[Alekseev_A.P.]_Informatika_2015(z-lib.org)

__________________________________________________________________________________

личие от обычной базы данных, в базе знаний хранятся не только факты, но и правила, которые позволяют вывести новые факты.

Факты и правила в ЭС не всегда бывают полностью истинными или безусловно ложными. Бывает, что существует некоторая степень неуверенности (сомнения) в достоверности факта или точности правила. В этих случаях факты и правила характеризуются "коэффициентами доверия".

Решатель (машина логического вывода) обеспечивает «рассуждающую способность», которая дает возможность экспертной системе формировать выводы, давать советы. Машина логического вывода может использовать различные стратегии поиска: прямой поиск «от фактов к цели» и обратный поиск «от цели к фактам». В первом случае ЭВМ ищет пути от исходного состояния проблемы к цели (т. е. к выводу или совету). Во втором случае, начав с цели (результата), ЭВМ пытается доказать (или опровергнуть) истинность результата.

Рассмотрим особенности экспертных систем.

1.Конкретная ЭС ограничена определенной предметной областью.

2.ЭС способна рассуждать при сомнительных исходных данных.

3.ЭС способна объяснить цепочку сделанных ею «рассуждений».

4.Факты и программа формирования выводов отделены друг от дру-

га.

5.ЭС строится так, чтобы имелась возможность её постепенного наращивания (расширения) и модернизации.

6.В результате работы ЭС формируется диагноз, рекомендация,

совет, как нужно поступать в конкретной ситуации.

Экспертные системы имитируют процессы принятия решения людь- ми-экспертами, и в состоянии компетентно решать сложные проблемы. Кратко опишем некоторые ЭС, что позволит еще раз наглядно представить сферы использования «электронных советников».

Экспертная система MYCIN (Стэндфордский университет) — одна из первых и наиболее известных ЭС. Она разработана в середине 70-х годов ХХ столетия. Система предназначена для диагностики инфекционных за-

болеваний.

В 1975 г. в Гейдельбергском и Дармштадтском университетах была разработана одна из первых юридических ЭС — JUDITH, позволявшая юристам получать экспертные заключения по гражданским делам.

Экспертная система INTERNIST диагностирует несколько сотен болезней с точностью, которая сопоставима с точностью диагноза, сделанного квалифицированным врачом.

PROSPECTOR — экспертная система, которая помогает геологам в поиске новых полезных ископаемых. На основании информации, введенной в ЭВМ с географических карт, из обзоров и ответов на вопросы, которые задаются геологам, PROSPECTOR предсказывает местоположение новых

232 Экспертные системы

__________________________________________________________________________________

залежей. Использование этой системы позволило обнаружить залежи молибдена в Британской Колумбии.

Система TIMM (разработчик General Research) оказывает помощь военному пилоту вертолета во время боевых действий.

Экспертная система Management Advisor (консультант менеджера) разработана фирмой Paladin Software, Inc. в 1986 г. Система помогает руководителю в планировании своей коммерческой деятельности.

Система XCON (Carnegie-Melon University) предназначена для определения конфигурации компьютеров при их продаже. Покупатель заказывает ЭВМ с определенными характеристиками, а ЭС позволяет оптимально подобрать комплектующие блоки (тип дисплея, объем ОЗУ, тип процессора, тип звуковой карты, объем видеопамяти и т. п.).

Экспертная система EXPERTAX (Coopert and Lybrand) готовит реко-

мендации ревизорам и налоговым инспекторам в подготовке расчетов по налогам и подготовке финансовых деклараций. База знаний отражает опыт свыше 20 экспертов.

Рассмотрим кратко порядок работы с медицинской экспертной системой Интернист (INTERNIST), предназначенной для диагноза болезней.

Основная идея работы этой ЭС состоит в следующем.

Для каждой болезни эксперты (опытные врачи) заносят в базу знаний характерный набор симптомов. Затем пользователь (например, пациент или молодой врач) вводит конкретные симптомы неизвестной болезни, и ЭС по наибольшему числу совпадений ставит диагноз.

После запуска программы, «начиненной» знаниями опытных врачей, на экране появится Главное меню.

Первоначально в Главном меню выбирается пункт «Ввод симптомов», который позволяет получить доступ к следующему меню.

В меню «Ввод симптомов для интерпретации» последовательно выбираются 25 групп симптомов (глаза, уши, шея, горло и т. д.), с помощью которых впоследствии придется вводить множество симптомов болезней.

Каждый из 25 пунктов этого меню позволяет детально описать признаки болезни каждого органа.

__________________________________________________________________________________

На следующем рисунке показан фрагмент пользовательского интерфейса, с помощью которого пользователь описывает симптомы заболевания дыхательных путей (пункт 22 предыдущего меню).

Открывая каждый из 25 пунктов меню «Ввод симптомов для интерпретации», пользователь заносит в ЭС все симптомы болезни и результаты проведенных анализов, значение температуры, давления и т. д.

После этого в Главном меню выбирается пункт «Анализ симптомов»,

иЭС ставит диагноз пациенту, указывая несколько возможных заболеваний

впорядке убывания их вероятности. Например, как на предыдущем рисунке.

Цифры справа показывают, сколько введенных пользователем признаков совпадают с действительными признаками данной болезни. Естественно, что окончательное решение о характере заболевания будет принимать врач,

а ЭС выступает лишь в роли советника, подсказывающего возможные варианты.

234 Мультимедиа

__________________________________________________________________________________

6.10. Мультимедиа

…многие пророки и цари желали видеть, что вы видите, и не видели, и слышать, что слышите, и не слышали.

Новый завет. От Луки. 10:24

Мультимедиа — это информационная технология, позволяющая одновременно (или последовательно) отображать документы, содержащие текст, неподвижные изображения, а также видеофильмы (видеоклипы), анимированные объекты и звуки.

Мультимедиа позволяет синхронно воздействовать на слух и зрение человека, тем самым повышая объем передаваемой в единицу времени информации. В переводе с английского языка термин «мультимедиа» означает «много сред» (текст, звук, видео, графика).

Мультимедиа способна объединять текст, звуки, музыку, речь, видеоизображение, фрагменты художественных и документальных фильмов, видеоклипы, телевизионное изображение, анимацию, мультипликацию, диаграммы, карты, таблицы, рисунки, картины, фотографии, слайды, схемы, чертежи и т. п. За счет такого объединении формируется красочная интерактивная программа, художественная реклама, презентация, интерактивная энциклопедия, обучающая программа, словарь, электронная книга, Webстраница, игра, сказка и т. п.

Мультимедиа стала широко распространённой технологией, и она очень естественно вписалась в большинство компьютерных приложений.

Заметим, что пока не существует четко сформулированного понятия «мультимедиа». Во многих литературных источниках начальное представление о мультимедиа авторы дают путем описания существующего программного обеспечения, аппаратного состава мультимедийных компьютеров и области их использования.

Мультимедийные компьютеры порой называют мультимедиасистемами. Мультимедиа-системы успешно применяются в сфере образования (в том числе при дистанционном и заочном обучении), в издательской деятельности (электронные книги, журналы, справочники, энциклопедии), в бизнесе (реклама, презентации), в информационных центрах (библиотеки, музеи), в индустрии развлечений и т. д.

По установившимся в настоящее время представлениям, мультимедийный компьютер в своей минимальной конфигурации (помимо стандартных блоков) должен обязательно содержать звуковую карту и звуковые колонки (или головной телефон). Перечень дополнительных устройств, кото-

Мультимедиа 235

__________________________________________________________________________________

рые могут быть подключены к мультимедийному компьютеру, чрезвычайно широк.

Чаще других упоминается проигрыватель лазерных дисков, микрофон, MIDI-клавиатура для электромузыкального инструмента (синтезатора), телевизионный адаптер.

Кроме того, к компьютеру порой подключают следующие устройства: аналоговоцифровые и цифроаналоговые преобразователи для перевода непрерывных аудио- и видеосигналов в цифровой эквивалент и обратно, декодеры для взаимного преобразования телевизионных сигналов различных стандартов.

Обратим внимание на то, что технология мультимедиа стремительно проникает во все виды программного обеспечения и поэтому бывает трудно выделить чисто мультимедийное программное обеспечение. Например, в операционных системах семейства MS Windows некоторые происходящие события дублируются специальными звуками, а при работе в глобальной сети Интернет

одновременно с текстовыми сообщениями можно наблюдать анимацию, графические образы и слушать музыку.

Технология мультимедиа позволяет по желанию пользователя последовательно превращать компьютер в домашний кинозал, магнитофон (диктофон), аудиосистему, электромузыкальный инструмент, кинопроектор фильмов на оптических дисках, телевизионный или радиоприемник, тренажер или интерактивный учебный комплекс, караоке (устройство для пения под музыкальное сопровождение), LCD-проектор для показа слайдов во время доклада. Данная технология обеспечивает подключение к ЭВМ видеокамеры, видеомагнитофона, цифрового фотоаппарата. Полученные изображения можно фиксировать в памяти компьютера.

Такие преобразования компьютера в каждом конкретном случае открывают перед пользователем новые возможности. Например, позволяют выделять интересные кадры из фильмов или телевизионных передач (с целью их последующего редактирования и использования), изменять темп или тональность звучания музыкальных произведений, самостоятельно задавать состав инструментов музыкальных ансамблей, по своему усмотрению устанавливать громкость звучания каждого инструмента, изменять спектр записанного с помощью микрофона голоса диктора.

236 Мультимедиа

__________________________________________________________________________________

Видеоизображение, полученное с помощью видеокамеры, вводится в ЭВМ уже в оцифрованном виде. Это даёт возможность при монтаже видеофильма использовать множество разнообразных приемов обработки цифровой информации: микширование (смешивание) отдельных фрагментов с использованием эффектов смещений, наплывов, шторок, просвечивания одного изображения сквозь другое; разно-

образные преобразования цветов — соляризация (частичный негатив), хромакей (замена одного цвета другим), формирование полностью негативного изображения. Компьютер позволяет изобразить проплывание одного изображения по другому, обтекание изображением трехмерного объекта, размещать на одном экране сразу несколько видеоклипов, формировать титры.

С помощью мультимедийного компьютера можно смонтировать звуковые фрагменты в единую фонограмму. Программы аудиомонтажа позволяют соединять (микшировать) различные каналы в общую запись (аккомпанемент и голос), склеивать различные куски фонограмм, применять разнообразные эффекты — дилэй (временные задержки), хорусы (эффект расстройки инструмента), флэнжеры (фазовращения), реверберацию (эхо), применять коррекцию тембра и т. д.

Мультимедийный компьютер можно снабдить клавиатурой клавишного музыкального инструмента. Исполненное музыкантом произведение может быть записано в память компьютера, а затем отредактировано: заменены неверно сыгранные ноты, изменены длительности пауз, скорректированы темп и громкость, добавлены нужные звуковые эффекты.

Музыкальные редакторы позволяют записывать музыкальные произведения на экране монитора с помощью стандартного нотного стана и нот, которые при желании можно вывести на принтер. Записанное в память произведение легко воспроизвести в автоматическом режиме. При этом в качестве солирующих и аккомпанирующих инструментов выбирают любой инструмент из сотни инструментов, которые способен имитировать компьютер.

Мультимедиа 237

__________________________________________________________________________________

Музыкальные компьютеры, оснащенные профессиональным оборудованием, используются композиторами для сочинения и аранжировки новых произведений. Эти системы позволяют вживлять в синтезированную музыку «живое» исполнение на традиционных инструментах. Для записи «живого» инструмента или голоса солиста мультимедийные компьютеры комплектуют микрофоном и преобразователем аналогового сигнала в цифровой (АЦП).

Для начинающих музыкантов разработаны программы для обучения игры на гитаре, фортепиано и т. д.

Современные мультимедийные компьютеры позволяют формировать не только стереофоническое звучание, но и обеспечивают эффект окружающего звука — английское название: система Dolby Surround. Для ее реализации требуется специальная звуковая плата и 4—6 громкоговорителей.

В технологии мультимедиа пользователю отводится активная роль. По своему желанию он может менять сценарий происходящего события, выводить дополнительную информацию, изменять солирующий музыкальный инструмент, выбирать номер телевизионного канала, указывать привлекательные разделы статьи и т. д.

Возможность легкого копирования отдельных кадров и целых фрагментов телевизионных передач представляет интерес для людей различных специальностей, в частности для журналистов.

Современные компьютеры и быстрое распространение технологии мультимедиа, вероятно, навсегда изменят психологию людей, которые занимаются поиском и изучением необходимой информации. Громадные скорости поиска и разнообразие форм представления найденной информации, одновременное воздействие на несколько органов чувств человека делают эту технологию привлекательной для разных слоев населения.

Подтверждением этой мысли являются великолепно исполненные мультимедийные энциклопедии, которые становятся достойными конкурентами традиционным книгам на бумажном носителе. Все большее число людей стремится иметь в своем распоряжении копии картин из художественных галерей, справочные материалы, которые хранятся в цифровом виде.

Рассматриваемая информационная технология позволяет коллекционировать лучшие художественные фильмы, просмотр которых может сопровождаться прослушиванием объемной звуковой картины. Известный герой писателя А.Милли медвежонок Вини Пух говорил: «Само дерево жужжать не может. Значит, тут кто-то жужжит…». В мультимедийных системах «жужжать» могут пять колонок (они формируют объемный звук) и сабвуфер (для формирования низкочастотных звуков).

238 Мультимедиа

__________________________________________________________________________________

Изучение иностранных языков, географии, астрономии, математики, истории, освоение музыкальной грамоты, приобщение к сокровищам искусства и культуры — благодатные области приложения мультимедийных технологий.

Просмотр картин какой-либо картинной галереи в сопровождении классической музыки и комментария квалифицированного экскурсовода могут заинтересовать не только любителей, но и истинных ценителей живописи. При этом скульптуры можно будет рассматривать с разных точек. Кстати, заметим, что пользователь по своему усмотрению может выбрать язык комментариев (английский, французский, немецкий, итальянский и др.).

__________________________________________________________________________________

6.11. Виртуальная реальность

Термин «виртуальная реальность» можно определить, как информационную технологию, позволяющую пользователю в реальном времени находиться и перемещаться в иллюзорном трехмерном пространстве (вверх, вниз, вправо, влево, вглубь, наружу).

Можно считать виртуальную реальность дальнейшим развитием технологии мультимедиа. При этом оказывается воздействие на многие органы чувств пользователя (слух, зрение, тактильные ощущения, вестибулярный аппарат). Впервые технология виртуальной реальности (ВР) была использована для обучения военных летчиков.

Виртуальная реальность позволяет создать для медицинских работников иллюзию реально проводимой хирургической операции. Архитектор может рассмотреть интерьер и внешний вид спроектированного им здания. Конструктор или инженер могут создавать трехмерное изображение объекта и испытывать созданную модель, находясь внутри неё.

Виртуальный музей позволяет посетителям увидеть любой экспонат коллекции в трехмерном виде и с разных сторон. Имитация танкового боя дает экономию средств военным ведомствам за счет отказа от проведения реальных маневров.

ВР применяется при тренировке летчиков, космонавтов и спортсменов. Разработан специальный тренажер, имитирующий спуск на спортивных санях. Спортсмены могут, не выходя из здания, опробовать любые трассы и пройти подготовку к соревнованиям.

ВР является одним из захватывающих средств развлечений. Например, во время моделирования полета в космическом корабле

происходят столкновения с астероидами и нападения инопланетян. Ускорение и замедление корабля имитируются перемещениями кресла. Полет сопровождается звуковыми и световыми эффектами.

Имитация пикирования к земле или мертвая петля в маленьком спортивном самолете заставляют весь организм напрячься. Человек теряет связь с действительностью и чувствует себя парящим в кабине самолета над простирающимися до горизонта холмами и равнинами. Принцип имитации ускорений (перегрузок и силы тяжести) основывается на использовании управляемой центрифуги с независимым вращением по трем осям.

С помощью виртуального учителя есть возможность изучать боевые искусства и танцы.

Можно ожидать, что виртуальная реальность найдет широкое применение при изучении стереометрии, черчения, при решении конструкторских задач.

Технология ВР формирует трехмерное

канальные звуки, тактильные ощущения, воздействует на чувства равновесия. Напом-

смотрим технологию создания объемного изображения.

Расстояние между центрами зрачков человека обычно составляет 6—7 см, и каждый глаз по-разному видит объёмный объект (с разных точек обзора). Человек способен примерно определить размеры объектов, расстояние до объектов и их взаимное расположение, основываясь на различии двух изображений, воспринимаемых левым и правым глазом.

Для формирования стереоэффекта нужно для каждого глаза сформировать отдельное изображение. Технически создать иллюзию объемного изображения можно несколькими способами.

1.Перед каждым глазом помещается отдельный небольшой монитор. При этом на левом мониторе формируется изображение для левого глаза, а на правом мониторе — изображение для правого глаза. Таким образом, изображения для двух глаз разделены в пространстве.

Этот способ технически реализуется с помощью шлема, содержащего два дисплея. Таким образом, два канала передачи изображения разделены в пространстве.

2.Перед глазами помещаются жидкокристаллические фильтры, которые с большой частотой в противофазе закрывают либо открывают обзор. В это время изображение формируется на единственном большом мониторе, на котором синхронно с работой фильтров появляется изображение поочередно для левого или правого глаза. Другими словами, этот способ можно описать так: правый фильтр закрывается (становится непрозрачным), когда на дисплее появляется изображение для левого глаза, и наоборот. Этим осуществляется временное разделение формирования изображения для двух глаз. Как правило, два соседних кадра содержат изображения для разных глаз.

Этот способ технически реализуется с помощью жидкокристаллических очков и базируется на временном разделении передаваемых изображений.