Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Компьютерная графика и графические системы



 

Компьютерная графика (машинная графика, CG, Computer Graphics) – создание, обработка, отображение и манипулирование графическими изображениями с использованием ЭВМ. В отличие от изображения, представленного на бумаге или ином носителе, компьютерное изображение, можно быстро стереть или подправить, сжать или растянуть, приблизить, отдалить, изменить ракурс, цвет, добавить движения и т. д. Применяется при конструировании и моделировании, создании телерекламы, мультфильмов, заставок телепередач, визуальных эффектов в кино, при оформлении книг и пр.

Наиболее распространенными операциями компьютерной графики являются: ввод графических изображений при помощи сканера, цифровая фотосъемка, рисование или черчение с использованием координатных устройств ввода, внесение в них изменений, а также вывод изображений на какое-либо устройство вывода. монитор или принтер. Графические приложения связаны с созданием и изменением изображений в двумерном или трехмерном пространстве и компьютерной анимацией. Компьютерная графика используется в САПР (в машиностроении, приборостроении), в медицине, метеорологии, других областях науки и техники, прикладных видах изобразительного искусства, а также индустрии развлечений и отдыха.

Компьютерная графика является также одной из областей научной деятельности. В ней защищаются диссертации, проводятся различные конференции по всему миру.

По способам задания изображений компьютерную графику делят на векторную, растровую и фрактальную, также можно выделить трехмерную – как их сложную комбинацию.

Векторная графика

Векторная графика представляет изображение как набор простейших геометрических контуров (примитивов), каждый из которых можно описать математическим выражением. Как правило, в качестве примитивов служат точки, прямые, окружности, прямоугольники, полигоны и кривые Безье. Каждому примитиву присваиваются некоторые атрибуты, например, толщина и цвет линий, цвет заполнения. Рисунок хранится как набор координат, параметров математических выражений и других чисел, характеризующих объекты.

Особое место занимают кривые Безье. Инженер и математик Пьер Безье в 1933-1975 гг. работал на французскую автомобилестроительную компанию Renault. В рамках разработки системы поверхностного моделирования, предназначенной в первую очередь для проектирования кузовов автомобилей, он предложил новую форму уравнения кривой, которая строится по вершинам многоугольника, заключающего ее в себе. Независимо от Безье такая же кривая была изобретена в 1959 г. Полем де Кастельжо из компании Citroen, но в историю она вошла под именем кривой Безье. Впоследствии это открытие стало одним из важнейших инструментов систем автоматизированного проектирования и программ компьютерной графики.

Кривую Безье можно построить, если известны координаты четырех точек, называемых контрольными. Из четырех контрольных точек кривая проходит только через две, называемые опорными. Две другие контрольные точки не лежат на кривой, но их расположение определяет кривизну кривой, поэтому они называются управляющими. Кривая Безье является гладкой кривой, то есть она не имеет разрывов и непрерывно заполняет отрезок между начальной и конечной точками. Кривые Безье сохраняют свою форму при масштабировании. На этом свойстве зиждется вся свобода векторной графики.

Таким образом, каждый векторный контур представляет собой независимый объект, который можно перемещать, масштабировать, изменять без потери качества. Важной особенностью векторного изображения является то, что оно может быть неограниченно масштабировано, повернуто, деформировано и т.д. Это вытекает из его природы: при любом преобразовании старое изображение (или его фрагмент) стирается, и вместо него строится новое. Математическое описание векторного рисунка остаётся прежним, изменяются только значения некоторых коэффициентов. По этому описанию можно нарисовать объект со сколь угодно высокой точностью.

Векторная графика применяется для схем, масштабируемых шрифтов, деловой графики, широко используется для создания мультфильмов и анимационных роликов (технологии Flash, HTML5).

У векторной графики имеются существенные недостатки:

– не каждый объект может быть легко изображен в векторном виде. А если может, то количество памяти и времени на отображение всего рисунка зависит от числа объектов в нем и их сложности;

– перевод векторной графики в растровую достаточно прост. Но при попытке обратного перевода – из растровой в векторную – высокое качество исходного векторного рисунка теряется. Эта операция называется трассировкой или растеризацией. Для ряда растровых изображений она вообще невозможна с приемлемой степенью адекватности.

 

Растровая графика

Растровое (точечное) изображение – это файл данных или структура, представляющая собой сетку точек (пикселов) на мониторе, бумаге или других отображающих устройствах и материалах. Принцип реализации графической информации в точечной (растровой, битовой) графике был изобретен и использовался за много веков до появления компьютеров. Это, например, мозаика, витраж, вышивка: в любой из этих техник изображение строится из дискретных элементов. Каждый пиксел характеризуется положением в так называемой битовой карте (таблице, матрице) и цветовыми характеристиками – яркостью, цветом, прозрачностью – или их комбинацией. Пикселы в общем случае друг от друга не зависят.

Важными характеристиками всего изображения являются:

– количество пикселей. Может указываться отдельно количество пикселей по ширине и высоте (1600*1200, 640*480, …) или общее количество пикселей (обычно измеряется в мегапикселях);

– количество используемых цветов или глубина цвета (эти характеристики имеют следующую зависимость: N = 2x, где N – количество цветов, а x – глубина цвета);

– цветовое пространство (цветовая модель) – RGB, CMYK, XYZ, YCbCr и др.

В отличие от векторных изображений, изменение растровых практически всегда приводит к их искажению. При этом уменьшение изображения приводит к необратимой потере информации, а при увеличении появляются артефакты, так называемая «пикселизация», связанная с тем, что построение увеличенной копии осуществляется за счет копирования уже существующих пикселей. В итоге из одного пиксела получаются целые фрагменты изображения, не несущие какой-либо новой информации. При помощи различных математических процедур обработки изображения пикселизацию можно так или иначе сгладить, замаскировать, но избавиться от артефактов невозможно.

Достоинства растровой графики:

– растровая графика позволяет создать (воспроизвести) практически любой рисунок, вне зависимости от сложности;

– распространённость;

– высокая скорость обработки сложных изображений;

– растровое представление изображения естественно для большинства устройств ввода-вывода графической информации, таких как мониторы (исключая векторные), матричные и струйные принтеры, цифровые фотоаппараты, сканеры и т.д.;

– фотореалистичность (в этом смысле растровую графику, в противоположность векторной, можно назвать естественной).

Недостатки:

– большой размер файлов с простыми изображениями. Полный объем файла для хранения точечного изображения определяется произведением его площади на разрешение и на глубину цвета, что в итоге приводит к довольно массивным объемам обрабатываемой информации;

– потери при изменениях;

– трудности с печатью на плоттере (это связано с векторным принципом работы устройства).

 

Фрактальная графика

Фрактал – объект, отдельные элементы которого наследуют свойства родительских структур. Иными словами, это геометрическая фигура, обладающая свойством самоподобия, то есть составленная из частей, каждая из которых похожа на всю фигуру целиком. Каждый фрагмент фрактала при уменьшении масштаба повторяется, таким образом масштабирование изображения можно производить практически бесконечно.

Характерно, что детальное описание элементов меньшего масштаба происходит по простому алгоритму, поэтому описать такой объект можно всего лишь несколькими математическими уравнениями.

Фракталы позволяют описывать целые классы изображений на основе небольшого количества данных. Широкое применение они нашли в компьютерной графике для построения изображений самоподобных природных объектов, таких, как деревья, кусты, горные ландшафты, поверхности морей и так далее. Существуют алгоритмы сжатия произвольных изображений, основанные на идее о том, что вместо самого изображения можно хранить систему уравнений и коэффициентов, описывающих образ, максимально похожий на изображение. Однако этот подход весьма сложен и до настоящего времени малораспространен.

Первые примеры самоподобных множеств с необычными свойствами появились в XIX веке. Сам термин «фрактал» был введён математиком Бенуа Мандельбротом в 1975 году и получил широкую популярность в 1977 году с выходом его книги «Фрактальная геометрия природы».

Фракталы широко применяются:

– в экономике при анализе состояния биржевых рынков;

– в естественных науках при моделировании нелинейных процессов, таких, как турбулентное течение жидкости, сложные процессы диффузии–адсорбции, пламя, облака и т. п.;

– при моделировании пористых материалов, например, в нефтехимии;

– в биологии для моделирования популяций и для описания систем внутренних органов (система кровеносных сосудов);

– в литературе;

– в радиотехнике при проектировании некоторых антенн и т.д.

 

Трёхмерная графика (3D)

Трёхмерная графика оперирует с объектами в модельном трёхмерном пространстве. Обычно результаты представляют собой плоскую картинку, т.е. проекцию трехмерного изображения на плоскость. При этом начальное изображение может как соответствовать объектам из реального мира (автомобили, здания, ураган, астероид), так и быть полностью абстрактной (трехмерная проекция четырёхмерного фрактала).

Для получения трёхмерного изображения на плоскости требуются следующие шаги:

– моделирование – создание трёхмерной математической модели сцены и объектов в ней, построение каркасов объектов;

– рендеринг (визуализация) – «натягивание текстур», или размещение плоских изображений, на каркасы в соответствии со структурой каркасов, обсчет параметров освещения, теней и т.д. в соответствии с выбранной физической моделью;

– проецирование полученной трехмерной сцены на плоскость согласно выбранному углу обзора и вывод полученного изображения на устройство вывода – дисплей или принтер. Причем в последнее время, в связи с попытками создания 3D-дисплеев и 3D-принтеров, проецирование на плоскость может оказаться не обязательным.

Трёхмерная компьютерная графика широко используется в системах автоматизированного проектирования, архитектурной визуализации, печатной продукции, науке, промышленности, кинематографе, телевидении и в компьютерных играх.

 

Кодирование цвета

Для передачи и хранения цвета в компьютерной графике используются различные формы его представления. В общем случае цвет представляет собой набор чисел, координат в некоторой цветовой системе. Существует несколько систем кодирования цвета, Наиболее распространены системы RGB (дисплеи) и CMYK (типографские работы). Есть и другие системы, их применение обусловлено относительной ограниченностью вышеприведенных.

Система кодирования цвета RGB (Red, Green, Blue – красный, зелёный, синий) – аддитивная цветовая модель, т.е. цвета получаются путём добавления (англ. addition) к черному. Иначе говоря, если черный экран освещать прожекторами разных цветов, то при наложении освещений цвета будут математически складываться. Изменяя интенсивность того или иного канала, можно получить широкую гамму оттенков. При смешении всех трёх цветовых компонентов с одинаковой интенсивностью получается серый цвет, при максимуме – белый.

В телевизорах и мониторах применяются три электронных пушки (светодиода, светофильтра) для красного, зелёного и синего каналов. Система RGB оптимальна для дисплеев, поскольку при отсутствии лучей их экран темный.

Однако в случае, когда осуществляется печать на бумажный носитель, модель RGB не подходит, поскольку в данном случае основа является белой. Для таких ситуаций используется другая цветовая модель – CMYK.

Система кодирования цвета CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, blacK – голубой, пурпурный, желтый, черный; произносится «цмик, смик, симак») – субтрактивная (вычитаемая) схема формирования цвета, используемая в полиграфии. Эти цвета получаются, если вычесть из белого три первичных цвета – RGB. Кроме того, несмотря на то, что чёрный цвет можно получать смешением в равной пропорции голубого, пурпурного и жёлтого красителей, по ряду причин такой подход обычно неудовлетворителен, поэтому для черного цвета применяют отдельный краситель.

Существуют также другие цветовые модели, например, индексированные палитры CGA и EGA, модели XYZ, YUV, YCbCr и др.

Как правило, интенсивность цвета во всех моделях задается числом. Может использоваться как доля от максимальной интенсивности (проценты 0-100 или дробное значение от 0 до 1), так и более корректный с точки зрения двоичного исчисления показатель, зависящий от количества памяти, выделяемой для хранения цветовой информации. Например,

 

Базы данных и СУБД

 

Основное назначение баз данных (БД) – хранение информации. Многие приложения для хранения данных применяют обычный текстовый, или плоский файл. Данные в плоском файле записываются и читаются как обычный последовательный текст. Главное преимущество использования плоских файлов – простота последовательных операций.

Однако при большом объеме хранимой информации этот подход оказывается неэффективным, поскольку, чтобы получить доступ к необходимому фрагменту сохраненной информации, нужно загрузить в память весь файл данных. Поэтому в этом случае используются файлы произвольного доступа. При этом задача осложняется необходимостью поддержки физической целостности файла данных. БД сохраняет большие объемы информации сложной структуры и высокой степени связанности, обеспечивая при этом возможности для эффективной манипуляции данными.

Термин база данных неразрывно связан с другим термином: система управления базами данных (СУБД). Система управления базами данных (СУБД) – совокупность программных и лингвистических средств, обеспечивающих создание, изменение и использование баз данных. На уровне СУБД реализуются операции с физическим представлением данных а для программиста или пользователя становится доступен интерфейс для манипулирования данными на логическом уровне.

БД и СУБД можно классифицировать следующим образом.

1. По месту расположения информационных ресурсов. В зависимости от решаемого круга задач и требований, выбирается одна из архитектур:

– централизованная (персональная);

– файл-серверная;

– клиент-серверная;

– клиент-сервер-серверная.

Централизованная архитектура: СУБД и БД размещаются и функционируют на одном компьютере, а пользователи получают доступ к БД, работая на этом же компьютере или через терминал.

В архитектуре файл–сервер база данных хранится на сервере, а СУБД устанавливаются на каждой ЭВМ. Производительность зависит от компьютера пользователя, при этом для передачи данных значительно загружается вычислительная сеть.

В архитектуре клиент–сервер БД хранится на сервере, а СУБД подразделяется на две части – клиентскую и серверную.

Технология клиент–сервер это такой способ организации работы программ, когда хранение и доступ к ресурсу обеспечивает одна программа (сервер), а взаимодействие с пользователем – другая (клиент). При этом клиент и сервер не только могут работать на разных компьютерах сети, но и в разных операционных системах, и даже быть выпущенными разными производителями. Необходимо лишь, чтобы они поддерживали один и тот же протокол взаимодействия (комплекс правил обмена информацией). Такой подход позволяет обеспечить совместный доступ к ресурсам большого количества пользователей, а также очень гибко распределить нагрузку между работающими в сети клиентами, и одним мощным центральным сервером.

С целью еще большей оптимизации потоков данных по сети применяется трехуровневая архитектура: тонкий клиент–сервер приложений–сервер БД. Тонкий клиент обеспечивает взаимодействие с пользователем, вся прикладная обработка выносится на сервер приложений, который также обеспечивает формирование запроса к серверу БД. При этом сервер базы данных и сервер приложений могут функционировать в различных операционных системах. Такая схема широко используется в интернете, поскольку зачастую требуется выполнить несколько десятков, сотен, а то и тысяч запросов в течение нескольких секунд.

2. По модели данных. В основе любой СУБД лежит определенная модель данных.

Модель данных – это правила представления и обработки данных в системе управления базами данных, которые включают, как минимум, методы описания типов и логических структур данных в базе данных, методы манипулирования данными, а также методы описания и поддержки целостности базы данных.

Наиболее широко используются следующие модели данных:

– иерархическая, строится по принципу иерархии типов объектов, т. е. один тип объекта является главным, а остальные, находящиеся на низших уровнях иерархии, – подчиненными. Данные организуются в виде иерархической структуры. Достоинством иерархической модели является простота понимания и использования. Недостатки модели – громоздкие структуры при сложных БД и, как правило, хранение избыточных данных;

– сетевая модель имеет меньше ограничений, чем иерархическая. Любой объект может быть и главным, и подчиненным, может участвовать в любом числе взаимосвязей. Достоинство модели – простота реализации часто встречающихся в реальном мире взаимосвязей, закладываемых в БД. Основной недостаток сетевой модели состоит в сложности управления такими данными, а также возможной потере независимости данных при реорганизации БД.

Иерархическая и сетевая модели данных стали применяться в системах управления базами данных в начале 60-х годов XX века. В начале 1970-х годов была предложена реляционная модель данных;

– реляционная модель представляет объекты и взаимосвязи между ними с помощью двумерных таблиц. Взаимосвязи также выступают в качестве объектов. Достоинством реляционной модели является простота работы пользователя с моделью. Некоторый недостаток модели – при небольших размерах БД реляционные системы работают медленнее систем, базирующихся на сетевой или иерархической модели данных.

Кроме трех вышеописанных, используются несколько более сложных моделей баз данных, такие как объектно-иерархические, объектно-реляционные, многомерные и т.д. Они ориентированы на работу со сложными структурами данных.

 

Электронные таблицы

 

Некоторое сходство с реляционными СУБД имеют электронные таблицы. Электронная таблица (ЭТ) позволяет хранить в виде двумерной таблицы большое количество исходных данных. Таблица позволяет задавать математически и логически вычисляемые выражения с использованием этих данных, а также использовать результаты таких вычислений в других выражениях. При изменении исходных данных все результаты автоматически пересчитываются. Таким образом, электронные таблицы не только автоматизируют расчеты, но и являются эффективным средством моделирования различных вариантов и ситуаций. Меняя значения исходных данных, можно следить за изменением получаемых результатов и из множества вариантов решения задачи выбрать наиболее приемлемый.

 

Сетевые приложения

 

Под сетевыми программами следует понимать такое программное обеспечение, которое обеспечивает работу пользователя с данными в компьютерной сети, например, доступ к общей базе данных, просмотр сайтов в интернете, передача файлов, обмен сообщениями и т.д.

Область сетевых приложений относительно молода, поэтому довольно трудно дать более или менее корректную классификацию.

1. По организации:

– чисто сетевые, разработаны для применения в сетях. Использование их на отдельных компьютерах не имеет смысла;

– обособленные, могут работать и на отдельном компьютере, не подключенном к сети, но для полноценного использования желательно подключение к сети. Сюда также относятся изначально несетевые приложения, но перестроенные для работы в сетях с целью расширения функциональности.

2. По назначению:

– веб-браузеры;

– почтовые приложения;

– программы загрузки файлов;

– программы управления данными;

– социальные приложения;

– сетевые утилиты.

3. По масштабу:

– для локальных сетей, разработаны с целью максимального использования ресурсов локальных сетей, т.е. недалеко расположенных, включая сетевые принтеры и факсы, файловые хранилища и т.д.;

– для глобальных сетей, учитывают, что между абонентами может быть большое расстояние (до нескольких тысяч км) и низкокачественные линии связи.

4. По способу взаимодействия:

– оффлайновые, устанавливают связь с другим компьютером на промежуток времени, достаточный для полного обмена информацией, после чего связь разрывается, а полученные данные можно просмотреть без подключения к сети;

– онлайновые, подразумевают постоянный обмен данными с удаленным компьютером, подгружают нужную информацию по мере необходимости, поэтому требуют постоянное наличие связи.

5. По месту применения:

– клиентские, работающие на стороне клиента, т.е. на компьютере пользователя;

– серверные, работающие на стороне удаленного ресурса, обеспечивающие своевременное и корректное предоставление информации.

 

Веб-браузер – программное обеспечение для просмотра веб-сайтов, а если точнее, то комплексное приложение для обработки и вывода разных составляющих веб-страницы и предоставления интерфейса между веб-сайтом и его посетителем.

Первый веб-браузер NCSA Mosaic появился в 1993 г. и был предназначен в первую очередь для просмотра компьютерной документации, составленной в соответствии с форматом данных HTML. Однако возможность открывать такие файлы не только с локального компьютера, но и по сети, а также неограниченно переходить по гиперссылкам была высоко оценена пользователями. В 1994 г. появился браузер Netscape Navigator, предложивший несколько нововведений, благодаря которым в текстовые страницы стало возможным помещать рисунки, таблицы, использовать шрифты разных размеров и цветов. Эти два события привели к бурному развитию технологии, которая получила название WWW – World Wide Web, с которой сегодня не совсем корректно отождествляют интернет.

Электронная почта (англ. e-mail, от electronic mail) – технология и предоставляемые ею услуги по пересылке и получению электронных сообщений по распределённой компьютерной сети. По составу элементов и принципу работы электронная почта практически повторяет систему обычной бумажной почты, заимствуя как термины (почта, письмо, конверт, вложение, ящик, доставка и другие), так и характерные особенности – простота использования, задержка передачи сообщений, раздельные сервисы для получения и отправки писем, отсутствие гарантии доставки и т.д. Вероятно, электронную почту можно назвать самым старым сетевым сервисом – первая программа для пересылки электронных писем была написана в 1965 г. При этом ее популярность неизменно остается на высоком уровне.

Достоинствами электронной почты являются:

– легко воспринимаемые и запоминаемые адреса;

– возможность передачи как простого текста, так и форматированного;

– возможность передачи произвольных файлов;

– независимость серверов получателя и отправителя;

– достаточно высокая надёжность доставки сообщения;

– простота использования человеком и программами.

Недостатки электронной почты:

– массовые рекламные и вирусные рассылки (спам);

– невозможность гарантированной доставки письма;

– возможные задержки доставки сообщения;

– ограничения на размер одного сообщения и на общий размер сообщений в почтовом ящике.

Программы загрузки файлов предназначены для загрузки файлов из сети на компьютер пользователя или наоборот. В отличие от браузеров, в их задачу не входит интерпретация содержимого файлов, а только надежное получение или отправка файла целиком. При этом чаще требуется загрузить файл из сети на компьютер пользователя, поэтому во многих случаях обратный вариант даже не предусматривается.

Можно выделить следующие типы таких программ:

– программы простой загрузки файлов. Предназначены для получения конкретного файла с конкретного сетевого ресурса, или наоборот – загрузки его на ресурс. Используются в основном в локальных сетях, но нередко входят в состав веб-браузеров;

– программы распределенной загрузки файлов. Умеют разделять файл на фрагменты и загружать его в несколько потоков, причем допускается, что разные потоки могут ссылаться на разные ресурсы. Такой подход может в несколько раз увеличить скорость загрузки файла, особенно если ресурсы устанавливают ограничение на скорость доступа к ним;

– клиенты файлообменных сетей. Позволяют отыскивать файлы в файлообменных сетях по определенным критериям и загружать их на компьютер. Как правило, поддерживают распределенную загрузку. Обычно одним из условий возможности загрузить файл является дальнейшее предоставление его для постороннего доступа, таким образом обеспечивается увеличение количества доступных ресурсов;

– торрент-клиенты – модификация файлообменных сетей, при которой т.н. «торренты» – файлы со сводной информацией о самом файле и список ресурсов, с которых его можно получить, размещаются на сайте. Торрент-клиент загружает сначала этот файл-сводку, а затем, руководствуясь сведениями из него, загружает уже целевой файл или файлы. Основное отличие от файлообменных сетей в том, что в торрент-технологии предусмотрено очень строгое отслеживание распространения данных, что позволяет не только вести подробную статистику, но и ограничивать распространение файлов на начальном этапе.

Программы управления данными предназначены для манипуляции ресурсами на удаленном ресурсе. В это понятие можно включить как элементарные действия над файлами на удаленном компьютере без непосредственной загрузки на локальный, так и построение системы взаимообмена данными, использующей базы данных, специализированные программы, фрагменты веб-ориентированных приложений и т.д. Также к этому типу приложений можно отнести системы терминального доступа.

Социальные приложения – класс сетевых приложений, предназначенных для обеспечения сетевых взаимодействий типов «пользователь–пользователь», «пользователь–группа» и «группа–группа». Они позволяют осуществить такое взаимодействие на разных уровнях – текстовом, звуковом и визуальном, на разном уровне интеграции, с разным уровнем сервиса (дополнительной возможностью отправки абоненту файлов, оперативного переключения на другой уровень общения, либо подключения дополнительных абонентов и т.д.).

Сетевые утилиты – сетевые приложения, дающие пользователю различные дополнительные возможности по работе с сетью или сетевыми ресурсами. В основном это касается контроля за используемыми ресурсами, например, подсчета объема полученных данных (и, соответственно, их стоимости), проверки доступности ресурсов, мониторинга изменений на определенных сайтах и т.д. Количество и разнообразие сетевых утилит очень велико, от них в значительной степени зависит удобство и комфорт работы пользователя в сети.

 

Экспертные системы

 

Экспертные системы – это направление исследований в области искусственного интеллекта по созданию вычислительных систем, умеющих принимать решения, схожие с решениями экспертов в заданной предметной области. Как правило, экспертные системы создаются для решения практических задач в некоторых узкоспециализированных областях, где большую роль играют знания опытных специалистов.

Примером простейшей экспертной системы является руководство по поиску неисправностей, которое присутствует практически в любом руководстве по эксплуатации к современной бытовой технике.

Современные ЭС начали разрабатываться еще в 1970-е гг., наиболее широкое применение нашли в медицине, химии, юриспруденции. В общем случае ЭС состоит из базы знаний и правил анализа. База знаний содержит факты – статические сведения о некоторой предметной области, собранные группой специалистов. Правила анализа – это набор инструкций, применяя которые к известным фактам можно получать новые факты. При работе пользователя с экспертной системой она по этим правилам в диалоговом режиме анализирует ситуацию и, в зависимости от направленности ЭС, дает рекомендации по разрешению проблемы.

 

Гипертекстовые системы

 

Гипертекст – это форма организации текстового материала, при которой его элементы представлены не в линейной последовательности, а как система явно указанных возможных переходов, связей между ними. Следуя по этим связям, можно читать материал в любом порядке, образуя разные линейные тексты. Термин предложен в 1965 г. Тедом Нельсоном. Общеизвестным и ярко выраженным примером гипертекста служат веб-страницы – документы HTML, размещённые в Сети. В более широком понимании термина, гипертекстом является любая повесть, словарь или энциклопедия, где встречаются отсылки к другим частям данного текста, имеющие отношение к данному термину. В компьютерной терминологии гипертекст – текст, сформированный с помощью языка разметки, потенциально содержащий в себе гиперссылки.

Одним из примеров гипертекстовых систем являются системы машинного перевода.

Системы машинного перевода – программы, осуществляющие перевод текста с одного естественного языка на другой. Можно выделить:

– электронные словари, позволяют быстро найти нужное слово, часто с учётом морфологии и возможностью поиска словосочетаний, а также с возможностью изменения направления перевода (например, англо-русский или русско-английский). Как таковые представляют собой базу данных со словарными статьями, снабженную алгоритмом морфологического анализа;

– системы автоматизированного (полумашинного) перевода, при использовании такой системы сам процесс перевода осуществляется человеком, а программа контекстно предлагает переводы соответствующих слов, словосочетаний, а также производит анализ получаемого перевода на уровне доступных ей алгоритмов с целью недопущения явно некорректных синтаксических конструкций;

– системы контролируемого перевода построены на основе контролируемого языка на основе базы знаний. Они предусматривают определённые ограничения лексики, грамматики, семантики. Контролируемый входной язык используется для упрощения выражений исходного текста, чтобы повысить качество перевода. Такие системы приводят к наиболее качественному результату, однако требуют работы специалиста;

– системы машинного (автоматического) перевода полностью переводят текст с одного языка на другой без участия человека.

Существуют два принципиально разных подхода к построению алгоритмов машинного перевода:

– алгоритмический, основанный на формальных правилах построения предложений в разных языках. Сложность состоит в том, что для естественного языка такие правила формулируются с очень широкими допущениями, зачастую приводящими к большой трудности логического опознания смысла текста. При этом чем больше текст, тем большую сложность для перевода он представляет;

– статистический, основанный на сравнении больших объёмов языковых пар. Языковые пары – небольшие тексты, содержащие завершенные предложения на одном языке и соответствующие им предложения на втором. Чем больше языковых пар имеется в распоряжении и чем точнее они соответствуют друг другу, тем лучше результат перевода. Сегодня использование систем, реализующих такой подход, неразрывно связано с постоянным доступом к интернет-ресурсам, на которых имеются базы данных с языковыми парами.

Следует отметить, что в большинстве случаев прямой автоматический перевод между двумя произвольными языками недоступен. Однако он реализуется двухэтапно: перевод с исходного языка на английский, перевод с английского языка на целевой. Очевидно, что результат подобного перевода должен быть рассмотрен крайне критически.

Приложения мультимедиа

 

Мультимедиа (multimedia; от лат. multum – много и media, medium – средоточие, средства, среда) – компьютерная технология, обеспечивающая возможность совместного создания, хранения и воспроизведения разнородной информации, включая текст, звук и графику (в том числе движущееся изображение и анимацию). Характеристикой мультимедийных систем является качество воспроизведения всех составляющих данных, а также возможность их взаимосвязанного или взаимодополняющего использования. Например, сочетание видеоряда с текстом и звуковым сопровождением.

Впервые термин «мультимедиа» появился в 1965 году и активно использовался вплоть до конца семидесятых годов для описания экстравагантных для того времени театрализованных шоу, использующих разные виды и формы представления информации: слайды, кино, видео, аудио фрагменты, световые эффекты и живую музыку. В конце 70–начале 80-х годов под мультимедиа понимали представления, основанные на статических или динамических изображениях одновременно от нескольких проекторов, сопровождавшихся звуком или живой музыкой.

На сегодняшний день под «мультимедиа» часто понимают одновременное использование различных форм представления информации и ее обработки в едином объекте-контейнере. Например, в одном объекте-контейнере может содержаться текстовая, звуковая, графическая и видео информация, а также, возможно, описание способов интерактивного взаимодействия с ней. Термин мультимедиа используется также и для обозначения аппаратного обеспечения, предназначенного для воспроизведения этой информации. В целом, комплекс аппаратных и программных средств мультимедиа позволяет пользователю работать в интерактивном режиме с разнородными данными, организованными в виде единой информационной среды. Мультимедиа находит различное применение, включая образование, науку, медицину, производство, искусство и развлечения.

В производстве, особенно в машиностроении, мультимедиа применяется на стадии проектирования (автоматизированное проектирование). В медицине мультимедиа применяется в процессе обучения хирургов (виртуальная хирургия). В науке мультимедиа используется для моделирования различных процессов. В искусстве примерами мультимедиа являются специальные эффекты в кино, компьютерная мультипликация, трехмерная графика. В области развлечений примером мультимедиа являются компьютерные игры. Различные компоненты мультимедиа могут объединяться в общий комплекс, называемый виртуальным миром. Эта методика используется в некоторых играх, а также тренажерах полета для обучения пилотов.

Можно выделить следующие разновидности мультимедиа:

– гипермедиа (hypermedia) – расширение понятия гипертекст на мультимедийные (в том числе аудио, трехмерные графические, анимационные) виды организации структур записей данных;

– интерактивная мультимедиа (interactive media) – система, обеспечивающая возможность произвольного управления видеоизображением и звуком в режиме диалога;

– реальное/живое видео (live video) – характеристика системы мультимедиа с точки зрения ее способности работать в реальном времени;

– виртуальная и дополненная реальность.

 


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2019-03-29; Просмотров: 262; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.106 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь