Методическое пособие Часть 1. Методическое пособие

Часть 1. Методическое пособие

Введение

Традиционное представление об информатике как только науке о компьютерах и программировании, об алгоритмах и численных методах, системах исчисления и т.п. наконец-то стало изживать себя. Можно говорить уже о том, что информатика завершила свою первую фазу развития - эмпирическую. В настоящее время определяется тенденция информатизации всех основных видов деятельности человека. Это, в свою очередь, сильно будет влиять даже на мировоззренческие позиции и философские взгляды. Таким образом, в настоящее время идет формирование общего системно-структурного взгляда на мир на основе более глубокого понимания сущности информационных процессов. Для большинства ученых-стратегов: физиков-теоретиков, философов и математиков уже совершился переход от ньютоновских представлений об основных элементах мироздания к современным теориям, в которых существенное место занимают информационные процессы. Происходит изменение самой структуры научного мышления. В связи с этим совершенствуются методы, с помощью которых человек исследует, познает окружающий мир и самого себя. Сейчас даже математика, царица наук, переживает свое перевоплощение.
Если говорить об информатике не только как о науке, но и как об учебном предмете, то стоит подчеркнуть ее гносеологическую сущность. Главное в этой учебной дисциплине - овладение методами научного познания. Поэтому информатика, также как и математика, носит надпредметный интегративный характер. Это первое. Совершенно параллельно данному процессу информатизации естественных наук происходит выделение из философии, логики, психологии, социологии, семиотики, культурологии и т.п. компонентов, касающихся критериев критики деятельности и мышления. Данный подход получил название "Методология". Это второе. Кроме этого, необходимо упомянуть о комплексе научных и инженерных задач, связанных с отчуждением знаний и созданием искусственных интеллектуальных систем, получивших комплексное название "Искусственный интеллект". Здесь также решаются, в общем-то, все те же проблемы. Только подходы другие. Это третье. Таким образом, три подхода - мировоззренческий, гуманитарный и инженерно-математический сошлись в одном направлении и сфокусировались в единой точке, которая стала новым пунктом отсчета. Это свидетельствует о том, что сейчас информатика вступает после фазы эмпирического развития в свою следующую фазу - синтез.
Преподавание новой формирующейся научной дисциплины - информатики требует от преподавателя очень хорошего образования, высокой эрудиции и квалификации. Синтез основных принципов теории информации, системного анализа, знаковых систем, лингвистики... и культуры представляет собой сейчас довольно-таки трудную задачу. Появление качественных обучающих программных средств данного профиля явилось бы замечательным событием в области информатики.
С другой стороны, в результате значительного усложнения инфраструктуры общества важной задачей становится повышение эффективности работы персонала, занятого в управленческой, образовательной, производственной и операторской сферах деятельности. Все это предполагает определенный уровень образования современного человека. Значительно повышаются требования к его информационной культуре.
С появлением современной индустрии по производству информации и знаний, человек оказался совсем в других социальных, психологических и экологических условиях. Стали появляться новые виды деятельности и специальности. Инженер по знаниям - символ нашего времени. Специалистов в данной области не хватает. Пока еще нет учебных заведений, готовящих таких специалистов.
Что должен знать и уметь инженер по знаниям? Это, прежде всего, самая широкая эрудиция, очень высокий культурный уровень, качественное университетское образование. Главная его задача - уметь создавать информационные системы, в которых эффективно используются все модальности человеческого восприятия. Поэтому он должен в совершенстве владеть не только средствами современных технологий, но и быть широко эрудированным в области художественной композиции графических изображений, быть хорошим режиссером и постановщиком, а также знать основы психологии восприятия человека. Прошел период разобщения искусства и науки. Сейчас наметились условия их слияния. Изучение принципов композиции графических изображений, звукового и музыкального сопровождения, психологических аспектов эстетического и эмоционального восприятия, освоение основ мультипликации, кино и т.п. является необходимым требованием современного качественного образования.
И визуально-графический, и звуковой материал для его включения в информационную систему требуют компоновки и должны удовлетворять законам и принципам композиции. Звуковое сопровождение визуальных образов также играет огромную роль в жизни людей. Визуальная и звуковая информация дополняют друг друга в комплексном восприятии человеком окружающего мира. Пространство, объем, масштабность, структура, цвет, яркость красок, связь феноменов несут в себе постоянство мира. Они основаны на элементе стабильности явлений и гармонии. Наоборот, подвижность и изменчивость окружающего мира, сопровождаемая звуковыми эффектами, музыкой, ритмами и движением воплощают в себе динамику, быстротечность и изменчивость окружающего мира. Все это человек способен научиться воспринимать и осознавать благодаря неограничено большому потенциалу возможностей, которыми он обладает. Но эти возможности необходимо развивать в себе. Необходимо овладевать все новыми и новыми пластами знаний, навыков и способностей.

Информационная культура человека

Как было сказано выше, современному человеку жизнь предъявляет значительные требования к его информационной культуре, способностям и уровню образования. И хотя этот вывод интуитивно понятен, все-таки некоторые пояснения и уточнения будут необходимы.
Ни у кого не вызывает сомнения то, что современные компьютерные технологии могут дать человеку и уже дают очень много новых полезных качеств. Самым очевидным является возможность освобождения человека от многих рутинных операций в его повседневной деятельности. Это и работа с документами, и обмен информацией, и автоматизация в торговле и финансовой деятельности, и получение справочной информации, и много-много всего, что сразу и не вспомнишь. Поэтому будет правильнее всего выделить базовые виды деятельности, которые основаны на использовании современных компьютерных систем и информационных технологий. Назовем их видами компьютерной практики и перечислим основные:
Практика показывает, что владение именно этими видами деятельности в бизнесе, науке, производстве, образовании и развлечениях является одним из существенных факторов, по которым можно оценивать деловые качества современного образованного человека. Быстро подготовить необходимый документ и оформить его надлежащим образом; составить качественный отчет, основанный на математических расчетах и выкладках, снабдив при этом его наглядными графиками и иллюстрациями; обработать текущую деловую информацию и занести ее в базу данных; связаться через компьютерную сеть и быстро получить оперативные данные из информационно-справочной системы, обладающей мощной структурой в виде гипертекста и гиперграфики; разослать и принять сообщения по электронной почте; умело использовать в современных интерактивных операционных системах компьютера различные прикладные программы; эффективно пользоваться цифровым видео для оперативного обмена информацией и общения с коллегами и партнерами; активно использовать возможности анимации, звука и музыки в своих разработках, проектах и отчетах - вот тот рубеж, который нам сегодня выставляет действительность.
Научиться всем тонкостям информационных технологий, что предполагается семью перечисленными видами компьютерной практики, можно только через конкретные практические действия. Для этого необходимо реально работать с текстами и документами в современных текстовых процессорах; уметь создавать рисунки и редактировать графические изображениями; освоить работу с электронными таблицами и деловой графикой в системах типа Microsoft Excel; разобраться и уметь практически применять для построения простых баз данных системы типа Microsoft Acces; освоиться и работать с компьютерными сетями и электронной почтой; работать в операционной среде Microsoft Windows.
Активное использование возможностей анимации, звука и музыки в своих разработках, проектах и отчетах, применение цифрового видео в компьютерных системах для оперативного обмена информацией и общения с коллегами и партнерами являются стратегическими направлениями в сегодняшних разработках не только таких гигантов компьютерной индустрии как Microsoft, Intel и Apple, но и целого ряда других ведущих разработчиков новой реальности человеческой практики. Так что до массовой практики компьютерных телеконференций и интерактивного видео не так уж далеко.
Таким образом, мы почти сформулировали систему требований и перечислили целый комплекс компьютерных технологий, объединяемых сейчас под флагами мультимедиа. Современная технология мультимедиа в корне изменила место и роль компьютерных систем в жизни человека. Если раньше человек сам приспосабливался под специфику и особенности компьютерного интерфейса, то технология мультимедиа по своей сущности предназначена для того, чтобы, наоборот, компьютерный интерфейс приспособить под особенности человеческого восприятия и удобство пользователя. В частности, наиболее радикальное направление мультимедийного развития сейчас воплощается в виде систем ,виртуальной реальности (вр), основанных на компьютерной имитации реальности окружающего мира.
На основе опыта развития прошлых технологий и законов развития нетрудно сделать прогноз о направлении будущего развития мультимедиа. Наряду с тенденцией к "очеловечиванию" интерфейса в системах "человек-компьютер", направленной в сторону адаптации систем к особенностям человеческого восприятия, неотвратимо будут развиваться новые сущности человеческого бытия.

Анализ проблемы разработки доступного интерфейса для систем высокого уровня сложности

Исследование ситуации состояния уровня современных информационных технологий, темпов их развития и циклов обновления программного обеспечения для рядовых пользователей и образования показывает, что наряду с упреждающим развитием концепции системы образования с использованием отдельных видов компьютерной практики существуют некоторые проблемы. Суть их в следующем. Если при работе с текстовыми материалами, рисунками и графикой, использовании электронных таблиц и деловой графики, баз данных, компьютерных сетей и электронной почты у школьников, студентов и простых пользователей проблем не возникает по причине неудобной пользовательской среды. То есть, современные программные продукты по этим направлениям хорошо покрывают потребности образования и производства. То совсем иное дело обстоит в сфере индивидуального применения цифрового видео, мультипликации и музыки для разработки собственных приложений.
Зрение, слух, органы чувств и мышление человека существенным образом адаптированы к восприятию пространства, наполненного динамическими объектами и звуками. Исследования психологов и физиологов показали, что движение объектов или самого наблюдателя очень важно для правильного и полноценного восприятия объема, глубины и формы (Гибсон Джеймс Дж.). Причем эффективность восприятия значительно возрастает, если мы не только видим движущийся объект, но и одновременно слышим его. Поэтому использование мультипликации, звуков и музыки в средствах отображения информации качественно повышает их эффективность. Но как раз в этом направлении развития компьютерных технологий в настоящее время существует более всего проблем, хотя достигнутые результаты впечатляют. Особенно быстрыми темпами в технологиях компьютерной анимации и синтеза трехмерных изображений продвигаются производители игр. Но, к сожалению, пока разработка всего этого стоит очень дорого. Большинство фирм - разработчиков держит свои технологии в строжайшем секрете, несмотря на то, что освоить такие технологии могут только очень квалифицированные специалисты, обладающие, при всем этом, еще и дорогостоящим оборудованием.
Существует доступное на компьютерном рынке программное обеспечение, типа AutoDesk Animator и 3D-Studio, которое, в принципе, позволяет рядовому пользователю создавать мультфильмы и трехмерные ролики. Но оно, во-первых, стоит очень дорого, во-вторых, требует очень высокой профессиональной подготовки, большого опыта работы на компьютерах, а главное, очень больших усилий и много времени. Все это делает технологию мультипликации и трехмерной графики доступной для очень ограниченного круга людей.
Таким образом, из всех видов компьютерной практики, которые важны для формирования образовательного уровня ученика, и которые определяют информационную культуру человека, выпадает технология компьютерной анимации и синтеза трехмерных изображений из-за отсутствия приемлемых программных продуктов, которые бы могли быть использованы для обучения. Напомним однако, что речь идет о прицеле на будущее. Это не значит, что все сейчас должны наброситься на освоение именно мультипликации. Дело в том, что в самом ближайшем будущем именно анимационные объекты будут самым главным носителем информации в компьютерных системах и будут активно применяться в пользовательском интерфейсе. Поэтому знание основ мультипликации наряду с перечисленными видами компьютерной практики даст вполне очевидные преимущества при освоении новых рубежей технологий будущего. Ведь ни у кого не вызывает сомнений, что выразительная мощность анимационных информационных моделей, использующих в полной мере основные модальности восприятия человека, значительно превосходит по своей степени воздействия простые неподвижные изображения и текст. А современный ученик должен быть готов не только к получению готовой информации, он должен будет уметь ее и производить.
Простой анализ причин возникающих сложностей и проблем создания программных продуктов типа AutoDesk Animator и 3D-Studio, которые можно было бы использовать на уроках информатики, показал следующее. С одной стороны, задача создания анимационных фильмов и трехмерных сцен несоизмеримо сложнее, чем уровень всех технологий, что раньше были доступны на персональных компьютерах. Поэтому, интерфейс, который пригоден для текстовых процессоров, в процессорах для анимации не совсем пригоден. Это следует из известных фактов, что средний не тренированный человек способен удерживать в своем внимании не более семи объектов внимания на одном системном уровне, а иерархия системы не должна превышать двух или трех уровней вложения. Иначе эффективность работы человека резко падает. Однако сложность интерфейса в программных продуктах типа AutoDesk Animator и 3D-Studio, заведомо превосходит приемлемый для рядового пользователя уровень сложности. Потому использование только традиционного интерфейса в виде иерархического меню с набором команд не даст положительного решения. Разработка альтернативного программного интерфейса, адаптированного к уровням восприятия и способностей человека, является очень сложной задачей, требующей огромных затрат, привлечения большого числа высокопрофессиональных программистов, системных аналитиков, дизайнеров и математиков.
Если теперь сопоставить задачу разработки качественного и доступного интерфейса для систем высокого уровня сложности типа AutoDesk Animator и 3D-Studio с задачами, которые решались фирмой Microsoft при разработке операционной среды Windows (в комплекте с процессорами типа Word, Exsel), то можно сделать следующие выводы.

Концепция и принципы интерфейса в системе мультипликации "The"

На основе серьезных научных исследований в области интерфейса "человек-компьютер" и особенностей системы "восприятие-действие" человека, авторы разработали и реализовали в системе "The" технологию трассировки анимационных объектов, которая позволяет легко и удобно создавать сложные мультипликации, достижимые в других программных продуктах при значительно больших усилиях и затратах времени.
Детальный анализ и исследование технологий компьютерной анимации показал, что наиболее сложным является процесс трассировки совокупности анимационных объектов. Иными словами, проблема состоит в сложности процесса согласованной расстановки фаз множества анимационных объектов в последовательном ряду кадров. Особая сложность возникает, когда отдельные объекты не движутся по математически расчитанным траекториям, а требуют согласованных между собой движений и изменений с учетом эстетического восприятия автора. Причем постоянно возникают потребности в корректировке и переделки отдельных фрагментов движений и изменений. Опыт показывает, что возможность трассировки по-объектно, а не только по-кадрово, дает определенные преимущества и удобства автору, работающему с системой "The". Сквозная позиционная трассировка отдельного объекта анимации с возможностью не только привязки его по координатам, но и одновременной раскладки по его фазам позволяет автору наглядно видеть и чувствовать в деталях малейшие нюансы мультипликационного движения объекта относительно других объектов анимации и достигать желаемого результата почти в реальном времени. Конечно для этого требуются определенные навыки, но они вырабатываются очень быстро, так как основаны на привычной практике и опыте ручного перемещения физического объекта в пространстве или моделировании такого перемещения в плоскости. А это напрямую отражается на качестве анимации и скорости ее создания. Но, с другой стороны, любое, даже минимальное изменение в трассе объекта, как правило, приводит к разрушению всей его последующей части трассы. Поэтому необходимо постоянно отслеживать глубину трассировки каждого объекта по отдельности с учетом коррекции трассы. Авторами данной разработки предложен метод обратного отслеживания глубины трассировки. Это полностью снимает с автора большой объем лишней деятельности, так как глубина трассировки автоматически устанавливается в точке редактирования и он тут же может продолжить позиционную трассировку данного объекта с учетом совершенных изменений. Легкость переключения процесса трассировки с одного объекта анимации на другой дополняет комплекс возможностей и удобств данной технологии. Следует отметить, что для реализации данной технологии был разработан особый интерфейс, основанный на запатентованной авторами технологии ввода информации в компьютерные системы, получившей наименование "tWWEt-метод". Суть его состоит в следующем. Подвижный курсор, управляемый манипулятором, содержит подвижный компонент, который функционально нагружен и контекстно зависим от текущего состояния задачи и от положения курсора.

Заключение

Читателю этих строк не стоит огорчаться от сложности и, на первый взгляд, непонятности излагаемого материала, касающегося тонкостей предлагаемой технологии. Подробности изложения проблем разработки анимационных процессоров включены в данный материал с одной целью - обратить внимание читателя на реальную сложность данной проблемы. Это лишний раз доказывает серьезный уровень авторской работы по разработке предлагаемой технологии компьютерной мультипликации. Зато как пользователь, читатель может убедиться в простоте и эффективности технологии, положенной в основу работы системы "The".

Назад