Интернет-Университет Информационных Технологий

РАЗВИТИЕ КОГНИТИВНОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ В
РАМКАХ ПРИКЛАДНОЙ НАУКИ ИНФОРМАТИКИ
ст. преподаватель кафедры ИСвЭК
Филиала СПбГИЭУ
Магомедова М.Н.
Многочисленные исследования психологов, посвященные анализу
процесса решения задач людьми, показали, что наиболее трудоемкими в этом
процессе являются первые два этапа. Максимальное усилие человек тратит
на процесс перехода от неясного ощущения некоторой ситуации к четко
сформулированной задаче. Как правило, именно этот этап воспринимается
большинством исследователей, как творческий. На чем формируется замысел
задачи и ищется ее формулировка. Далее во многих случаях дело касается
лишь применения профессиональной.
Этапы
формулировки
задачи
в
условиях
использования
алгебраического подхода остаются вне поля зрения науки. Проблема эта явно
не является алгоритмической. Каждая задача имеет индивидуальный
характер, и существование каких-либо общих процедур, кроме чисто
методологических (типа алгоритмов поиска изобретения, здесь вряд ли
возможно). Однако, как неоднократно отмечали крупные математики,
которые
всерьез
задумывались
над
процедурами
математического
творчества, на этапе поиска формулировки задачи весьма часто важную роль
играли геометрические представления и модели. И интересно, что зачастую
они не были прямо связаны с характером решаемой задачи, а просто
ассоциативно вызывали эту постановку. Такой же феномен отмечают и
психологи. Попробуем перечислить особенности, которые характерны для
нового направления в информатике, получившем название когнитивная
графика. Более подробное обсуждение этого направления содержится в
первой в мировой литературе монографии, специально посвященной
когнитивной графике.
Компьютерная графика - это область информатики, которая охватывает
все стороны формирования изображений с помощью компьютера.
Появившись в 1950-х годах, она поначалу давала возможность
выводить лишь несколько десятков отрезков на экране.
Базой
компьютерной
графики
стали
фундаментальные
науки:
математика, химия, физика и т.д.
Компьютерная графика используется практически во всех научных и
инженерных
дисциплинах
для
наглядности
восприятия
и
передачи
информации. Общепринятой практикой считается также использование
компьютерного моделирования при обучении пилотов и представителей
других профессий (тренажеры). Знание основ компьютерной графики сейчас
необходимо и инженеру, и ученому.
Конечным результатом применения средств компьютерной графики
является изображение, которое может использоваться для различных целей.
Когнитивная компьютерная графика - компьютерная графика для
научных абстракций, способствующая рождению нового научного знания.
Технической
основой
для
нее
являются
мощные
ЭВМ
и
графики
в
высокопроизводительные средства визуализации
Примером
применения
когнитивной
компьютерной
прикладной информатике может быть когнитивная визуализация блок-схем
алгоритма, трехмерное представление объектов исследование, визуальное
представление моделей данных и т.д.
Аналогичная методика была использована для периодичных функций.
Как известно графики периодичных функций имеют повторяющие участки,
следовательно, если переложить график периодичной функции на ноты, то
музыка будет иметь повторяющиеся фрагменты.
Решение задачи контроля исполнения национальных проектов требует
учета множества факторов. Масштабность и динамичность ситуации при
реализации национальных проектов вызывает необходимость оперативной
обработки значительного объема исходных данных, выработки и принятия
адекватных и своевременных решений.
При
этом
возникает
проблема
восприятия
и
интерпретации
разнородной информации лицом, принимающим решения, что обусловливает
актуальность решения задачи поиска форм ее представления, исключающих
или снижающих неоднозначность понимания текущей ситуации.
Мышление человека построено так что, размышляет человек не
словами и цифрами, а образами. Точно также обстоит дело и с восприятием
информации об окружающем мире: образы, формируемые различными
органами чувств, воспринимаются целиком.
Исследования показывают что, наибольшую важность имеет именно
визуальная
составляющая
воспринимаемого
образа.
Отсюда
следует
необходимость первоочередного решения задачи визуализации числовых и
нечисловых (вербальных, графических) исходных данных и результатов их
аналитической обработки.
В рамках науки информатики когнитивная компьютерная графика
развивается в следующих направлениях:
– исследование общих построения когнитивных графических образов
способов, методов когнитивной компьютерной графики;
– исследование индивидуальных особенностей восприятия, в частности
его апперцепции;
– разработка модели восприятия информации ЛПР;
– формирование алфавита понятийно-образного языка представления
данных, включающего стереотипные символы, отображающие предметы и
явления окружающего мира с той или иной степенью подобия, ассоциативно
понятные графические примитивы, из которых синтезируются ГО любой
сложности,
и
вспомогательные
символы,
необходимые
для
связи
графических примитивов и привлечения внимания к наиболее актуальным
ГО;
– исследование свойств ГО, воздействующих на ЛПР при их
восприятии на уровне ощущений, – энергетических, геометрических,
динамических;
– формирование «грамматики» понятийно-образного языка, то есть
базовых правил формирования ГО и когнитивных сцен;
–
разработка
прототипа
подсистемы
информационно-аналитического
визуализации
сопровождения
результатов
контроля
исполнения
приоритетных национальных проектов на основе понятийно-образного языка
представления данных;
–
экспериментальная
проверка
эффективности
разработанного
прототипа по показателям оперативности, полноты, точности восприятия
информации ЛПР. [1]
Основные
направления
прикладной
когнитивной
науки.
Искусственный интеллект: возможности и ограничения. Экспертные системы
и системы поддержки принятия решения. Моделирование принятия решений
в экономике и проблема человеческой рациональности. Проблема обработки
естественного языка и системы машинного перевода. Основные направления
робототехники:
ориентировки
проблемы
в
моделирования
пространстве
и
построения
обучения
мобильных
движения,
роботов.
Взаимодействие человека с компьютером: основные подходы и методы
исследования. Когнитивная эргономика. Дизайн и компьютерная графика.
Виртуальные реальности.
Широкое
распространение гипертекстовых
технологий
и
тесно
связанной с этими технологиями мультмедиа-парадигмы также стимулирует
развитие когнитивной графики. Как известно, мультимедиа-парадигма
уравнивает в правах тексты и изображения. В нелинейном представлении (в
виде сети), характерном для гипертекстовых технологий, мультимедиапарадигма позволяет осуществлять навигацию по сети, как на уровне текста,
так и на уровне изображений, осуществляя в любой момент переход от тектса
к изображениям, и наоборот.
Таким образом, системы вида "Текст-Рисунок" и "Рисунок-Текст"
оказываются тесно связанными с мультимедиа-парадигмой и когнитивной
графикой, и сами являются одним из результатов взаимодействия средств
когнитивной графики и гипертекстовой технологии.
В системах автоматизации научных исследований когнитивная графика
может использоваться в качестве средства визуализации идей, которые еще
не получили какого-либо точного выражения. Еще одним примером
использования этих средств может служить специальная когнитивная
графика для выбора базисных операций в нечетких логиках, в которой
глобальное цветовое распределение синих и красных областей характеризует
"жесткость" определения операций типа конъюнкции и дизъюнкции.
В
этой
области
когнитивная
графика
используется
на
этапе
формализации проблем и в процедуре выдвижения правдоподобных гипотез.
В
области
систем
искусственного
интеллекта
когнитивная
компьютерная графика позволит достичь больших результатов чем другие
системы
благодаря
алгебраическому
и
геометрическому
подходу
к
моделированию ситуаций и различных вариантов их решения.
Так, в научных исследованиях, в том числе и в фундаментальных,
характерный для начального этапа акцент на иллюстративной функции ИКГ
все более смещается в сторону использования тех возможностей ИКГ,
которые позволяют активизировать свойственную человеку способность
мыслить сложными пространственными образами. В связи с этим начинают
четко различать две функции ИКГ: иллюстративную и когнитивную.
Иллюстративная функция ИКГ позволяет воплотить в более или менее
адекватном визуальном оформлении лишь то, что уже известно, т.е. уже
существует либо в окружающем нас мире, либо как идея в голове
исследователя. Когнитивная же функция ИКГ состоит в том, чтобы с
помощью
некоего
ИКГ-изображения
получить
новое,
т.е.
еще
не
существующее даже в голове специалиста знание или, по крайней мере,
способствовать интеллектуальному процессу получения этого знания.
Эта основная идея различий иллюстративной и когнитивной функций
ИКГ хорошо вписывается в классификацию знаний и компьютерных систем
учебного назначения. Иллюстративные функции ИКГ реализуются в учебных
системах декларативного типа при передаче учащимся артикулируемой части
знания, представленной в виде заранее подготовленной информации с
графическими, анимационными, аудио- и видеоиллюстрациями. Когнитивная
же функция ИКГ проявляется в системах процедурного типа, когда учащиеся
"добывают" знания с помощью исследований на математических моделях
изучаемых объектов и процессов, причем, поскольку этот процесс
формирования знаний опирается на, правополушарный механизм мышления,
сами эти знания в существенной мере носят личностный характер. Каждый
человек формирует приемы подсознательной умственной деятельности посвоему. Современная
психологическая
наука
не располагает строго
обоснованными способами формирования творческого потенциала человека,
пусть даже профессионального. Одним из известных эвристических
подходов к развитию интуитивного профессионально-ориентированного
мышления
является
решение
задач
исследовательского
характера.
Применение учебных компьютерных систем процедурного типа позволяет в
существенной мере интенсифицировать этот процесс, устранив из него
рутинные
операции,
сделать
возможным
проведение
различных
экспериментов на математических моделях.
Роль ИКГ в этих учебных исследованиях трудно переоценить. Именно
ИКГ-изображения хода и результатов экспериментов на математических
моделях
позволяют
каждому
учащемуся
сформировать
свой
образ
изучаемого объекта или явления во всей его целостности и многообразии
связей. Несомненно, также, что ИКГ-изображения выполняют при этом
прежде всего когнитивную, а не иллюстративную функцию, поскольку в
процессе учебной работы с компьютерными системами процедурного типа у
учащихся формируются сугубо личностные, т.е. не существующие в таком
виде ни у кого, компоненты знаний.
Конечно, различия между иллюстративной и когнитивной функциями
компьютерной графики достаточно условны. Нередко обычная графическая
иллюстрация может натолкнуть каких-то учащихся на новую мысль,
позволит увидеть некоторые элементы знания, которые не "вкладывались"
преподавателем-разработчиком
учебной
компьютерной
системы
декларативного. Таким образом, иллюстративная по замыслу функция ИКГизображения превращается в функцию когнитивную. С другой стороны,
когнитивная функция ИКГ-изображения при первых экспериментах с
учебными системами процедурного типа в дальнейших экспериментах
превращается в функцию иллюстративную для уже "открытого" и,
следовательно, уже не нового свойства изучаемого объекта.
Тем не менее, принципиальные отличия в логическом и интуитивном
механизмах мышления человека, вытекающие из этих различий формы
представления знаний и способы их освоения, делают полезным в
методологическом плане различение иллюстративной
и
когнитивной
функций компьютерной графики и позволяют более четко формулировать
дидактические задачи ИКГ-изображений при разработке компьютерных
систем учебного назначения.
Список использованных источников
1. Зенкин A.A. Когнитивная компьютерная графика. – М.: Наука,
1991.– 192 с.