Реферат: Разработка образовательной среды для дистанционного обучения по дисциплинам Компьютерная графика и Системы искусственного интеллекта. Геометрические преобразования

Реализация универсального метода нахождения всех возможных по­
следовательностей геометрических преобразований в данном случае
значительно упрощается.

Построение учебного материала по курсу "Продукционные системы"
на основе заложенных в системе методов довольно наглядно, позво­
ляет использовать те же примитивы, что и для курса "Геометрические
преобразования", позволяет осуществить легкий переход от одного
учебного курса к другому, следовательно легко освоить "Продукци­
онные системы" и пополнить свой опыт в графике.

Использование продукционных систем, и одного и того же механизма
вывода позволяет реализовать визуализацию информации о графиче­
ском объекте, организовать построение новых структур подобного
рода самим обучаемым, организовать контроль этого процесса как
частично, так и для всей совокупности структур в целом, т. е. реализо­
вать все практические задачи, поставленные выше.

3. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

3. 1. Разработка моделей и алгоритмов решения

Как было отмечено в п. 2. 1., имеется множество различных вариантов геометрических преобразований. Решение данной задачи напрямую не только неэффективно, но и громоздко. Поэтому был выбран другой путь, основанный на использовании представлений знаний продукционными системами.

Для обеспечения возможности использования продукционных систем разработан новый способ представления информации о трехмерных геометри­ческих объектах. Элементарные геометрические примитивы представлены в виде фактов базы знаний.

Работа блока получения продукций строится следующим образом.

1. Исходная модель трехмерного графического объекта, заданная произвольно
   (посредством прямых, точек или их комбинаций), анализируется и преобра­
   зуется в унифицированное представление точками, затем система обращает­
   ся к соответствующей базе знаний и достраивает механизм вывода до полу­
   чения необходимых для решения задачи фактов.

2. Для получения требуемой последовательности разработанный блок обраща­
   ется к базе знаний и, в зависимости от задания, вновь перестраивает меха­
   низм вывода, после чего запускает его.

3. Получение требуемой последовательности осуществляется путем выборки
   необходимых фактов и их последующей подстановки в правила. В результа­
   те срабатывания правила в базу знаний добавляются новые факты, и процесс
   повторяется.

Реализованный механизм вывода использован также для решения ос­тальных поставленных задач, а именно:

• демонстрация формирования последовательности выполняемых пра­
  вил; отображение использованных и добавленных новых фактов в
  обучающем режиме раздела «Продукционные системы»

• контроль действий обучаемого в контролирующем режиме разделов
  "Геометрические преобразования" и "Продукционные системы".

В первом случае работа блока получения любого отношения практически не изменяется. Программа так же производит дополнительную настройку ме­ханизма вывода и формирует формализованное представление объекта, затем получение последовательности правил происходит по шагам с выдачей к ви­зуализации используемых преобразований и их взаимного расположения.

Во втором случае система действует несколько иначе. Механизм вывода сразу получает последовательность правил, после их интерпретации обработ­чиком получается результирующая матрица преобразований, на которую затем умножаются все точки объекта.

3. 2. Разработка программных средств

Для реализации поставленных задач первоначально была запрограмми­рована разработанная система хранения фактов и правил в базе знаний. Она была представлена как совокупность таблиц, составляющих единую базу зна­ний

Входная информация для блока получения продукций представлена в ви­де таблицы, в которой хранятся факты и правила, необходимые для работы ме­ханизма вывода продукционных систем.

Для обеспечения возможности многократного использования обучаемым одной и той же модели в процессе обучения, а так же для обеспечения провер­ки выполняемых заданий разработан блок перегенерации способа задания гео­метрических примитивов для приведения ох представления в системе к унифи­цированному виду. Он запускается каждый раз при выборе задания и приводит представление геометрических примитивов к виду, необходимому для работы механизма вывода. При этом в базу фактов могут быть внесены новые факты.

Для обеспечения гибкости разработанного механизма вывода его про­граммная часть содержит ряд перенастраиваемых параметров, которые изме­няются самой программой в процессе ее работы в зависимости от текущей за­дачи. Параметры настройки механизма вывода вынесены в простейшую по своей структуре базу знаний. База знаний разбита на два элемента, хранящихся в отдельных файлах. Информация в этих файлах храниться в формате таблиц Dbase, что значительно облегчает ее редактирование и дополнение при необ­ходимости. Процесс работы блока получения последовательности действий с базой знаний следующий:

1. После анализа задания, выданного пользователю, система выбирает из
   базы графических примитивов необходимые элементы, рассматривае­
   мые системой далее как факты.

2. Производится перебор существующих правил, хранящихся в базе пра­
   вил (rights. dbf, if_m. dbf, proc. dbf, param. dbf). На каждом шаге система
   пытается подставить в правило выбранные на предыдущем шаге фак­
   ты и в случае успеха выполняет соответствующую правилу процеду-

ру.

3) После нахождения последовательности элементарных геометрических
преобразований для совмещения примитива с соответствующим ему

элементом системы координат система выполняет преобразование, описанное в задании относительно соответствующего элемента систе­мы координат.

4) В последовательность геометрических преобразований добавляются действия для возврата примитива в исходное положение.

На базе разработанного механизма вывода построен блок обеспечения работы обучающего и контролирующего режимов раздела "Продукционные системы". При работе пользователя в этих режимах наряду с выводом на экран последовательности геометрических преобразований, выводятся выполненные правила, которые наглядно показывают процесс формирования требуемой по­следовательности действий. Использование механизма вывода для продукци­онных систем состоит в том, что на его основе производится выборка и взаим­ная ориентация необходимых в каждый конкретный момент элементарных геометрических преобразований.