ВВЕДЕНИЕ
Актуальность:Развитие электронных средств мультимедиа открывает для сферы обучения принципиально новые дидактические возможности. Так, системы интерактивной графики и анимации позволяют в процессе анализа изображений управлять их содержанием, формой, размерами, цветом и другими параметрами для достижения наибольшей наглядности. Эти и ряд других возможностей слабо еще осознаны разработчиками электронных технологий обучения, что не позволяет в полной мере использовать учебный потенциал мультимедиа. Дело в том, что применение мультимедиа в электронном обучении не только увеличивает скорость передачи информации учащимся и повышает уровень ее понимания, но и способствует развитию таких важных для специалиста любой отрасли качеств, как интуиция, профессиональное "чутье", образное мышление.
Воздействие интерактивной компьютерной графики на интуитивное, образное мышление привело к возникновению нового направления в проблематике искусственного интеллекта – когнитивной (т.е. способствующей познанию) компьютерной графике.
Цели и задачи:Цель работы заключается в рассмотрении вопросов системной организации программных средств для реализации когнитивных альбомов в сетевой среде, а также концепций когнитивной компьютерной графики.
Для достижения цели в работе решаются следующие задачи:
- Рассмотрение концепций когнитивной компьютерной графики.
- Анализ технологий для реализации Flash-альбомов.
- Анализ системных вопросов разработки когнитивных Flash–альбомов. Реализация интерактивных когнитивных Flash–альбомов в Интернет.
Когнитивные альбомы можно рассматривать как способ организации презентаций, способ представления обучающих материалов, в форме, удобной для восприятия и пониманя, за счет перехода в представлении информации из традиционной формы в визуальную. Внедрение когнитивных альбомов позволит существенно повысить уровень научных и учебных презентаций, а также будет способствовать быстрому усвоению информации (обучающих материалов) за счет дозированной подачи информации. Также внедрение когнитивных альбомов в учебный процесс будет способствовать подготовке высококвалифицированных специалистов в конкретной области.
РАССМОТРЕНИЕ КОНЦЕПЦИИ КОГНИТИВНОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ
Когнитивная компьютерная графика
Человеческое познание пользуется как бы двумя механизмами мышления. Один из них – возможность работать с абстрактными цепочками символов, с которыми связаны некоторые семантические и прагматические представления. Это – умение работать с текстами в самом широком смысле этого слова. Такое мышление можно было бы назвать символическим или алгебраическим. Другой – способность работать с чувственными образами и представлениями об этих образах. Такие образы обладают куда большей конкретностью и интегрированностью, чем символические представления. Но они и значительно более «расплывчаты», «менее логичны», чем то, что скрывается за элементами, с которыми оперирует алгебраическое мышление. Но без них мы не могли бы отражать в нашем сознании окружающий мир в той полноте, которая для нас характерна. Способность работать с чувственными образами (и, прежде всего, со зрительными образами) определяет то, что можно было бы назвать геометрическим мышлением [1].
Многие специалисты в области психологии мышления убеждены, что именно наличие двух способов представления информации (в виде последовательности символов и в виде картин-образов), умение работать с ними и соотносить оба способа представления друг с другом обеспечивают сам феномен человеческого мышления.
Возникает необходимость появления специальных средств работы со зрительными представлениями и способы перехода от них к текстовым представлениям и обратного перехода. Так была поставлена основная задача, из которой сейчас возникает новая проблемная область – когнитивная графика.
Когнитивная графика отличается от машинной графики тем, что ее основной задачей является создание таких моделей представления знаний (когнитивных моделей), в которых была бы возможность однообразными средствами представлять как объекты, характерные для алгебраического мышления, так и образы-картины, с которыми оперирует геометрическое мышление. Эти комбинированные когнитивные структуры – основные объекты когнитивной графики.
Когнитивная функция изображений использовалась в науке и до появле¬ния компьютеров. Образные представления, связанные с понятиями граф, дерево, сеть и т.п. помогли доказать немало новых теорем, круги Эйлера позволили визуализировать абстрактное отношение силлогистики Аристо¬теля, диаграммы Венна сделали наглядными процедуры анализа фун¬кций алгебры логики [2].
Концепция когнитивной компьютерной графики
Хорошо известно, что удачный рисунок может не только убедительно проиллюстрировать суть, смысл сложного теоретического вопроса: такой рисунок позволяет иногда - и не так уж редко - увидеть новые, неожиданные грани, казалось бы, хорошо известной проблемы, именно УВИДЕТЬ новое соображение, мысль, идею. Другими словами, графика выполняет не только привычную, традиционную ИЛЛЮСТРАТИВНУЮ функцию, но и другую, не менее важную, КОГНИТИВНУЮ, или способствующую познанию, функцию. И современная информационная технология открывает принципиально новые возможности использования именно такой Когнитивной Компьютерной Графики (ККГ) в области, прежде всего, абстрактно-теоретических исследований Фундаментальной Науки [2].
Задачи и требования когнитивной КГ
Известный специалист в области искусственного интеллекта Д. А. Поспелов сформулировал три основных задачи когнитивной компьютерной графики. Первой задачей является создание таких моделей представления знаний, в которых была бы возможность однообразными средствами представлять как объекты, характерные для логического мышления, так и образы-картины, с которыми оперирует образное мышление. Вторая задача - визуализация тех человеческих знаний, для которых пока невозможно подобрать текстовые описания. Третья - поиск путей перехода от наблюдаемых образов-картин к формулировке некоторой гипотезы о тех механизмах и процессах, которые скрыты за динамикой наблюдаемых картин [3].
Эти три задачи когнитивной КГ с позиций информационных технологий обучения следует дополнить четвертой задачей, заключающейся в создании условий для развития у обучаемых профессионально-ориентированных интуиции и творческих способностей.
При разработке компьютерных систем инженерного анализа, проектирования и обучения обычно исходят из первых двух задач когнитивной графики, когда знания о техническом объекте, полученные в ходе исследований на многомерных математических моделях и представленные в обычной символьно-цифровой форме, становятся недоступными для анализа человеком из-за большого объема информации.
Четкое осознание третьей и четвертой задач когнитивной графики позволяет формулировать дополнительные требования как к собственно графическим изображениям, так и к соответствующему программно-методическому обеспечению. Среди них можно выделить: адекватность изучаемым объектам или процессам, используемым инженерным методам и методикам обучения; естественность и доступность для восприятия слабо подготовленными или даже неподготовленными пользователями; удобство для анализа качественных закономерностей распределения параметров; эстетическую привлекательность, быстроту формирования изображения [3].
Иллюстративная и когнитивная функции мультимедиа
Логическое мышление выделяет лишь некоторые, наиболее существенные элементы знания и формирует из них однозначное представление об изучаемых объектах и процессах, в то время как подсознание обеспечивает целостное восприятие мира во всем его многообразии.
Исходя из этого различия, можно выделить две функции мультимедиа - иллюстративную и когнитивную.
Иллюстративная функция обеспечивает поддержку логического мышления. В этом случае объект мультимедиа подкрепляет, иллюстрирует какую-то четко выраженную мысль, свойство изучаемого объкта или процесса, т.е. то, что уже сформулировано, например, преподавателем-разработчиком.
Когнитивная же функция состоит в том, чтобы с помощью некоего объекта мультимедиа получить новое, т.е. еще не существующее даже в голове специалиста знание или, по крайней мере, способствовать интеллектуальному процессу получения этого знания [2].
Пример когнитивного альбома
На рисунке представлен фрагмент когнитивного альбома, иллюстрирующий передачу сообщения между двумя компьютерами с использованием стека протоколов TCP/IP.
Для просмотра Flash-анимации необходимо последовательное нажатие кнопок, расположенных слева.
Рис.1 - Фрагмент когнитивного альбома
АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ FLASH-АЛЬБОМОВ
Flash Slide Show Maker
Version 2.1
- добавление фотографий;
- для фотографий предусмотрено:
- ротация;
- выбор эффектов;
- установка времени появления фотографии на экране;
- установка времени демонстрирования фотографии на экране;
- выбор и установка для демонстрации фотографий:
- рамки;
- цвета фона;
- декорирование динамическими элементами;
- публикация файла в форматах swf и html.
Firm Tools Album Creator 3.5
Digital Photo Gallery Generator
Album Creator – это программа для создания альбомов из цифровых фотографий с использованием тематических Flash и HTML шаблонов. Шаблоны легко настраиваются, что даёт полный контроль над внешним видом вашего фотоальбома. Имеется возможность: создавать шаблоны сами, скачивать дополнительные шаблоны, исправлять цветовой баланс фотографий и убирать красные глаза. Встроенная поддержка FTP позволит легко опубликовать фотоальбом.
-
выбор вида размещения фотографий и формат публикации будущего альбома (swf, html);
- добавление фотографий;
- публикация.
Ограничены возможности по сравнению с Flash Slide Show Maker в выборе элементов декора для фотографий.
СИСТЕМНЫЕ ВОПРОСЫ РАЗРАБОТКИ КОГНИТИВНЫХ FLASH–АЛЬБОМОВ. РЕАЛИЗАЦИЯ ИНТЕРАКТИВНЫХ КОГНИТИВНЫХ FLASH–АЛЬБОМОВ В ИНТЕРНЕТ
Рассматриваются вопросы разработки Flash–альбомов, а также реализация интерактивных Flash–альбомов в Интернет. Проанализированы технологии и сферы их применения: Flash, ActionScript, HTML, Java.
Виды единиц информации (информационные кадры):
- изображение (полноцветная фотография, схема, рисунок, таблица, диаграмма);
- текст;
- HTML-страница;
- анимация;
- видео;
- аудио;
- комбинированная информация.
Количество типов информации ограничивается только возможностью поддержки каждого конкретного формата файла технологией Flash [1].
Пример сферы использования (информационные альбомы, наборы):
- галереи изображений (фотоальбомы);
- лекции, методические указания, учебные пособия;
- электронные on-line презентации.
WEB-приложение имеет три слоя:
-
слой владельца информации (администратор собственной информации, активного пользователя, например преподавателя);
-
слой рядового пользователя (пассивного, например студента);
-
слой супер-пользователя (администратор всех владельцев).
Каждый пользователь может стать администратором своих информационных “альбомов”, наборов, владельцами которых он является.
Пользователь, войдя в систему, может зарегистрироваться. Персональный логин (имя) и пароль пользователя хранятся в базе данных на стороне сервера.
Владелец создаёт новый информационный набор (альбом). После этого пользователь может загрузить в хранилище на сторону сервера необходимые файлы. При этом пользователь становится администратором информационных альбомов, которые он создал. Он может редактировать их содержимое, т.е. менять файлы. Менять порядок кадров, удалять кадры, удалять весь альбом. Владелец может иметь несколько альбомов.
Каждый добавленный альбом владелец может сделать общедоступным. Каждому альбому присваивается уникальное наименование.
На главной HTML-странице WEB-приложения пользователь системы видит flash-окно, в котором поочерёдно отображаются кадры информации из выбранного альбома. Навигация производится пользователем: предыдущий кадр, следующий кадр, в начало, в конец. Предусмотрен просмотр в автоматическом режиме кадров поочерёдно. В данном случае пользователем задаётся время просмотра каждого кадра.
Информация хранится в базе данных (например, MySQL) на серверной стороне. Java-приложение размещает файлы в базе данных. Каждый файл привязывается к определенному набору и его владельцу.
Flash и ActionScript:
- интерактивный интерфейс;
- навигация между информационными кадрами альбома;
- графическая анимация при взаимодействии с пользователем.
Java:
-
web-приложение;
-
регистрация пользователей;
-
загрузка информационных кадров, т.е. файлов с пользовательского источника для хранения в серверной базе данных;
-
доступ и запросы к базе данных для извлечения в определённый момент времени для flash-объекта требуемого информационного кадра;
-
поддержка логики работы системы.
Jakarta Tomcat:
-
позволяет “внешнему миру” при помощи Интернет через WEB-браузер обращаться по протоколу HTTP к сервлету (Java-приложению, выполняющемуся на стороне сервера в серверной Java Virtual Machine) [2];
- программный сервер Java-приложений, т.е сервлет-контейнер.
Flash remoting:
- вызов из Flash ActionScript внешних методов Java-классов приложения.
Проведен анализ разработки Flash-презентаций и презентаций, подготовленных с помощью PowerPoint. Выделены следующие преимущества Flash-презентаций:
-
возможность реализации интерактивной работы с пользователем;
-
исчезает необходимость использования лицензированного программного обеспечения.
ВЫВОДЫ
Таким образом, на основе анализа доступных на сегодня технологий сформулированы требования и осуществлен выбор прототипов для создания программного обеспечения, предназначенного для синтеза интерактивных альбомов, на основе которых можно будет существенно повысить уровень научных и учебных презентаций.
Дидактический потенциал презентационной графики связан, в частности, с возможностью управления когнитивными процессами. Восприятие физических образов, отображаемых формулами, словами, пространственно-временными и чувственными картинами значительно облегчается, когда текстовая (словесная) информация сопровождается демонстрацией натурного эксперимента предъявлением подготовленной графики. Это способствует осознанию изучаемого материала и, как следствие, к адекватному запоминанию выделенных логических схем, связей и отношений. Эти обстоятельства способствуют продуктивности мыслительных процессов при дальнейшем решении задач.
Когнитивно-компьютерно-графическая технология не есть всего лишь очередное новое техническое средство, с помощью которого ученый может рисовать научные абстракции. Это скорее уникальный по своей мощности и креативным (порождающим) возможностям канал связи человека с миром научных абстракций.
Графика выступает в роли иллюстративной графики, способствуя лучшему пониманию процессов. Когнитивная компьютерная графика требует творческого подхода к использованию ранее полученного комплекса знаний.
Систематическое использование когнитивной графики в компьютерах в составе человеко-машинных систем сулит многое. Даже весьма робкие попытки в этом направлении, известные как мультимедиа-технологии, привлекающие сейчас пристальное внимание специалистов (особенно тех, кто занят созданием интеллектуальных обучающих систем), показывает перспектив¬ность подобных исследований.
Литература
- Зенкин А.А., Знание-порождающие технологии когнитивной реальности. - Новости Искусственного Интеллекта, 1996, No. 2, стр. 72-78.
- Зенкин Александр А., Зенкин Антон А. Интеллектуальные системы, основанные на концепции когнитивной компьютерной графики. - Международная конференция "Анализ систем на пороге XXI века", Москва, 27-29 февраля, 1996 г. - Труды конференции, том 3, стр. 357-371 (1997) - Москва : "Интеллект", 1997.
- Поспелов Д.А. Фантазия или Наука. На пути к искусственному интеллекту, Наука, Москва, 1982.
- Брюс Эккель. Философия Java., 3-е издание, 2003.-976c.
- Шон Пакнелл. Macromedia Flash 8 для профессионалов: «Вильямс» 2006.-665с.