1.2.1. Анализ графического наполнения спз - отношений

Первая часть работы связана с фрагментом СПЗ - отношений и заключается в определении графических представлений П - отношений по их символьному обозначению. Она реализует обращением к необходимым процедурам соответствия, т.е. вызовом соответствующих процедур. Примером обращения такого рода к СПЗ могут быть команды CALL LEFT, CALL NEAR, ... и т.п.

Текущее состояние сцены /а следовательно, и графическая интерпретация заданных отношений/ может быть отображено на дисплее посред­ством обращения к подпрограмме SEM, вызов которой осуществляется ко­мандой CALL SEM. Необходимо проверить графическую интерпретацию П - отношений различных типов /П - отношения направления и П - отношения расстояния/, при этом надо помнить, что все П - отношения формируются отно­сительно текущего состояния АР. Следовательно, вызову соответствующих процедур должны предшествовать команды, определяющие положение робота на сцене. Состояние АР будет определено после вызова процедуры ROBOT, которая задает все параметры АР и определяет его положение на сцене D₁. К таким параметрам относятся XR , УR - предельные размеры сцены; XS, УS - начальное положение робота; ХК, УК - конечное поло­жение АР; F - направление восприятия; Р - габаритные размеры робота.

1.2.2. Проверка инвариантности спз - отношений к произвольному перемещению робота

Вторая часть работы заключается в поверке инвариантности СПЗ - отношений к произвольному перемещению робота.

Вначале исследуется инвариантность П - отношений к параллельно­му перемещению АР. Для этого повторно реализуется обращение к процедурам, названным в подразделе 1.2.1 данной работы, но предварительно в подпрограмме ROBOT задаются новые координаты АР XS, YS /направление F при этом остается прежним/.

Инвариантность СПЗ - отношений к повороту проверяется обращением к указанным процедурам / П - отношениям типа НАПРАВЛЕНИЕ/, но с указа­нием нового направления восприятия Р. Координаты могут оставаться теми же, что и для предыдущего пункта.

Для проверки инвариантности СПЗ - отношений к произвольному перемещению необходимо обратиться к названным в данном подразделе процедурам, одновременно изменив, как местоположение робота /координаты XS , YS /, так и направление восприятия F.

Контрольные вопросы

1. Структура системы представления знаний робота.

2. Фрагмент СПЗ, отображающий пространственные отношения.

3. Инвариантность элементов СПЗ к произвольному перемещению.

4. Полнота и избыточность системы пространственных отношений.

5. Возможные модификации СПЗ - отношений.

Лабораторная работа № 2 подсистема ориентации автономного робота

Цель работы - проанализировать подсистему ориентации автономного робота.

2.1. Общие положения

В рамках описанной структуры ИО реализована подсистема ориентации АР. Назначение системы - восприятие /ПОНИМАНИЕ/ КУ, заданных на естественном языке /ЕЯ/, касающихся ориентации АР. По некоторому входному тексту, отображающему пространственные отношения, система должна сфор­мировать на заданной сцене соответствующие отношения с целью дальней­шего их использования для решения необходимых задач.

Подсистема ориентации базируется на фрагменте СПЗ, отображающем пространственные отношения, СНЗ - отношений представлена двумя классами отношений /НАПРАВЛЕНИЯ и РАССТОЯНИЯ/ и реализуется как на графическом, так и на лексическом уровнях. Наполнение СПЗ - отношений показано на рис, I.I, Каждый элемент обладает свойством инвариантности относитель­но произвольного перемещения робота на заданной сцене.

Входной текст /под текстом здесь понимается лишь фрагмент описания действительности, задающий пространственные отношения/ может быть представлен либо отдельным термином из соответствующего раздела СПЗ, либо их комбинацией /табл. 2.1/.

Таблица 2.1

п/п	Примеры пространственных отношений
I	Недалеко впереди
2	Далеко впереди слева
3	Далеко прямо сзади
4	Впереди справа недалеко от А
5	Далеко впереди справа перед В
6	Далеко слева сзади за С

В соответствии со схемой ИО /см. рис. 3/ входной текст через канал коммуникации поступает в систему обработки текстовой информации.

Тематика текста ограничена лишь П - отношениями узкого класса, следо­вательно, для восприятия подобной информации нужно реализовать лишь небольшой соответствующий фрагмент модели языка. Эта часть должна функционально выполнять следующие операции: во-первых, распознавать и сравнивать термины входного текста с лексикой языковой части СПЗ; во-вторых, определять процедуру синтеза сложного П - отношения, представленного во входном тексте произвольной комбинацией базовых составляющих, в-третьих, определять начальные координаты формирования заданного отношения. После выполнения указанных операций на языковом уровне из СПЗ извлекаются необходимые процедуры соответствия, с помощью кото­рых на модели D₁ синтезируется отношение, определяемое входным текс­том. В общем случае формирование П - отношений может быть реализовано с учетом абсолютной или относительной системы отсчета.

Возможны следующие формы синтеза произвольного отношения.

A. Если входной текст содержит лишь один термин, соответствующий произвольному базовому элементу СПЗ - отношений, то формирование отношения сводится лишь к извлечению соответствующей процедуры из СПЗ и синтеза этого отношения на модели D₁ с учетом характеристик работа /его положения и направления восприятия/.

Б. Если входная информация представлена совокупностью двух терминов, относящихся к различным типам базовых отношений, формирование результирующего отношения определяется как пересечение областей, определяемых элементами входного текста. Исходные координаты формиро­вания каждого П - отношения тождественны друг другу и соответствуют по­ложению АР.

B. Если входной текст содержит комбинацию элементов класса НАПРАВЛЕНИЕ - НАПРАВЛЕНИЕ, предварительно следует синтезировать отношение, соответствующее данной комбинации, а затем воспользоваться ранее перечисленными возможностями для синтеза произвольного отношения. Отно­шение типа НАПРАВЛЕНИЕ - НАПРАВЛЕНИЕ может формироваться по типу обычного пересечения или пересечения динамического /рис. 2.1/.

Если в первом случае предполагается вычисление общей части двух П - отношений, сформированных относительно одной и той же исходной точ­ки /местоположения АР/, то динамическое пересечение предполагает использование многократной процедуры пересечения при условии изменения исходной точки формирования одного из элементов текста. Использование того или иного способа формирования отношения связано с выбором графи­ческой интерпретации базовых понятий.

Рис. 2.1. Процедура динамического пересечения при формировании пространственных отношений типа НАПРАВЛЕНИЕ - НАПРАВЛЕНИЕ /СЛЕВА - ВПЕРЕДИ/: а - исходные базовые отношения; б - процедура динамического пересечения;

F - направление восприятия робота; Fi - направление максимальной интенсивности первого отношения

Последовательность обработки входного текста /рис. 2.2/: на пер­вом этапе анализируется структура П - отношения, заданного входным текс­том. Здесь различают отношение простое и сложное /признаком последне­го является наличие разделительного знака */. В свою очередь, произвольное простое отношение может быть представлено либо в абсолютной системе отсчета /формирование отношения ведется относительно АР/, либо, в относительной /формирование отношения ведется относительно ука­занного в запросе объекта/. Для сложного П - отношения характерно совмест­ное /комбинированное/ использование обеих систем отсчета. На первом этапе формируется П - отношение относительно робота, а затем в синтезированном подпространстве формируется отношение уже относительно на­званного объекта.

Совокупность отдельных базовых элементов, возможность их использования в различных комбинациях, а также допустимость формирования П - отношений в различных системах отсчета - все это обеспечивает чрезвычайно богатые возможности задания пространственных отношений, пред­ставленных во входном тексте. Базовые элементы, перечисленные на рис. I.I, вследствие указанных возможностей комбинирования, позволяют отображать практически произвольные П - отношения, встречающиеся в задачах ориентации и перемещения.

В ходной текст

Анализ входного текста

п/п Анализ/

Простые с-мы отсчета

Абсолютная

Система отсчета /относительно робота /

Абсолютная

Система отсчета /относительно объекта /

Абсолютная

Система отсчета /относительно робота /

Формирование

П-отношения

/п/п Комп/

Формирование

П-отношения

/п/п Комп/

Формирование

П-отношения

/п/п Комп/

Отображение

П-отношения

/п/п СЕМ/

Системаотсчета относительно объекта

Отображение

П-отношения

/п/п СЕМ/

Формирование

П-отношения

/п/п Комп/

Отображение

П-отношения

/п/п СЕМ/

Рис. 2.2. Процедура формирования П - отношения по входному тексту: п/п АНАЛИЗ - подпрограмма, реализующая анализ входного текста, задающего пространственное отношение; п/п КОМП - подпрограмма, реализующая процедуру компоновки произвольного отношения по его составляющим; п/п СЕМ - подпрограмма, формирующая - графическое отображение отношения, задаваемого входным текстом

Задачей подпрограммы ориентации яв­ляется синтез произвольного П - отношения, заданного в рамках входного текста.

Структурно данная подпрограмма /определяемая в дальнейшем именем ТЕКСТ/ включает в себя основные составляющие: АНАЛИЗ, КОМП и СЕМ.

Подпрограмма АНАЛИЗ определяет общую структуру входного текста, и по наличию/отсутствию разделительного знака относит входной текст к разряду простого или сложного отношения. По наличию /отсутствию объекта в данном фрагменте отношения определяется его система отсче­та / абсолютная или относительная/ и вычисляются необходимые параметры, как-то: положение начала координат на заданной сцене, ориентация системы отсчета.

Подпрограмма КОШ реализует формирование фрагмента отношения на заданной сцене с учетом принятой /вычисленной/ системы отсчета.

Подпрограмма СЕМ реализует отображение фрагмента отношения на сцене. Последовательное обращение к процедуре СЕМ позволяет в динамике проследить процесс формирования и отображения пространственного отношения, зафиксированного во входном тексте.

Процедуры АНАЛИЗ, КОМП, СЕМ приведены в приложении. Помимо этого программа, ТЕКСТ включает в себя фрагмент СПЗ, содержащий набор базовых П - отношений /ВПЕРЕДИ, СЛЕВА, СПРАВА, СЗАДИ, ОКОЛО, ВБЛИЗИ, НЕДАЛЕКО, ДАЛЕКО, ПЕРЕД, ЗА/.

2.2. Программа работы

Цель выполнения настоящей работы - проанализировать возможные типы представления пространственных отношений в текстовой информа­ции, проследить основные этапы формирования и отображения этих отношений, определить основные направления использования рассмотренного класса П - отношений в задачах ориентации и перемещения робототехнических систем.

2.2.1. Анализ процедуры формирования пространственных отношений

в абсолютной системе отсчета

Абсолютная система формирования П - отношений однозначно связана с АР и определяется его текущими координатами XS, УS и направле­нием восприятия внешней среды F. Задание начальных значений этих параметров осуществляется вызовом процедуры РОБОТ, которая определяет сцену и основные характеристики робота.

Задание запроса осуществляется в диалоговом режиме /при этом необходимо только предварительно указать длину предполагаемого запроса/. Фрагмент текста /запрос/, который определяет П - отношение в аб­солютной системе отсчета, может иметь произвольную длину, но не вклю­чать в себя разделительный знак и объект. Примерами подобного запроса могут быть выражения типа ВПЕРЕДИ СЛЕВА, НЕДАЛЕКО СЗАДИ СПРАВА, ДАЛЕКО СЛЕВА и т.п. П - отношение в этом случае формируется относительно положения робота XS , YS и направления F .

Процедура формирования отношений типа НАПРАВЛЕНИЕ – РАССТОЯНИЕ

Входной текст должен состоять из базовых отношений различных типов НАПРАВЛЕНИЯ и РАССТОЯНИЯ. Примером входного текста могут быть выраже­ния типа НЕДАЛЕКО СЛЕВА, ДАЛЕКО СПРАВА и т.п. Формирование П - отношения в этом случае осуществляется, применением процедуры пересечения к базовым элементам, определяемым составляющими входного запроса. Су­щественно отметить, что обе составляющие формируются в одной и той же абсолютной системе отсчета, определяемой параметрами XS , YS и F. Последовательное обращение к процедуре СЕМ позволяет просмотреть гра­фическую интерпретацию, как отдельных компонент отношений, так и его образ целиком.

Процедура формирования отношений типа НАПРАВЛЕНИЕ - НАПРАВЛЕНИЕ

К отношениям подобного класса, относятся отношения типа ВПЕРЕДИ СЛЕВА, СПРАВА СЗАДИ, СЛЕВА ВПЕРЕДИ и т.п. Особенность формирования данных отношений: графические представления составляющих не перекрывается между собой и использование процедуры пересечения к подобным элементам в чистом виде неприменимо. Однако существование таких от­ношений вполне реально и закономерно, следовательно, при формировании П - отношений данного класса должны применяться другие процедуры. Подоб­ная процедура в дальнейшем определяется как "динамическое пересечение" и сводится к тому, что первая составляющая отношения отображается в абсолютной системе отсчета /ХS, YS, F /, тогда как система отсчета для второго элемента является переменной и последовательно принимает значения XSi, YSi, Fi, где XSi, YSi - текущие координаты положения робота в направлении Fi, которое определяется направле­нием максимальной интенсивности первого базового отношения.

Пример реализации динамического пересечения дан на рис. 2.1. Картина представляется такой, будто зафиксировав первое отношение, робот перемещается в направлении его максимальной интенсивности, последовательно синтезируя каждый раз вторую составляющую. Сово­купная картина отображает отношение подобного класса. В этой части работы целесообразно проследить процедуру синтеза отношений для та­ких входных текстов, как ВПЕРЕДИ СЛЕВА, СЛЕВА ВПЕРЕДИ.

2.2.2. Процедура формирования П - отношений в относительной системе координат

Если входной текст представлен отношениями типа ВПЕРЕДИ А, ДАЛЕКО СЛЕВА ОТ А и т.п. /т.е. отношением с ссылкой на некоторый объект А, находящийся в поле зрения робота/, то формирование П - отношения должно реализовываться в относительной системе отсчета, определяемой параметрами ХА, УА , FA , где ХА; УА - координаты объекта А на заданной сцене; FA - направление, взятое от поло­жения робота XS , YS на объект А. Определив таким образом систему отсчета, формирование П - отношения в дальнейшем осуществляется так же, как это было в случае с абсолютной системой,

2.2.3.Процедура формирования сложного П - отношения /применение комбинированной cистемы отсчета/

В общем случае произвольное П - отношение, представляемое входным текстом, формируется с учетом как абсолютной, так и относительной систем отсчета. Обязательным при этом является жесткий порядок их взаи­модействия: вначале задается отношение в абсолютной системе, а затем в рамках синтезированного отношения формируется новое П - отношение, но уже в рамках относительной системы отсчета. Данный способ формирования П - отношения учтен в одной из ветвей п/п АНАЛИЗ; разделительный знак /*/ во входном тексте говорит о необходимости использования комбини­рованной процедуры формирования П - отношения. Первая часть отношения формируется в абсолютной системе отсчета / XS, УS, F / вторая - строится в системе / ХА, УА, FA /. Здесь XS, YS - текущие координаты робота; F - его направление восприятия внешней среды; ХА, УА - координаты объекта А, определяющего

относительную систему отсчета; FA - направление, взятое от робота на объект А.

Последовательное обращение к процедуре CEM позволяет просмотреть все этапы формирования отношения в. комбинированной системе отсчета. При выполнении данного пункта необходимо подать на вход системы ряд 'текстов соответствующего плана.

Контрольные вопросы

1. Структура произвольного П - отношения.

2. Системы отсчета при формировании пространственных отношений,

3. Формирование отношений типа НАПРАВЛЕНИЕ - НАПРАВЛЕНИЕ.

4. Формирование отношений типа НАПРАВЛЕНИЕ - РАССТОЯНИЕ.

5. Статическое и динамическое пересечения при формировании пространственных отношений.

6. Структура программы ТЕКСТ /подпрограммы АНАЛИЗ, КОШ, СЕМ/.

7. Проблема "понимания" текста и ее решение на примере действительности, ограниченной пространственными отношениями.

8. Возможные приложения рассмотренной системы формирования пространственных отношений в задачах ориентация и перемещения АР.