Produse și sisteme software. Grafică computerizată cognitivă abstractă

25.09.2019

Citeste si

Ce face Comitetul de Investigații al Federației Ruse: principalele sarcini și competențe

Ceea ce a făcut ca sistemul energetic al Uralilor să se cutremure astfel încât Belarusul a simțit-o

Candidatul republican Donald Trump a câștigat alegerile prezidențiale din SUA

Ce alarmă de pornire automată este mai bună - comparație între modele și producători

Numeroase studii ale psihologilor dedicate analizei procesului de rezolvare a problemelor de către oameni au arătat că primele două etape sunt cele mai consumatoare de timp în acest proces. O persoană depune eforturi maxime pentru procesul de trecere de la un sentiment vag al unei anumite situații la o sarcină clar formulată. De regulă, această etapă este percepută de majoritatea cercetătorilor ca fiind creativă. Pe ce se formează ideea problemei și se caută formularea acesteia. În plus, în multe cazuri, problema se referă doar la cererea unui profesionist.

Etapele formulării problemei în condiţiile utilizării abordării algebrice rămân în afara câmpului vizual al ştiinţei. Această problemă clar nu este algoritmică. Fiecare sarcină are un caracter individual, iar existența oricăror proceduri generale, cu excepția celor pur metodologice (cum ar fi algoritmii de căutare a invențiilor, este greu posibilă aici). Totuși, așa cum au remarcat în repetate rânduri matematicieni eminenți care s-au gândit serios la procedurile creativității matematice, în etapa de căutare a formulării unei probleme, foarte des rol important a jucat reprezentări geometrice și modele. Și este interesant că de multe ori acestea nu erau direct legate de natura problemei care se rezolvă, ci pur și simplu evocau asociativ această afirmație. Același fenomen este observat de psihologi. Să încercăm să enumerăm caracteristicile care sunt caracteristice unei noi direcții în informatică, numită grafică cognitivă. O discuție mai detaliată a acestei direcții este conținută în prima monografie din lume dedicată în mod special graficii cognitive.

Grafica computerizată este un domeniu al informaticii care acoperă toate aspectele formării imaginilor folosind un computer.

Apărând în anii 1950, la început a făcut posibilă afișarea doar a câteva zeci de segmente pe ecran.

Științele fundamentale au devenit baza graficii pe computer: matematică, chimie, fizică etc.

Grafica pe computer este folosită în aproape toate disciplinele științifice și inginerești pentru percepția vizuală și transmiterea informațiilor. De asemenea, este o practică obișnuită utilizarea simulărilor pe computer în pregătirea piloților și a altor profesii (simulatori). Cunoașterea elementelor de bază ale graficii pe computer este acum necesară atât pentru un inginer, cât și pentru un om de știință.

Rezultatul final al aplicării graficii pe computer este o imagine care poate fi folosită în diverse scopuri.

cognitive grafica pe computer - grafica pe computer pentru abstracții științifice, contribuind la nașterea unor noi cunoștințe științifice. Baza tehnica pentru ea sunt computere puternice și instrumente de vizualizare de înaltă performanță

Un exemplu de utilizare a graficii cognitive pe computer în informatica aplicată poate fi vizualizarea cognitivă a diagramelor de flux de algoritm, reprezentarea tridimensională a obiectelor de cercetare, reprezentarea vizuală a modelelor de date etc.

O tehnică similară a fost folosită pentru funcțiile periodice. După cum știți, graficele funcțiilor periodice au secțiuni care se repetă, prin urmare, dacă mutați graficul unei funcții periodice la note, atunci muzica va avea fragmente care se repetă.

Rezolvarea sarcinii de control al execuției proiecte nationale necesită luarea în considerare a multor factori. Amploarea și dinamismul situației în implementarea proiectelor naționale necesită prelucrarea rapidă a unei cantități semnificative de date inițiale, elaborarea și adoptarea unor decizii adecvate și în timp util.

Aceasta ridică problema percepției și interpretării informației eterogene de către decident, ceea ce determină relevanța rezolvării problemei găsirii formelor de prezentare a acesteia care exclud sau reduc ambiguitatea înțelegerii situației actuale.

Gândirea umană este construită în așa fel încât o persoană să gândească nu în cuvinte și numere, ci în imagini. Situația este exact aceeași cu percepția informațiilor despre lumea înconjurătoare: imaginile formate de diferite organe de simț sunt percepute ca un întreg.

Studiile arată că componenta vizuală a imaginii percepute este de cea mai mare importanță. Aceasta implică necesitatea unei soluții prioritare a problemei vizualizării datelor inițiale numerice și nenumerice (verbale, grafice) și a rezultatelor prelucrării lor analitice.

În cadrul științei informaticii, grafica cognitivă pe computer se dezvoltă în urmând indicații:

– studiul construcției generale a imaginilor grafice cognitive ale metodelor, metodelor de grafică cognitivă pe computer;

- studiul caracteristicilor individuale ale percepției, în special percepția acesteia;

– dezvoltarea unui model de percepție a informațiilor de către factorii de decizie;

– formarea unui alfabet al unui limbaj conceptual și figurativ pentru reprezentarea datelor, inclusiv simboluri stereotipe care afișează obiecte și fenomene ale lumii înconjurătoare cu diferite grade de similitudine, primitive grafice de înțeles asociativ din care sunt sintetizate GO de orice complexitate și simboluri auxiliare necesare să conecteze primitivele grafice și să atragă atenția asupra celei mai relevante apărări civile;

- studiul proprietăților GO care afectează decidentul atunci când sunt percepute la nivel de senzații - energetice, geometrice, dinamice;

- formarea „gramaticii” limbajului conceptual-figurativ, adică regulile de bază pentru formarea scenelor GO și cognitive;

– dezvoltarea unui subsistem prototip de vizualizare a rezultatelor informației și suport analitic pentru monitorizarea implementării proiectelor naționale prioritare pe baza unui limbaj conceptual și figurativ de prezentare a datelor;

- verificarea experimentală a eficacității prototipului dezvoltat în ceea ce privește eficiența, completitudinea, acuratețea percepției informațiilor de către decident.

Principalele direcții ale științei cognitive aplicate. Inteligența artificială: oportunități și limitări. Sisteme experte și sisteme de sprijinire a deciziilor. Modelarea procesului decizional în economie și problema raționalității umane. Problemă de procesare limbaj naturalși sisteme de traducere automată. Principalele direcții ale roboticii: problemele modelării construcției mișcării, orientarea în spațiu și antrenamentul roboților mobili. Interacțiunea om-calculator: abordări de bază și metode de cercetare. Ergonomia cognitivă. Design și grafică pe computer. Realități virtuale.

Utilizarea pe scară largă a tehnologiilor hipertext și a paradigmei multimedia strâns legate de aceste tehnologii stimulează și dezvoltarea graficii cognitive. După cum știți, paradigma multimedia egalizează drepturile textelor și imaginilor. Într-o reprezentare neliniară (sub formă de rețea), caracteristică tehnologiilor hipertext, paradigma multimedia vă permite să navigați în rețea, atât la nivel de text, cât și la nivel de imagine, făcând o tranziție de la text la imagini la orice. timp și invers.

Astfel, sistemele de tip „Text-Drawing” și „Drawing-Text” sunt strâns legate de paradigma multimedia și grafica cognitivă și sunt ele însele unul dintre rezultatele interacțiunii dintre grafica cognitivă și tehnologia hipertextului.

În sistemele de automatizare a cercetării, grafica cognitivă poate fi folosită ca mijloc de vizualizare a ideilor care nu au primit încă o expresie precisă. Un alt exemplu de utilizare a acestor instrumente este o grafică cognitivă specială pentru selectarea operațiilor de bază în logica fuzzy, în care distribuția globală a culorii zonelor albastre și roșii caracterizează „rigiditatea” definirii operațiilor precum conjuncția și disjuncția.

În acest domeniu, grafica cognitivă este utilizată în stadiul formalizării problemelor și în procedura de prezentare a ipotezelor plauzibile.

În domeniul sistemelor de inteligență artificială, grafica cognitivă pe computer va obține rezultate mai mari decât alte sisteme datorită abordării algebrice și geometrice a situațiilor de modelare și a diverselor opțiuni de rezolvare a acestora.

Da, în cercetare științifică, inclusiv în cele fundamentale, caracteristice de stadiul inițial accentul pus pe funcția ilustrativă a ICG se îndreaptă din ce în ce mai mult către utilizarea acelor posibilități ale ICG care fac posibilă activarea capacității umane de a gândi în imagini spațiale complexe. În acest sens, încep să se distingă clar două funcții ale ICG:ilustrativ și cognitiv.

Funcția ICG ilustrativăvă permite să întruchipezați într-un design vizual mai mult sau mai puțin adecvat doar ceea ce este deja cunoscut, adică. există deja fie în lumea din jurul nostru, fie ca idee în capul cercetătorului. Funcția cognitivă ICG constă în folosirea unei anumite imagini ICG pentru a obține una nouă, adică. cunoștințe care nu există încă nici în fruntea unui specialist, sau cel puțin contribuie la procesul intelectual de obținere a acestor cunoștințe.

Această idee de bază a diferențelor dintre funcțiile ilustrative și cognitive ale ICG se potrivește bine în clasificarea cunoștințelor și a sistemelor informatice în scopuri educaționale. Funcțiile ICG ilustrative sunt implementate în sistemele educaționaletip declarativ la transferul elevilor a unei părți articulate de cunoștințe, prezentate sub formă de informații pregătite în prealabil cu ilustrații grafice, animate, audio și video. Funcția cognitivă a ICG se manifestă în sisteme tip procedural, când elevii „extrag” cunoștințe din cercetare pe modele matematice ale obiectelor și proceselor studiate și, întrucât acest proces de formare a cunoștințelor se bazează pe mecanismul emisferic drept al gândirii, această cunoaștere în sine este în mare măsură personală. Fiecare persoană formează tehnicile subconștientului activitate mentalaîn felul meu. Modern stiinta psihologica nu are modalități strict fundamentate de modelare a potențialului creativ al unei persoane, chiar dacă este unul profesional. Una dintre abordările euristice binecunoscute ale dezvoltării gândirii intuitive orientate profesional este soluția problemelor de cercetare. Utilizarea sistemelor informatice educaționale de tip procedural face posibilă intensificarea semnificativă a acestui proces, eliminând operațiunile de rutină din acesta și făcând posibilă efectuarea diferitelor experimente pe modele matematice.

Rolul ICG în aceste studii educaționale nu poate fi supraestimat. Imaginile ICG ale cursului și rezultatele experimentelor pe modele matematice sunt cele care permit fiecărui student să-și formeze propria imagine a obiectului sau fenomenului studiat în toată integritatea și varietatea conexiunilor sale. De asemenea, nu există nicio îndoială că imaginile ICG îndeplinesc în primul rând o funcție cognitivă, mai degrabă decât o funcție ilustrativă, deoarece în procesul de lucru educațional cu sisteme informatice de tip procedural, elevii formează pur personal, i.e. neexistând sub această formă pentru nimeni, componente ale cunoașterii.

Desigur, diferențele dintre funcțiile ilustrative și cognitive ale graficii pe computer sunt destul de arbitrare. Destul de des, o simplă ilustrare grafică îi poate îndemna pe unii elevi la o idee nouă, le permite să vadă unele elemente de cunoștințe care nu au fost „investite” de profesorul-dezvoltator al sistemului informatic educațional declarativ. Astfel, funcția ilustrativă a imaginii ICG se transformă într-o funcție cognitivă. Pe de altă parte, funcția cognitivă a imaginii ICG în timpul primelor experimente cu sisteme educaționale de tip procedural în experimentele ulterioare se transformă într-o funcție ilustrativă pentru deja „descoperită” și, prin urmare, nu mai este o nouă proprietate a obiectului aflat în subordine. studiu.

Cu toate acestea, diferențele fundamentale în mecanismele logice și intuitive ale gândirii umane, rezultate din aceste diferențe în forma de reprezentare a cunoștințelor și a metodelor de dezvoltare a acestora, fac utilă din punct de vedere metodologic să distingem între funcțiile ilustrative și cognitive ale graficii pe computer și ne permit pentru a formula mai clar sarcini didactice Imagini ICG în dezvoltarea sistemelor informatice în scopuri educaționale.

Lista surselor utilizate

1. Zenkin A.A. Grafică cognitivă pe computer. - M.: Nauka, 1991. - 192 p.

Deja astăzi putem afirma cu toată certitudinea că o realitate uman-mașină fundamental nouă se naște în fața ochilor noștri, creând premisele pentru tehnologie intensivă cunoştinţe. Vorbim despre noi direcții în domeniul interacțiunii om-mașină și al inteligenței artificiale - sisteme de grafică cognitivă și realitate virtuală.

Psihologii au dovedit că este ilegal să asociezi abilitățile mentale ale unei persoane doar cu cel mai înalt nivel verbal-logic de reflectare mentală a realității. Această reflecție include și nivelurile senzoriale-perceptive și figurative și abilitățile corespunzătoare acestora, care se manifestă în procesele de senzație, percepție, memorie figurativă și imaginație, deci este nevoie de a crea mijloace pentru dezvoltarea unor astfel de abilități. Până în prezent, nivelul de dezvoltare a instalațiilor de calcul este atât de ridicat încât a făcut posibilă începerea dezvoltării de instrumente pentru construirea de sisteme care funcționează nu numai la nivel simbolic-logic, ci și la nivel senzorial-perceptual și figurativ. Iar rolul principal aici aparține celor două noi direcții indicate în dezvoltarea științei computaționale moderne.

Termenul de grafică cognitivă a fost considerat pentru prima dată de omul de știință rus A.A. Zenkin în lucrarea sa privind studiul proprietăților diferitelor concepte din teoria numerelor. Folosind imagini vizuale ale conceptelor numerice abstracte, el a obținut rezultate care înainte erau imposibil de obținut. Direcția de lucru asupra graficii cognitive se dezvoltă rapid, iar acum există multe sisteme similare în diverse domenii: în medicină, pentru a sprijini luarea deciziilor privind managementul sistemelor tehnologice complexe, în sisteme bazate pe limbaj natural.

Trebuie remarcate două funcții ale sistemelor grafice cognitive: ilustrativă și cognitivă. Dacă prima funcție oferă posibilități pur ilustrative, cum ar fi construcția de diagrame, histograme, grafice, planuri și diagrame, diferite imagini care reflectă dependențe funcționale, atunci a doua permite unei persoane să-și folosească în mod activ capacitatea inerentă de a gândi în imagini spațiale complexe.

Termenul de „realitate virtuală” a fost inventat de fostul hacker Jaron Lenier, care a fondat HP Research Corp. în 1984. în Foster, California. Aceasta este prima companie care a creat sisteme VR. De la începutul anilor 90 au avut loc conferințe pe tema instrumentelor de simulare a realității virtuale și a construcției de sisteme care să permită unei persoane să acționeze într-un mediu care poate fi diferit calitativ de condițiile realității în care trăiește.

Există două proprietăți care fac posibilă distingerea unui program care creează o „lume virtuală” (sistem VR) de sistemele tradiționale de grafică pe computer.

1. Pe lângă simpla transmitere a informațiilor vizuale, aceste programe afectează simultan câteva alte simțuri, inclusiv auzul și chiar atingerea.

2. Sistemele VR interacționează cu o persoană, iar în cele mai avansate dintre ele, utilizatorul, de exemplu, poate atinge un obiect care există doar în memoria computerului punându-și o mănușă umplută cu senzori. Într-un număr de sisteme, puteți folosi un joystick sau un mouse - apoi puteți face ceva cu obiectul afișat pe ecran (să spunem, întoarceți-l, mutați-l sau priviți-l din spate).

Dezvoltarea sistemelor bazate pe modelul realității virtuale ne obligă să rezolvăm o serie de probleme tipice tehnologiilor multimedia și tehnologiilor grafice cognitive. Această lucrare are în vedere problemele asociate dezvoltării instrumentelor grafice pentru generarea de reprezentări figurative ale scenelor dinamice reprezentând diverse realități, inclusiv imaginare.

Să luăm în considerare problema construirii unui sistem de realitate virtuală pentru predarea legilor fizice ale staticii, cinematicii și dinamicii bazate pe paradigma „lumii imaginare”. Vom lua în considerare următoarea lume dinamică: tridimensională spatiu inchis, un ansamblu de obiecte în el, un actor într-un spațiu dat (el este și învățător, să-l numim Actor). Sarcina actorului este să înțeleagă legile inerente lumii în care se află și acționează, făcând unele actiuni fizice cu obiecte în timp și spațiu.

Să evidențiem principalele tipuri de concepte pe care le va întâlni Actorul. Acestea sunt obiecte, relații, mișcări și acțiuni fizice. Să ne punem sarcina de a construi o lume imaginară care să reflecte aceste categorii; totodată, stările unei asemenea realităţi imaginare vor fi descrise sub formă de texte în limbaj natural obişnuit. Un modul important al unui astfel de sistem VR este un subsistem care construiește o imagine grafică care se schimbă dinamic din text. Pentru a rezolva această problemă, se folosește sistemul TEKRIS dezvoltat de autori. Următoarele sunt descriere generala Sisteme TEKRIS și instrumente grafice pentru construirea unor astfel de sisteme.

Schema structurală a sistemului TEKRIS

Sistemul TEKRIS este un set de instrumente software care permit construirea unei imagini grafice în schimbare dinamică a situației descrise folosind text în limbaj natural. Ca restricții impuse descrierii inițiale, trebuie reținute următoarele: 1) descrierea scenei statice inițiale trebuie să fie prezentă în text; 2) toate modificările ulterioare ale scenei sunt rezultatul acțiunilor efectuate de un anumit subiect (om, robot). Un exemplu tipic de astfel de descriere ar fi următorul:

Există o masă în cameră. Pe masă este o lampă. Există un scaun lângă masă. În spatele mesei, nu departe în stânga, se află o bibliotecă. În dreapta scaunului este o canapea. Ivan stă lângă dulap. Ivan se duse la masă. Am luat lampa. L-am pus pe dulap.

Schema bloc a sistemului este prezentată în Figura 1. În această diagramă, componentele software sunt prezentate sub formă de dreptunghiuri, iar fișierele sursă și intermediare sunt sub formă de ovale.

Descrierea situației dinamice în limbaj natural este alimentată la intrarea procesorului lingvistic. Folosind dicționarul lumii subiectului, convertește textul într-o reprezentare cadru internă, care este apoi transmisă rezolutorului și programatorului.

Rezolvatorul, folosind un bloc de raționament fizic calitativ și un bloc logic, construiește o descriere a traiectoriei de dezvoltare a situației sub forma unei secvențe temporale de scene care reflectă dinamica dezvoltării situației dată de text. .

Planificatorul construiește o imagine grafică a fiecărei scene dintr-o secvență dată, calculând în acest scop dimensiunile și coordonatele tuturor obiectelor care alcătuiesc scena și, de asemenea, formează traiectoriile de mișcare a obiectelor necesare pentru afișarea și transmite toate acestea la intrarea vizualizatorului. .

Vizualizatorul reproduce secvențial cu o oarecare întârziere imaginile generate pe ecranul de afișare. De exemplu, pentru descrierea textului de mai sus, scena inițială prezentată în Figura 2 va fi generată.

Așa cum procesorul lingvistic este legat de domeniul subiectului printr-un dicționar de termeni, la fel și vizualizatorul este legat de aceeași zonă prin baza obiectelor grafice.

Baza de date a obiectelor grafice este un set de descrieri tridimensionale ale obiectelor și subiectelor care pot fi găsite în scenele analizate. Pentru a crea o bază pentru o anumită aplicație, se folosește un program suplimentar numit bibliotecar de obiecte grafice.

Orez. 2. Scena inițială Baza obiectului grafic

Baza de date a obiectelor grafice constă dintr-un set de descrieri ale obiectelor și subiectelor asociate domeniului subiectului luat în considerare. Fiecare obiect de bază de date constă dintr-un nume (sau tip) unic pentru acea bază de date (de exemplu, „scaun”, „masă”, „canapea”, etc.) și o descriere a compoziției și poziție relativă componentele care o compun.

Elementul de bază din care sunt construite toate obiectele grafice este un paralelipiped dreptunghiular (vezi Fig. 3). Pentru a construi obiecte complexe, alte obiecte definite anterior pot fi, de asemenea, folosite ca componente. De exemplu, pentru a construi un astfel de obiect complex precum „Ioan”, mai întâi puteți defini mai multe următoarele obiecte simple: „cap”, „mână”, „picior”, apoi construiește „Ivan” din „cărămizile” deja existente.

Figura 3 prezintă obiectul „tabel”, care constă din cinci elemente de bază. Pentru fiecare obiect este definit un paralelipiped dreptunghiular în care poate fi înscris (indicat printr-o linie punctată în figură) și unghiul de bază în care se află originea obiectului.

În plus, pentru fiecare obiect este definit un set de culori, cu care părțile sale componente sunt pictate atunci când sunt afișate pe ecranul unui computer:

numarul de culori

Pentru a specifica o culoare, sunt indicate trei triple de numere, unde tipul de umplere determină ordinea în care sunt amestecate culorile primare:
tip de umplere i

tip de umplere2

tip de umplere

La randare, sunt utilizate patru tipuri de umbrire cu o culoare primară solidă sau combinată, așa cum se arată în Figura 4.

Trei seturi de numere vă permit să setați trei nuanțe diferite de culoare pentru a colora diverse

componenta l

Fiecare componentă a unui obiect este determinată de poziția sa (coordonatele relativ la unghiul de bază), dimensiunile și culoarea fețelor.

Este descrisă componenta care este elementul de bază în felul următor:

2) coordonatele unghiului de bază în sistem

coordonatele obiectului;

3) unghiuri de rotație în jurul axelor sistemului

coordonatele obiectului până când acesta coincide cu axele de coordonate ale elementului;

4) dimensiunile elementului (dx, dy, dz);

5) numărul de culoare.

O componentă, care la rândul ei este un obiect, este definită astfel: 1) tip(=1);

2) numele obiectului;

3) coordonatele unghiului de bază;

4) unghiuri de rotație;

5) dimensiuni;

6) numărul de culoare.

Când un obiect este randat, toate componentele sale sunt ordonate în funcție de distanța până la zona de proiecție (ecran de afișare). Sunt desenate mai întâi componentele cele mai îndepărtate, apoi cele mai apropiate, ceea ce vă permite să închideți părțile invizibile ale celor mai îndepărtate componente de observator.

Fețele cuboidului sunt de asemenea dispuse în ordinea apropierii de zona de proiecție. Pentru fiecare vârf al feței, coordonatele 3D sunt translate din sistemul de coordonate al scenei în coordonatele 2D ale ecranului de afișare folosind formulele prezentate mai jos (vezi Fig. 5). Apoi se determină direcția vectorului normal și se selectează tipul adecvat de umbrire a feței, după care pe ecranul de afișare este desenat un patrulater corespunzător feței. Deoarece elementele cele mai apropiate de observator sunt afișate ultimele, acestea vor acoperi marginile invizibile.

Orez. 5. Proiectarea obiectului pe planul de vizualizare

Coordonatele unui punct aparținând unui element din sistemul de coordonate obiect (x, y, z) se calculează folosind următoarele formule:

unde (x\ y", z1) sunt coordonatele punctului din sistemul de elemente;

(xq, уо", zq) - coordonatele unghiului de bază, tij - cosinus de direcție, adică cos al unghiului dintre axele / și j ale sistemului obiect.

Următoarea formulă este utilizată pentru a calcula cosinusurile direcției:

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

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

Sina cosp cosa cosp

Matricea M specifică o rotație secvențială în jurul axei x pe oc, y pe p, z pe y. Coordonatele proiecției unui punct pe zona ecranului sunt calculate într-un mod similar.

Bibliotecar de grafică

Biblioteca de obiecte grafice este un program menit să creeze un set de obiecte și subiecte care pot fi găsite în textele analizate. Acest program vă permite să creați o nouă bază de date de obiecte, să încărcați o bază de date existentă, să salvați baza de date într-un fișier, să adăugați un nou obiect la baza de date, să modificați și să ștergeți un obiect.

Orez. 6. Ecran de lucru al bibliotecarului de obiecte grafice

părți, precum și valorile parametrilor componentei curente (editate).

Restul spațiului de pe ecran este ocupat de trei proiecții ortogonale ale obiectului și proiecția sa izometrică și este posibilă schimbarea punctului de vedere asupra obiectului prin setarea unghiurilor de rotație în jurul axelor de coordonate.

Meniul principal al programului conține următoarele elemente:

Bază - crearea unei noi baze de date de obiecte, salvarea și încărcarea vechii baze de date.

Vizualizare - modificarea proiecției izometrice (rotația obiectului).

Obiecte - afișarea unei liste cu toate obiectele din baza de date, cu posibilitatea de a naviga la obiectul selectat.

Componentă - setarea valorilor parametrilor pentru componenta obiectului (poziție, dimensiuni, culoare).

Culori - setarea unui set de culori pentru obiect.

Cameră - construirea și vizualizarea unei camere din obiecte existente (nu este implementată în versiunea luată în considerare).

Ieșire - Ieșiți din program.

Butoanele de sub meniul principal îndeplinesc următoarele funcții:

Ecranul de lucru al programului este prezentat în fig. 6. În partea de sus a ecranului este meniul principal, în partea de jos - un set de culori primare (16 culori) și patru tipuri de umbrire. În colțul din stânga sus (după meniu) al ecranului există cinci butoane pentru crearea și editarea unui obiect. Direct sub ele se află numele obiectului, o listă a compoziției acestuia

Adăugați o bază nouă sau componentă compozită la obiect

Modificați dimensiunea (dimensiunile) unei componente

Schimbați locația componentei

Rotiți componenta

Ștergeți componenta

Când este creat un obiect nou, este creat un cuboid cu dimensiuni implicite. Dimensiunile componentelor obiectului sunt setate ca numere întregi în intervalul de la 1 la 400, prin urmare, la crearea bazei de date de obiecte, este necesar să se determine scara în așa fel încât dimensiunile afișate (nu reale) ale obiectului să se încadreze în acest interval.

Pentru a redimensiona o componentă, faceți clic pe butonul „Dimensiune”. După aceea, programul va trece la modul de modificare a dimensiunilor, care se face prin deplasarea colțului din dreapta jos al dreptunghiului corespunzător componentei într-una dintre cele trei proiecții ortogonale. Deplasarea se face cu ajutorul manipulatorului „mouse” cu butonul din stânga apăsat.

Componenta este mutată în același mod când este apăsat butonul „Mutare”. Pentru a roti componenta, faceți clic pe butonul „Întoarcere”. Adăugarea unei noi componente se realizează prin apăsarea butonului „Nou”. La efectuarea oricărei operații cu o componentă, dimensiunile obiectului și coordonatele tuturor componentelor sale sunt recalculate automat.

Dacă este necesar, folosind butonul „Del”, componenta obiectului poate fi ștearsă, ceea ce duce și la recalcularea coordonatelor și dimensiunilor. Pe lângă poziție și dimensiune, fiecare componentă a unui obiect definește trei nuanțe de culoare pentru fețele sale. Alegerea uneia sau a alteia nuanțe depinde de poziția planului feței (normal) în spațiu. Dacă componenta, la rândul ei, este un obiect, atunci culorile subobiectului sunt moștenite cu posibilitatea de a le înlocui cu culorile obiectului editat.

Pentru a seta culori pentru un obiect sau pentru a defini o culoare pentru o componentă, selectați „Culori” din meniul principal. Pe ecranul de afișare va apărea o fereastră (Fig. 7).

În partea stângă a acestei ferestre există o listă de culori pentru obiect, în partea dreaptă există un model de umbrire pentru trei cazuri posibile, în partea de jos sunt patru butoane.

Pentru a seta umbrirea, trebuie să selectați o față (A, B sau C) și din partea de jos a ecranului tipul de umbrire, culorile principale (butonul stânga al mouse-ului) și suplimentare (butonul din dreapta). Când faceți clic pe butonul „Salvare”, culoarea selectată este atribuită componentei. Butoanele „Adăugați” și „Eliminați” vă permit să adăugați și să eliminați elemente din lista de culori.

Dacă nu există un manipulator „mouse”, puteți utiliza elementul din meniul principal „Component” pentru a seta valorile parametrilor componente. În acest caz, va apărea pe ecran fereastra din Figura 8. În partea de sus a acestei ferestre este specificat numele componentei (în figura „mânerul din stânga” al scaunului), care poate fi schimbat dacă este necesar .

În jumătatea stângă a ferestrei sunt setate valorile parametrilor componente, în dreapta - un set de butoane pentru sortarea componentelor, adăugarea și ștergerea, setarea culorii și salvarea sau refuzul de a salva modificări.

Cu această fereastră, folosind doar tastele, puteți descrie complet obiectul. Pentru a seta valoarea parametrului, mergeți la linia dorită folosind tastele cursor ("Sus", "Jos") și imprimați o nouă valoare. Rețineți că în Figura 8 sunt indicate dimensiunile în gri, adică sunt inaccesibile la schimbare, deoarece brațul scaunului, la rândul său, este un obiect și își moștenește dimensiunile.

Când terminați de editat un obiect, puteți trece la crearea sau editarea altuia. Înainte de a ieși din program, baza de date cu obiecte ar trebui salvată într-un fișier pentru a fi utilizată în continuare în programul de vizualizare a scenelor tridimensionale.

Vizualizarea scenelor 3D

Programul de vizualizare poate funcționa în două moduri. Modul principal este atunci când planificatorul construiește scena 3D curentă și o transmite la redare pentru redare. Într-un alt mod de operare, planificatorul generează o secvență de scene pentru textul analizat și o scrie într-un fișier, care este ulterior utilizat de vizualizator. În acest caz, rendererul acționează ca un demonstrator al secvențelor generate.

Două fișiere sunt introduse în programul de intrare - baza obiectelor grafice și secvența de scene - în următoarea formă:

O scenă este separată de alta cu o comandă specială PAUSE (pauză între scene).

Fiecare scenă este descrisă ca o secvență de comenzi:

Echipa 1

Echipa t

Comenzile sunt împărțite în comenzi de descriere a obiectelor și comenzi de control. Comanda descriere conține următoarele câmpuri:

Numele unic al obiectului utilizat

în scenele ulterioare;

Tip obiect (nume în baza de date);

Coordonatele din stânga spate inferioare

unghiul din sistemul de coordonate al camerei;

Unghiuri de rotație în jurul axelor de coordonate

Modificator de dimensiune (L - mare, M -

mediu, S - mic);

Culoare (de la 0 la 8). Dacă culoarea=0, atunci obiect

afișate în culoarea utilizată în baza de date. În caz contrar: 1 - negru, 2 - albastru 8 - alb.

Printre setul de obiecte care descriu scena inițială, trebuie să existe un obiect de tipul „scenă” (cameră). Acest obiect este încorporat (nu este prezent în baza obiectelor grafice). Stabilește dimensiunile camerei, precum și poziția observatorului. Setând noi unghiuri de rotație de fiecare dată, puteți schimba poziția observatorului pentru a vedea obiecte nevăzute anterior. De exemplu, Figura 9 prezintă a doua scenă a textului discutat la începutul articolului dintr-un unghi diferit.

Orez. 9. A doua scenă dintr-un unghi diferit

Următoarele comenzi de control sunt utilizate pentru a crea o secvență de scene:

PAUZĂ - pauză între scene;

MOVE - mută un obiect într-unul nou

poziţie;" TRACE - arată traiectoria mișcării obiectului;

DEL - eliminați obiectul din scenă

(folosit pentru a vizualiza conceptul de „luare”).

În concluzie, se poate observa că instrumentele grafice dezvoltate sunt axate pe utilizarea în sisteme CAD inteligente, roboți, sisteme de antrenament, construirea de jocuri pe calculator și sisteme de realitate virtuală.Uneltele software de sistem vă permit să reprezentați date exprimate în forme textuale și grafice. și să le manipuleze.

Următorul pas în dezvoltarea acestor instrumente este dezvoltarea unui sistem care vă permite să manipulați nu în cadrul unei singure scene, ci în unele dintre combinațiile lor, ceea ce vă va permite să creați lumi mai complexe.

Luând în considerare problemele de construire a metodelor și instrumentelor de creare a sistemelor noilor generații în domeniul interacțiunii om-mașină (în sensul larg al cuvântului), aș dori să subliniez încă o dată rolul excepțional al reprezentărilor figurative, non-verbale. în diverse procese creative și intelectuale, inclusiv învățarea, descoperirea de noi cunoștințe, gestionarea obiectelor complexe etc., astfel încât sunt necesare instrumente noi pentru a ajuta la utilizarea întregii game de abilități umane. Și aici, fără îndoială, un rol important revine sistemelor informatice cu noi tehnologii pentru susținerea acestor abilități, în special, bazate pe grafică cognitivă și sisteme de realitate virtuală.

Bibliografie

5. Zenkin A. A. Grafică cognitivă pe computer // M.: Nauka, 1991.-S. 187.

7. Rakcheeva T.A. Reprezentarea cognitivă a structurii ritmice a ECG // Produse și sisteme software. - 1992. -L6 2.- S. 38-47.

4. Eremeev A.P., Korotkoe O.V., Popov A.V. Controler vizual pentru sisteme suport de decizie // Proceedings / Sh Conf. pe inteligența artificială. Tver.-1992. T. 1.- S. 142-145.

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

dinamică complexă proces tehnologic// Produse și sisteme software. -1992. - Nr 2.- S. 34-37.

8. V.Bajdoun, LXitvintseva. SJvfalitov și colab. Tekris: Sistemul inteligent pentru animarea textului // Proc. a Conf. Est-Vest. pe art. Intel. EWAIC93. 7-9 septembrie, Moscova, Rusia. 1993.

3. Hamilton J., SmithA., McWilliams G. şi colab. O realitate virtuală// Săptămâna de lucru. - 1993. - Nr. 1.

6. Litvintseva L.V. Model conceptual al unui sistem de vizualizare pentru scene dinamice tridimensionale // Produse și sisteme software. nr. 2.1992.

1. Baidun V.V., Bunin A.I., Bunina O.Yu. Analiza descrierilor textuale ale scenelor spațiale dinamice în sistemul TEKRIS // Produse și sisteme software. -1992. -Numarul 3. - S. 42-48.

DEZVOLTAREA GRAFICII COGNITIVĂ DE COMPUTER ÎN CADRUL ȘTIINȚEI APLICATE A INFORMATICĂ

Artă. profesor al catedrei ISvEC

Filiala SPbGIEU

Etapele formulării problemei în condiţiile utilizării abordării algebrice rămân în afara câmpului vizual al ştiinţei. Această problemă clar nu este algoritmică. Fiecare sarcină are un caracter individual, iar existența oricăror proceduri generale, cu excepția celor pur metodologice (cum ar fi algoritmii de căutare a invențiilor, este greu posibilă aici). Totuși, așa cum au remarcat în repetate rânduri matematicieni eminenți care s-au gândit serios la procedurile creativității matematice, în etapa de căutare a formulării unei probleme, reprezentările și modelele geometrice au jucat de foarte multe ori un rol important. Și este interesant că de multe ori acestea nu erau direct legate de natura problemei care se rezolvă, ci pur și simplu evocau asociativ această afirmație. Același fenomen este observat de psihologi. Să încercăm să enumerăm caracteristicile care sunt caracteristice unei noi direcții în informatică, numită grafică cognitivă. O discuție mai detaliată a acestei direcții este conținută în prima monografie din lume dedicată în mod special graficii cognitive.

Grafica computerizată este un domeniu al informaticii care acoperă toate aspectele formării imaginilor folosind un computer.

Apărând în anii 1950, la început a făcut posibilă afișarea doar a câteva zeci de segmente pe ecran.

Științele fundamentale au devenit baza graficii pe computer: matematică, chimie, fizică etc.

Rezultatul final al aplicării graficii pe computer este o imagine care poate fi folosită în diverse scopuri.

Grafică cognitivă pe computer- grafica pe computer pentru stiintifice abstracții contribuind la nașterea noilor cunoștințe științifice. Baza tehnică pentru aceasta sunt computere puternice și instrumente de înaltă performanță vizualizare

Rezolvarea problemei monitorizării implementării proiectelor naționale necesită luarea în considerare a multor factori. Amploarea și dinamismul situației în implementarea proiectelor naționale necesită prelucrarea rapidă a unei cantități semnificative de date inițiale, elaborarea și adoptarea unor decizii adecvate și în timp util.

În cadrul informaticii, grafica cognitivă pe computer se dezvoltă în următoarele domenii:

– studiul construcției generale a imaginilor grafice cognitive ale metodelor, metodelor de grafică cognitivă pe computer;

- studiul caracteristicilor individuale ale percepției, în special percepția acesteia;

– dezvoltarea unui model de percepție a informațiilor de către factorii de decizie;

- formare alfabet un limbaj conceptual și figurativ pentru reprezentarea datelor, inclusiv simboluri stereotipe care afișează obiecte și fenomene ale lumii înconjurătoare cu diferite grade de similitudine, primitive grafice ușor de înțeles asociativ din care sunt sintetizate GO de orice complexitate și simboluri auxiliare necesare pentru a conecta primitivele grafice și pentru a desena atenție la cel mai actual GO;

- studiul proprietăților GO care afectează decidentul atunci când sunt percepute la nivel de senzații - energetice, geometrice, dinamice;

- formarea „gramaticii” limbajului conceptual-figurativ, adică regulile de bază pentru formarea scenelor GO și cognitive;

- verificarea experimentală a eficacității prototipului dezvoltat în ceea ce privește eficiența, completitudinea, acuratețea percepției informațiilor de către decident.

Principalele direcții ale științei cognitive aplicate. Inteligența artificială: oportunități și limitări. Sisteme experte și sisteme de sprijinire a deciziilor. Modelarea procesului decizional în economie și problema raționalității umane. Problema procesării limbajului natural și a sistemelor de traducere automată. Principalele direcții ale roboticii: problemele modelării construcției mișcării, orientarea în spațiu și antrenamentul roboților mobili. Interacțiunea om-calculator: abordări de bază și metode de cercetare. Ergonomia cognitivă. Design și grafică pe computer. Realități virtuale.

În acest domeniu, grafica cognitivă este utilizată în stadiul formalizării problemelor și în procedura de prezentare a ipotezelor plauzibile.

Astfel, în cercetarea științifică, inclusiv în cercetarea fundamentală, accentul pus pe funcția ilustrativă a ICG, care este caracteristică etapei inițiale, se îndreaptă tot mai mult către utilizarea acelor capacități ICG care permit activarea capacității umane de a gândi în imagini spațiale complexe. . În acest sens, încep să se distingă clar două funcții ale ICG: ilustrativă și cognitivă.

Funcția ilustrativă a ICG face posibilă întruchiparea într-un design vizual mai mult sau mai puțin adecvat doar a ceea ce este deja cunoscut, adică deja există fie în lumea din jurul nostru, fie ca idee în capul cercetătorului. Funcția cognitivă a ICG este de a obține cunoștințe noi, adică cunoștințe care nu există încă nici în capul unui specialist, cu ajutorul unei anumite imagini ICG, sau, cel puțin, de a contribui la procesul intelectual de obținere. aceste cunoștințe.

Această idee de bază a diferențelor dintre funcțiile ilustrative și cognitive ale ICG se potrivește bine în clasificarea cunoștințelor și a sistemelor informatice în scopuri educaționale. Funcțiile ilustrative ale ICG sunt implementate în sistemele de învățământ de tip declarativ atunci când se transferă elevilor o parte articulată a cunoștințelor, prezentate sub formă de informații preîntocmite cu ilustrații grafice, animate, audio și video. Funcția cognitivă a ICG se manifestă în sisteme de tip procedural, atunci când elevii „obțin” cunoștințe prin cercetarea modelelor matematice ale obiectelor și proceselor studiate și, întrucât acest proces de formare a cunoștințelor se bazează pe mecanismul emisferei drepte de gândindu-mă, această cunoaștere în sine este în mare parte de natură personală. Fiecare persoană formează tehnicile activității mentale subconștiente în felul său. Știința psihologică modernă nu dispune de metode strict fundamentate pentru formarea potențialului creativ al unei persoane, chiar dacă este unul profesional. Una dintre abordările euristice binecunoscute ale dezvoltării gândirii intuitive orientate profesional este soluția problemelor de cercetare. Utilizarea sistemelor informatice educaționale de tip procedural face posibilă intensificarea semnificativă a acestui proces, eliminând operațiunile de rutină din acesta și făcând posibilă efectuarea diferitelor experimente pe modele matematice.

Rolul ICG în aceste studii educaționale nu poate fi supraestimat. Imaginile ICG ale cursului și rezultatele experimentelor pe modele matematice sunt cele care permit fiecărui student să-și formeze propria imagine a obiectului sau fenomenului studiat în toată integritatea și varietatea conexiunilor sale. De asemenea, nu există nicio îndoială că imaginile ICG îndeplinesc, în primul rând, o funcție cognitivă, și nu ilustrativă, deoarece în procesul de lucru educațional cu sisteme informatice de tip procedural, elevii formează componente pur personale, adică componente care nu există. în această formă pentru oricine.cunoaștere.

Cu toate acestea, diferențele fundamentale în mecanismele logice și intuitive ale gândirii umane, care decurg din aceste diferențe în forma de reprezentare a cunoștințelor și a metodelor de dezvoltare a acestora, fac utilă metodologic de a distinge între funcțiile ilustrative și cognitive ale graficii pe computer și permit formularea mai clară. sarcinile didactice ale imaginilor ICG în sistemele informatice de dezvoltare în scop educativ.

Lista surselor utilizate

1. Zenkin A. A. Grafică cognitivă pe computer. - M.: Nauka, 1991. - 192 p.

Lucrarea prezintă un studiu al scopurilor și obiectivelor graficii și modelării cognitive pe computer. Se ia în considerare clasificarea lor. Se oferă o analiză comparativă a graficii și modelării cognitive pe computer.
Sunt luate în considerare pachetele și instrumentele care implementează ideile științelor cognitive. Sunt date clasificarea și caracteristicile de aplicare ale acestora.
Se face o trecere în revistă a evoluțiilor interne și externe în domeniul științelor cognitive. Se face o analiză a perspectivelor unor astfel de lucrări.

1 Introducere în informatica cognitivă

Odată cu dezvoltarea societății noastre, fluxul de informații care necesită procesare crește ca o avalanșă. Și complexitatea analizei sale crește în consecință. Volumul acestor sarcini depășește capacitățile minții umane. Chiar și anumite procese automate nu fac întotdeauna posibilă extragerea cunoștințelor noi sau dorite din fluxul de informații. Prin urmare, este nevoie de un nivel calitativ diferit al procesării sale, care implică utilizarea metodelor și mijloacelor de grafică cognitivă pe computer sau de modelare.

Sarcina principală a metodelor cognitive este de a automatiza o parte din funcții Procese cognitive. Prin urmare, aceste tehnologii pot fi aplicate în toate domeniile în care cunoștințele în sine sunt solicitate.

Scopul general al științelor cognitive informatice este crearea unei cunoștințe noi calitativ prin depășirea barierelor de percepție, cunoaștere și înțelegere asociate cu prezentarea informațiilor în forma alfanumerică obișnuită. De exemplu, nașterea unor idei științifice fundamental noi nu poate fi redusă adesea la un proces de deducție, o concluzie logică formal a ipotezelor și teoriilor.

1.1 Concepte de bază

În general, modelarea cognitivă computerizată (CCM) se referă la modelarea proceselor mentale, cognitive. Cu toate acestea, având în vedere faptul că În ultima vreme Modelarea cognitivă este utilizată pe scară largă în probleme de luare a deciziilor și de management greu de formalizat; următoarea definiție poate fi găsită mult mai des.
CCM este o metodă de analiză care determină puterea și direcția influenței factorilor asupra transferului obiectului de control la starea țintă, ținând cont de asemănările și diferențele în influența diferiților factori asupra obiectului de control. Baza unor astfel de modele cognitive este de obicei o hartă cognitivă clasică.

O hartă cognitivă clasică este un grafic direcționat în care vârful privilegiat este o stare viitoare (de obicei țintă) a obiectului de control, vârfurile rămase corespund unor factori, arcele care leagă factorii cu vârful de stare au o grosime și un semn corespunzător puterea și direcția influenței acestui factor asupra tranziției obiectului de control la o stare dată, iar arcele care leagă factorii arată asemănarea și diferența în influența acestor factori asupra obiectului de control.

B oferă o definiție similară și subliniază că graficul cauză-efect este un model subiectiv simplificat al organizării funcționale a sistemului observat și este materie „brută” pentru cercetare și transformare ulterioară - modelarea cognitivă. Figurile 1.1 - 1.2 oferă exemple de hărți cognitive.

Figura 1.1 - Un exemplu de hartă cognitivă a unei situații economice, elaborată în sistemul de modelare cognitivă „CANVA”

Figura 1.2 - Un exemplu de hartă cognitivă dezvoltată în sistemul de modelare cognitivă „iThink”

Cel mai definiție generală modelarea cognitivă pe computer este dată în , unde este înțeleasă ca sinteza modelării tradiționale pe computer și a graficii cognitive pe computer.
Conceptul de megahărți cognitive este introdus ca un tip special de hărți cognitive clasice. Clasificarea și exemplele lor sunt, de asemenea, luate în considerare aici.

Prin grafică cognitivă pe computer (CCG) înțelegem crearea unor astfel de modele de reprezentare a cunoștințelor, în care ar fi posibil să se reprezinte atât obiecte caracteristice nivelului verbal-logic, simbolic al gândirii, cât și imagini-imagini caracteristice gândirii non-simbolice. . CCG este direct legată de procesul creativității științifice.

1.2 Sarcini de grafică cognitivă pe computer

În prezent, grafica computerizată este una dintre domeniile cele mai rapide în dezvoltare tehnologia Informatiei. Astfel, în cercetarea științifică, inclusiv în cercetarea fundamentală, accentul pus pe funcția ilustrativă a CG, care este caracteristică etapei inițiale, se îndreaptă tot mai mult către utilizarea acelor posibilități ale CG care fac posibilă activarea capacității umane de a gândi în imagini spațiale complexe. În acest sens, încep să se distingă clar două funcții ale CG: ilustrativă și cognitivă.

Funcția ilustrativă a CG ne permite să întruchipăm într-un design vizual mai mult sau mai puțin adecvat doar ceea ce este deja cunoscut, adică. există deja fie în lumea din jurul nostru, fie ca idee în capul cercetătorului. Funcția cognitivă a CG este de a obține una nouă cu ajutorul unei anumite imagini grafice, i.e. cunoștințe care nu există încă nici în fruntea unui specialist, sau cel puțin contribuie la procesul intelectual de obținere a acestor cunoștințe.
Funcțiile ilustrative ale CG sunt implementate în sisteme de tip declarativ la transferul către utilizatori a unei părți articulate a cunoștințelor, prezentate sub formă de informații pre-preparate cu animație grafică și ilustrații video.

Funcția cognitivă a CG se manifestă în sisteme de tip procedural, atunci când utilizatorii „obțin” cunoștințe prin cercetare, atât asupra modelelor matematice ale obiectelor studiate, cât și în procesul de analiză a activităților operaționale ale factorilor de decizie privind tipuri variate obiecte de control şi management. Este clar că, deoarece acest proces de formare a cunoștințelor se bazează pe mecanismul intuitiv al gândirii emisferice drepte, această cunoaștere în sine este în mare parte de natură expertă.

1.3 Sarcini de modelare cognitivă pe computer

Abordarea cognitivă în modelare este axată pe activarea proceselor intelectuale ale subiectului și ajutarea acestuia să-și fixeze reprezentarea situației problemei sub forma unui model formal. După cum am menționat mai devreme, o hartă cognitivă a situației este de obicei folosită ca un astfel de model.
Tehnologia analizei și modelării cognitive face posibilă caracterizarea și fundamentarea sistematică a situației actuale și, la nivel calitativ, propunerea modalităților de rezolvare a problemei în această situație, ținând cont de factorii de mediu.

Utilizarea analizei și modelării cognitive deschide noi posibilități de prognoză și management în diverse domenii:
- în sfera economică, acest lucru vă permite să dezvoltați și să justificați o strategie într-un timp scurt dezvoltare economicăîntreprindere, bancă, regiune sau chiar întregul stat, ținând cont de impactul schimbărilor în Mediul extern;
- în domeniul finanțelor și al pieței de valori - să țină cont de așteptările participanților la piață;
– în domeniul militar și în regiune securitatea informatiei– contracararea armelor informaționale strategice, recunoașterea din timp a structurilor de conflict și elaborarea măsurilor adecvate

2 Clasificarea sarcinilor de grafică cognitivă pe computer și modelare

Prin ele însele, conceptele de grafică cognitivă și modelare cognitivă sunt semnificativ diferite. În consecință, și evoluțiile care se realizează în aceste domenii diferă. Dar aceste două domenii ale informaticii nu pot fi considerate separat. Sunt strâns legate și explorează probleme care se completează reciproc.
Atât în modelarea cognitivă, cât și în grafica cognitivă, există 3 domenii principale de sarcini de rezolvat, prezentate în Tabelul 1.

Tabelul 2.1 Clasificarea sarcinilor KKM și KKG

	KKM	KKG
1	sarcina este verbalizabilă, dar nu poate fi rezolvată sau dificil de rezolvat fără utilizarea unor metode netradiționale, de exemplu, sisteme expert	crearea unor astfel de modele de reprezentare a cunoașterii, în care s-ar putea reprezenta atât obiecte caracteristice gândirii logice, cât și imagini-tablouri cu care gândirea figurativă operează cu mijloace uniforme.
2	modelarea proceselor cognitive asociate cu înțelegerea și prelucrarea informațiilor textuale și grafice, i.e. dezvoltarea de sisteme precum „Text - desen” și „Desen - text”	vizualizarea acelor cunoștințe umane pentru care nu este încă posibilă găsirea descrierilor textuale
3	sisteme de percepție și evaluare” - în multe feluri similar cu punctul 1, cu toate acestea, nu atât complexitatea sarcinii este critică aici, cât cantitatea de informații inițiale și timpul acordat pentru a lua o decizie	căutarea modalităților de a trece de la imaginile-imagini observate la formularea unor ipoteze despre acele mecanisme și procese care se ascund în spatele dinamicii imaginilor observate

Cu toate acestea, produsele de cercetare, dezvoltare și software disponibile în prezent nu fac de fapt distincția între sarcinile la CCM și CCG, ci le rezolvă împreună într-una din cele trei domenii.

2.1 Creșterea cunoașterii dinamicii procesului afișat

Foarte des apare o problemă a criticității timpului de reacție al operatorului pentru modificarea anumitor parametri în sistemele de control în timp real. Operatorul trebuie, în cazul unei situații anormale, să decidă asupra corectitudinii comportamentului subsistemelor corespunzătoare. Luarea unor decizii inadecvate sau greșite poate duce la pierderi materiale semnificative.

Pentru a reduce timpul necesar pentru perceperea cutare sau cutare informație, atunci când este prezentată, are sens să ne întoarcem nu atât la „mecanismul” slab performant al logicii, cât la cel mai puternic – gândirea intuitiv asociativă.
În acest caz abordare cognitivă ia în considerare faptul că informațiile prezentate sub forma unei modificări a formei, culorii unei figuri, denaturarea proporțiilor acesteia sunt percepute mult mai repede decât aceeași informație sub formă de text.

2.2 Modelarea procesului cognitiv pentru analize ulterioare

Scopul modelării cognitive este de a genera și testa ipoteze despre structura funcțională a situației observate până la obținerea unei structuri funcționale care să poată explica comportamentul situației observate.

Principalele cerințe pentru sistemele computerizate de modelare cognitivă sunt deschiderea la orice posibile modificări ale multor factori ai situației, relațiile cauzale, obținerea și explicarea previziunilor de înaltă calitate ale dezvoltării situației (rezolvarea problemei directe „Ce se va întâmpla dacă .. .”), primind sfaturi și recomandări pentru gestionarea situației (rezolvarea problemei inverse „Ce este necesar pentru...”).
Blocajul sistemelor existente de modelare cognitivă a situațiilor este inconsecvența interfeței lor cu utilizatorul și a algoritmilor de procesare cu caracteristici psihologice măsurarea subiectivă a valorilor și puterea influenței reciproce a factorilor situației observate. Această inconsecvență duce la erori și concepții greșite ale expertului în determinarea puterii influenței reciproce a factorilor care sunt incluși în modelul cognitiv al situației. Dezvoltarea unei strategii comportamentale pentru un subiect bazată pe un model cognitiv cu iluzii duce în mod natural la strategii delirante.

2.3 Vizualizarea datelor de înaltă calitate

Timp de multe milenii, vorbirea, textul și imaginile statice au fost principalii purtători ai cunoștințelor umane intelectuale. Dar toți acești purtători nu pot decât să descrie dinamica unui proces, dar nu să o reproducă. Cu timpul, cunoștințele umane se adâncesc și devin mult mai complexe, prin urmare, pentru a le transmite, sunt necesare mijloace care să arate dinamica, și nu să o descrie. Unul dintre primii astfel de transportatori este imagine video, dar nu este capabil să afișeze dinamica majorității proceselor. În viitor, modelarea computerizată a început să fie folosită pentru a rezolva această problemă.

Dar nu este suficient să transferi pur și simplu cunoștințe. Este necesar să o transmiteți într-o astfel de formă încât să fie accesibilă înțelegerii cunoscătorului. Aceasta este diferența dintre KM și KKM și problema alegerii categoriilor de reprezentare a cunoștințelor.Ceva este că o persoană este învățată din copilărie să gândească în termenii lumii reale, pe care o poate atinge, o poate vedea etc. Dar ce copil mai mare, categoriile și metodele mai abstracte de manipulare a acestora trebuie să învețe.

În plus, fluxul de informații este în continuă creștere și schimbare. În universități, învățarea înseamnă memorarea unui morman nesfârșit de diagrame, grafice și paragrafe de text greu de citit și greu de înțeles. În fiecare zi, o sută de obiecte abstracte și relațiile dintre ele trebuie să fie înregistrate în memorie. Și multe dintre conceptele care descriu dinamica unui proces sunt adesea dificil de transmis chiar și în câteva desene schematice.
Astfel, în modelele cognitive ar trebui aleasă o astfel de reprezentare a conceptelor științifice care să contribuie la lansarea mecanismelor de gândire și să încurajeze elevul să nu-și amintească unele cunoștințe, ci să fie conștient de acestea.

Necesitatea luării în considerare a trăsăturilor percepției intelectuale a informației este menționată și în. De exemplu, sunt date metode de afișare a câmpurilor de caracteristici fizice ale obiectelor tehnice și algoritmi de construire a imaginilor corespunzătoare cu un potențial cognitiv ridicat. Deci, distribuția forțelor plăcii este imposibil de imaginat fără simulare. Dar alegerea modelului de prezentare depinde de individ.

Figura 2.1 - Distribuția forțelor în placă (două opțiuni).

3 Clasificarea produselor software folosind ideile de modelare cognitivă pe computer și grafică.

3.1 Suport pentru interfața cognitivă

Creșterea cunoașterii interfețelor de interacțiune om-mașină rezolvă problema de mai sus a criticității timpului de reacție al operatorului.
De exemplu, dacă pe consola operatorului sunt afișate informații de la câteva mii de senzori de tip discret și continuu, controlând în timp real tehnologia complexă, pentru a le afișa sunt folosite o mulțime de imagini video (diagrame mimice, tabele etc.). Operatorul trebuie să înțeleagă toate aceste informații și, în cazul unei situații anormale, să ia o decizie de corectare a comportamentului subsistemelor corespunzătoare. Luarea unor decizii inadecvate sau greșite poate duce la pierderi materiale sau chiar umane grele, în timp ce timpul disponibil pentru reflecție este calculat în minute. Prin urmare, persoanele care acționează ca operatori sau dispeceri în astfel de situații se confruntă adesea cu suprasolicitare de stres.

Compania „TASMO-BIT” se dezvoltă activ în această direcție:
-KOGRA - sistem cognitiv inteligent în timp real pentru management operațional
-DIEKS este un sistem expert dinamic pentru diagnosticarea operațională a stării echipamentelor instalațiilor și industriilor periculoase pentru mediu.
-Porcupine - sistemul este conceput pentru a construi o interfață cu utilizatorul și a configura interacțiunea dintre elementele interfeței cu utilizatorul și elementele de acces la surse de date externe.
Figura 3.1 prezintă instrumentele implementate în interfața cu utilizatorul a sistemului SPRINT-RV la unitatea 5 a CNE Novovoronezh.

Figura 3.1 - Un exemplu de interfață cognitivă cu utilizatorul.

3.2 Modelare cognitivă în pachete de simulare

Nu orice mediu de simulare poate fi cognitiv. Pentru aceasta, este necesar ca sarcinile de grafică cognitivă să fie îndeplinite, adică. cel puţin este necesară prezenţa în acest mediu a obiectelor caracteristice gândirii logice sau imagini-imagine cu care operează gândirea figurativă.
De exemplu, pentru modelarea proceselor de afaceri au fost dezvoltate metodologii și standarde care permit descrierea și vizualizarea acestora. SADT este unul dintre cele mai cunoscute și utilizate sisteme de simulare. SADT este o abreviere pentru cuvintele Structured Analysis and Design Technique (Tehnologia analizei structurale și proiectării) este o notație grafică și o metodă de descriere a proceselor. SADT poate fi aplicat în toate etapele ciclu de viață sisteme. Recunoașterea utilității SADT a condus la standardizarea și publicarea părții de modelare funcțională a acestuia ca metodologie și standard de modelare funcțională IDEFO.
Acestea și alte standarde sunt utilizate în pachete precum BPwin de la Logik Works, ProCap 6.0, ProSim 7.0, SmartER 5.0 de la Knowledge Based Systems Inc. si etc.
Vizualizarea disciplinei în majoritatea pachetelor software disponibile în prezent se realizează folosind hărți cognitive clasice. Primele astfel de modele au fost inventate la începutul anilor 80. Ele se bazează pe majoritatea sisteme moderne modelare dinamică în finanțe, politică și afaceri.
Printre cele mai populare dezvoltări moderne se numără Hyper Logic, IntelligenceWare, InfraLogic, Aptronix, Oracle și multe altele. Pachetul CubiCalc de la HyperLogic este unul dintre cele mai puternice sisteme expert bazate pe logica fuzzy.
În spațiul post-sovietic, pachetele iThink și Simulink sunt cele mai populare. Aceste pachete sunt însă destul de greu de utilizat, deși conform documentației sunt orientate către „manageri obișnuiți”.
Pe piața internă au apărut ultimii ani de dezvoltare și pachete gata făcute de sisteme similare. Printre ei:
- sisteme software „Situație”, „Busola”, „KIT” create la IPU RAS
- sistemul de modelare cognitivă „CANVA”, Kulinich A. A.
- modelare cognitivă a sistemului KTR EVS Kutakov S.V.
si etc.
Separat, în această direcție, lucrările lui A.E. Yankovskaia. Vizualizarea și justificarea luării deciziilor se bazează pe elemente de grafică cognitivă, care se bazează pe 4 metode de vizualizare grafică: un tip special de histogramă, un triunghi echilateral, o diagramă circulară cu un segment și un dreptunghi, o hartă Karnot. 3.3 Pachete pentru dezvoltarea unei vizualizări de înaltă calitate a datelor Adesea, cunoștințele despre un obiect tehnic obținute în cursul cercetărilor asupra modelelor matematice multidimensionale și prezentate într-o formă simbolico-numerică convențională nu sunt disponibile pentru analiza umană din cauza insuficientei nivel inalt abstractizarea informațiilor.
Cel mai abordare generală Soluția la această problemă este implementată în pachetul DeductorStudio, care vă permite să afișați aceleași date în multe moduri diferite. atentie speciala merita lucru in echipa mai multe universități rusești: fond virtual de științe naturale și efecte științifico-tehnice „Fizica eficientă”. Proiectul este un instrument educațional, metodologic și de referință, implementat pe baza tehnologiilor moderne de internet și se concentrează pe diferite niveluri educație (secundar general; primar, secundar, superior și postuniversitar profesional). Fiecare efect din fond, pe lângă o descriere formalizată și obișnuită, are o animație care ilustrează esența efectului. În dezvoltarea tehnoparcului DonNTU, clasa de fenomene animate nu se limitează la fizică. De câțiva ani, există un portal de maeștri, în care fiecare munca stiintifica conţine o animaţie explicativă. Un alt instrument de creștere a capacității cognitive de învățare este programarea vizuală - programarea care utilizează mai multe dimensiuni pentru a transmite semantică. O caracteristică remarcabilă a programării vizuale este că contribuie la dezvoltarea abilităților algoritmice ale intelectului fără a studia caracteristicile și subtilitățile arhitecturii interne a unui computer sau a unui sistem de operare. Programarea vizuală ajută la depășirea barierei de coordonare și a barierei înțelegerii. Acestea. orice student pentru a scrie un program nu trebuie să învețe particularitățile sintaxei operatorilor, variabilelor etc.
Astfel de medii de dezvoltare includ VUFC (Visual Unix Filter Components), SIVIL este un limbaj de programare și o bibliotecă de subrutine în imagini, LegoRobolab și multe altele.

Realizări remarcabile în acest domeniu aparțin lui Zenkin A.A. El cercetează capacitățile de generare de cunoștințe ale graficii cognitive pe computer. Sistemele dezvoltate de el permit lucrul cu imagini (pitograme) ale obiectelor matematice abstracte care activează munca emisferei drepte a creierului uman, care este responsabilă pentru gândirea vizuală și intuiția creativă. Acest lucru vă permite să descoperiți noi fapte științifice, idei, ipoteze. Astfel, a obținut rezultate netriviale în teoria numerelor, logică și teoria mulțimilor.

Figura 3.3 - Un exemplu cu un sistem de parabole DSCH - Sistem de dialog pentru studiul problemelor din teoria aditivă a numerelor.

Una dintre cele mai eficiente metode de afișare a vectorilor multidimensionali de informații sunt pictogramele - imagini schematice. Fețele lui Chernov sunt un exemplu tipic de astfel de afișare.

Fețele lui Chernov sunt o reprezentare schematică a fețelor, cărora le corespund anumite trăsături valori relative caracteristici date. Astfel, diferite expresii ale fețelor lui Chernov vor corespunde diferitelor seturi de date, permițând să se facă o idee generală a stării sistemului și a gradului de abateri de la norma caracteristicilor sale individuale. De exemplu, de asemenea ochi mari poate indica o abatere de la norma caracteristicii corespunzătoare pe fondul normei de rest. Uneori în acest fel reprezentare grafică vă permite să dezvălui tipare ascunse de relații între date care nu pot fi descoperite prin alte metode.

4. Concluzii

Pe parcursul acestei lucrări au fost studiate scopurile și obiectivele graficii și modelării cognitive pe computer. Se ia în considerare clasificarea lor.
Au fost studiate pachete și instrumente care implementează ideile științelor cognitive.
S-a stabilit că modelarea cognitivă și grafica sunt în prezent promițătoare, se dezvoltă rapid domenii ale informaticii, acoperind o clasă destul de largă de probleme aplicate.
Cea mai promițătoare direcție a modelării computerizate cognitive pe piața noastră de astăzi este crearea de centre situaționale și sisteme expert care să facă posibilă luarea de decizii în sarcini greu de formalizat și să aibă o interfață accesibilă utilizatorului obișnuit. Deoarece astfel de sisteme sunt din ce în ce mai solicitate în mediul de afaceri.
Versiunile occidentale existente ale unor astfel de sisteme sunt destul de scumpe, sunt implementate pe echipamente scumpe și sunt greu de înțeles pentru utilizatorul obișnuit.
Pe de o parte, aceasta deschide o altă nișă neocupată pe piața muncii, deoarece există o lipsă de specialiști în domeniul întreținerii și configurării unor astfel de sisteme. Și, pe de altă parte, face posibil ca dezvoltatorii autohtoni să concureze datorită costurilor mai mici.

Mai jos este un applet care simulează fețele lui Chernov pt diferite state rabdator. Mărimea ochilor corespunde temperaturii pacientului, curburii zâmbetului - presiunea superioară (zâmbet trist - presiune ridicata) iar prezența/absența unei dureri în gât corespunde prezenței/absenței urechilor în pictogramă.
Appletul va apărea mai jos într-un browser activat pentru Java.

Literatură

Site: IPU RAS, Sector-51 „Analiza cognitivă și modelarea situațiilor”: http://www.ipu.ru/labs/lab51/projects.htm.
Kulinich A.A. Sistem orientat pe subiect de modelare conceptuală „Canva”. Lucrările celei de-a I-a Conferințe Internaționale „Analiza cognitivă și managementul dezvoltării situațiilor”. Moscova, octombrie 2001
Anoprienko A.Ya. De la calcul la înțelegere: modelarea cognitivă pe computer și experiența sa aplicație practică pe exemplul rezolvării problemei discului Phaistos // Lucrări științifice ale Universității Tehnice de Stat Donețk. Numărul 6. Seria „Informatică, cibernetică și tehnologie informatică” (IKVT-99). - Doneţk: DonGTU. - 1999. - S. 36-47
Anoprienko A.Ya. Megahărți cognitive: experiența reconstrucției modelelor de formare a culturii și a imaginilor lumii // Lucrări științifice ale DonNTU. Problema 39 - Donețk: DonGTU. - 2002 - S. 206-221
Shemakin Yu. I. Începuturile lingvisticii computaționale: Proc. indemnizatie. Moscova: Editura MGOU, A/O „Rosvuznauka”, 1992.
Gelovani V.A., Bashlykov A.A., Britkov V.B., Vyazilov E.D. Sisteme inteligente de sprijinire a deciziei în situații de urgență folosind informații despre starea mediului natural: Editorial URSS. – 2001.
Solovov A.V. Proiectarea sistemelor informatice în scopuri educaționale: Tutorial. Samara: SGAU, 1995. 138s.
Zenkin A.A., .ZenkinA.A., Cognitive Reality: Generation of Creative Solutions in Science, Education, Management. // Proceedings of the International Conference "User Interface in Modern Computer Systems". - Orel, Rusia, 1999
Chernoff H.: „Utilizarea fețelor pentru a reprezenta grafic puncte din spațiul K-dimensional”, J. ASA, 1973, nr.68.

La redactarea rezumatului (iunie 2006), lucrarea masterului nu a fost încă finalizată. Finalizare finală - ianuarie 2007. Textul integral al lucrării și toate materialele pe tema pot fi obținute de la autor sau supervizorul acestuia după data specificată.