Интерактивные графические системы

Очевидными недостатками такого подхода являются:

1. Недостаточная гибкость, связанная с тем, что заранее  фиксированный выбор "базисного  пакета" со сравнительно ограниченными  средствами может значительно  усложнить прикладную программу,  требующую функций, выходящих  за рамки "базисных".

2. Громоздкость, связанная с тем, что простота расширений в сочетании с недостаточной гибкостью провоцирует либо на создание множества подпрограмм по разному выполняющих схожие функции, либо на создание универсальных подпрограмм с большим числом разного рода дополнительных параметров для преодоления ограничений или неэффективностей.

  Несмотря на отмеченные  недостатки, можно уверенно утверждать, что создание пакетов графических  подпрограмм является основным  средством разработки графического  программного обеспечения.

 

3.4  Языки диалога

  Язык диалога, наряду  с прочими атрибутами, такими  как полнота, точность и скорость  решения задачи, является одной  из важнейших компонент прикладной  интерактивной системы.

  Обычно предполагается, что конечным пользователем интерактивной  системы является специалист  в некоторой предметной области,  решающий с помощью ЭВМ требуемую  задачу и взаимодействующий с  ЭВМ на языке предметной области  (входном языке).

  Входные языки существенно  отличаются от алгоритмических  языков как внешне, так и по  применению. Фразами такого языка  являются изображения и действия. Применение такого языка отличается  тем, что входные команды интерпретируются и исполняются по мере их поступления от пользователя, а не транслируются в объектный код и лишь затем исполняются. Наибольшее распространение получили два типа диалога - диалог инициируемый ЭВМ и диалог инициируемый пользователем. Диалог в этих случаях ведется в форме "запрос-ответ". При диалоге 1-го типа пользователь либо заполняет форму, выдаваемую на экран, либо выбирает одну из альтернативных возможностей (команд). При диалоге 2-го типа пользователь подает те или иные допустимые в данный момент времени директивы. Альтернативные языки более просты в обучении и использовании, поскольку не требуют знаний форматов и символики различных директив, действия более просты, так как нет необходимости полностью вводить фразу или директиву и не надо помещать выбранный элемент данных в определенную позицию формата.

  Различные аспекты  проблемы взаимодействия человек-ЭВМ  освещаются во многих работах.  Так, например, в [3]  сформулированы требования, которым должен удовлетворять диалоговый входной язык:

-эффективность, полнота,  естественность;

-расширяемость;

обеспечение обратной связи;

- устойчивость к ошибкам;

-адаптируемость к пользователю.

В сущности, входной язык состоит из двух компонентов:

- язык формулирования  пользователем команд и входных  данных для ЭВМ (реплики человека);

- язык ответов пользователю (реплики ЭВМ).

  Реплики человека  выражаются в действиях с различными  диалоговыми устройствами. Реплики  ЭВМ выражаются в графических  образах, либо звуковых сообщениях.

  Как уже отмечалось, к числу существенных характеристик  прикладных программ относятся  аппаратная независимость от  используемых графических устройств  и мобильность - легкость переноса  в иное окружение. В пп. 1.1.3. показано, что эти характеристики в части средств вывода - исполнения реплик ЭВМ обеспечиваются использованием виртуальных устройств отображения. Достижение аппаратной независимости при вводе реплик человека также обеспечивается введением понятий виртуальных устройств ввода, являющихся абстракциями реальных физических устройств. Программная поддержка средств ввода строится по иерархическому принципу и организуется в виде пакета подпрограмм. На нижнем уровне находятся драйверы устройств. На верхнем - виртуальные устройства ввода. При этом одно виртуальное устройство ввода может быть реализовано с использованием нескольких физических и наоборот.

В настоящее время общепринятым считается выделение шести классов  виртуальных устройств ввода :

Локатор для ввода позиции;

Штрих для ввода последовательности позиций;

Датчик для ввода скалярного значения (числа);

Выбор для выбора одной  из альтернативных возможностей;

Указка для указания объекта  на изображении;

Клавиатура  для ввода  строки символов.

В стандарте CGI [7], определяющем интерфейс между аппаратно-независимой и аппаратно-зависимой частями графической системы, дополнительно к перечисленным предлагаются еще два класса виртуальных устройств:

РАСТР (AREA) для ввода растровых  картин;

ОБЩЕЕ (GENERAL) для ввода  иных данных, например, ввод голоса.

Мобильность прикладных программ по отношению к изменению технических  средств обеспечивается последовательным использованием только виртуальных  устройств. Мобильность по отношению  к ЭВМ обеспечивается реализацией  функционально идентичных пакетов  подпрограмм для ЭВМ различных  типов. Хорошие предпосылки для  этого заключаются (также, как и для средств вывода) в решении вопросов стандартизации в машинной графике.

3.5  Стандартизация ИГС.

 

Стандарты:

 

- 1976 г. CORE SYSTEM

 

- GKS

 

- c 1987 г. ISO/ IEC JTC1/SC24

 

В основе графических стандартов лежит принцип виртуальных ресурсов, т.е. графические системы делятся  на слои: прикладной, базисный, аппаратно-зависимый.

 

Основные направления  стандартизации:

 

базисные графические  системы

 

интерфейсы виртуального устройства

 

форматы обмена графические  данными.

 

Базисные графические  системы – направлены на обеспечения  мобильности программ и основана на концепции ядра (некоторый базисный набор функций).

 

Интерфейсы виртуального устройства – интерфейс виртуального устройства разделяет аппаратно-зависимую  и аппаратно-независимую части  графической системы; интерфейс  может быть в виде программного интерфейса или протокола взаимодействия частей графической системы. С появлением растровых дисплеев (и принтеров) появилась необходимость выделения  растровых функций. Развитие растровых  функций связано с появлением оконных систем XWindows, MSWindows, News, Postscript.

 

Форматы обмена графические  данными. Стандарты обмена данных делятся  на:

 

а) графические метофайлы – описание изображения в терминах примитивов и атрибутов, метофайл может быть использован как средство хранения, передачи изображения, протоколы взаимодействия отдельных систем, языка описания изображений.

 

б) проблемно-ориентированные  протоколы – используется в машиностроительных и электронных САПР-ах

 

в) растровые графические  файлы – основные характеристики является метод сжатия и тип цветовой модели.

 

С 94-96 гг. появился стандарт MIL-STD-498, который устанавливает терминологию, процессы и т.д.

 

Международный стандарт ISO/IEC 12207 1995 г. – программы ЖЦ программных  средств.

 

С 1997 г. Единая система программной  документации (ЕСПД).

 

Стандартизация графического интерфейса пользователя. В 1987 г. IBM выпустила SAA, содержащий соглашения по интерфейсу пользователя (CUA), соглашение по программному интерфейсу (CPI), соглашение по разработке приложений (СА). Основные концепции  построения пользовательского интерфейса (применительно к SAA): использование  единой рабочей среды пользователя, объектно-ориентированный подход к  описанию задач пользователя, использование  графических окон в качестве форм отображения данных, применение средств  не клавиатурного ввода (мышь). Данный интерфейс является стандартизованным, но не стандартным.

 

 

 

3.6 Логическое и физическое  представление изображений в  ИГС. Операции над изображениями.

 

   Физическое представление  – связано с самим изображением, полученным с устройства ввода  или отправленное на устройство  выводом. Для векторного – набор команд и координаты данных, для растрового – матрица пикселей. Физическое представление используется в распознавании образов и обработке изображений.

 

   Логическое представление  – к нему относятся абстрактные  представления, описывающие соотношение  между объектами.

 

Преимущества такого двойственного  подхода:

 

    -любое удаленное  изображение может быть установлено;

 

    -интерактивное  создание и редактирование изображений  может быть обеспечено при  помощи ведения структуры данных.

 

    -структура данных  может хранить информацию не  графического характера

 

    -обработку информации  можно реализовать на единой  концептуальной основе.

 

Недостатки:

 

   -затраты на ведение  структур данных 

 

   -затраты на построение  изображений.

 

Совокупность физического  и логического представлений  образуют визуальную базу знаний и  данных.

 

Операции с логическим представлением изображений:

 

   -отсечение

 

   -видовые преобразования

 

   -аффинные преобразования  и проекции

 

   -сегментирование

 

   -операции с текстом

 

Операции с физическим представлением изображений:

 

    -определение цвета  пикселя

 

    -определение цвета  окрестности пикселя

 

    -более сложные  операции распознавания

 

    -вывод части  растра

 

Интерактивные операции –  позволяют организовать преобразование изображений и задающие взаимодействия пользователя с системой:

 

   -операция выбора  объекта

 

  -операция преобразования (смена атрибутов, координат и  т.д.)

 

3.7 Основные элементы структуры  ИГС.

Основные компоненты ИГС:

 

● Подсистема управления визуальной базы знаний и данных (ВБЗиД) - обеспечивает управление с ВБЗиД, реализуемое в 4-х частях:

 

    -программы создания  и модификации ВБЗиД;

 

    -программы осуществляющие извлечение данных, подлежащих графическому выводу из ВБЗиД;

 

    -программы, осуществляющие  извлечение данных, используемых  при анализе поведения модели;

 

    -программы, использующиеся  подсистемой управления диалога  для вывода из ВБЗиД подсказок, элементов диалога, результатов расчета и для анализа информации, введенной пользователем.

 

●Визуальная база знаний и  данных – содержит:

 

    -описание реальных  или абстрактных объектов изображения,  которые должны появляться на  экране;

 

    -элементы и  сценарии взаимодействия пользователя  с системой;

 

    -описание процесса  функционирования объектов системы  и их взаимосвязь.

 

В описание объектов включаются геометрические данные, атрибуты объекта, данные о связанности, не геометрическая и не графическая информация, использующаяся при решении прикладных задач.

 

ВБЗиД может быть реализована в оперативной и внешней памяти. Для реализации могут использоваться массивы, списки, деревья.

 

Для представления знаний используются семантические сети, исчисление предикатов, продукционные модели, фреймы.

 

ВБЗиД может формироваться автоматически, как результат работы других программ и систем (САПР и др.) или в автоматизированном режиме.

 

●Графическая подсистема – обеспечивает ввод и вывод графической  информации. Обычно изменение данных в ВБЗиД приводит к изменению внешнего вида и свойств объекта (или группы объектов).

 

●Подсистема управления диалогом – включает в себя описание основных элементов диалога и диалоговых форм, допустимых знаний введенных  данных, управление сценариями диалогов (оно может быть событийным или  основанным на знаниях).

 

В процессе интерактивной  работы пользователь сообщает информации ИГС, подсистема управления диалогом расшифровывает информацию и применяет ее либо для  управления графической системой, либо для изменения параметров видовой  информации, либо для изменения ВБЗиД.

 

Коммуникативный интерфейс  реализует взаимодействие ИГС с  сетями.

 

 

3.8 Проектирование ИГС

 

Построение модели ИГС  – выделение объектов, свойств, отношений  между ними, правил поведения и  т.д. Модель может иметь иерархическую  структуру и преследовать в этой связи следующие цели:

 

   -построение сложных  объектов из отдельных модулей  путем повторения используемых  стандартных компонент;

 

   -экономия памяти;

 

   -объекты задаются  в собственной системе координат,  затем преобразуются в систему  координат более высокого уровня.

 

Визуальная база знаний и  данных может быть построена :

 

    -в пакетном  режиме

 

    -как результат  предшествующих вычислений

 

    -в результате  интерактивного процесса, системного  моделирования и CASE системы.

 

При реализации интерактивной  работы нужно:

 

    -выбрать один  или несколько диалогов из  способов представления на экране;

 

    -учесть эргономические  требования;

 

     -обеспечить  синхронизацию действий пользователя  с реакцией системы.

 

 

 

3.9 Прикладная модель ИГС.  Способы построения прикладной  модели.

 

 

Под прикладной моделью ИГС  понимается ВБДиЗ. Она содержит:

 

1. описание реальных или  абстрактных объектов изображения,  которые должны появляться на  экране;

 

2. элементы и сценарии  взаимодействия пользователя с  системой;

 

3. описание процесса функционирования  объектов системы и их взаимосвязь.