Технологии обработки графических образов

Потребность использования графиков, диаграмм, схем, рисунков, этикеток в произвольный текст или документ вызвала необходимость создания графических процессо­ров. Графические процессоры представляют собой инструментальные средства, позво­ляющие создавать и модифицировать графические образы с использованием следующих типов информационных технологий:

• коммерческой графики;

• иллюстративной графики;

• научной графики;

• когнитивной графики.

Информационные технологии коммерческой или деловой графики обеспечивают отображение информации, хранящейся в табличных процессорах, базах данных и отдель­ных локальных файлах в виде двух- или трехмерных графиков, круговой диаграммы, столбиковой гистограммы, линейных графиков и др. Они включаются в состав офисных приложений, многих интегрированных технологий и систем.

Информационные технологии иллюстративной графики позволяют создавать ил­люстрации (деловые схемы, эскизы, географические карты и т.д.) для различных тексто­вых документов в виде регулярных структур - различные геометрические фигуры (так на­зываемая «векторная графика») и нерегулярных структур - рисунки пользователя («растровая графика»). Процессоры, реализующие иллюстративную растровую графику, дают возможность пользователю выбрать толщину и цвет линий, палитру заливки, шрифт для записи и наложения текста, включить созданные ранее графические образы. Кроме этого, пользователь может стереть, разрезать рисунок и перемещать его части, создавать и просматривать изображения в режиме слайдов, спецэффектов, оживлять их. Эти средства включены в офисные приложения PowerPoint, FrontPage и обеспечиваются графическими процессорами Visio, Corel Draw, Adobe, PhotoShop, 3d Studio и др.

ИТ научной графики предназначены для оформления научных расчетов, содержащих химические, математические и прочие формулы, а также могут быть использованы в картографии и других сферах. Для их реализации используются средства векторной и когнитивной графики. .

Когнитивная графика — совокупность приемов и методов образного представле­ния условий задачи, которая позволяет сразу увидеть решение либо получить подсказку для его нахождения. Она реализует информационное моделирование для создания Вирту­альной действительности. Само информационное моделирование возникло в 1953 г., когда физики для изучения колебаний атомной решетки создали на ЭВМ виртуальный мир ато­ма. В результате с помощью информационных технологий был создан научный инстру­мент, который позволяет получать знания о том, что нельзя непосредственно наблюдать, экспериментально проверять или предсказывать с помощью теорий. Когнитивная графика позволяет образно представить различные математические формулы и закономерности для доказательства сложных теорем. Открывает новые возможности для познания законов функционирования сознания - этой наиболее сложной и сокровенной тайны мироздания.

Когнитивные компьютерные средства представляют собой комплекс виртуальных устройств, программ и систем, реализующих совокупную обработку зрительной инфор­мации в виде образов, процессов, структур, позволяющих средствами диалога реализовать методы и приемы представления условий задачи или подсказки решения в виде зритель­ных образов. Виртуальное устройство является функциональным эквивалентом устройства, предоставляемого пользователю независимо от того, имеется ли данное устройство в системе или нет.

Когнитивная графика используется в интеллектуальных информационных техноло­гиях, системах поддержки принятия управленческих решений, прогнозировании биржевого рынка и т.д.

2.3. Гипертекстовая технология

Способ хранения информации в виде отчетов, докладов, файлов и т.д. не удобен, так как приводит к значительным потерям времени при поиске связанных единой1 темати­кой или смыслом данных. Поэтому был разработан метод размещения информации по принципу ассоциативного мышления. Он заключается в построении смысловых (ассоциа­тивных) связей между сходными, близкими понятиями, темами, идеями. Этот метод был реализован в шестидесятых годах прошлого столетия Теодором Нельсоном и назван ги­пертекстовой технологией. Текст, представленный посредством гипертекстовой техноло­гии, называют гипертекстом.

Обработка гипертекста открыла новые возможности освоения информационного материала, отличающиеся от традиционного. Вместо поиска информации по ключу (на­пример, по запросу в базах данных) гипертекстовая технология предлагает перемещение по ключу от одних объектов информации к другим с учетом их смысловой, семантической близости.

Гипертекстовая технология ориентирована на обработку информации не вместо человека, а вместе с человеком, т. е. становится авторской. Удобство ее использования состоит в том, что пользователь сам определяет подход к изучению или созданию мате­риала с учетом своих индивидуальных способностей, знаний, уровня квалификации и подготовки. Гипертекст содержит не только информацию, но и аппарат ее эффективного поиска для перемещения.

Структурно гипертекст состоит из информационного материала, тезауруса гипер­текста, списка главных тем и алфавитного словаря.

Информационный материал подразделяется на информационные статьи, состоящие из заголовка статьи и текста. Информационная статья может представлять собой файл, закладку в тексте, web-страницу. Заголовок (имя файла) - это название темы или наименование описываемого в информационной статье понятия. Текст информационной статьи содержит традиционные определения и понятия, то есть содержит описание темы.
В тексте информационной статьи выделяются ключи, или гиперссылки, являю­щиеся заголовками связанных информационных статей, в которых может быть дано опре­деление, разъяснение или обобщение выделенного понятия. Ключи должны визуально от­личаться (подсветка, выделение, другой шрифт и т.д.) от остального текста. Ключом может служить слово или предложение. Они обеспечивают ассоциативную, семантиче­скую, смысловую связь или отношение между информационными статьями.

Тезаурус гипертекста - это автоматизированный словарь, отображающий семан­тические отношения между информационными статьями и предназначенный для поиска слов по их смысловому содержанию. Термин «Тезаурус» был введен для названия энцик­лопедии. С латыни этот термин переводится как сокровище, запас, богатство.

Тезаурус гипертекста состоит из тезаурусных статей. Тезаурусная статья имеет заголовок и список заголовков родственных тезаурусных статей, где указаны тип родства и заголовки информационных статей. Заголовок тезаурусной статьи совпадает с заголовком информационной статьи. Тип родства или отношений определяет наличие или отсутствие смысловой связи. Существуют референтные и организационные типы связи родства, или отношений.

Референтные отношения указывают на смысловую, семантическую, ассоциатив­ную связь двух информационных статей. В информационной статье, на которую сделана ссылка, может быть дано определение, разъяснение, понятие, обобщение, детализация по­нятия, выделенного в качестве ключа. Референтные отношения реализуют семантическую связь типа: род - вид, вид — род, целое — часть, часть — целое. Пользователь получает бо­лее общую информацию по родовому типу связи, а по видовому - более детальную ин­формацию без повторения общих сведений из родовых тем. Тем самым глубина индекси­рования текста зависит от родо - видовых отношений.

К организационнымотношениям относятся те, для которых нет ссылок с отноше­ниями род - вид, целое - часть, то есть между информационными статьями нет смысло­вых связей. Они позволяют создать список главных тем, оглавление, меню, алфавитный словарь.

На основе референтных и организационных отношений может быть построена ги­пертекстовая модель текста (не структурируемого материала). Гипертекстовая модель изображается в виде сети или графа. Модель референтных отношений обычно изобража­ется сетью. Модель организационных отношений изображается в виде графа или сети. В вершинах сети или графа (узлах) находятся заголовки информационных статей (имена файлов, страниц, закладок). Ребро определяет ключ связи (гиперссылку) и является име­нем заголовка другой информационной статьи, на которую надо перейти для просмотра материала. В-результате строится список заголовков тезаурусной статьи, и одновременно ключ становится указателем информационной статьи в этом списке. Тем самым тезаурус гипертекста реализует поисковый аппарат по смысловым и организационным связям.

Тезаурус гипертекста может содержать не только простые, но и составные ссылки. Они образуют неявные ссылки. Примером их использования служат тематические катало­ги для поиска в сети интернет.

Формирование тезаурусных статей в соответствии с моделью гипертекста означает индексирование текста. Полнота связей, отражаемых в модели, и точность установления этих связей в тезаурусных статьях, в конечном итоге, определяют полноту и точность по­иска информационной статьи гипертекста.

Спцсок главных тем содержит заголовки информационных статей с организаци­онными отношениями. Обычно он представляет собой меню, содержание книги, отчета или информационного материала. , .

Алфавитный словарь содержит перечень наименований всех информационных статей в алфавитном порядке. Он реализует организационные отношения.

Гипертексты, составленные вручную, используются давно. К ним относятся справочники, энциклопедии, а также словари, снабженные развитой системой ссылок.

Область применения гипертекстовых технологий очень широка. Первыми распро­страненными инструментами создания гипертекста стали приложения HyperCard, Quick­Time фирмы APPLE для персональных компьютеров Macintosh, приложение Linkway кор­порации IBM. В большинстве современных приложений гипертекст используется для построения перекрестных ссылок, например, во всех офисных приложениях. Вся помощь в приложениях (help) составляется с использованием гипертекстовой технологии. Гипертек­стовая технология конвергирована во многие информационные технологии и системы.

Сетевые технологии

Одной из первых сетей, оказавших влияние на дальнейшее развитие сетевых тех­нологий, явилась ArpaNet (сеть АРПА), созданная пятьюдесятью университетами и фир­мами США. Она «родилась» в 1969 году, когда три ЭВМ в Лос-Анджелесе, Санта-Барбаре и Мендоу-Парке объединились в сеть. Затем она охватила всю территорию США, часть Европы и Азии. Сеть АРПА показала техническую возможность и экономическую целе­сообразность разработки больших сетей для более эффективного использования ресурсов ЭВМ и программного обеспечения.

Локальные вычислительные сети (ЛВС) получили наибольшее распространение с появлением персональных компьютеров. Они позволили поднять на новую ступень управление производственными объектами, повысить эффективность использования ре­сурсов ЭВМ, улучшить качество обрабатываемой информации, начать внедрение безбу­мажной технологии, создать новые технологии распределенной обработки информации. Объединение ЛВС и глобальных сетей позволило получить доступ к мировым информа­ционным ресурсам.

Введем ряд понятий.

ЭВМ, объединенные в сеть, делятся на основные и вспомогательные. Основные ЭВМ — это ЭВМ пользователя (клиенты). Они выполняют все необходимые информаци­онно-вычислительные работы и определяют ресурсы сети. Вспомогательные ЭВМ (сер­веры) служат для преобразования и передачи информации от одной ЭВМ к другой по ка­налам связи и коммутационным машинам (host-ЭВМ). К мощности серверов предъявляются повышенные требования.

Сервер - это специализированный компьютер, выполняющий функции по обслу­живанию клиента. Сервер распределяет ресурсы системы: принтеры, базы данных, про­граммы, внешнюю память и т.д. Существуют сетевые, файловые, терминальные, серверы баз данных, почтовые и др.

Сетевой сервер поддерживает выполнение функций сетевой операционной систе­мы: управление вычислительной сетью, планирование задач, распределение ресурсов, доступ к сетевой файловой системе, защиту информации.

Клиент (клиентское приложение) - это приложение, посылающее запрос к сер­веру. Клиент отвечает за обработку и вывод информации, а также за передачу запросов серверу. ЭВМ клиента может быть любой. В настоящее время клиентом называют и поль­зователя, и его компьютер, и приложение.

Host-ЭВМ - сервер, установленный в узлах сети и решающий вопросы коммутации и доступа к сетевым ресурсам: модемам, факс-модемам, серверам и др.

Единицами обмена данными в сетях являются сообщения и пакеты. Сообщение - порция информации, представленная в виде последовательности символов и предназна­ченная для передачи по сети.

Пакет - часть сообщения, удовлетворяющая некоторому
стандарту.

Коммутационная сеть образуется множеством серверов и host-ЭВМ, соединенных каналами связи, которые называют магистральными, В качестве магистральных каналов выступают телефонные, оптоволоконные кабели, спутниковая связь, беспроводная радиосвязь и др.

По способу передачи информации вычислительные сети делятся на сети коммутации каналов, сети коммутации сообщений, сети коммутации пакетов и интегральные сети. Первыми появились сети коммутации каналов. Например, чтобы передать сообщение между клиентами В и Е (рис. 2.2) образуется прямое соединение, включающее каналы одной из групп: 3-5-7, 1-2-4-6, 1-2-5-7, 3-4-6. Это соединение должно оставаться неизменным в течение всего сеанса. При легкости реализации такого способа передачи информации его недостатки заключаются в низком коэффициенте использования каналов, высокой стоимости передачи данных, увеличении времени ожидания других клиентов.

При коммутации сообщений информация передается порциями, называемыми со­общениями. Прямое соединение обычно не устанавливается, а передача сообщения начи­нается после освобождения нужного канала, пока сообщение не дойдет до адресата. Host-ЭВМ осуществляет прием сообщений, сборку, контроль правильности передачи, маршрутизацию, разборку и передачу сообщения. Достоинством коммутаций сообщений является уменьшение стоимости передачи данных. Недостатками - низкая скорость передачи данных и невозможность проведения диалога между клиентами.

При коммутации пакетов обмен производится короткими пакетами фиксирован­ной структурой. Малая длина пакетов предотвращает блокировку линий связи, не дает рас­ти очереди пакетов в узлах коммутации. Она обеспечивает быстрое соединение, низкий уровень ошибок, надежность и эффективность использования сети.

Сети, обеспечивающие коммутацию каналов, сообщений и пакетов, называются интегральными. Они объединяют несколько коммутационных сетей. Часть интегральных каналов используется монопольно, то есть для прямого соединения как в сети коммутации каналов.

Международная организация стандартов установила семь уровней сети: (Модель OSI) физический, канальный, сетевой, транспортный, сеансовый, представительный и прикладной. Каждый уровень решает свои задачи и обслуживает расположенный над ним уровень. Правила взаимодействия разных систем одного уровня называют протоколом. Правила взаимодействия соседних уровней в одной системе - интерфейсом. Каждый протокол должен быть прозрачным для соседних уровней. Прозрачность - свойство передачи ин­формации, закодированной любым способом, понятное взаимодействующим уровням.

Сетевую технологию обеспечивает сетевая операционная система. Сетевой опера­ционной системой называют реализацию протоколов и интерфейсов совместно с реали­зацией управления серверами. Часть протоколов реализуется программно, часть - сетевы­ми серверами. Наиболее популярными сетевыми операционными системами являются Windows NT и Linux, совместимая с 2000 года с приложениями Unix.