Проблемы проектирования интерактивных систем
За последние два десятилетия появился новый класс программных и технических средств – интерактивные системы (ИС). Эти системы позволяют в реальном времени получать информацию от датчиков технологических процессов и оператора, управлять процессом решения прикладной задачи, представлять полученные результаты оператору или управлять исполнительными механизмами и станками с ЧПУ. Интерактивные системы производят операции над графическими данными по созданию геометрических моделей, расчету процессов визуализации моделей объектов и соответствующих параметров.
Классификация интерактивных систем
По способу связности с различными внешними устройствами и человеком оператором интерактивные системы можно разделить на четыре класса (см. табл.1):
- системы, использующие традиционные средства взаимодействия пользователя с системой;
- системы со специальными устройствами ввода или датчиками технологических процессов;
- системы со специальными устройствами вывода;
- системы, одновременно использующие специальные устройства ввода и вывода.
Табл. 1
Во второй строке таблицы перечислены основные функциональные блоки систем. Для каждого класса знаком «+» отмечено наличие внешних устройств и соответствующих блоков, приведены примеры ИС.
К первой группе ИС относятся локальные автоматизированные системы проектирования, системы ситуационного моделирования, игровые системы и т.п. Ко второй – системы измерения и визуализации параметров технологических процессов. К третьей - программное управление исполнительными механизмами, станками с ЧПУ, графопостроителями, координатографами, фото плоттерами, устройствами стерео литографии. К четвертой - интегрированные системы проектирования и управления, системы безопасности и т.п.
Для проектирования и создания ИС требуются новые методы формализации процесса выбора их структуры, систематизации, стандартизации и согласования структур данных для обмена информацией внутри ИС и с внешней средой. Эти методы существенным образом определяют эксплуатационные характеристики создаваемых ИС.
Сложность проблемы выбора структурной организации ИС продемонстрируем на рис.1, где показан фрагмент некоторых возможных реализаций последовательно выполняемых операций. Все реализации для двух способов кодирования a1 и a2 представлены в виде пространственного графа, разделенного на части, выполняющие набор последовательных операций. Части пространственного графа далее будем называть локальными структурами (ЛС), а набор операций которые они выполняют - локальными алгоритмами (ЛА). Каждая ЛС представляется двумя плоскими графами (в виде вертикальных поперечных плоскостей на рисунке) и дугами, соединяющими вершины левых и правых плоских графов. Вершины графа соответствуют форматам и типам данных. Разнообразие форматов данных в ИС легко представить по [1]. Дуги графа ориентированы по направлению обработки информации, отображают возможные реализации и имеют весовые коэффициенты, соответствующие сложности реализации. Левая сторона пространственного графа является входом, правая – выходом. В дальнейшем такое представление структуры будем называть обобщенной моделью структуры.