Введение к работе
Актуальность. Предлагаемое исследования предназначено для рикладной области.' использущей средства геометрии, главней об-азоа,- автоматизированных систем отображения информации, в ко-ормх, в частности, через наглядная геоазтрип передается инфор-зция не только о геометрических даннях объекта или процесса, о и закодированная семантическая (смисловая) информация. Причем наглядная геометрия" находится з динамической реянме - изменятся во времени соответственно иэаененкэ сеигитяіш. Конечной ельи геометрического наглядного или закодированного предстаолэ-ия в систеазх отображения информации язлзется принятие репения ользователеи в соответствии с переданным таким образом сообще-иек.
Особуа остроту для некоторых информационных скстеа приобре-ает скорость и точность, инки.ч слова':?!,- селективность воспрля-ия геоиетрической информации; возникает необходимость решения птинизационной задачи, Требованияии нових авиацгтонн'лХ и аэ-о-коснических програші,- к примеру, днктупт.ся непрерывная иодер-изация и обновление способов отображения ипсораации; непременна требозаниеи при этой сохраняется надежность однозначного осприятия инфориации в условиях оптимального ее предсталлзкия. ти свойства являатся значительно болге актуальніші для данной рикладной области - отобрааения динамической информации в авто-атнзировакннх системах управления (АСУ), но будут полезны тайне в системах автоматизированного конструирования. "Всякая система управления решает слзддапне основние задачи:
сбор и передача информации об управляеиои объекте:
переработка информации;
выдача управл.япв!кх воздействий на объект вправления.
При этоа последней функции предшествует принятие ренення.
o/v>, /
Если зто решение принимает человек (не автоматически), то net работанная информация долана бить соответствующим обра; представлена - отобракеиа. От того, каким способои представлю информация, ео многоц зависит эффективность принимаемого решеї
Проблема повышения эффективности процессов упрззления елі ними техническими системами, например, проблемы создания зффі тивной автоматизированной система управления воздуннвм двинеш (fiC ЭВ$) или эффективной автоматизированной системы конструаі вания (ИСК) требуют внедрения ів аизнь систем нового класса систем ноддернки процесса принятия решений ССПППР) или, как еще называют, систем обеспечения принятий решений (СОПР).
Концепция СОПР является логическим продолжением и орга: ческим развитием традиционных методов использования ЗВИ в цпр лешш. Оуть концепции СШІР заключается в перенесении основи акцента с информационного и формально-логических аспек использования Ж! «а собственно процесс принятия решения.
Использование ЗМ з дэравлянщих системах в настоящее пр в фсновном нацелено на рационализации информационных процессе повышение их экономичности, на обеспечение лица, принимали решение <Ш1Р)Г своевременной и точной информацией. Практика казала, что большинство управленческих решений в слоеных тех ческих системах различного класса принимается в условиях остр дефицита времени, в неониданннх ситуациях при наличии слабо с мализуемых факторов. Поэтому дополнительным требованием к та информационным системам в этих условиях доляна стать "удобозо ркниааемоть" информации.
Предполагается, что в отличие от традиционных систем кщ мационного обеспечения в СОПР лицо, принимавшее решение, не непосредственно вступить в контакт с базой данных, храняцейс памяти ЭВМ, и с имеющимися в его распорявенни моделями ситуаі в автоматизированном реяиме используя их при анализе проблем
іинатии решений.
Проблеиа создания СОПР заклзчается не только в создании ютветствувщего натенатического обеспечения, позволявшего вка-[зировать пробленнуа ситуация на всех этапах принятия ранений, і и в разработке эффективного взаииодействия ЛПР-ЭВЙ. Эта. проб-:иа связана с противоречием быстрого роста объека информации и ізмоаностьа ее восприятия человеком. Известно, что дазе в .ловиях наиболее благоприятного резнма работа диспетчер УЗД ІПР) приникает и перерабатнзает больназ объекн икфорнации в істком временном.регинз, а для экстремальная ситуаций и некото-IX критических реЕимов функционирования систем характерен ост-ій дефицит времени.
В этих условиях существующее методы отображения динамичной информации не даат нэобходиыого эффекта, так как имевшая хто тенденция к увеличении интенсивности воздушного двивениа іизодит к узелхченпа нагрузки па диспетчера при разрешении інфликтних ситуаций з процессе регулирования дзивеїта», которая і аоает растя безгранично. Больной проблемой является тскаэ ігаиная индикация, т.е. отобраггние на плоскости третьей коср-
1НЭ7Н - BUCOTH,
Из вниесказанного следует актуальность разработки нозих ае-ідов отобрааения динамической пнформанш и оптимизации этого юц&сеа, дапзах ЯПР возиовяость принятия эеимктиэньго решения.
Цельэ настоящей работа является разработка геометрической ідели отобрааения .динамической информации, ее визуализация по іределеннчн правилам для прикладной задачи - для принятия ons-ітивннх ресений при анализе пространственно-вреиеш-шх ситуаций і графических исделях.
Сформулированная цель исследования достигнута репекнен сле-гдмх основних задач:
- с -
ка основе анализа сузестьрзях методов отобрааения ди; кическои информации сфораирована геометрическая модель BK3yaj зации информации, показаны пркыери геоыетрнческой интерпрєтаї пространственно-временных ситуаций и предлоаена иетодика их р( лизации на ЗЭК;
осуцествлена формализация графической информации:
определены качественная и количественная ыеры гсоиеті ческой инфориации;
разработаны алгоритмы моделирования пространственно-ві ыенных ситуаций на основе исследования экстремальных реаииов | боти систеа;
разработаны алгоритмы решения задачи отобразеняя дииаі ческой .'информации как оптимизационной задачи визуализация:
разработана критерии качественной и количественной оце; геоцетрической информации;
разработана структура и методическое обеспечение авто тизированного процесса визуализации динамической геометричне инфориации и решения практических задач;
реализованы программно и апробированы основные результ работы на тестовых примерах;
разработана методика экспериментов по определенна эф тивности восприятия графических моделей.
Другиии словами, в данной исследовании рассмотрены задач
формирования ыатеыатической модели процесса отобраве динамической информации;
формирования изобрааенкй объекта и процесса;
реализации задачи машинной графики;
- систеыного математического обеспечения модуля геоиетри
Эти задачи являются, как показано в работах професс
В.К.Якунина, основным функциональный содержанием подсистеыы " оиетрия" в САПР; в своз очередь, СППР вкличает специальное а
л, в том числе, конструирования, оценки, принятия репений, оследующей экспериментальной проверки и окончательного воплоце-иа результатов в материальной или другой форме, в данном слу-зе-принятии эффективного решения.
Методы исследования. Решение задач, поставленных в диссер-зционной работе, основано на методах начертательной, аналити-эск"ой геометрии, теории множеств, теории графов, теории инфор-ации, теории эффективности систем управления; методах инвенер-зй психологии, ингенерной и маиинной графики, системного анали-ї. Для решения задачи исследования использовался метод имитаци-іного моделирования.
Теоретической базой выполненных исследований явились работы:
по вопросам геометрического моделирования профессоров .Г.Стояна, Н.О.Четверухина, Г.С.Иванова, В.И.Якунина, В.С.Поло-зва и их учеников;
по вопросам автоматизации систем УВД Т.Г.йнодиной, .А.Кузнецова, Й.И.Волевача, С.Г.Унгуряна и др.;
по вопросам имитационного моделирования профессора .Ф.Хахулина;
по вопросам эргономики и инженерной психологии Б.Ф.Ломо-1, В.Ф.Венда, А.М.Волкова, М.й.Дмитриевой и др.
Научную нозизну выполненного исследования составляют следу-іие результаты.
-
Введение и.управление компонентами геометрической инфо-іации при моделировании геометрических образов для прикладной іли - поддервки принятия оперативных репений.
-
Геометрическая модель процесса отобразения динамической [формации с учетом человеческого фактора; в данной работе для шышения эргономичности ыодели используется графический фактор.
-
Графическая интерпретация пространственно-временных і тцаций и разработка комплексного метода отображения динамичен информации для любых режимов (нормальных, экстремальных) функі онирования систем.
-
Разработка методики построения базы данных по граї ческим изобрагёниям с учетом эргономического фактора и оце информационной емкости (пропускной способности) графических разов; оценка количества геометрической информации, содержаще в этих образах.
-
Разработка критериев качественной и количественной оц ки геометрической информации.
-
Формализация графической информации;способ оптимиза графической информации путем управления ее компонентами.
?. Имитационное геометрическое моделирование как метод пения новых задач, другими словами,- разработка эвристичес методов формирования модели в трудно формализуемых процессах.
8. Использование геометрических средств как средств с цествления поддервки процесса принятия решений: геометричес интерпретация пространственно-временных ситуаций.
Э, Решение задачи полояения: отображение трехмерной коог наты на однопартийной плоскости для обеспечения принятия-рем*
Ионно проследить в истории развития прикладной геометі что появление ее новых разделов всегда было вызвано необх< мостьв выполнения новых заказов развития промышленности и те; ки. Полученные в данном исследовании результаты являются вкл; в развитие теории восприятия геометрической информации.
Образное представление информации на экранах - комплекі инженерно-психологическая проблема.
Образ создается не только рукой, которая его рисует, энергией, которая передается ему создателем в процессе размы ний над образом и воплощения его в реальнул зрительную Фо
- э -
Ічень ванно в образе - это энергия сознания автора, чен тоньше и :нльнее эта энергия, тен более эффективная является образ. Гео-ізтрический образ представляется как некая батарея сознания, ко-оруа автор зарянает и программирует в процессе создания.
Пользователь, например, диспетчер, пилот попадает .в поле іействия этой энерго-инфорыационноЯ батареи и то, насколько он шспринимает картину, зависит от степени интенсивности личного шита автора и того, насколько полно он передает энергию своего шытз (экспертная система), - в этом главное творческое начало.
Практическая ценность работы заключается з той, что в ре-іультате исследования:
создана иняенернэя методика формирования базы данных по рафическим изображениям при ресении информационных задач в :истеме отобракения ннфорнации, учитазапцая графический фактор ;ак эргономический;
разработаны иетодикя отсбраяення экстремальных прост-іанственно-временчзх ситуаций для графического обеспечения при-ічтия оперативных решений в автонэтизиризанннх системах:
создана инненерная кетодика определения количества графи-іеской инфоркацик;
разработан алгоритн pesemts оптимизационных задач и прог-іакиное обеспечение ноделированиа геометрических образов для ітобрааения динамической информации.
Практическая ценность заключена именно в том, что используе-іаа для отображения ситуаций геометрическая инфорйация является іаиболее "биологичныы", т.е. естественна» для человека способом гредставления сообщений, что совпадает с современной тенденцией іазБития средств обцения пользователя и вычислительных систеа в унанитарноы направлении; используй зарубеянуа терминологии -іто называется гуманизированный дизайн.
-ІО-На защиту выносится методика моделирования геометрических образов динамической информации для решения прикладной задачи обеспечения принятия оперативных решений, включающая:
формализация! графической информации, введение и управл ниє компонентами графической информации для ее оптимизации:
графическую интерпретации пространственно-временных сит аций и разработку коаплексного метода отображения динамическ информации как для нормальных ренинов функционирования систе так и для экстремальных, состоящую из:
а) разработки методики формирования базы данных по гра$
ческим изобрагенияа с учетом эргономического фактора для отобр
кения динамической информации,
б) решения задачи полонення - отображения трехмерной кос
динаты на плоскости для оперативного восприятия обстановки,
в) разработки эвристических методов формирования моделі
трудно формализуемых процессах:
разработку критериев качественной и количественной оц< ки геометрической информации;
ОЦеНКУ ЭффеКТИВНОСТИ Сформированной ГеОМеТрИЧеСКОЙ ЫОД1
Реализация результатов исследования осуществлена в Цеі ральнои научно-исследовательском институте машиностроения (ЦН1 МАИ), в учебном процессе кафедры инженерной графики НИИ.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной ра ты доложены и обсукдены: на Всесоюзной научно-методической к ференции "Научно-методические основы применения электронной числительной техники, АСУ и САПР" в 1987 г.: на Всесоюзной на но-технической конференции "Проблемы совершенствования процес технической эксплуатации авиационной техники, инженерно-авиа оннаго обеспечения полетов в условиях ускорения научно-тех
- II -
їского прогресса" в ШГА в 1988 г.; на научном сеиинаре "йате-пические методы геометрического проектирования" при Научном )вете АН НССР по проблеме "Кибернетика" в 1988 г.; на Всесоюз-)м семинаре "Кибернетика графики" в 1989 и 1992 г.г.; на засе-шиях НТС кафедры иняенерной графики МАИ 1984 - 1992 г.г.. и Ни-'городского ЙСН в 1992 г.
'Публикации. По теме диссертации опубликозано 12 научных parr, ь которых достаточно полно отражены теоретические и прик-ідние результаты, проведенных з диссертационной работе исследо-
1НИЙ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, х глав, заключения, списка использованной литературы, включаю-іго 115 наименований, 4-х прилоазний и содернит 150 страниц ма-шного текста, 41 рисунок, 8 таблиц.