Computergrafiken in der angewandten Informatik kann die kognitive Visualisierung von Algorithmus-Flussdiagrammen, die dreidimensionale Darstellung von Forschungsobjekten, die visuelle Darstellung von Datenmodellen usw. sein.

Eine ähnliche Technik wurde für periodische Funktionen verwendet. Wie Sie wissen, haben Graphen periodischer Funktionen sich wiederholende Abschnitte. Wenn Sie also den Graphen einer periodischen Funktion auf Noten übertragen, weist die Musik sich wiederholende Fragmente auf.

Um das Problem der Überwachung der Umsetzung nationaler Projekte zu lösen, müssen viele Faktoren berücksichtigt werden. Das Ausmaß und die Dynamik der Situation bei der Umsetzung nationaler Projekte erfordern eine zeitnahe Verarbeitung einer erheblichen Menge an Ausgangsdaten sowie die Entwicklung und Annahme angemessener und zeitnaher Entscheidungen.

In diesem Fall stellt sich das Problem der Wahrnehmung und Interpretation heterogener Informationen durch den Entscheidungsträger, das die Relevanz der Lösung des Problems bestimmt, Formen ihrer Darstellung zu finden, die die Mehrdeutigkeit des Verständnisses der aktuellen Situation beseitigen oder reduzieren.

Das menschliche Denken ist so strukturiert, dass der Mensch nicht in Worten und Zahlen, sondern in Bildern denkt. Genauso verhält es sich mit der Wahrnehmung von Informationen über die Umwelt: Bilder, die von verschiedenen Sinnesorganen erzeugt werden, werden in ihrer Gesamtheit wahrgenommen.

Untersuchungen zeigen, dass die visuelle Komponente des wahrgenommenen Bildes von größter Bedeutung ist. Daher besteht die Notwendigkeit, der Lösung des Problems der Visualisierung numerischer und nichtnumerischer (verbaler, grafischer) Quelldaten und der Ergebnisse ihrer analytischen Verarbeitung Vorrang einzuräumen.

Im Rahmen der Informatik entwickelt sich die kognitive Computergrafik in folgende Richtungen:

– Studium der allgemeinen Konstruktion kognitiver grafischer Bilder, Methoden und Methoden der kognitiven Computergrafik;

– Untersuchung individueller Wahrnehmungsmerkmale, insbesondere ihrer Apperzeption;

– Entwicklung eines Modells zur Wahrnehmung von Informationen durch Entscheidungsträger;

- Formation Alphabet eine konzeptionelle und bildliche Sprache zur Darstellung von Daten, einschließlich stereotyper Symbole, die Objekte und Phänomene der umgebenden Welt mit unterschiedlichem Ähnlichkeitsgrad darstellen, assoziativ verständlicher grafischer Grundelemente, aus denen GOs beliebiger Komplexität synthetisiert werden, und Hilfssymbolen, die zum Verbinden grafischer Grundelemente und zum Zeichnen erforderlich sind Beachtung des aktuellsten GO;

– Untersuchung der Eigenschaften von GO, die den Entscheidungsträger beeinflussen, wenn sie auf der Ebene der Empfindungen wahrgenommen werden – energetisch, geometrisch, dynamisch;

– Bildung einer „Grammatik“ der Begriffs- und Bildsprache, also der Grundregeln für die Bildung von GO und kognitiven Szenen;

– Entwicklung eines Prototyp-Subsystems zur Visualisierung der Ergebnisse von Informationen und analytischer Unterstützung zur Überwachung der Umsetzung vorrangiger nationaler Projekte auf der Grundlage einer konzeptionellen und bildlichen Sprache zur Darstellung von Daten;

– experimentelle Überprüfung der Wirksamkeit des entwickelten Prototyps im Hinblick auf Effizienz, Vollständigkeit und Genauigkeit der Informationswahrnehmung des Entscheidungsträgers.

Hauptrichtungen der angewandten Kognitionswissenschaft. Künstliche Intelligenz: Chancen und Grenzen. Expertensysteme und Entscheidungsunterstützungssysteme. Modellierung der Entscheidungsfindung in der Ökonomie und das Problem der menschlichen Rationalität. Das Problem der Verarbeitung natürlicher Sprache und maschineller Übersetzungssysteme. Hauptrichtungen der Robotik: Probleme der Bewegungsmodellierung, räumlichen Orientierung und Ausbildung mobiler Roboter. Mensch-Computer-Interaktion: Grundlegende Ansätze und Forschungsmethoden. Kognitive Ergonomie. Design und Computergrafik. Virtuelle Realitäten.

Der weit verbreitete Einsatz von Hypertext-Technologien und das mit diesen Technologien eng verbundene Multimedia-Paradigma stimuliert auch die Entwicklung kognitiver Grafiken. Das Multimedia-Paradigma gleicht bekanntlich die Rechte von Texten und Bildern aus. In einer nichtlinearen Darstellung (in Form eines Netzwerks), die für Hypertext-Technologien charakteristisch ist, ermöglicht das Multimedia-Paradigma die Navigation durch das Netzwerk, sowohl auf der Textebene als auch auf der Bildebene, wobei jederzeit ein Übergang von Text zu Bildern möglich ist und umgekehrt.

Somit erweisen sich Systeme vom Typ „Text-Zeichnung“ und „Zeichnung-Text“ als eng mit dem Multimedia-Paradigma und der kognitiven Grafik verbunden und sind selbst eines der Ergebnisse des Zusammenspiels von kognitiver Grafik und Hypertext-Technologie.

In wissenschaftlichen Fokönnen kognitive Grafiken als Mittel zur Visualisierung von Ideen verwendet werden, die noch keinen präzisen Ausdruck erhalten haben. Ein weiteres Beispiel für den Einsatz dieser Werkzeuge können spezielle kognitive Grafiken zur Auswahl grundlegender Operationen in der Fuzzy-Logik sein, bei denen die globale Farbverteilung von blauen und roten Bereichen die „Starrheit“ der Definition von Operationen wie Konjunktion und Disjunktion charakterisiert.

In diesem Bereich werden kognitive Grafiken in der Phase der Formalisierung von Problemen und im Verfahren zur Aufstellung plausibler Hypothesen eingesetzt.

Im Bereich der Systeme der künstlichen Intelligenz wird die kognitive Computergrafik aufgrund des algebraischen und geometrischen Ansatzes zur Modellierung von Situationen und verschiedener Optionen zu deren Lösung bessere Ergebnisse erzielen als andere Systeme.

So verlagert sich in der wissenschaftlichen Forschung, auch in der Grundlagenforschung, der Schwerpunkt auf die für das Anfangsstadium charakteristische illustrative Funktion des ICG zunehmend hin zur Nutzung jener Fähigkeiten des ICG, die es ermöglichen, die dem Menschen innewohnende Denkfähigkeit zu aktivieren in komplexen räumlichen Bildern. In dieser Hinsicht beginnen sie klar zwischen zwei Funktionen des ICG zu unterscheiden: illustrativ und kognitiv.

Die illustrative Funktion von ICG ermöglicht es uns, in einer mehr oder weniger adäquaten visuellen Gestaltung nur das zu verkörpern, was bereits bekannt ist, das heißt, entweder in der Welt um uns herum oder als Idee im Kopf des Forschers bereits existiert. Die kognitive Funktion von ICG besteht darin, mit Hilfe eines bestimmten ICG-Bildes neues Wissen, also Wissen, das selbst im Kopf eines Spezialisten noch nicht vorhanden ist, zu erlangen oder zumindest zum intellektuellen Prozess der Wissensgewinnung beizutragen .

Diese Grundidee der Unterschiede zwischen den illustrativen und kognitiven Funktionen von ICG passt gut in die Klassifizierung von Wissen und Computersystemen für Bildungszwecke. Die illustrativen Funktionen von ICG werden in Bildungssystemen deklarativen Typs umgesetzt, wenn den Schülern ein artikulierter Teil des Wissens vermittelt wird, der in Form vorgefertigter Informationen mit Grafik-, Animations-, Audio- und Videoillustrationen präsentiert wird. Die kognitive Funktion von ICG manifestiert sich in prozeduralen Systemen, wenn Studierende Wissen durch Forschung an mathematischen Modellen der untersuchten Objekte und Prozesse „extrahieren“, und da dieser Prozess der Wissensbildung auf dem Denkmechanismus der rechten Hemisphäre basiert, ist dies der Fall Wissen selbst ist weitgehend persönlicher Natur. Jeder Mensch entwickelt die Techniken der unterbewussten geistigen Aktivität auf seine eigene Weise. Die moderne Psychologie verfügt nicht über streng fundierte Methoden zur Gestaltung des kreativen Potenzials eines Menschen, auch nicht des beruflichen Potenzials. Einer der bekanntesten heuristischen Ansätze zur Entwicklung intuitiven, berufsorientierten Denkens ist die Lösung von Forschungsproblemen. Der Einsatz von pädagogischen Computersystemen prozeduraler Art ermöglicht es, diesen Prozess deutlich zu intensivieren, Routineoperationen zu eliminieren und die Durchführung verschiedener Experimente an mathematischen Modellen zu ermöglichen.

Die Rolle der ICG in diesen Bildungsstudien kann nicht hoch genug eingeschätzt werden. Es sind ICG-Bilder des Fortschritts und der Ergebnisse von Experimenten mit mathematischen Modellen, die es jedem Schüler ermöglichen, sich ein eigenes Bild des untersuchten Objekts oder Phänomens in seiner gesamten Integrität und Vielfalt an Zusammenhängen zu machen. Es besteht auch kein Zweifel daran, dass ICG-Bilder in erster Linie eine kognitive und keine illustrative Funktion erfüllen, da Studierende im Prozess der pädagogischen Arbeit mit Computersystemen prozeduralen Typs rein persönliche Komponenten entwickeln, d. h. Komponenten, die in dieser Form nicht existieren irgendjemand weiß.

Natürlich sind die Unterschiede zwischen den illustrativen und kognitiven Funktionen der Computergrafik recht willkürlich. Oft kann eine gewöhnliche grafische Illustration einigen Schülern eine neue Idee geben und ihnen ermöglichen, einige Wissenselemente zu sehen, die vom Lehrer-Entwickler des deklarativen Bildungscomputersystems nicht „investiert“ wurden. Somit wird die illustrative Funktion des ICG-Bildes zu einer kognitiven Funktion. Andererseits verwandelt sich die kognitive Funktion des ICG-Bildes während der ersten Experimente mit Bildungssystemen prozeduralen Typs in weiteren Experimenten in eine illustrative Funktion für eine bereits „offene“ und damit nicht mehr neue Eigenschaft des Untersuchungsgegenstandes.

Grundlegende Unterschiede in den logischen und intuitiven Mechanismen des menschlichen Denkens, die sich aus diesen Unterschieden in den Formen der Wissensrepräsentation und den Methoden zu ihrer Beherrschung ergeben, machen es jedoch methodisch sinnvoll, zwischen den illustrativen und kognitiven Funktionen der Computergrafik zu unterscheiden und uns mehr zu ermöglichen die didaktischen Aufgaben von ICG-Bildern bei der Entwicklung von Computersystemen für Bildungszwecke klar formulieren.

Liste der verwendeten Quellen

1. Zenkin A. A. Kognitive Computergrafik. – M.: Nauka, 1991. – 192 S.

Der Artikel bietet eine Untersuchung der Ziele und Zielsetzungen der kognitiven Computergrafik und Modellierung. Ihre Klassifizierung wird berücksichtigt. Es wird eine vergleichende Analyse der kognitiven Computergrafik und Modellierung bereitgestellt.
Berücksichtigt werden Pakete und Tools, die die Ideen der Kognitionswissenschaft umsetzen. Ihre Klassifizierungs- und Anwendungsmerkmale werden angegeben.
Es wird ein Überblick über in- und ausländische Entwicklungen im Bereich der Kognitionswissenschaften gegeben. Es wurde eine Analyse der Aussichten einer solchen Arbeit durchgeführt.

1 Einführung in die kognitive Informatik

Mit der Entwicklung unserer Gesellschaft wächst der Informationsfluss, der verarbeitet werden muss, wie eine Lawine. Und dementsprechend steigt die Komplexität seiner Analyse. Der Umfang dieser Aufgaben übersteigt die Fähigkeiten des menschlichen Geistes. Selbst ein gewisses Maß an maschineller Verarbeitung ermöglicht es nicht immer, aus dem Informationsfluss neues oder gewünschtes Wissen zu extrahieren. Daher besteht Bedarf an einer qualitativ anderen Verarbeitungsebene, die den Einsatz von Methoden und Werkzeugen der kognitiven Computergrafik oder Modellierung beinhaltet.

Das Hauptziel kognitiver Methoden besteht darin, einige Funktionen zu automatisieren kognitive Prozesse. Daher können diese Technologien in allen Bereichen eingesetzt werden, in denen Wissen selbst gefragt ist.

Das allgemeine Ziel der Computer-Kognitionswissenschaft ist die Schaffung qualitativ neuen Wissens durch die Überwindung der Wahrnehmungs-, Erkenntnis- und Verständnisbarrieren, die mit der Darstellung von Informationen in der üblichen alphanumerischen Form verbunden sind. Beispielsweise lässt sich die Entstehung grundlegend neuer wissenschaftlicher Ideen oft nicht auf den Prozess der Deduktion, den formalen logischen Abschluss von Hypothesen und Theorien, reduzieren.

1.1 Grundkonzepte

Unter kognitiver Computermodellierung (CCM) versteht man im Allgemeinen die Modellierung mentaler, kognitiver Prozesse. Angesichts der Tatsache, dass In letzter Zeit Kognitive Modellierung wird häufig bei schwierig zu formalisierenden Entscheidungs- und Managementproblemen eingesetzt; die folgende Definition ist weitaus häufiger anzutreffen.
KKM ist eine Analysemethode, die die Bestimmung der Stärke und Richtung des Einflusses von Faktoren auf die Überführung eines Kontrollobjekts in einen Zielzustand unter Berücksichtigung der Ähnlichkeiten und Unterschiede im Einfluss verschiedener Faktoren auf das Kontrollobjekt ermöglicht. Grundlage solcher kognitiver Modelle ist meist die klassische kognitive Karte.

Eine klassische kognitive Karte ist ein gerichteter Graph, in dem der privilegierte Scheitelpunkt ein zukünftiger (normalerweise Ziel-)Zustand des Kontrollobjekts ist, die übrigen Scheitelpunkte Faktoren entsprechen und die Bögen, die die Faktoren mit dem Zustandsscheitelpunkt verbinden, eine Dicke und ein entsprechendes Vorzeichen haben Stärke und Richtung des Einflusses dieses Faktors auf den Übergang des Kontrollobjekts in einen bestimmten Zustand, und die Bögen, die die Faktoren verbinden, zeigen die Ähnlichkeiten und Unterschiede im Einfluss dieser Faktoren auf das Kontrollobjekt.

Es wird eine ähnliche Definition gegeben und darauf hingewiesen, dass der Ursache-Wirkungs-Graph ein vereinfachtes subjektives Modell der funktionalen Organisation des beobachteten Systems und „Rohmaterial“ für weitere Forschung und Transformationen – kognitive Modellierung – ist. Die Abbildungen 1.1 – 1.2 zeigen Beispiele für kognitive Karten.

Abbildung 1.1 – Ein Beispiel einer kognitiven Karte einer wirtschaftlichen Situation, entwickelt im kognitiven Modellierungssystem „KANVA“

Abbildung 1.2 – Beispiel einer kognitiven Karte, die im kognitiven Modellierungssystem „iThink“ entwickelt wurde

Am meisten allgemeine Definition Die kognitive Computermodellierung wird in angegeben, wobei sie als Synthese aus traditioneller Computermodellierung und kognitiver Computergrafik verstanden wird.
Als Sonderform klassischer kognitiver Karten wird das Konzept der kognitiven Megamaps eingeführt. Ihre Klassifizierung und Beispiele werden hier ebenfalls besprochen.

Unter kognitiver Computergrafik (CCG) verstehen wir die Erstellung solcher Wissensrepräsentationsmodelle, in denen es möglich wäre, sowohl Objekte, die für die verbal-logische, symbolische Ebene des Denkens charakteristisch sind, als auch Bildbilder, die für das nichtsymbolische Denken charakteristisch sind, darzustellen. KKG steht in direktem Zusammenhang mit dem Prozess der wissenschaftlichen Kreativität.

1.2 Probleme der kognitiven Computergrafik

Derzeit ist die Computergrafik einer der sich am schnellsten entwickelnden neuen Bereiche Informationstechnologien. So verlagert sich in der wissenschaftlichen Forschung, auch in der Grundlagenforschung, der Schwerpunkt auf die für das Anfangsstadium charakteristische illustrative Funktion von CG zunehmend hin zur Nutzung jener Fähigkeiten von CG, die es ermöglichen, die dem Menschen innewohnende Fähigkeit zum komplexen Denken zu aktivieren räumliche Bilder. In dieser Hinsicht beginnen sich zwei Funktionen von CG klar zu unterscheiden: illustrativ und kognitiv.

Die illustrative Funktion der CG ermöglicht es uns, nur das bereits Bekannte, d. h. Es existiert bereits entweder in der Welt um uns herum oder als Idee im Kopf eines Forschers. Die kognitive Funktion der CG besteht darin, mithilfe eines bestimmten grafischen Bildes etwas Neues zu gewinnen, d. h. Wissen, das selbst im Kopf eines Spezialisten noch nicht vorhanden ist, oder tragen zumindest zum intellektuellen Prozess der Erlangung dieses Wissens bei.
Illustrative Funktionen von CG werden in deklarativen Systemen implementiert, wenn den Benutzern ein artikulierter Teil des Wissens vermittelt wird, der in Form vorgefertigter Informationen mit grafischen Animationen und Videoillustrationen präsentiert wird.

Die kognitive Funktion von CG manifestiert sich in prozeduralen Systemen, wenn Benutzer Wissen durch Forschung „extrahieren“, sowohl an mathematischen Modellen der untersuchten Objekte als auch im Prozess der Analyse der operativen Aktivitäten von Entscheidungsträgern verschiedene Arten Kontroll- und Verwaltungsobjekte. Es ist klar, dass dieses Wissen selbst weitgehend Expertencharakter hat, da dieser Prozess der Wissensbildung auf dem intuitiven Denkmechanismus der rechten Hemisphäre basiert.

1.3 Probleme der kognitiven Computermodellierung

Der kognitive Ansatz der Modellierung zielt darauf ab, die intellektuellen Prozesse des Subjekts zu aktivieren und ihm zu helfen, sein Verständnis der Problemsituation in Form eines formalen Modells zu fixieren. Wie bereits erwähnt, wird als solches Modell üblicherweise eine kognitive Karte der Situation verwendet.
Die Technologie der kognitiven Analyse und Modellierung ermöglicht es uns, die aktuelle Situation systematisch zu charakterisieren und zu begründen und auf qualitativer Ebene Wege zur Lösung des Problems in dieser Situation unter Berücksichtigung von Umweltfaktoren vorzuschlagen.

Der Einsatz kognitiver Analyse und Modellierung eröffnet neue Möglichkeiten für Prognose und Management in verschiedenen Bereichen:
– Im wirtschaftlichen Bereich können Sie so in kurzer Zeit eine Strategie entwickeln und begründen wirtschaftliche Entwicklung Unternehmen, Bank, Region oder sogar ein ganzer Staat unter Berücksichtigung der Auswirkungen von Änderungen in Außenumgebung;
– im Bereich Finanzen und Börse – die Erwartungen der Marktteilnehmer berücksichtigen;
– im militärischen Bereich und Bereich Informationssicherheit– strategischen Informationswaffen entgegenwirken, indem Konfliktstrukturen im Vorfeld erkannt und entsprechende Maßnahmen entwickelt werden

2 Klassifikation kognitiver Computergrafik- und Modellierungsaufgaben

Die Konzepte kognitiver Grafiken und kognitiver Modellierung selbst unterscheiden sich erheblich. Dementsprechend unterschiedlich sind die Entwicklungen, die in diese Richtungen vollzogen werden. Diese beiden Bereiche der Informatik können jedoch nicht getrennt betrachtet werden. Sie sind eng miteinander verbunden und untersuchen Probleme, die sich gegenseitig ergänzen.
Sowohl in der kognitiven Modellierung als auch in der kognitiven Grafik gibt es drei Hauptbereiche der Problemlösung, die in Tabelle 1 dargestellt sind.

Tabelle 2.1 Klassifizierung der KKM- und KKG-Aufgaben

	KKM	KKG
1	Die Aufgabe ist verbalisierbar, aber ohne den Einsatz einiger nicht-traditioneller Methoden, beispielsweise Expertensysteme, nicht oder nur schwer lösbar	Schaffung solcher Modelle der Wissensrepräsentation, in denen es möglich wäre, mit einheitlichen Mitteln sowohl Objekte darzustellen, die für das logische Denken charakteristisch sind, als auch Bildbilder, mit denen fantasievolles Denken operiert
2	Modellierung kognitiver Prozesse, die mit dem Verstehen und Verarbeiten von Text- und Grafikinformationen verbunden sind, d. h. Entwicklung von Systemen wie „Text – Zeichnung“ und „Zeichnung – Text“	Visualisierung jenes menschlichen Wissens, für das es noch keine textlichen Beschreibungen gibt
3	Wahrnehmungs- und Bewertungssysteme“ – in vielerlei Hinsicht ähnlich zu Punkt 1, entscheidend ist hier jedoch weniger die Komplexität der Aufgabe als vielmehr die Menge der Ausgangsinformationen und die Zeit, die für die Entscheidungsfindung zur Verfügung steht	Suche nach Wegen für den Übergang von beobachteten Bildern zur Formulierung einer Hypothese über jene Mechanismen und Prozesse, die sich hinter der Dynamik beobachteter Gemälde verbergen

Die heute verfügbaren Forschungs-, Entwicklungs- und Softwareprodukte unterscheiden jedoch nicht wirklich zwischen den Aufgaben der Registrierkasse und der Registrierkasse, sondern lösen diese gemeinsam innerhalb eines von drei Bereichen.

2.1 Steigerung der kognitiven Effizienz der dargestellten Prozessdynamik

Sehr oft entsteht das Problem darin, dass die Reaktionszeit des Bedieners auf die Änderung bestimmter Parameter in Echtzeit-Steuerungssystemen von entscheidender Bedeutung ist. Im Falle einer abnormalen Situation muss der Betreiber eine Entscheidung über das korrekte Verhalten der entsprechenden Subsysteme treffen. Unzureichende oder falsche Entscheidungen können zu erheblichen materiellen Verlusten führen.

Um die Zeit zu verkürzen, die erforderlich ist, um diese oder jene Informationen bei ihrer Präsentation wahrzunehmen, ist es sinnvoll, sich nicht so sehr dem ineffektiven „Mechanismus“ der Logik zuzuwenden, sondern dem mächtigeren – dem intuitiv assoziativen Denken.
In diesem Fall kognitiver Ansatz berücksichtigt, dass Informationen, die in Form von Änderungen der Form, Farbe einer Figur oder Verzerrung ihrer Proportionen dargestellt werden, viel schneller wahrgenommen werden als dieselben Informationen in Textform.

2.2 Kognitive Prozessmodellierung zur anschließenden Analyse

Das Ziel der kognitiven Modellierung besteht darin, Hypothesen über die funktionale Struktur einer beobachteten Situation zu generieren und zu testen, bis eine funktionale Struktur vorliegt, die das Verhalten der beobachteten Situation erklären kann.

Die Hauptanforderungen an computerkognitive Modellierungssysteme sind Offenheit für mögliche Änderungen vieler Faktoren der Situation, Ursache-Wirkungs-Beziehungen, die Erlangung und Erklärung hochwertiger Prognosen über die Entwicklung der Situation (Lösung des direkten Problems „Was wird passieren?“) wenn ...), Ratschläge und Empfehlungen zur Bewältigung der Situation erhalten (Lösung des umgekehrten Problems „Was ist nötig, um ...“).
Der Flaschenhals bestehender Systeme zur kognitiven Modellierung von Situationen ist die Inkonsistenz ihrer Benutzeroberfläche und Verarbeitungsalgorithmen psychologische Merkmale subjektive Messung der Werte und Stärke der gegenseitigen Beeinflussung der Faktoren der beobachteten Situation. Diese Inkonsistenz führt zu Fehlern und Fehleinschätzungen des Experten bei der Bestimmung der Stärke der gegenseitigen Beeinflussung von Faktoren, die im kognitiven Modell der Situation enthalten sind. Die Entwicklung einer Verhaltensstrategie für ein Subjekt auf der Grundlage eines kognitiven Modells mit Fehlvorstellungen führt natürlich zu Fehlvorstellungsstrategien.

2.3 Hochwertige Datenvisualisierung

Über viele Jahrtausende hinweg waren Sprache, Text und statische Bilder die Hauptträger des intellektuellen menschlichen Wissens. Doch alle diese Medien können die Dynamik eines Prozesses nur beschreiben, nicht aber wiedergeben. Im Laufe der Zeit vertieft sich das menschliche Wissen und wird viel komplexer, sodass für seine Weitergabe Werkzeuge erforderlich sind, die Dynamiken darstellen und nicht beschreiben können. Einer der ersten Träger dieser Art ist Videobild, ist aber nicht in der Lage, die Dynamik der meisten Prozesse abzubilden. Später wurde Computermodellierung verwendet, um dieses Problem zu lösen.

Doch die bloße Wissensvermittlung reicht nicht aus. Es ist notwendig, es so zu vermitteln, dass es für den Wissenden verständlich ist. Dies ist der Unterschied zwischen CM und QCM und das Problem der Auswahl von Kategorien zur Darstellung von Wissen. Tatsache ist, dass einem Menschen von Kindheit an beigebracht wird, in Kategorien der realen Welt zu denken, die er berühren, sehen usw. kann. Aber was älteres Kind, desto abstraktere Kategorien und Methoden zu deren Manipulation muss er erlernen.

Darüber hinaus nimmt der Informationsfluss zu und verändert sich ständig. An Universitäten gehört zum Lernen das Auswendiglernen eines endlosen Stapels von Diagrammen, Grafiken und Textabschnitten, die schwer zu lesen und schwer zu verstehen sind. Jeden Tag muss man sich Hunderte abstrakte Objekte und die Beziehungen zwischen ihnen merken. Und viele Konzepte, die die Dynamik eines Prozesses beschreiben, erweisen sich selbst in mehreren schematischen Zeichnungen oft als schwierig zu vermitteln.
Daher sollte in kognitiven Modellen eine solche Darstellung wissenschaftlicher Konzepte gewählt werden, die zur Aktivierung von Denkmechanismen beiträgt und den Lernenden dazu ermutigt, sich an Wissen nicht zu erinnern, sondern sich dessen bewusst zu sein.

Die Notwendigkeit, die Besonderheiten der intellektuellen Informationswahrnehmung zu berücksichtigen, wird auch in diskutiert. Als Beispiel werden Methoden zur Darstellung von Feldern physikalischer Eigenschaften technischer Objekte und Algorithmen zur Konstruktion entsprechender Bilder mit hohem kognitiven Potenzial vorgestellt. Daher ist die Verteilung der Plattenkräfte ohne Modellierung nicht vorstellbar. Die Wahl des Darstellungsmodells hängt jedoch vom Einzelnen ab.

Abbildung 2.1 – Kräfteverteilung in der Platte (zwei Optionen).

3 Klassifizierung von Softwareprodukten anhand der Ideen der kognitiven Computermodellierung und Grafik.

3.1 Unterstützung kognitiver Schnittstellen

Die Verbesserung der Wahrnehmung von Mensch-Maschine-Interaktionsschnittstellen löst das oben diskutierte Problem der Kritikalität der Reaktionszeit des Bedieners.
Wenn beispielsweise Informationen von mehreren tausend diskreten und kontinuierlichen Sensoren auf der Konsole des Bedieners angezeigt werden, die komplexe Technologie in Echtzeit steuert, werden viele Videobilder (Mnemonikdiagramme, Tabellen usw.) verwendet, um sie anzuzeigen. Der Bediener muss alle diese Informationen verstehen und im Falle einer abnormalen Situation eine Entscheidung treffen, um das Verhalten der entsprechenden Subsysteme zu korrigieren. Unzulängliche oder falsche Entscheidungen können zu schweren materiellen oder sogar menschlichen Verlusten führen, die Zeit, die zum Nachdenken zur Verfügung steht, wird jedoch in Minuten berechnet. Daher leiden Menschen, die in solchen Situationen als Bediener oder Disponenten fungieren, häufig unter Stressüberlastung.

Das Unternehmen TASMO-BIT entwickelt sich aktiv in diese Richtung:
-KOGRA – kognitives intelligentes Echtzeitsystem für das Betriebsmanagement
-DIEX ist ein dynamisches Expertensystem zur Betriebsdiagnose des Gerätezustands in umweltgefährdenden Anlagen und Produktionsanlagen.
-PORKOBRAZ – Das System dient zum Aufbau einer Benutzeroberfläche und zur Konfiguration der Interaktion zwischen Elementen der Benutzeroberfläche und Zugriffselementen auf externe Datenquellen.
Abbildung 3.1 zeigt die Tools, die in der Benutzeroberfläche des SPRINT-RV-Systems in Block 5 des Kernkraftwerks Novovoronezh implementiert sind.

Abbildung 3.1 – Beispiel einer kognitiven Benutzeroberfläche.

3.2 Kognitive Modellierung in Simulationspaketen

Nicht jede Simulationsumgebung kann kognitiv sein. Dazu ist es erforderlich, dass kognitive Grafikaufgaben ausgeführt werden, d. h. Zumindest müssen in dieser Umgebung Objekte vorhanden sein, die für logisches Denken charakteristisch sind, oder Bildbilder, mit denen fantasievolles Denken operiert.
Beispielsweise wurden für die Modellierung von Geschäftsprozessen Methoden und Standards entwickelt, mit denen diese beschrieben und visuell dargestellt werden können. SADT ist eines der bekanntesten und am weitesten verbreiteten Modellierungssysteme. SADT ist eine Abkürzung für Structured Analysis and Design Technique (Strukturanalyse und Designtechnik) – eine grafische Notation und Methode zur Beschreibung von Prozessen. SADT kann in allen Phasen eingesetzt werden Lebenszyklus Systeme. Die Erkenntnis der Nützlichkeit von SADT führte zur Standardisierung und Veröffentlichung des Teils der funktionalen Modellierung als IDEFO-Methodik und -Standard für die funktionale Modellierung.
Diese und andere Standards werden in Paketen wie BPwin von Logik Works, ProCap 6.0, ProSim 7.0 und SmartER 5.0 von Knowledge Based Systems Inc. verwendet. usw.
Die Visualisierung des Themengebiets erfolgt in den meisten heute verfügbaren Softwarepaketen mithilfe klassischer kognitiver Karten. Die ersten Modelle dieser Art wurden bereits Anfang der 80er Jahre erfunden. Die meisten basieren auf ihnen moderne Systeme dynamische Modellierung in Finanzen, Politik und Wirtschaft.
Zu den beliebtesten modernen Entwicklungen zählen die Unternehmen Hyper Logic, IntelligenceWare, InfraLogic, Aptronix, Oracle und viele andere. Das CubiCalc-Paket von HyperLogic ist eines der leistungsstärksten Expertensysteme auf Basis von Fuzzy-Logik.
Im postsowjetischen Raum sind iThink und Simulink die beliebtesten Pakete. Allerdings sind diese Pakete recht schwierig zu verwenden, obwohl sie sich laut Dokumentation an „normale Manager“ richten.
In den letzten Jahren sind auf dem heimischen Markt Entwicklungen und fertige Pakete ähnlicher Systeme erschienen. Unter ihnen:
- Softwaresysteme „Situation“, „Compass“, „KIT“, erstellt an der IPU RAS
- kognitives Modellierungssystem „CANVA“, Kulinich A. A.
- Systemkognitive Modellierung von CTE EMU Kutakov S.V.
usw.
Unabhängig davon sollten wir in dieser Richtung die Werke von A.E. hervorheben. Jankowskaja. Visualisierung und Begründung für die Entscheidungsfindung basieren auf Elementen kognitiver Grafiken, die auf vier Methoden der grafischen Visualisierung basieren: einem speziellen Histogramm, einem gleichseitigen Dreieck, einem Kreisdiagramm mit einer Linie und einem Rechteck sowie einer Karnaugh-Karte. 3.3 Pakete zur Entwicklung hochwertiger Datenvisualisierung Oftmals steht das Wissen über ein technisches Objekt, das bei der Erforschung mehrdimensionaler mathematischer Modelle gewonnen und in herkömmlicher symbolisch-numerischer Form dargestellt wird, mangels ausreichender Daten für die menschliche Analyse nicht zur Verfügung hohes Level Abstraktheit von Informationen.
Am meisten allgemeiner Ansatz Eine Lösung für dieses Problem ist im DeductorStudio-Paket implementiert, mit dem Sie dieselben Daten auf viele verschiedene Arten anzeigen können. Besondere Aufmerksamkeit verdient Zusammenarbeit mehrere russische Universitäten: virtueller Fonds für Naturwissenschaften und wissenschaftliche und technische Effekte „Effektive Physik“. Das Projekt ist ein auf Basis moderner Internet-Technologien umgesetztes Bildungs-, Methoden- und Nachschlagewerk und richtet sich an verschiedene Level Bildung (allgemeine Sekundarstufe; Primar-, Sekundar-, Hochschul- und postgraduale Berufsbildung). Jeder Effekt im Fonds verfügt zusätzlich zu einer formalisierten und üblichen Beschreibung über eine Animation, die das Wesentliche des Effekts veranschaulicht. Bei den Entwicklungen des DonNTU-Technoparks beschränkt sich die Klasse der animierten Phänomene nicht auf die Physik. Seit einigen Jahren gibt es ein Portal für Meister, in dem jeder wissenschaftliche Arbeit enthält erklärende Animationen. Ein weiteres Werkzeug zur Verbesserung des kognitiven Lernens ist die visuelle Programmierung – eine Programmierung, die mehr als eine Dimension verwendet, um Semantik zu vermitteln. Ein bemerkenswertes Merkmal der visuellen Programmierung besteht darin, dass sie die Entwicklung algorithmischer Intelligenz fördert, ohne die Merkmale und Feinheiten der internen Architektur eines Computers oder Betriebssystems zu untersuchen. Visuelle Programmierung hilft, Koordinations- und Verständnisbarrieren zu überwinden. Diese. Um ein Programm zu schreiben, muss kein Student die Besonderheiten der Syntax von Operatoren, Variablen usw. erlernen.
Zu diesen Entwicklungsumgebungen gehören VUFC (Visual Unix Filter Components), SIVIL – eine Programmiersprache und Bibliothek von Routinen in Bildern, LegoRobolab und viele andere.

Herausragende Leistungen auf diesem Gebiet gehören A.A. Zenkin. Er untersucht die wissensgenerierenden Fähigkeiten der kognitiven Computergrafik. Die von ihm entwickelten Systeme ermöglichen die Arbeit mit Bildern (Pythogrammen) abstrakter mathematischer Objekte, die die rechte Hemisphäre des menschlichen Gehirns aktivieren, die für visuelles Denken und kreative Intuition verantwortlich ist. So können Sie Neues entdecken wissenschaftliche Fakten, Ideen, Hypothesen. So gelangte er zu nicht-trivialen Ergebnissen in der Zahlentheorie, Logik und Mengenlehre.

Abbildung 3.3 – Beispiel mit einem Parabelsystem DSTC – Dialogsystem zur Untersuchung von Problemen der additiven Zahlentheorie.

Eine der effektivsten Methoden zur Darstellung mehrdimensionaler Informationsvektoren sind Piktogramme – schematische Bilder. Ein typisches Beispiel für eine solche Darstellung sind Tschernows Gesichter.

Chernovs Gesichter sind schematische Darstellungen von Gesichtern, deren bestimmte Merkmale übereinstimmen relative Werte gegebene Eigenschaften. Somit entsprechen unterschiedliche Datensätze unterschiedlichen Gesichtsausdrücken von Chernov, was es ermöglicht, einen allgemeinen Überblick über den Zustand des Systems und den Grad der Abweichungen von der Norm seiner individuellen Merkmale zu erhalten. Zum Beispiel auch große Augen kann auf eine Abweichung von der Norm des entsprechenden Merkmals vor dem Hintergrund der Norm der anderen hinweisen. Manchmal diese Methode grafische Darstellung ermöglicht es Ihnen, verborgene Beziehungsmuster zwischen Daten zu identifizieren, die mit anderen Methoden nicht erkannt werden können.

4. Schlussfolgerung

Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Ziele und Zielsetzungen der kognitiven Computergrafik und Modellierung untersucht. Ihre Klassifizierung wird berücksichtigt.
Untersucht wurden Pakete und Tools, die Ideen aus der Kognitionswissenschaft umsetzen.
Es wurde festgestellt, dass kognitive Modellierung und Grafik heute vielversprechende, sich schnell entwickelnde Bereiche der Informatik sind, die eine ziemlich breite Klasse angewandter Probleme abdecken.
Die vielversprechendste Richtung der kognitiven Computermodellierung auf unserem heutigen Markt ist die Schaffung von Situationszentren und Expertensystemen, die die Entscheidungsfindung bei schwer zu formalisierenden Problemen ermöglichen und über eine für den Durchschnittsbenutzer zugängliche Schnittstelle verfügen. Da solche Systeme im Geschäftsumfeld zunehmend gefragt sind.
Bestehende westliche Versionen solcher Systeme sind recht teuer, werden auf teuren Geräten implementiert und sind für den Durchschnittsbenutzer schwer zu verstehen.
Dies eröffnet einerseits eine weitere unbesetzte Nische auf dem Arbeitsmarkt, da es an Fachkräften für die Wartung und Konfiguration solcher Systeme mangelt. Andererseits bietet es einheimischen Entwicklern aufgrund geringerer Kosten die Möglichkeit, im Wettbewerb zu bestehen.

Unten finden Sie ein Applet, das Chernovs Gesichter modelliert verschiedene Staaten geduldig. Die Größe der Augen entspricht der Temperatur des Patienten, die Krümmung des Lächelns entspricht dem Oberdruck (trauriges Lächeln - Hoher Drück) und das Vorhandensein/Fehlen von Halsschmerzen entspricht dem Vorhandensein/Fehlen von Ohren.
Das Applet wird unten in einem Java-fähigen Browser angezeigt.

Literatur

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Anoprienko A.Ya. Kognitive Megamaps: Erfahrung in der Rekonstruktion kulturbildender Modelle und Bilder der Welt // Wissenschaftliche Arbeiten von DonNTU. Ausgabe 39 – Donezk: DonSTU. - 2002 - S. 206-221
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Zum Zeitpunkt der Erstellung des Abstracts (Juni 2006) war die Masterarbeit noch nicht abgeschlossen. Endgültige Fertigstellung – Januar 2007. Der vollständige Text der Arbeit und alle Materialien zum Thema können nach dem angegebenen Termin beim Autor oder seinem Betreuer angefordert werden.