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

1. ВВЕДЕНИЕ

Область применения созданного программного продукта - дистанцион­ное образование по специальности 220400 "Программное обеспечение вычис­лительной техники и автоматизированных систем" для дисциплин, связанных с компьютерной графикой и искусственным интеллектом. Возможно использо­вание для других специальностей и других форм обучения, а также всеми же­лающими более детально изучить отдельные вопросы машинной графики, представления и использования знаний.

Область создания образовательных программ освоена достаточно широ­ко, разработана масса обучающих программ, в частности, проект "Создание единой образовательной системы дистанционного образования (СДО) для тех­нических университетов России. " Однако ранее разработанные СДО обладают целым рядом недостатков:

- жесткая привязанность к предметной области;

жесткая структура программы, исключающая ее модификацию поль­
зователем;

жесткий курс обучения исключающий возможность его пополнения и
перенастройки.

Основной недостаток этих программ - обучение фактически заменяется на демонстрацию пользователю некой информации из предметной области без контроля обучаемого и привития практических навыков, в лучшем случае это наличие контрольных вопросов по теоретическому курсу.

Ожидаемые результаты работы созданной образовательные среды "Гео­метрические преобразования" для дисциплины "Компьютерная графика" и "Продукционные системы" для дисциплины "Системы искусственного интел­лекта" — повышение эффективности восприятия информации и привитие прак­тических навыков. А также увеличение времени затраченного преподавателем на разработку курса за счет уменьшения затраченного преподавателем времени на представление информации и привитие практических навыков у студентов.

Научно-техническая и практическая ценность ожидаемых результатов работы.

Научно-техническая ценность результатов связана с разработкой методи­ческих рекомендаций и инструкций по созданию образовательных сред для различных специальностей.

Практическая ценность связана с созданием образовательных средств для конкретных дисциплин и использование СДО в учебном процессе.

2. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

2. 1. Анализ существующих подходов, моделей, методов

Программное обеспечение для компьютеризованного обучения прошло в своем развитии несколько этапов. На первом этапе использования ЭВМ в учеб­ном процессе разрабатывались программы автоматизации отдельных этапов расчетных, проектных, графических и других работ в ходе лабораторных и практических занятий, курсового и дипломного проектирования. В это же вре­мя появились первые программы контроля и оценки знаний обучаемых, про­граммированного обучения в тестовом режиме. Позже акцент сместился к раз­работке программного обеспечения автоматизированных обучающих систем, обеспечивающих не только обучение конкретным знаниям, но и проверку отве­тов обучаемых интеллектуальную их интерпретацию, возможность подсказки и другие функции. На этом этапе была осознана необходимость интерактивных режимов работы, использования средств машинной графики и методов искус­ственного интеллекта, а также наличие инструментальных средств разработки обучающих программ. Следующий этап связан с новым содержанием, вклады­ваемым в понятие компьютеризованного обучения, а именно с дистанционным образованием.

Автоматизация проектирования и разработки программного обеспечения образовательных сред дистанционного образования требует разграничения ме­жду программными средствами, обеспечивающими коммуникационную ин­фраструктуру для образовательных технологий ДО, специализированными ин­формационно-образовательными средами и курсами ДО и инструментальными средствами разработки обучающих программ ДО. Именно последняя группа в форме интегрированной системы принимается как базовое программное обес­печение ДО.

К основным видам компьютерных программ, разработанных для усовер­шенствования учебного процесса относятся следующие:

- электронный учебник;

образовательная среда;

лабораторный практикум;

тренажер;

контролирующая программа;

- база данных.

Цель анализа - определение функциональных характеристик, функцио­нальных и структурных составляющих обучающего ПО с учетом потребностей дистанционного образования.

2. 1. 1. Электронный учебник

Электронный учебник - программно-методический комплекс, обеспечи­вающий возможность самостоятельно освоить учебный курс или его большой раздел. Он соединяет в себе свойства обычного учебника, справочника, задач­ника и лабораторного практикума.

Следует выделить два из основных требований к электронным учебни­кам:

— электронный учебник должен позволять изучить курс, пользуясь толь­ко книгой и входящим в учебник ПО;

- электронный учебник должен предоставлять обучаемому оптимальное
сочетание различных способов изучения курса.

Можно отметить следующие особенности методологического подхода, основанного только на электронном учебнике.

- Необходимость обеспечения самостоятельного освоения материала
полностью исключает преподавателя из процесса обучения, оставляя
за ним решение учебно-методических задач на стадии создании элек­
тронного учебника и настройки ПО на конкретный учебный процесс.
Требование о предоставлении обучаемому оптимального сочетания
различных способов изучения курса приводит к необходимости реали­
зации в ПО электронных учебников различных методических прие­
мов, доступных преподавателю-разработчику, что влечет за собой ус­
ложнение структуры и громоздкость ПО. Но при этом обучаемый сам
выбирает кажущуюся ему удобной форму обучения, тогда как это
должен делать преподаватель или обучающая программа при условии
формирования в ней модели обучаемого.

- Следствием вышесказанного является высокая стоимость разработок:
- затраты на разработку ПО, обеспечивающего 1 час курса, оценены в
10 тысяч долларов США; - затраты на разработку 6-семестрового автоматизированного курса по высшей математике оцениваются в 3-5
миллионов долларов США.

- Многие проблемы, перечисленные выше, могут быть решены при ис­
пользовании методов искусственного интеллекта на этапе формирова­
ния учебного материала и сценария учебника.

- Использование методов искусственного интеллекта позволяет значи­
тельно повысить гибкость и сравнительно легкую модифицируемость
сценария электронного учебника.

- Занимательность представляемого учебного материала обеспечивается
использованием средств машинной графики, а простота работы с ПО
поддерживается специально разрабатываемыми интерфейсами обучаемого.

- В большинстве действующих ПО электронных учебников существует база данных контроля знаний обучаемых.

2. 1. 2. Образовательная среда

Следующим видом компьютерных обучающих программ являются обра­зовательные среды - обучающее ПО, которое позволяет оперировать с объек­тами определенного класса. Среда реализует отношения между объектами, операции над объектами и отношениями, соответствующие их определению, а также обеспечивает наглядное представление объектов и их свойств. Обучае­мый оперирует объектами среды, руководствуясь методическими указаниями в целях достижения поставленной дидактической цели, либо производит иссле­дование, цели и задачи которого поставлены обучаемым самостоятельно. Особенности методологии образовательных сред:

- образовательная среда как средство обучения предоставляет возможность развития наивысших, продуктивных форм мышления;

основной функцией ПО образовательной среды является моделирование;

визуализация процесса моделирования требует использования разнообраз­
ных средств машинной графики;

достижение реальной самостоятельности обучаемого возможно при исполь­
зовании методов искусственного интеллекта, для чего необходимо: - час­
тично заменить алгоритмическую часть ПО образовательной среды на дек­
ларативное описание в форме базы знаний; - заменить частично управляю­
щую часть ПО образовательной среды механизмом логического вывода; -
предоставить обучаемому возможность изменения содержания базы знаний;

образовательная среда ориентирована на самостоятельную работу, но тем не
менее должна иметь определенные виды контроля или протоколирования
действий пользователя, что с применением методов искусственного интел­
лекта поможет сформировать модель обучаемого.

2. 1. 3. Лабораторный практикум

ПО лабораторного практикума служит для проведения наблюдений над объектами, их взаимосвязями или некоторыми их свойствами, для обработки результатов наблюдения, для их численного и графического представления и для исследования различных аспектов использования этих объектов на практи­ке.

Одно из основных требований к лабораторному практикуму имеет сле­дующий вид: должны быть четко определены цели эксперимента, описаны средства и методики проведения эксперимента, методы обработки и анализа экспериментальных данных, формы отчета.

Следует отметить, что лабораторный практикум по своему определению и поставленным целям должен быть составной частью образовательной среды. Функции включаемых в ПО лабораторных практикумов средств машинной

графики должны включать возможности деловой и научной графики для ви­зуализации различных графиков, кривых, поверхностей и других абстрактных математических объектов. ПО лабораторного практикума должно включать средства редактирования для представления отчета и определенные виды кон­троля выполненного задания.

2. 1. 4. Тренажер

ПО тренажеров служит для обработки и закрепления технических навы­ков решения задач. Тренажеры обеспечивают получение теоретической ин­формации и описание приемов решения задач, тренировку на различных уров­нях самостоятельности, контроль и самоконтроль и должны включать следую­щие режимы работы: теория, демонстрация примеров, работа с репетитором, самостоятельная работа, самоконтроль.

Среди основных требований к ПО тренажеров выделим следующие:

в режиме репетитора желательно предусмотреть все возможные пути
решения;

путь продвижения должен определяться самим обучаемым.

Особенности методологии тренажеров.

Желание «предусмотреть все возможные пути решения» значительно
усложняет ПО тренажеров и реально достижимо только для формали­
зованных задач и алгоритмов.

ПО тренажера должно включать средства редактирования и базу кон­
троля знаний.

Обучаемый должен решать только те задачи, которые предлагает тре­
нажер, и не может самостоятельно сформулировать аналогичную за­
дачу для решения, что вызвано отсутствием интеллектуализации ПО
тренажеров.

— Интеллектуализация тренажеров для повышения самостоятельности действий обучаемого и одновременное усложнение решаемых задач трансформирует тренажеры в образовательные среды.

- Расширение круга задач, навыки решения которых отрабатывает и за­
крепляет тренажер, требует использования средств машинной графи­
ки.

- требование о возможности получения любых комплексных справок по всему курсу максимально увеличивает трудоемкость разработки тре­буемых баз данных;

— решение указанных проблем возможно путем использования интеллек­туальных баз данных текстового типа.

Все современные концепции построения обучающих систем при их глу­боком, осмысленном представлении достаточно примитивны по своей сути. Если исключить из рассмотрения безусловно красивый, но для нас в данном случае совершенно неважный интерфейс, исключить обилие выводимого оцифрованного видеоизображения, звуковые эффекты и т. п., то большинство современных обучающих систем функционируют по приблизительно одной нехитрой стратегии.

Суть ее состоит в следующем: обучаемому предоставляется достаточно широкий информационный канал, по которому он получает информацию обу­чающего, а скорее познавательного характера. В данном случае обучаемому уготована роль стороннего наблюдателя за происходящим, что в совокупности с обилием выдаваемой информации приводит к тому, что постепенно человек запутывается в этом информационном потоке, либо что-то пытается усвоить и часто формирует у себя неверное представление о предмете, изучаемым таким образом.

Кроме того, даже в случае успешного запоминания обучаемым передан­ного материала вероятность того, что он сможет использовать его в дальней­шем без посторонней помощи достаточно невелика. Дело в том, что после вы­дачи всей обучающей информации большинство обучающих систем в лучшем случае проводит небольшое контрольное тестирование по теоретическим во­просам или стандартным задачам, описанным же в выдаваемой информации. Таким образом, получив достаточный объем обучающей информации, пусть даже в виде прекрасно подготовленного курса, по конкретной теме, обучаемый по окончании работы с системой не имеет достаточного практического опыта для применения на практике полученных знаний и дальнейшем ему могут по­надобится дополнительные практические занятия или непосредственные заня­тия с преподавателем - составителем учебного курса для системы дистанцион­ного образования, что в конечном итоге сводит на нет всю ценность разрабо­танной обучающей системы и ставит под сомнение смысл ее разработки.

Для устранения указанных недостатков в разработанной системе дистан­ционного образования изначально была заложена принципиально иная концеп­ция, в основном направленная на формирование у обучаемых достаточно хо­роших практических навыков по изучаемым курсам. Этой цели подчинены 75% режимов работы созданной системы.

Разработчиками сделана попытка заложить в разработанную систему не­которую универсальность путем определения в ней некоторого расширяемого небольшого набора примитивов: "текст", "рисунок", "трехмерная модель объ­екта", что позволяет достаточно легко перенастраивать систему на ряд "родст­венных" курсов, а при расширении количества примитивов расширяется спи­сок возможных дисциплин, которые могут быть заложены в систему. Очевид­но, что указанная универсальность довольно относительна и создать универ­сальную обучающую систему с широкими возможностями по привитию практического опыта если и возможно, то весьма проблематично.

В данном случае такой задачи и не ставилось, разработанная система из­начально предполагалась для дисциплин "Компьютерная графика" и "Системы искусственного интеллекта" а также для близких с ними дисциплин. Использо­вание одного и того же набора примитивов для создания курсов по указанным дисциплинам привело к тому, что при последовательном их изучении происхо­дит плавный переход от одной дисциплины к другой. Часть указанных прими­тивов имеет режим динамической работы с ними. Интерактивная работа с при­митивами более интересна обучаемому, нежели простое созерцание выдавае­мой информации по его чисто человеческой природе, что положительно сказы­вается на повышении эффективности обучения.

Кроме новизны самой концепции построения обучающей среды, в разра­ботанной системе заложен целый ряд новых подходов и методов, примени­тельно к конкретным рассматриваемым дисциплинам ("Компьютерная графи­ка" и "Системы искусственного интеллекта").

Геометрическая модель вводится как совокупность изменяемых и неиз­меняемых структур данных, однозначно определяющих моделируемый трех­мерный объект. Изменяемая компонента структур данных модели определяет привязку объекта к системе отсчета. Неизменяемая компонента определяет ха­рактеристики самого объекта с помощью топологических элементов и отноше­ний между ними. Изменяемая информация задается линейной списковой структурой дескриптором вершин 8(Х, У, 2), содержащим координаты каждой вершины. Неизменяемая информация представляется отношениями между то­пологическими элементами моделируемого объекта.

Получение искомого геометрического преобразования происходит по­средством накапливания элементарных преобразований в матрице результи­рующего преобразования при последовательном ее домножении на матрицы элементарных геометрических преобразований.

Опыт обучения вопросам геометрических преобразований показывает, что рассматриваемые в среде задачи, соответствующие алгоритмам геометри­ческих преобразований следует распределить по трем уровням сложности сле­дующим образом:

высший получение любого преобразования относительно произвольной плоскости, заданной несколькими способами.

средний получение любого преобразования относительно произвольной прямой.

низший получение любого преобразования относительно произвольной точки, а так же элементарные геометрические преобразования.

Основным связывающим звеном между дисциплинами "Компьютерная графика" и "Искусственный интеллект" является способ решения задач геомет­рических преобразований с помощью механизма логического вывода продук­ционных систем. При всем разнообразии задач геометрических преобразований их решение процедурными методами привело бы к значительному увеличению объема и трудоемкости написания программы, а также существенному сниже­нию гибкости. Реализованный в разработанной системе способ решения гео­метрических задач с помощью продукционных систем позволил добиться аб­солютной гибкости, т. е. преподаватель может вводить в курс все возможные задачи. Подобный подход позволяет таким образом построить выполнение за­дач геометрических преобразований, что становиться возможным реализовать все возможные преобразования в одном механизме вывода за счет использова­ния соответствующей базы знаний.

Разработанный способ используется в системе для решения следующих подзадач: во-первых, он заложен в саму программу для выполнения постоянно необходимых преобразований; во-вторых, на примере этого метода построено обучение по курсу "Продукционные системы", что весьма положительно, т. к. предмет осваивается обучаемым на конкретном примере из той области, с ко­торой он ранее ознакомился с другой стороны.

2. 2. Постановка задачи

Для обеспечения функционирования разработанной системы дистанци­онного образования во всех предусмотренных режимах необходимо было ре­шить следующие задачи:

1) теоретического плана:

- разработка способа представления информации о трехмерных геомет­рических объектах. Установление связей в разрабатываемых структу­рах и формальное описание преобразований, представленных таким образом;

- разработка универсального метода получения геометрических преоб­разований объектов на основе разработанного механизма вывода;

- разработка способов обучения методам геометрических преобразова­
ний, как примера использования продукционных систем.

2) Практического плана:

реализация разработанного универсального способа получения гео­
метрических преобразований на основе продукционных систем;

разработка блока демонстрации формирования последовательности
преобразований и контроля действий обучаемым;

- разработка блока выдачи задания обучаемому для самостоятельной
работы с учетом уровня сложности и блока контроля правильности
выполнения полученного задания.

2. 3. Обоснование выбора подхода и метода решения по­ставленной задачи

В основе разработанной системы лежит использование продукционных систем для решения задач геометрических преобразований. Основные доводы в пользу такого выбора:

Как отмечалось выше в главе анализа существующих подходов, алго­
ритмические методы нахождения последовательности геометрических
преобразований явно неэффективны, следовательно необходим дру­
гой подход.

Использование связки "Продукционные системы + геометрические
преобразования" выгодно с той точки зрения, что эти два понятия
легко связать в единую работающую систему.

Разрабатываемая программа становится компактной, легкоизменяе­
мой только за счет изменения базы знаний.

Механизм вывода при работе с используемым представлением объек­
тов очень прост.

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.

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.

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.

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:

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

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.

Для обеспечения работы СДО в предусмотренных режимах был разрабо­тан блок выдачи заданий обучаемому. При этом задания, выдаваемые в разделе "Геометрические преобразования" не отличаются от заданий, выдаваемых в разделе "Продукционные системы". Задания обучаемому генерируются систе­мой случайным образом, что в совокупности с перегенерацией способа задания опорных элементов практически исключает повторы системы при повторной работе в прежнем режиме одного и того же пользователя. Кроме того, в блоке выдачи задания все возможные варианты задач распределены по уровням сложности. Так как большинство режимов СДО строится на выполнении имен­но практических заданий, через данный блок стало возможным устанавливать уровни сложности для работы с конкретным обучаемым по его желанию.

Задания распределены по уровням сложности исходя из сложности по­строения алгоритма получения требуемого преобразования (см приложение 6)

При работе обучаемого в контролирующем режиме его задачей является выполнение выдаваемых системой заданий, т. е. формирование требуемой по­следовательности преобразований. Для обеспечения контроля действий обу­чаемого, корректировки его работы, привития практических навыков и провер­ки выполнения задания для самостоятельной работы был разработан контроли­рующий блок. В его задачу входит контроль правильности результирующего преобразования.

Первоначальная версия реализации механизма вывода со всеми обеспе­чивающими функциями занимала порядка 3000 строк исходного текста, однако в последующих версиях ее размер сокращен до 1000 строк. С учетом подклю­чения к механизму вывода других блоков (о чем говорилось выше) размер реа­лизации составил 1400 строк исходного текста. Отметим, что размер только одной алгоритмической реализации блока получения любой последовательно­сти преобразований с учетом многообразия входных данных составил бы около

7000 строк исходного текста без учета размеров всех остальных требуемых блоков. При этом реализация вспомогательных блоков (выдачи задания, кон­троля и т. д. ) на базе созданного блока получения отношений уже невозможна, что еще более увеличивает суммарный объем программы. Так как разработан­ная система является системой дистанционного образования, то связь обучае­мого и преподавателя обеспечивается через линии коммуникации (например телефонная сеть). При этом размер передаваемых данных является довольно существенным моментом. Концепция построения рассматриваемой СДО "Гео­метрические преобразования/Продукционные системы" в целом направлена именно на минимизацию размера передаваемых по коммуникационным кана­лам данных.

3. 3. Разработка программной и эксплуатационной докумен­тации

Разработанный программный продукт сопровождается следующими до­кументами (с указанием номера приложения):

"Техническое задание" Приложение 1

"Руководство оператора" Приложение 2

"Описание применения" Приложение 3

"Руководство программиста" Приложение 4

"Программа и методика испытаний" Приложение 5

4 ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

4. 1. Расчет себестоимости программы

Себестоимость программы рассчитывается по формуле:

(Пнр х Зпр)

Спп = Зпр + Мэ + —------------— + Сотл

100%

где Зпр - заработная плата программистов, руб;

Мэ - стоимость материалов на эксплуатационные

нужды, руб;

Пнр - процент накладных расходов, %; Сотл - затраты по отладке программы, руб.

Заработная плата программистов определяется по следующей формуле:

Зпр = tpi х Зосн х ( 1 + Адоп )х( 1+ Асн)

где tpi - трудоемкость работ i-го разработчика, чел-мес: Зосн - основная заработная плата i-го разработчика,

руб/мес;

Адоп - коэффициент дополнительных выплат разработчикам; Асн - коэффициент учитывающий отчисления на

социальные нужды. n - число разработчиков программного продукта, чел.

Трудоемкость разработки программного продукта:

1. 2

tp. п. = 2. 8 х ( Nтик )

где Nтик - число тысяч исходных команд. Nтик = 4. 5;

1. 2

tрп = 2. 8 х ( 4. 5 ) = 17. 02 чел. -мес.

Продолжительность разработки программного изделия:

0. 32 0. 32

Т = 2. 5хtрп =2. 5x17. 02 = 6. 19 месяцев.

n=tрп- - количество разработчиков

Т

n= 17.02/6.19 = 3 человека, в том числе 2 инженера-программиста и 1 руководитель разработки.

Заработная плата программистов:

Зинж =150 руб. Зрук = 400 руб.

Трудоемкость работ каждого разработчика:

tp инж = 17. 02 х 0. 35 = 5. 957 tp рук = 17. 02x0. 3 =5. 100

Адоп = 0. 25 Асн =0. 39

Зпр = 2 х (5. 957 х 150 х (1+0. 25) х (1+0. 39)) + + 5. 10 х 400 х (1+0. 25) х (1+0. 39) = 5524 руб.

Затраты по отладке программы определяются по форм Сотл = Тотл х Смч,

где Тотл - трудоемкость отладки;

Смч - стоимость одного машина-часа.

Трудоемкость отладки:

qхСх( 1 +Р)
Тотл. =

5хК

где: q - количество операторов;

С - уровень сложности программы;

Р - число корректировки;

К - коэффициент подготовки программиста;

q = 4481 С = 0. 6 Р = 0. 05 К=1. 2

3291 х 0. 6 х (1+0. 05)
Тотл = = 471 часов.

5x1. 2

Смч =12 руб.

Сотл= 12x471 =5652 руб.

Таблица 4. 1. 1 Стоимость материалов

Материал	Кол-во	Ед. изм.	Цена	Сумма
Бумага	0. 5	Пачка	40 руб.	20 руб.
Лента принтера	1	Штука	17руб.	17 руб.
Дискета	4	Штука	5 руб.	20 руб.

Итого: 57 руб.

Мэ = 57 руб. Пнр = 50 %

50 х 5524

Спп = 5524 + 57 + + 5652=13995 руб.

100

4. 2. Расчет цены программы

Цена программного продукта определяется по формуле:

Цпп = Спп х ( 1 + Ррен. ),

где Ррен - уровень рентабельности

Ррен =0. 3

Цпп = 13995 х (1+0. 3) = 18194 руб. Продажная цена программного продукта определяется по формуле:

Цпп +К х Кст
Цена= х(1+НДС)

К

где НДС - налог на добавленную стоимость, 20%; К - количество копий, шт.; Кcт - стоимость носителя информации, руб.;

К =30 копий Кcт = 5 руб.

Цена = ((18194 + 30 х 5) / 30) х 1. 2 = 733 руб.

4. 3. Определение качественных параметров программы

В экспертизе системы дистанционного образования "Компьютер­ная графика и Семантические сети" в качестве экспертов учавство-вали главный специалист отдела ИВС Министерства труда и со­циального развития Шестак Л. И., руководитель отдела АСУ АО "САП-КОН" Миньков Л. Н., главный специалист отдела АСУ АО "САПКОН" Саха­ров С. С.

В качестве аналога была выбрана обучающая программа "Стати­ка и Динамика", разработанная студентами СГТУ кафедра ПВС в 1995 г.

Определим уровень компетентности каждого эксперта по формуле:

К аi + К осi
К ki = ,

К аmах + К остах

где Кki - коэффициент компетентности i-го эксперта; Каi - коэффициент аргументации; Косi - коэффициент осведомленности; Кmах - максимальные значения Каi и Косi, равные 1.

Для определения коэффициента аргументации используются значения, приведенные в таблицах 4. 2. 1 и 4. 2. 2:

Таблица 4. 3. 1 Коэффициенты аргументации

Источник	высокая	средняя	низкая
аргумента-
ции
1. Прове-	0. 3	0. 2	0. 1
денные
теоретиче-
ские иссле-
дования.
2. Личный	0. 5	0. 4	0. 2
опыт рабо-
ты.
3. Обоб-	0. 05	0. 05	0. 05
щенный
анализ оте-
чественных
аналогов
4. Обоб-	0. 05	0. 05	0. 05
щение ана-
лиз Зару-
бежных
аналогов.
5. Личное	0. 05	0. 05	0. 05
знакомство
с состояни-
ем дел за
рубежом
6. Интуи-	0. 05	0. 05	0. 05
ция

Таблица 4. 3. 2 Степень влияния источника

Эксперт	степень влияния источника
1	2	3	4	5
1. ШестакЛ. И.	Выc.	Выc.	сред.	Сред.	сред.	Выc
2. Миньков Л. Н.	Выc.	Выc.	выc.	Сред.	низ.	Сред
3. Сахарове. С.	выc.	сред.	сред.	сред.	низ.	сред

В результате получаем коэффициенты аргументации для каждого эксперта:

Ка1 = 0. 3 + 0. 5 + 0. 05 + 0. 05 + 0. 05 + 0. 05 = 1; Ка2 = 0. 3 + 0. 5 + 0. 05 + 0. 05 + 0. 05 + 0. 05 =1; Ка3 = 0. 3 + 0. 4 + 0. 05 + 0. 05 + 0. 05 + 0. 05 = 0. 9;

Коэффициент осведомленности устанавливается по усмотрению самих экспертов:

Кос1 = 0. 9; Кос2 = 0. 75; Кос3 = 0. 80;

Таким образом коэффициенты компетентности:

Кк1 =( 1 +0. 9)/2= 0. 950; Кк2 = ( 1 + 0. 75)/2 = 0. 875; Кк3 = ( 0. 9 + 0. 80)/2= 0. 850;

Из дерева качества разработанного программного продукта были выбраны, по общему мнению, 12 наиболее важных характеристик:

Возможность адаптации пользователя в ПО;

Привлекательность интерфейса;

Удобство работы с программой;

Возможность работы в многопользовательском режиме;

Правильность функционирования;

Гибкая система подсказок;

Многофункциональность системы;

Компактность программы;

Надежность системы, защита от сбоев;

Возможность настройки ПО на пользователя;

Эффективность контроля процесса обучения;

Модификация вызываемых заданий;

Исходя из таблицы 4. 3. 3

Таблица 4. 3. 3 Оценка влияния характеристик

	Оценка
1. Абсолютно не влияет технический уровень про­граммного продукта	0
2. Влияет незначительно	0. 25
3. Влияет	0. 5
4. Влияет существенно	0. 75
5. Небходим	1

каждым экспертом по каждой характеристике установлены коэффициенты важности:

были

	Щестак	Миньков	Сахаров
1.	1	0. 75	0. 5
о	0. 75	0. 75	0. 5
3.	1	1	1
4.	0. 5	0. 5	0. 5
5.	0. 75	0. 75	1
6.	0. 5	0. 75	0. 5
7.	1	1	1
8.	0. 75	0. 75	0. 5
9.	0. 75	1	1
10.	0. 75	0. 5	0. 5
11.	0. 5	0. 75	0. 5
12.	0. 5	0. 5	0. 75

Определим общую согласованную оценку каждой характеристики по формуле:

Квi = 1/n х ( mij х Ккi)

где n - число экспертов;

ту - оценка 1-ым экспертом i-ой характеристики; Ккi - коэффициент компетентности 1-го эксперта; Квi - обобщенная оценка экспертов по j-ой характеристике.

Кв1 =0. 33х( 1 х 0. 950 +0. 75 х 0. 875 + 0. 5 х 0. 850)= 0. 677 Кв2 =0. 33х(0. 75 х 0. 950 +0. 75 х 0. 875 + 0. 5 х 0. 850)= 0. 579 Кв3 =0. 33х( 1 х 0. 950 + 1 х 0. 875 + 1 х 0. 850)= 0. 891 Кв4 =0. 33х(0. 5 х 0. 950+0. 5 х 0. 875 + 0. 5 х 0. 850)= 0. 733 Кв5 =0. 33х(0. 75 х 0. 950 +0. 75 х 0. 875 + 1 х 0. 850)= 0. 579 Кв6 =0. 33х(0. 5 х 0. 950+0. 75x0. 875+ 0. 5 х 0. 850)= 0. 518 Кв7 =0. 33х( 1 х 0. 950 + 1 х 0. 875 + 1 х 0. 850)= 0. 891 Кв8 =0. 33х(0. 75 х 0. 950 +0. 75 х 0. 875 + 0. 5 х 0. 850)= 0. 579 Кв9 =0. 33х(0. 75 х 0. 950 + 1 х 0. 875 + 1 х 0. 850)= 0. 812 Кв10=0. 33х(0. 75х 0. 950+0. 5 х 0. 875 + 0. 5 х 0. 850)= 0. 525 Кв11=0. 33х(0. 5 х 0. 950+0. 75x0. 875+ 0. 5 х 0. 850)= 0. 518 Кв12=0. 33х(0. 5 х 0. 950+0. 5 х 0. 875 + 0. 75 х 0. 850)= 0. 516

Затем каждый эксперт устанавливает степень осуществления программного продукта (в баллах от 0 до 10) и подсчитывается согласованная оценка по формуле:

Vj = 1 /n х ( vij х Ккi)

где n - число экспертов;

vij - оценка i-ым экспертом j-ой характеристики; Ккi - коэффициент компетентности i-го эксперта. V) - обобщенная оценка экспертов по j-ой характеристике.

Разрабатываемый программный продукт/существующий аналог.

	Шестак	Миньков	Сахаров
1.	8/6	8/4	7/6
2.	9/6	7/5	8/6
3.	9/2	8/1	9/3
4.	8/5	9/5	9/6
5.	7/8	7/8	8/9
6.	9/2	9/1	9/1
7.	10/8	9/9	9/8
8.	9/3	8/4	8/4
9.	9/5	8/5	7/6
10.	10/6	9/5	9/5
И.	8/7	9/6	8/6
12.	8/3	9/2	9/3

Для разрабатываемой системы:

V1 =0. 33 х (8 х 0. 950 + 8 х 0. 875 +7 х 0. 850) = 6. 850 V2 =0. 33 х (9 х 0. 950 + 7 х 0. 875 +8 х 0. 850) = 7. 158 VЗ =0. 33 х (9 х 0. 950 + 8 х 0. 875 +9 х 0. 850) = 7. 333 V4 =0. 33 х (8 х 0. 950 + 9 х 0. 875 +9 х 0. 850) = 7. 708 V5 =0. 33 х (7 х 0. 950 + 7 х 0. 875 +8 х 0. 850) = 6. 525 V6 =0. 33 х (9 х 0. 950 + 9 х 0. 875 +9 х 0. 850) = 8. 025 V7 =0. 33 х (10х 0. 950 + 9 х 0. 875 +9 х 0. 850) = 6. 8 V8 =0. 33 х (9 х 0. 950 + 8 х 0. 875 +8 х 0. 850) = 7. 45 V9 =0. 33 х (9 х 0. 950 + 8 х 0. 875 +7 х 0. 850) = 7. 166 V10=0. 33 х (10х 0. 950 + 9 х 0. 875 +9 х 0. 850) = 8. 341 V11=0. 33 х (8 х 0. 950 + 9 х 0. 875 +8 х 0. 850) = 7. 425 V12=0. 33 х (8 х 0. 950 + 9 х 0. 875 +9 х 0. 850) = 7. 708

Для существующего аналога:

V1 =0. 33 х (6 х 0. 950 + 4 х 0. 875 +6 х 0. 850) = 3. 465 V2 =0. 33 х (6 х 0. 950 + 5 х 0. 875 +6 х 0. 850) = 5. 049 VЗ =0. 33 х (2 х 0. 950 + 1 х 0. 875 +3 х 0. 850) = 1. 775 V4 =0. 33 х (5 х 0. 950 + 5 х 0. 875 +6 х 0. 850) = 3. 16 V5 =0. 33 х (8 х 0. 950 + 8 х 0. 875 +9 х 0. 850) = 6. 938 V6 =0. 33 х (2 х 0. 950 + 1 х 0. 875 +1 х 0. 850) =1. 123 V7 =0. 33 х (8 х 0. 950 + 9 х 0. 875 +8 х 0. 850) = 6. 617 V8 =0. 33 х (3 х 0. 950 + 4 х 0. 875 +4 х 0. 850) = 3 605 V9 =0. 33 х (5 х 0. 950 + 5 х 0. 875 +6 х 0. 850) = 4. 711 V10=0. 33 х (6 х 0. 950 + 5 х 0. 875 +5 х 0. 850) = 3. 861 V11=0. 33 х (7 х 0. 950 + 6 х 0. 875 +6 х 0. 850) = 5. 577 V12=0. 33 х (3 х 0. 950 + 2 х 0. 875 +3 х 0. 850) = 1. 667

Находим комплексный показатель уровня конкурентоспособности - разработанного ПО:

12 Кук =  Квj х Vj

Кук = 88. 48 - аналога: Кук= 41. 045

Сравним полученные уровни качества с максимально возможным, то есть для ПО, которому эти эксперты по этим 12 характеристикам ставят по 10 баллов.

Кук mах= 107

Таким образом, уровень качества от максимального составляет 82 % для разрабатываемой программы и 38 % для существующего аналога.

4. 4 Определение экономического эффекта от внедрения программного продукта

Экономический эффект разработчика: Эг= П- К

П = Цена - Спп

Цена = 733 руб.

Спп= 13995 руб.

П = 30 х 733 - 13995 = 8017 руб.

К = 0

Эг= 8017-0 = 8017руб. Экономический эффект пользователя Эг= S- К,

где

К - цена программного продукта

S = S1 -S2,

S1 - расходы на функционирование СДО обычной концепции,
построенной по процедурному принципу.

S2 - расходы на функционирование разработанной СДО "Компью­
терная графика" и "Продукционные системы"

Распространение программы системы дистанционного образова­ния предполагает наличие модемной связи между обучаемым и учеб­ным центром. По модемной связи пересылаются:

- исполнительный модуль проигрывателя сценария;

сценарий учебного курса;

прикладные файлы баз данных и баз знаний;

Экономический эффект появляется в результате:

Сокращение расходов на пересылку основного исполнительного мо­
дуля и базового курса.

Сокращение расходов на пересылку новых учебных курсов.

Сокращение расходов на пересылку обучаемым отчетов о пройден­
ном материале.

Для расчета экономического эффекта пользователя установим параметры пересылки информации. Значения параметров выбраны и: расчета на среднестатистические показатели отечественных телефон-

ных сетей, средний тариф за междугороднюю связь, а также на осно­вании показателей наиболее распространенных типов модемов.

скорость передачи информации = 25 К/мин

стоимость передачи информации = 3 руб. / мин

Экономия за счет сокращения затрат на пересылку основного исполнительного модуля и базового курса.

Объем разработанной СДО = 400 К Объем процедурных аналогов = 1000 К

S1=(1000/25)хЗ = 120руб S2 = ( 400 / 25 ) х 3 = 48 руб. S = S1-S2 = 72 руб.

Экономия за счет сокращения расходов на пересылку новых учебных курсов.

Объем нового курса, созданного для проигрывания в разрабо­танной СДО = 200 К Объем нового процедурного курса = 1000 К

S1 =( 1000/25)хЗ = 120 руб.

S2 = ( 200 / 25 ) х 3 = 24 руб.
S = S1 -S2 = 96 руб.

Учитываем, что в среднем в течение года обучаемый должен по­лучать 15 новых учебных курсов (по 7-8 за семестр), которые мо­жет охватить разработанная СДО,

S = 96х15 = 1440руб

Экономия за счет сокращения расходов на пересылку обучае­мым отчетов о пройденном материале.

Объем отчета о результатах работы обучаемого, формируемый

разработанной СДО = 1 К

Объем отчета, составляемого вручную = 100 К

S1=(100/25)хЗ = 12руб

S2 = 3 руб.

(т. к. минимальное время при соединении = 1 мин. )

S = S1 -S2 = 9 руб.

На 15 курсов:

S = 9х 15 = 135 руб.

S = 72 + 1440 + 135 = 1647 руб. Эг= 1647-733 = 913 руб.

В качестве критерия оценки экономического

эффекта применяется показатель чистого дисконтированного доход: (ЧДД)

tk

ЧДД=  Эг х Кд, t t=tн

Кд=1/(1+Е)- Коэффициент дисконтирования,

Где Е = 0. 5 - норма дисконта

tн, tк - начальный и конечный год расчетного периода

Рассчитаем чистый дисконтированный доход за три года. ЧДД = 913 + ( 913 х 0, 67 ) + ( 913 х 0, 44 ) = 1927 руб.

Таблица 4. 4. технико - экономические показатели разработки

Параметр	Разрабо­танная про­грамма	Рассматри­ваемый аналог
Себестоимость программ­ной разработки	13995 руб.	-
Цена программы	733 руб.	-
Трудоемкость разработки программы	17. 02 чел. мес.	-
Продолжительность разра­ботки	6. 1 меся­цев.	-
Годовой экономический эффект	913 руб.	-
Чистый дисконтированный доход (ЧДД)	1927 руб.	-
Возможность адаптации пользователя в ПО	6. 85	3. 465
Привлекательность интер­фейса	7. 158	5. 049
Удобство работы с про­граммой	7. 333	1. 775
Возможность работы в многопользовательском режиме	7. 708	3. 16
Правильность функциони­рования	6. 525	6. 938
Гибкая система подсказок	8. 025	1. 123
Многофункциональность системы	6. 8	6. 617
Компактность программы	7. 45	3. 605
Надежность системы, за­щита от сбоев	7. 166	4. 711
Возможность настройки ПО на пользователя	8. 341	3. 861
Эффективность контроля процесса обучения	7. 425	5. 577
Модификация вызываемых заданий	7. 708	1. 667
Комплексный показатель уровня конкурентоспособности	88. 48	41. 045

Рис. 4. 4. 2 Структура себестоимости программного продукта

Выводы к разделу 4

В данном разделе представлены расчеты затрат на разработку системы дистанционного образования "Компьютерная графика" и "Продукционные сис­темы", ее трудоемкость и продолжительность разработки с учетом количества разработчиков. Рассчитаны качественные характеристики разработанной сис­темы и проведено сравнение с существующим аналогом.

Произведен расчет ожидаемого годового эффекта от использования сис­темы дистанционного образования и произведена его оценка.

5. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА

Дипломная работа посвящена созданию систем дистанционного обучения на базе методов искусственного интеллекта. Целью работы является создание обучающей программы по дисциплинам «Геометрические преобразования» и «Продукционные системы». Система включает в себя также ЭВМ (ЮМ со­вместимый компьютер).

5. 1. Сущность экологической экспертизы

В данном разделе производится экологическая экспертиза информацион­ной системы в целом. В соответствии с Федеральным Законом об экологиче­ской экспертизе (принят Государственной Думой 19. 05. 95, одобрен Советом Федерации 15. 11. 95), который регулирует отношения в области экологиче­ской экспертизы, направлен на реализацию конституционного права граждан Российской Федерации на благоприятную окружающую среду посредствам предупреждения негативной хозяйственной и иной деятельности на окружаю­щую природную среду и предусматривает в этой части реализации конститу­ционного права субъектов Российской Федерации на совместное с Российской Федерацией ведение вопросов охраны окружающей среды и обеспечения эко­логической безопасности, экологическая экспертиза - это установление соот­ветствия намеченной хозяйственной и иной деятельности экологическим тре­бованиям и определение допустимости реализации объекта экологической экс­пертизы в целях предупреждения возможных неблагоприятных воздействий этой деятельности на окружающую природную среду и связанных с ними со­циальных, экономических и иных последствий реализации объекта экологиче­ской экспертизы.

5. 2. Анализ экологических факторов

Для проведения экологической экспертизы необходимо выявить экологи­ческие факторы и условия, подлежащие экспертной оценке. Учитывая особен­ности разработки информационной системы, а также условия работы с ней, можно выделить наиболее значимый вид воздействия на окружающую среду -электромагнитное излучение. Другие экологические факторы влияющие на ок­ружающую среду либо минимальны, либо вовсе отсутствуют, поэтому их ана­лиз в данной экологической экспертизе не проводится.

Для анализа и установления предельно допустимых значений электро­магнитного излучения (ЭМИ), а также мер по снижению воздействия, необхо­димо выявить характер воздействия и границы частот, на которых возможно излучение.

Электромагнитное излучение характеризует электромагнитное поле (ЭМП) - переменное поле, представляющее собой совокупность изменяющихся во времени взаимосвязанных и взаимообусловленных электрического и маг­нитного полей. Для оценки интенсивности ЭМП в диапазоне частот до 300 мГц служит напряженность электрической составляющей, Е - векторная величина,

характеризующая одну из двух составляющих ЭМП (единица измерения - В/м).

5. 3. Выявленные источники электромагнитного излучения

Для определения частотных границ ЭМИ необходимо выявить источни­ки, создающие излучение. В разрабатываемой системе источниками ЭМИ явля­ются:

Сетевая проводка (F = 50 Гц);

Печатные проводники и элементы электрических схем ЭВМ(F=0-ЗГц);

Источники вторичного электропитания импульсного типа, входящие в
состав ЭВМ (F = 20-100 кГц).

Анализируя приведенные источники ЭМИ, следует особо выделить ис­точники вторичного импульсного типа, которые благодаря высоким энергети­ческим и массогабаритным показателям все шире используются в радиоэлек­тронной аппаратуре. Анализ тенденций развития средств электропитания им­пульсного типа и особенно с бес трансформаторным входом (ИВЕП с БТВ) не­уклонно растет. Они являются наиболее мощными источниками ЭМИ. Практически все современные персональные компьютеры оснащаются ИВЕП с БТВ мощностью 100-300 Вт.

5. 4. Анализ нормативно-правовой документации

Анализируя нормативно-правовую документацию в области регулирования природопользования и охраны окружающей среды применительно к выяв­ленным экологическим факторам, можно выделить следующие нормативные документы:

Закон РСФСР "О санитарно-эпидемиологическом благополучии
населения";

Санитарные правила и нормы "Электромагнитного излучения
радиочастотного диапазона" 2. 2. 4/2. 1. 8. 055-96.

Данные нормативные документы устанавливают допустимые значения ЭМИ в жилых и общественных зданиях. В соответствии с этими документами, устанавливаются следующие предельно допустимые значения напряженности электрической составляющей ЭМП (Е) в

образовательных учреждениях:

Для частот от 30 кГц до 3 МГц Е=10 В/м

Для частот от 3 МГц до 30 МГц Е=7 В/м

Для частот от 30 МГц до 300 МГц Е=2 В/м

При этом к средствам измерения ЭМП предъявляются следующие требо­вания. Для измерения в диапазоне частот 30 кГц - 300 МГц используются при­боры, предназначенные для определения среднеквадратичного значения на­пряженности электрического поля, с допустимой относительной погрешностью не более 7+030%. Для проведения измерений следует отдавать предпочтение приборам с изотропными датчиками.

5. 5. Рекомендации по ослаблению электромагнитного излучения

Для ослабления действия ЭМИ возможно применение следующих за­щитных мер. Одним из основных способов защиты от действия ЭМИ является экранирование, то есть использование электропроводящих металлических экранов, в значительной степени снижающих излучение.

Толщину экрана и ослабление, даваемое им, можно рассчитать, зная мощность и частоту излучения. В некоторых случаях могут применяться и многослойные, из разных элементов, экраны, что расширяет спектр поглощае­мых ими частот электромагнитных излучений. В основном глубина проникно­вения зависит от свойств проводящей среды (вида металла) и частоты электро­магнитной волны.

Механическая сборка экрана производится так, чтобы между его осталь­ными элементами (винтами, заклепками или специальными прокладками) обеспечивался хороший электрический контакт. Лучший вариант создание эк­рана - помещение электронного блока в наглухо заваренный металлический кожух. Однако, чаще всего требуется создание в экране отверстий для кабелей, приборов и вентиляции.

Вентиляционные отверстия закрываются решетками сотового типа или

проволочными сетками. В разрабатываемой системе применены меры по ослаблению электромагнитного излучения. В частности, системный блок пер­сонального компьютера располагается в металлическом корпусе, имеющем за­земление. При этом ИВЕП с БТВ, расположен внутри системного блока, в свою очередь, имеет собственный металлический корпус, выполняющий роль экра­на, что повышает степень ослабления ЭМИ. Действия остальных источников излучения минимальны, так как токи, протекающие по ним, и создаваемые по

-33-

ля малы (учитывая предельно допустимые значения). Не оказывают вредного воздействия на окружающую среду.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой ПВС

В. Б. Байбурин

Образовательная среда "Геометрические преобразования/Продукционные системы"

Техническое задание

ЛИСТ УТВЕРЖДЕНИЯ КФБН. 00148-01 90 01-1-ЛУ

СОГЛАСОВАНО Разработчики:

Руководитель работы

Н. Н. Клеванский Студент. ПВС-51

О. В. Заулошнов

Студент. ПВС-51 И. В. Коротченко

Нормоконтролер С. С. Лалетин

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

УТВЕРЖДЕН КФБН. 00148-01 9001-1-ЛУ

Образовательная среда "Геометрические преобразования/Продукционные системы"

Техническое задание

КФБН. 00148-01 9001-1

Листов 14

КФБН. 00147-01 9001-1

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

ОСНОВАНИЯ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ 5

НАЗНАЧЕНИЕ РАЗРАБОТКИ 6

ТРЕБОВАНИЯ К ПРОГРАММНОМУ ИЗДЕЛИЮ 7

4. 1. Требования к функциональным характеристикам 7

4. 2. Требование к надежности 12

4. 3. Условия эксплуатации 12

4. 4. Требования к составу и параметрам технических средств 12

4. 5. Требования к информационной и программной совместимости 13

ТРЕБОВАНИЯ К ПРОГРАММНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ 14

СТАДИИ И ЭТАПЫ РАЗРАБОТКИ 14

ПОРЯДОК КОНТРОЛЯ И ПРИЕМКИ 14

1. ВВЕДЕНИЕ

Все современные концепции построения обучающих систем при их глубоком, осмысленном представлении достаточно примитивны по своей сути. Если исключить из рассмотрения безусловно красивый, но для нас в данном случае совершенно неважный интерфейс, исключить обилие выводимого оцифрованного видеоизображения, звуковые эффекты и т. п., то большинство современных обучающих систем функционируют по приблизительно одной нехитрой стратегии.

Суть ее состоит в следующем: обучаемому предоставляется достаточно широкий информационный канал, по которому он получает информацию обучающего, а скорее познавательного характера. В данном случае обучаемому уготована роль стороннего наблюдателя за происходящим, что в совокупности с обилием выдаваемой информации приводит к тому, что постепенно человек запутывается в этом информационном потоке, либо что-то пытается усвоить и часто формирует у себя неверное представление о предмете, изучаемым таким образом.

Кроме того, даже в случае успешного запоминания обучаемым переданного материала вероятность того, что он сможет использовать его в дальнейшем без посторонней помощи достаточно невелика. Дело в том, что после выдачи всей обучающей информации большинство обучающих систем в лучшем случае проводит небольшое контрольное тестирование по теоретическим вопросам или стандартным задачам, описанным же в выдаваемой информации. Таким образом, получив достаточный объем обучающей информации, пусть даже в виде прекрасно подготовленного курса, по конкретной теме, обучаемый по окончании работы с системой не имеет достаточного практического опыта для применения на практике полученных знаний и дальнейшем ему могут понадобится дополнительные практические занятия или непосредственные занятия с преподавателем - составителем учебного курса для системы дистанционного образования, что в конечном итоге сводит на нет всю ценность разрабатываемой обучающей системы и ставит под сомнение смысл ее разработки.

Для устранения указанных недостатков в разрабатываемой системе дистанционного образования должна быть заложена принципиально иная концепция, в основном направленная на формирование у обучаемых достаточно хороших практических навыков по изучаемым курсам. Этой цели должно быть подчинено большинство режимов работы создаваемой системы.

В разрабатываемую систему должна быть заложена некоторая универсальность путем определения в ней расширяемого набора примитивов: "текст", "рисунок", "трехмерная модель объекта", что позволит достаточно легко перенастраивать систему на ряд "родственных" курсов, а при

4 КФБН. 00147-01 9001-1

расширении количества примитивов расширяется список возможных дисциплин, которые могут быть заложены в систему.

Разрабатываемая система предназначается для дисциплин "Компьютерная графика" и "Системы искусственного интеллекта", а также для близких с ними дисциплин. Использование одного и того же набора примитивов для создания курсов по указанным дисциплинам приведет к тому, что при последовательном их изучении происходит плавный переход от одной дисциплины к другой. Часть указанных примитивов должна иметь режим динамической работы с ними. Интерактивная работа с примитивами более интересна обучаемому, нежели простое созерцание выдаваемой информации по его чисто человеческой природе, что положительно сказывается на повышении эффективности обучения.

5 КФБН. 00147-01 9001-1

2. ОСНОВАНИЯ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ

6

КФБН. 00147-01 9001-1

3. НАЗНАЧЕНИЕ РАЗРАБОТКИ

Область применения создаваемого программного продукта дистанционное образование по специальности 220400 "Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем" для дисциплин, связанных с компьютерной графикой и искусственным интеллектом. Возможно использование для других специальностей и других форм обучения, а также всеми желающими более детально изучить отдельные вопросы машинной графики, представления и использования знаний.

Ожидаемые результаты работы создаваемой образовательной среды "Геометрические преобразования" для дисциплины "Компьютерная графика" и "Продукционные системы" для дисциплины "Системы искусственного интеллекта" - повышение эффективности восприятия информации и привитие практических навыков. Разрабатываемый программный продукт призван избавить преподавателя от рутинной работы связанной с подготовкой и прочтением лекций, тем самым предоставляя ему возможность уделить больше внимания разработке курса.

Научно-техническая ценность результатов связана с разработкой методических рекомендаций и инструкций по созданию образовательных сред для различных специальностей.

Практическая ценность связана с созданием образовательных средств для конкретных дисциплин и использование СДО в учебном процессе.

7 КФБН. 00147-01 9001-1

4. ТРЕБОВАНИЯ К ПРОГРАММНОМУ ИЗДЕЛИЮ

4. 1. Требования к функциональным характеристикам.

4. 1. 1 Программа должна работать в многооконном графическом режиме и
поддерживать работу как клавиатуры, так и манипулятора типа
"мышь".

4. 1. 2 Интерфейс пользователя должен выполнять две основные функции:
давать советы и объяснения обучаемому и управлять приобретением
знаний.

4. 1. 3 Разрабатываемая учебная программа должна включать оболочку,
подсистему управления и базу оболочки, содержащую учебный
материал по изучаемой дисциплине.

4. 1. 4 Библиотека программ должна содержать как модули, реализующие
элементарные системные функции (поддержка баз данных, диалог,
ввод/вывод данных, графика), так и модули, представляющие собой
алгоритмы предметной области дисциплины.

4. 1. 5 Разрабатываемый программный продукт должен включать механизмы
логического вывода и средства редактирования.

4. 1. 6 Ввод/вывод данных должен выполнять следующие функции:
тестирование с целью обеспечения целостности и непротиворечивости
данных, передаваемых по линии связи, выполнение запросов на
передачу данных по линии связи.

4. 1. 7 Подсистема связи должна включать в себя модули для обеспечения
диалога с обучаемым, для ввода/вывода данных и для обработки
графической и символьной информации.

4. 1. 8 Вывод текстовой информации должен осуществляться прямым
выводом с автоматическим форматированием текстового файла или
базы данных среды.

4. 1. 9 Текстовая информация может выводиться статично для небольших
объемов или динамически для больших объемов с возможностью
скроллинга и листания страниц.

4. 1. 10 Все окна вывода должны иметь возможность перемещения и
изменения размеров.

4. 1. 11 Параметры настройки интерфейса должны фиксироваться на жестком
диске и система должна обеспечивать восстановление состояния
интерфейса при последующих запусках системы.

4. 1. 12 Информация о требуемом графическом материале для иллюстрации
текста должна храниться вместе с текстовым файлом в базе данных
среды.

4. 1. 13 Оболочка среды должна обеспечивать регистрацию пользователей с
формированием модели обучаемого для тех, кто регистрируется
впервые или вызовом модели зарегистрированного пользователя.

КФБН. 00147-01 90 01-1

4. 1. 14 Разрабатываемая обучающая программа должна обеспечивать три
режима работы: описательный, обучающий и контролирующий.

4. 1. 15 В описательном режиме пользователю должна предоставляться
возможность интерактивной работы с визуализацией трехмерной
модели объекта. В правой части экрана должны располагаться кнопки
с номерами прилагаемых к курсу пояснительных рисунков.
Перемещение текста должно осуществляется путем выбора
соответствующей пиктограммы в зависимости от требуемого
направления и скорости перемещения по тексту. Пользователь должен
иметь возможность в любой момент времени выйти из данного режима
и перейти в следующий или выйти из системы полностью путем
выбора на экране соответствующих пиктограмм.

4. 1. 16 В обучающем режиме на экран должна выводится визуализация
модели объекта, выбранное пользователем задание, координаты
опорного графического примитива и всех вершин объекта.
Пользователю должен иметь возможность просмотреть
последовательность действий произвольное количество раз.

4. 1. 17 В контролирующем режиме пользователю должна предоставляться
возможность выбора уровня сложности и модели трехмерного объекта.
Выбор уровня сложности и модели объекта должен осуществляется в
соответствующем диалоговом окне путем подведения указателя мыши
с последующим нажатием левой кнопки. В этом режиме пользователю
должны выводятся табличные представления исходных координат
объекта и опорного графического элемента, последовательность
действий, формируемая по шагам самим пользователем путем выбора
необходимого элементарного преобразования из списка всех
возможных. После нажатия кнопки «Готово» система должна решить
задачу сама и сравнить полученные координаты с координатами,
полученными пользователем. По результатам сравнения должна
выставляться оценка, заносимая в модель обучаемого.

4. 1. 18 Задания должны дифференцироваться по уровням сложности:

4. 1. 18. 1. Низший уровень:

Выполнить преобразование центральной симметрии относительно
начала координат.

Выполнить преобразование осевой симметрии относительно
координатной оси X.

Выполнить преобразование осевой симметрии относительно
координатной оси V.

- Выполнить преобразование осевой симметрии относительно координатной оси 2.

- Выполнить преобразование зеркальной симметрии относительно
координатной плоскости ХОУ.

КФБН. 00147-01 9001-1

Выполнить преобразование зеркальной симметрии относительно
координатной плоскости ХО2.

Выполнить преобразование зеркальной симметрии относительно
координатной плоскости ZОУ.

Выполнить преобразование симметрии относительно
произвольной точки А(ах, ау, аz).

Выполнить преобразование переноса на вектор Т(tх, tу, tz).

Выполнить преобразование поворота вокруг координатной оси X
на угол а.

Выполнить преобразование поворота вокруг координатной оси V
на угол b.

Выполнить преобразование поворота вокруг координатной оси 2
на угол с.

Выполнить преобразование масштабирования на вектор Е(ех, еу,
еz).

1. 18. 2. Средний уровень:

Выполнить преобразование переноса вдоль произвольной прямой,
заданной двумя точками, на X единиц.

Выполнить преобразование поворота вокруг произвольной
прямой, заданной двумя точками, на а градусов.

Выполнить преобразование симметрии относительно
произвольной прямой, заданной двумя точками.

1. 18. 3. Высший уровень:

Выполнить преобразование переноса вдоль перпендикуляра к
произвольной плоскости, заданной тремя точками, на X единиц.

Выполнить преобразование переноса вдоль перпендикуляра к
произвольной плоскости, заданной точкой и прямой, на X единиц.

Выполнить преобразование симметрии относительно
произвольной

плоскости, заданной тремя точками.

Выполнить преобразование симметрии относительно
произвольной

плоскости, заданной точкой и прямой.

Выполнить преобразование переноса вдоль перпендикуляра к
произвольной плоскости, заданной двумя пересекающимися
прямыми, на X единиц.

Выполнить преобразование симметрии относительно
произвольной

- плоскости, заданной двумя пересекающимися прямыми.
подготовка инвариантного решения (объяснения, алгоритма е1с)
моделируемых ситуаций (явлений, процессов еtс) и его проверка

КФБН. 00147-019001-1

системой с подтверждением правильности или указанием на ошибки. Задания генерируются по уровням сложности, описанным в п. 1. 2.

4. 1. 20 Реализация модели пространственных объектов должна включать в
себя:

- Массив координат вершин фигуры.

— Набор топологических отношений.

- Функции для работы с объектом (функции элементарных
геометрических преобразований).

4. 1. 21 В механизме вывода должны присутствовать следующие правила для
нахождения последовательности геометрических преобразований:

— совмещение точки с началом координат;

совмещение прямой с любой из координатных осей;

совмещение плоскости с любой из координатных плоскостей;

- выполнение элементарного геометрического преобразования в
соответствии с выданным заданием, относительно
соответствующего элемента координатной системы.

4. 1. 22. Должны использоваться следующие матрицы элементарных геометрических преобразований:

		Матрица пе	реноса на
1	0	0 0
0	1	0 0
0	0	1 0
Тх	Ту	Тz 1

вектор Т

Матрица масштабирования на вектор Е

Ех О О О

О Еу О О

О 0 Еz О

0001

Матрица поворота на угол а вокруг оси ОХ
1000
О cos(а) sin(а) О

О -sin(а) cos(а) О

0001

Матрица поворота на угол b вокруг оси ОY
cos(b) 0 -sin(b) О

		КФБН. ОО 147-01 9001-1
1	0	0
0	cos(b)	0
0	0	1

sin(с) cos(с)

О

О

Матрица поворот на угол с вокруг оси О2
О О

О

О

1

-1 О О О

О -I О О

Матрица центральной симметрии
О О

О О

О

1

-1 О

О -1 О О

Матрица симметрия относительно оси ОХ
О О

О -1 О

О О

1

-I О О О

Матрица симметрия относительно оси ОY
О О

О

О

-1 О О О

о

-1 О

о

Матрица симметрия относительно оси О2
О О

Матрица зеркальной симметрия относительно плоскости ХОY
000
1 О О

Матрица зеркальной симметрия относительно плоскости YОZ -1000 0100

12

КФБН. ОО 147-01 9001-1 0010

0001

Матрица зеркальной симметрия относительно плоскости ХО2 1000 0-100 0010 0001

. 2. Требования к надежности.

Для надежного функционирования система должна обеспечивать:

контроль за соответствием вводимой информации предусмотренным
формам;

периодическое сохранение информации о текущем состоянии
пользователя на жестком диске;

восстановления процесса после отказа должно сводиться к перезапуску
системы.

4. 3. Условия эксплуатации.

Программа не должна предъявлять особых требований к конфигурации компьютера, кроме оговоренной разработчиками. При этом все системы должны функционировать в нормальном режиме.

4. 4. Требования к составу и параметрам технических средств

Требования к аппаратуре:

Процессор Pentium®-133 или выше;

16 Мb оперативной памяти;

Свободное место на жестком диске не менее 2 Мb для самой
программы с базой знаний;

VGA совместимый видеоконтроллер 512 Кb VRАМ

клавиатура (желательно русифицированная, 101 клавиша);

манипулятор "мышь" совместимый со стандартом Microsoft mouse.

Требования к программному обеспечению:

13 КФБН. ОО 147-01 9001-1

В качестве базовой операционной системы должна быть установлена
МS WINDOWS-95

Необходимо Borland Database Engine (ВDЕ).

4. 5. Требования к информационной и программной совместимости.

Программа должна быть полностью совместимой с Мicrosoft WINDOWS 95®.

14 КФБН. 00147-01 9001-1

5. ТРЕБОВАНИЯ К ПРОГРАММНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ

Документация должна быть оформлена по стандартам "Единой системы программной документации" (ЕСПД). Должны быть разработаны следующие документы:

Руководство оператора.

Описание применения.

Руководство программиста.

Программа и методика испытаний.

6. СТАДИИ И ЭТАПЫ РАЗРАБОТКИ

Срок выполнения работы — с 1. 01. 97 по 10. 06. 98 года. Исполнители - студенты группы ПВС-51:

Заулошнов О. В.,

Коротченко И. В.

7. ПОРЯДОК КОНТРОЛЯ И ПРИЕМКИ

Испытания будут проводиться в Саратовском государственном техническом университете на кафедре «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем» 11 июня 1998 года.

При испытании будут присутствовать:

- доцент кафедры ПВС Клеванский Н. Н.

доцент кафедры ПВС Лалетин С. С.

студент группы ПВС-51 Заулошнов О. В.
- студент группы ПВС-51 Коротченко И. В.

Разработанная обучающая программа должна быть установлена на компьютере отвечающем требованиям п. 4. 4. данного технического задания.

Должны быть проверена работа разрабатываемой системы дистанционного образования во всех оговоренных в п. 4. 1. данного технического задания режимах.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой ПВC

В. Б. Байбурин

Образовательная среда "Геометрические преобразования/Продукционные системы"

Руководство оператора

ЛИСТ УТВЕРЖДЕНИЯ КФБН. ОО 148-01 34 01-1-ЛУ

СОГЛАСОВАНО

Руководитель работы Н. Н. Клеванский

Разработчики:

Студент. ПВС-51 О. В. Заулошнов

Cтудент. ПВС-51 И. В. Коротченко

Нормоконтролер С. С. Лалетин

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

УТВЕРЖДЕН

КФБН. ОО 148-01 34 01-1-ЛУ

Образовательная среда "Геометрические преобразования/Продукционные системы"

Руководство оператора

КФБН. 00148-013401-1

2-КФБН. ОО 148-01 3401-1

АННОТАЦИЯ

Эксплуатационный программный документ «Руководство оператора» со­держит сведения о назначении программы, функциях, выполняемых програм­мой, минимальном составе аппаратных и программных средств, необходимых для выполнения программы, а также сведения о выполнении программы: по­следовательность действий оператора, обеспечивающих загрузку, выполнение программы во всех предусмотренных режимах работы. Документ состоит из четырех разделов. К документу прилагается 5 приложений.

3-КФБН. 00148-01 3401-1

СОДЕРЖАНИЕ

НАЗНАЧЕНИЕ ПРОГРАММЫ 4

УСЛОВИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОГРАММЫ 6

ВЫПОЛНЕНИЕ ПРОГРАММЫ 7

СООБЩЕНИЯ ОПЕРАТОРУ 9

Приложение 2. 1. Окно регистрации 10

Приложение 2. 2. Окно выбора учебного курса 11

Приложение 2. 3. Вид экрана в описательном режиме 12

Приложение 2. 4. Вид экрана в обучающем режиме 13

9. Приложение 2. 5. Вид экрана в контролирующем режиме 14

4-КФБН. 00148-01 3401-1

1. НАЗНАЧЕНИЕ ПРОГРАММЫ

1. 1. Образовательная среда «Геометрические преобразования/ продукци­
онные системы» предназначена для:

изучения различных видов трехмерных геометрических преобразо­
ваний, необходимых для их реализации структур данных и методов
обработки;

обучения алгоритмам преобразования структур данных геометриче­
ских моделей и способам организации выводов в продукционных
системах.

1. 2. Во время работы программа выполняет следующие функции:

- регистрация нового пользователя;

- выбор учебного раздела;

восстановление прерванного режима работы для существующего
пользователя;

выбор уровня сложности учебного материала для конкретного
пользователя;

вывод текстовой информации по выбранному курсу с приложением
статических и динамических графических объектов;

демонстрация процесса геометрических преобразований на примере
выбранной модели объекта;

— формирование задания пользователю для практической работы;

- контроль выполнения пользователем задания для самостоятельной
работы с выдачей сообщений о выявленных ошибках.

1. 3. Программа предусматривает 3 режима работы: описательный, обу­
чающий, контролирующий. Режимы вызываются пользователем в произволь­
ном порядке.

В описательном режиме осуществляется вывод текстовой и графической информации, введение пользователя в изучаемый курс, вывод основных теоре­тических понятий.

В обучающем режиме осуществляется демонстрация пользователю прак­тической работы по геометрическим преобразованиям и получению продукций, с возможностью выбора объекта и интерактивной работы с ним. В начале обу­чающего режима пользователю предоставляется возможность выбора уровня сложности, задания и объекта.

В тренирующем режиме осуществляется пошаговое формирование поль­зователем последовательности необходимых для решения задачи геометриче­ских преобразований с контролем правильности со стороны системы. В начале тренирующего режима пользователю предоставляется возможность выбора

5-КФБН. 00148-01 3401-1

уровня сложности задания. Система осуществляет выбор задания произвольным образом из числа имеющихся в соответствии с уровнем сложности.

6-

КФБН. 00148-01 3401-1

2. УСЛОВИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОГРАММЫ

Для обеспечения нормального функционирования программы следующие минимальные технические характеристики:

компьютер с процессором Pentium-133;

ОЗУ 16МЬ;

Операционная система WINDOWS-95;

Borland Database Engine (ВDЕ);

Свободное пространство на жестком диске 2Мб;

наличие манипулятора типа "мышь";

наличие канала связи с источником программного обеспечения.

Тип требуемого канала связи жестко не регламентируется, : кие параметры и управляющее программное обеспечение не влияет на нормальную работу системы. Других программных средств для функционирования программы не требуется.

7-КФБН. 00148-01 3401-1

3. ВЫПОЛНЕНИЕ ПРОГРАММЫ

3. 1. Обращение к программе осуществляется загрузкой исполняемого
файла «sdo. ехе». После запуска системы на экране появляется окно регистра­
ции пользователя и запрос на ввод имени. Имя пользователя может содержать
буквы латинского и русского алфавита, размер вводимого имени - 50 символов.
Если введено имя уже существующего пользователя, то происходит восстанов­
ление его состояния в системе (курс, режим работы и т. д. ), если введено новое
имя, то система регистрирует его и устанавливает первый режим работы - опи­
сательный. Процедура регистрации проиллюстрирована в приложении 2. 1. Ес­
ли пользователь впервые регистрируется в системе, то ему предоставляется вы­
бор темы учебного курса. Выбор осуществляется путем подведения указателя
"мыши" к выбранной теме и нажатия левой кнопки. Пользователь может предва­
рительно пролистать список имеющихся тем путем подведения указателя
"мыши" к управляющим "кнопкам" на экране и нажатия левой кнопки "мыши".
Выбор темы проиллюстрирован в приложении 2. 2.

3. 2. Управление системой пользователем осуществляется с помощью ма­
нипулятора типа "мышь". Вызов окон графических объектов, сворачивание
окон, перемещения текста и т. д. осуществляется путем подведения указателя
"мыши" к соответствующей пиктограмме и нажатия левой кнопки мыши.

3. 3. В описательном режиме пользователю предоставляется возможность
интерактивной работы с визуализацией трехмерной модели объекта. При рабо­
те с данным примитивом в интерактивном режиме управление визуализацией
осуществляется путем выбора соответствующих пиктограмм в управляющем
поле окна работы с примитивом. В правой части экрана располагаются копки с
номерами прилагаемых к курсу пояснительных рисунков. Перемещение текста
осуществляется путем выбора соответствующей пиктограммы в зависимости от
требуемого направления и скорости перемещения по тексту. Пользователь име­
ет возможность в любой момент времени выйти из данного режима и перейти в
следующий или выйти из системы полностью путем выбора на экране соответ­
ствующих пиктограмм. Вид экрана в описательном режиме показан в приложе­
нии 2. 3.

8-КФБН. 00148-01 3401-1

3. 4. В обучающем режиме на экран выводится визуализация модели объ­
екта, выбранное пользователем задание, координаты опорного элемента и всех
вершин объекта. Перед началом можно вызвать окно интерактивной работы с
визуализацией модели, или окно отображения координат объекта и примити­
вов. Для указанного вызова необходимо подвести указатель мыши к соответст­
вующей пиктограмме в управляющем поле и нажать левую кнопку. Задание
дублируется в верхней строке экрана. Пользователю предлагается просмотреть
последовательность действий произвольное количество раз. Вид экрана в обу­
чающем режиме показан в приложении 2. 4.

3. 5. В контролирующем режиме пользователю предоставляется возмож­
ность выбора уровня сложности и трехмерного объекта. Выбор уровня сложно­
сти и модели объекта осуществляется в соответствующем диалоговом окне пу­
тем подведения указателя мыши с последующим нажатием левой кнопки. В
этом режиме пользователю выводятся табличные представления исходных ко­
ординат объекта и опорного элемента, последовательность действий, форми­
руемая по шагам самим пользователем путем выбора необходимого элементар­
ного преобразования из списка всех возможных. После нажатия кнопки «Гото­
во» система решает задачу сама и сравнивает полученные координаты с
координатами, полученными пользователем. По результатам сравнения вы­
ставляется оценка, заносимая в модель обучаемого. Вид экрана в контроли­
рующем режиме показан в приложении 2. 5.

9-КФБН. 00148-01 3401-1

4. СООБЩЕНИЯ ОПЕРАТОРУ

В процессе работы системы происходит постоянное обращение к фай­лам, содержащим данные о трехмерных геометрических моделях, текстовую информацию по учебным курсам, базы знаний, и т. д. При неудачном заверше­нии операции обращения к диску выводится сообщение: «Произошла ошибка чтения данных с жесткого диска. Проверьте исправность вашего диска и нали­чие на нем всех файлов системы, после чего вновь запустите систему... » Вывод на экран этого сообщения означает, что работа системы прервана. Для восста­новления работы системы необходимо проверить наличие на диске всех фай­лов, указанных в «Руководстве системного программиста» и после чего вновь запустить систему, зарегистрировавшись под прежним именем.

10-КФБН. 00148-01 3401-1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Вид экрана в режиме регистрации

11-КФБН. 00148-01 3401-1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. 2 Диалоговое окно выбора курса

12-КФБН. ОО 148-01 3401-1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. 3 Вид экрана в описательном режиме

13-КФБН. 00148-01 3401-1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. 4. Вид экрана в обучающем режиме

14-КФБН. 00148-013401-1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. 5 Вид экрана в контролирующем режиме

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой ПВС

В. Б. Байбурин

Образовательная среда "Геометрические преобразования/Продукционные системы"

Описание применения

ЛИСТ УТВЕРЖДЕНИЯ КФБН. 00148-013101-1-ЛУ

СОГЛАСОВАНО

Руководитель работы Н. Н. Клеванский

Разработчики:

Студент. ПВС-51 О. В. Заулошнов

Студент. ПВС-51 И. В. Коротченко

Нормоконтролер С. С. Лалетин

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

УТВЕРЖДЕН

КФБН. ОО 148-01 31 01-1-ЛУ

Образовательная среда "Геометрические преобразования/Продукционные системы"

Описание применения

КФБН. 00148-01 31 01-1

- 2-КФБН. 00148-01 3101-1

АННОТАЦИЯ

Данный программный документ содержит сведения о назначении программы, условиях ее применения, а также описание решаемой задачи, методов ее решения и сведения о входных и выходных данных. Документ состоит из четырех разделов.

- 3-КФБН. ОО 148-01 3101-1

СОДЕРЖАНИЕ

НАЗНАЧЕНИЕ ПРОГРАММЫ 4

УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ 5

2. 1 Требования к техническим и программным средствам 5

2. 2 Общие характеристики входной и выходной информации 5

ОПИСАНИЕ ЗАДАЧИ 6

ВХОДНЫЕ И ВЫХОДНЫЕ ДАННЫЕ 8

- 4-КФБН. 00148-01 31 01-1

1. НАЗНАЧЕНИЕ ПРОГРАММЫ

Образовательная среда «Геометрические преобразования/ продукционные системы» предназначена для:

изучения различных видов трехмерных геометрических
преобразований, необходимых для их реализации структур данных
и методов обработки;

обучения алгоритмам преобразования структур данных
геометрических моделей и способам организации выводов в
продукционных системах.

Программа предусматривает 3 режима работы: описательный, обучающий, контролирующий. Режимы вызываются пользователем в произвольном порядке.

В описательном режиме осуществляется вывод текстовой и графической информации, введение пользователя в изучаемый курс, вывод основных теоретических понятий.

В обучающем режиме осуществляется демонстрация пользователю практической работы по геометрическим преобразованиям и получению продукций, с возможностью выбора объекта и интерактивной работы с ним. В начале обучающего режима пользователю предоставляется возможность выбора уровня сложности, задания и объекта.

В тренирующем режиме осуществляется пошаговое формирование пользователем последовательности необходимых для решения задачи геометрических преобразований с контролем правильности со стороны системы. В начале тренирующего режима пользователю предоставляется возможность выбора уровня сложности задания. Система осуществляет выбор задания произвольным образом из числа имеющихся в соответствии с уровнем сложности.

Для обеспечения защиты от сбоев и отказов в системе предусмотрен механизм сохранения текущего положения конкретного пользователя (режим работы, уровень сложности, модель, число сеансов в режиме). Информация о пользователях хранится в таблице пользователей (users. db).

Задание пользователю генерируется системой случайным образом в рамках выбранного уровня сложности и учебного курса. Среда ориентирована на дистанционное образование по специальности 220400 "Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем" для дисциплин, связанных с компьютерной графикой и искусственным интеллектом.

- 5-КФБН. ОО 148-01 31 01-1

2. УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ 2. 1 Требования к техническим и программным средствам

Для обеспечения нормального функционирования программы необходимы следующие минимальные технические характеристики:

- компьютер с процессором Pentium-133;

ОЗУ 16МЬ;

Операционная система WINDOWS-95;

Borland Database Engine (BDE);

Свободное пространство на жестком диске 2Мб;

наличие манипулятора типа "мышь";

- наличие канала связи с источником программного обеспечения.

Тип требуемого канала связи жестко не регламентируется, его технические параметры и управляющее программное обеспечение не влияют на нормальную работу системы. Других программных средств для нормального функционирования программы не требуется.

2. 2 Общие характеристики входной и выходной информации

Входной информацией является:

регистрационное имя обучаемого.

выбираемые обучаемым учебный курс, уровень сложности и модель
объекта.

определяемая пользователем последовательность элементарных
геометрических преобразований.

Выходной информацией является:

файл регистрации пользователя;

генерируемые задания;

формируемые системой факты;

сообщения о результатах анализа вводимых пользователем.

- 6-

КФБН. 00148-01 31 01-1

3. ОПИСАНИЕ ЗАДАЧИ.

Задачей системы является организация обучения пользователя по выбранному учебному курсу на основании заложенного сценария учебного курса и имеющихся примитивов и блоков обеспечения описательного, обучающего и контролирующего режимов. Задача решается путем ее разбиения на три подзадачи.

Подзадача 1. Обучение пользователя теоретическим основам выбранного курса.

Данная подзадача решается путем демонстрации пользователю подготовленного текста по выбранному курсу. Текст содержит основные теоретические данные по изучаемому курсу. Обучаемый имеет возможность быстрого и медленного перемещения по тексту.

Входными данными для этой подзадачи являются:

файл конфигурации курса, содержащий ссылки на статические и
динамические примитивы;

графические примитивы и файлы данных к ним;

файл управляющей информации.
Выходными данными для этой подзадачи являются:

визуализация выводимых графических примитивов;

модель обучаемого.

Подзадача 2. Демонстрация выполнения выбранного пользователем задания на формирование последовательности элементарных геометрических преобразований.

Данная подзадача решается путем пошаговой демонстрации заполнения системой списка последовательности геометрических преобразований. Перед началом демонстрации пользователю предоставляется возможность интерактивной работы с динамическим примитивом объекта В дальнейшем, при демонстрации заполнения списка система переходит к выводу статических примитивов модели. Выбор используемой модели осуществляет пользователь из числа имеющихся в системе. Генерация задания на формирование последовательности преобразований осуществляется пользователем путем его выбора из базы имеющихся заданий. Задания в базе описаны формальным образом. Конкретным задание становится после подключения к нему необходимых опорных элементов.

Входными данными для этой подзадачи являются:

модель объекта;

сгенерированное задание.

Выходными данными для этой подзадачи являются:

модель обучаемого;

выводимая последовательность преобразований.

КФБН. 00148-01 31 01-1

Подзадача 3. Привитие обучаемому практических навыков по изучаемому курсу.

Данная подзадача решается путем выполнения пользователем
сгенерированного задания под контролем системы с выводом сообщений о
результатах контроля. В начале работы пользователю выдается задание на
преобразование, сгенерированное системой путем его выбора из базы
имеющихся заданий с учетом выбранного уровня сложности. Для
формирования требуемого отношения пользователю предоставляется только
элементарные геометрические преобразования. Формирование

последовательности происходит путем ввода соответствующих преобразований. Выбор используемой модели осуществляет пользователь из числа имеющихся в системе. Задания в базе описаны формальным образом.

Входными данными для этой подзадачи являются:

модель объекта;

сгенерированное задание;

- последовательность действий, определенная пользователем;
Выходными данными для этой подзадачи являются:

сообщение о результате анализа последовательности действий;

полученная системой последовательность преобразований.

4. ВХОДНЫЕ И ВЫХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Входной информацией является:

регистрационное имя обучаемого;

выбираемые обучаемым учебный курс;

уровень сложности;

модель объекта;

определяемая пользователем последовательность элементарных
геометрических преобразований.

Выходной информацией является:

файл регистрации пользователя;

генерируемые задания;

формируемые системой факты;

оценка, выставленная системой.

Механизм вывода продукционной системы использует таблицы и connects. dbf для хранения фактов, таблицы if_m. dbf), proc. dbf, param. dbf для хранения правил.

Модель обучаемого хранится в таблице users. db.

Модели трехмерных объектов хранятся в таблицах points. db и fpoints. db.

Задания хранятся в таблице tasks. db.

Список дисциплин хранится в таблице kurses. db.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой ПВC

В. Б. Байбурин

Образовательная среда "Геометрические преобразования/Продукционные системы"

Руководство программиста

ЛИСТ УТВЕРЖДЕНИЯ КФБН. 00148-01 33 01-1-ЛУ

СОГЛАСОВАНО

Руководитель работы Н. Н. Клеванский

Разработчики:

Студент. ПВС-51 О. В. Заулошнов

Студент. ПВС-51 И. В. Коротченко

Нормоконтролер С. С. Лалетин

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

УТВЕРЖДЕН КФБН. 00148-01 33 01-1-ЛУ

Образовательная среда "Геометрические преобразования/Продукционные системы"

Руководство программиста

КФБН. 00148-01 33 01-1

АННОТАЦИЯ

Данный программный документ содержит сведения о назначении про­граммы, функциях, выполняемых программой, характеристики программы, сведения об условиях применения программы (технические и программные), а также информацию о выполнении программы (обращение и передаваемые дан­ные) и сообщения программисту. Документ состоит из пяти разделов.

КФБН. ОО 148-01 3301-1

СОДЕРЖАНИЕ

НАЗНАЧЕНИЕ И УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОГРАММЫ 4

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОГРАММЫ 5

ОБРАЩЕНИЕ К ПРОГРАММЕ 6

ВХОДНЫЕ И ВЫХОДНЫЕ ДАННЫЕ 7

СООБЩЕНИЯ 8

-4-

КФБН. 00148-01 33 01-1

1. НАЗНАЧЕНИЕ И УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОГРАММЫ

1. 1. Образовательная среда «Геометрические преобразования/ продукци­
онные системы» предназначена для:

- изучения различных видов трехмерных геометрических преобразо­
ваний, необходимых для их реализации структур данных и методов
обработки;

- обучения алгоритмам преобразования структур данных геометриче­
ских моделей и способам организации выводов в продукционных
системах.

1. 2. Во время работы программа выполняет следующие функции:

- регистрация нового пользователя;

- выбор учебного раздела;

восстановление прерванного режима работы для существующего
пользователя;

выбор уровня сложности учебного материала для конкретного
пользователя;

вывод текстовой информации по выбранному курсу с приложением
статических и динамических графических объектов;

демонстрация процесса геометрических преобразований на примере
выбранной модели объекта;

формирование задания пользователю для практической работы;

контроль выполнения пользователем задания для самостоятельной
работы с выдачей сообщений о выявленных ошибках.

1. 3. Для обеспечения нормального функционирования программы
необходимы следующие минимальные технические характеристики:

компьютер с процессором Pentium-133;

ОЗУ 16МЬ;

Операционная система WINDOWS-95;

Borland Database Engine (ВDЕ);

Свободное пространство на жестком диске 2Мб;

наличие манипулятора типа "мышь";

наличие канала связи с источником программного обеспечения.

Тип требуемого канала связи жестко не регламентируется, его техниче­ские параметры и управляющее программное обеспечение не влияют на нор­мальную работу системы. Других программных средств для нормального функционирования программы не требуется.

- 5 -КФБН. 00148-01 3301-1

2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОГРАММЫ

Программа предусматривает 3 режима работы: описательный, обучаю­щий, контролирующий. Режимы вызываются пользователем в произвольном порядке.

В описательном режиме осуществляется вывод текстовой и графической информации, введение пользователя в изучаемый курс, вывод основных теоре­тических понятий.

В обучающем режиме осуществляется демонстрация пользователю прак­тической работы по геометрическим преобразованиям и получению продукций, с возможностью выбора объекта и интерактивной работы с ним. В начале обу­чающего режима пользователю предоставляется возможность выбора уровня сложности, задания и объекта.

В тренирующем режиме осуществляется пошаговое формирование поль­зователем последовательности необходимых для решения задачи геометриче­ских преобразований с контролем правильности со стороны системы. В начале тренирующего режима пользователю предоставляется возможность выбора уровня сложности задания. Система осуществляет выбор задания произволь­ным образом из числа имеющихся в соответствии с уровнем сложности.

Для обеспечения защиты от сбоев и отказов в системе предусмотрен ме­ханизм сохранения текущего состояния конкретного пользователя (режим ра­боты, уровень сложности, модель, полученные оценки и т. п. ). Информация о пользователях хранится в файле users. db

3. ОБРАЩЕНИЕ К ПРОГРАММЕ

3. 1 Обращение к программе осуществляется загрузкой исполняемого
файла sdo. ехе. После запуска системы на экране появляется окно регистрации
пользователя и запрос на ввод имени. При регистрации нового пользователя
необходимо нажать кнопку «Новый пользователь» и набрать имя пользователя.
Имя пользователя может содержать как буквы латинского и русского алфавита,
размер вводимого имени до 255 символов. При регистрации нового пользовате­
ля ему предлагается выбор курса и автоматически устанавливается описатель­
ный режим. Если пользователь уже зарегистрирован, то необходимо выбрать
его имя из предложенного списка. При этом происходит восстановление его со­
стояния в системе (курс, режим работы и т. д. ).

3. 2 Управление системой осуществляется с помощью манипулятора типа
"мышь". Вызов окон графических объектов, сворачивание окон, перемещения
текста, смена расположения окон их форм и размеров и т. д. осуществляется пу­
тем подведения указателя "мыши" к соответствующей пиктограмме и нажатия
левой кнопки мыши (действия, стандартные в среде Windows).

3. 3. В описательном режиме предусмотрен вывод графических изображе­
ний и поясняющих рисунков. Для этого необходимо подвести указатель мыши
к соответствующей пиктограмме и нажать ее левую кнопку.

3. 4. В обучающем режиме на экран выводится визуализация модели объ­
екта на фоне координатных осей, выбранное задание, исходные координаты
опорного элемента и выбранного объекта. А также список выполняемых дейст­
вий. Пользователю дается возможность последовательно просмотреть действия
для выполнения задачи и значения координат опорного элемента и вершин
объекта после каждого действия. В случае необходимости, пользователю пре­
доставляется возможность начать просмотр сначала, а также перейти в описа­
тельный или контролирующий режимы. По желанию пользователь может сме­
нить задание и/или объект.

3. 5. В контролирующем режиме пользователь имеет возможность вы­
брать уровень сложности (конкретное задание случайным образом выбирается
системой из имеющихся в наличии) и визуальный объект для работы. Пользо­
ватель также имеет возможность просматривать значения координат опорного
элемента и вершин объекта. Для выполнения задания пользователю предостав­
ляется перечень всех существующих элементарных геометрических преобразо­
ваний, последовательно выбирая которые и задавая необходимые параметры,
он должен выполнить задание.

-7-КФБН. 00148-01 33 01-1

4. ВХОДНЫЕ И ВЫХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Входной информацией является:

регистрационное имя обучаемого;

выбираемые обучаемым учебный курс;

уровень сложности;

модель объекта;

определяемая пользователем последовательность элементарных геомет­
рических преобразований.

Выходной информацией является:

файл регистрации пользователя;

генерируемые задания;

формируемые системой факты;

оценка, выставленная системой.

Механизм вывода продукционной системы использует таблицы facts. dbf и connects. dbf для хранения фактов, таблицы if_m. dbf(if_t. dbf), proc. dbf, param. dbf для хранения правил.

Модель обучаемого хранится в таблице users. db.

Модели трехмерных объектов хранятся в таблицах points. db и fpoints. db.

Задания хранятся в таблице tasks. db.

Список дисциплин хранится в таблице kurses. db.

КФБН. 00148-01 3301-1

5. СООБЩЕНИЯ

В процессе работы системы происходит постоянное обращение к файлам, содержащим данные о трехмерных геометрических моделях, текстовую ин­формацию по учебным курсам, базы знаний, и т. д. При неудачном завершении операции обращения к диску выводится сообщение: Произошла ошибка чтения данных с жесткого диска. Проверьте исправность вашего диска и наличие на нем всех файлов системы, после чего вновь запустите систему... "

Вывод на экран этого сообщения, и любых других, будет скорее связан с неполадками в среде WINDOWS-95, нежели с системой. Это будет означать, что работа системы прервана. Для восстановления работы системы необходимо проверить наличие на диске всех файлов, указанных в «Руководстве системного программиста» наличие свободного пространства, а также объяснения возмож­ных возникновений ошибок в руководстве по WINDOWS-95 и после чего вновь запустить систему, зарегистрировавшись под прежним именем.

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой ПВС

В. Б. Байбурин

Образовательная среда "Геометрические преобразования/Продукционные системы"

Программа и методика испытания

ЛИСТ УТВЕРЖДЕНИЯ КФБН. ОО 148-01 51 01-1-ЛУ

СОГЛАСОВАНО

Руководитель работы Н. Н. Клеванский

Разработчики:

Студент. ПВС-51 О. В. Заулошнов

Студент. ПВС-51 И. В. Коротченко

Нормоконтролер С. С. Лалетин

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

УТВЕРЖДЕН КФБН. 00148-01 51 01-1-ЛУ

Образовательная среда "Геометрические преобразования/Продукционные системы"

Программа и методика испытания

КФБН. 00148-01 51 01-1

-2-КФБН. 000148-01-51 01-1

АННОТАЦИЯ

Данный программный документ содержит сведения о назначении программы, функциях, выполняемых программой, характеристики программы, сведения о методах испытания программы. Документ состоит из шести разделов.

КФБН. 000148-01-51 01-1

СОДЕРЖАНИЕ

ОБЪЕКТ ИСПЫТАНИЙ 4

ЦЕЛЬ ИСПЫТАНИЙ 4

ТРЕБОВАНИЯ К ПРОГРАММЕ 4

ТРЕБОВАНИЯ К ПРОГРАММНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ 7

СРЕДСТВА И ПОРЯДОК ИСПЫТАНИЙ 7

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ 8

-4-КФБН. 000148-01-51 01-1

1. ОБЪЕКТ ИСПЫТАНИЙ

Объектом испытаний является программный продукт «система дистанционного образования для раздела «Геометрические преобразования» курса «Компьютерная графика» и раздела «Продукционные системы» курса «Системы искусственного интеллекта», разработанный по заданию на дипломное проектирование студентами группы ПВС-51 Заулошновым О. В. и Коротченко И. В. под руководством доцента кафедры ПВC Клеванского Н. Н.

2. ЦЕЛЬ ИСПЫТАНИЙ

Целью испытаний является проверка на соответствие всем требованиям технического задания, выявление возможных недочетов, ошибок, сбоев, некорректного поведения программы в процессе работы, а также проверяется комфортность и лояльность пользовательского интерфейса.

3. ТРЕБОВАНИЯ К ПРОГРАММЕ

3. 1. Программа должна работать в многооконном графическом режиме и
поддерживать работу как клавиатуры, так и манипулятора типа "мышь".

3. 2. Интерфейс пользователя должен выполнять две основные функции:
давать советы и объяснения обучаемому и управлять приобретением
знаний.

3. 3. Разрабатываемая учебная программа должна включать оболочку,
подсистему управления и базу оболочки, содержащую учебный
материал по изучаемой дисциплине.

3. 4. Библиотека программ должна содержать как модули, реализующие
элементарные системные функции (поддержка баз данных, диалог,
ввод/вывод данных, графика), так и модули, представляющие собой
алгоритмы предметной области дисциплины.

3. 5. Разрабатываемый программный продукт должен включать механизмы
логического вывода и средства редактирования.

3. 6. Ввод/вывод данных должен выполнять следующие функции:
тестирование с целью обеспечения целостности и непротиворечивости
данных, передаваемых по линии связи, выполнение запросов на
передачу данных по линии связи.

3. 7. Подсистема связи должна включать в себя модули для обеспечения
диалога с обучаемым, для ввода/вывода данных и для обработки
графической и символьной информации.

3. 8. Вывод текстовой информации должен осуществляться прямым выводом
с автоматическим форматированием текстового файла или базы данных
среды.

КФБН. 000148-01-51 01-1

3. 9. Текстовая информация может выводиться статично для небольших объемов или динамически для больших объемов с возможностью скроллинга и листания страниц.

3. 10. Все окна вывода должны иметь возможность перемещения и изменения
размеров.

3. 11. Параметры настройки интерфейса должны фиксироваться на жестком
диске и система должна обеспечивать восстановление состояния
интерфейса при последующих запусках системы.

3. 12. Информация о требуемом графическом материале для иллюстрации
текста должна храниться вместе с текстовым файлом в базе данных
среды.

3. 13. Оболочка среды должна обеспечивать регистрацию пользователей с
формированием модели обучаемого для тех, кто регистрируется впервые
или вызовом модели зарегистрированного пользователя.

3. 14. Разрабатываемая обучающая программа должна обеспечивать три
режима работы: описательный, обучающий и контролирующий.

3. 15. В описательном режиме пользователю должна предоставляться
возможность интерактивной работы с визуализацией трехмерной
модели объекта. В правой части экрана должны располагаться кнопки с
номерами прилагаемых к курсу пояснительных рисунков. Перемещение
текста должно осуществляется путем выбора соответствующей
пиктограммы в зависимости от требуемого направления и скорости
перемещения по тексту. Пользователь должен иметь возможность в
любой момент времени выйти из данного режима и перейти в
следующий или выйти из системы полностью путем выбора на экране
соответствующих пиктограмм.

3. 16. В обучающем режиме на экран должна выводится визуализация модели
объекта, выбранное пользователем задание, координаты опорного
графического примитива и всех вершин объекта. Пользователю должен
иметь возможность просмотреть последовательность действий
произвольное количество раз.

3. 17. В контролирующем режиме пользователю должна предоставляться
возможность выбора уровня сложности и модели трехмерного объекта.
Выбор уровня сложности и модели объекта должен осуществляется в
соответствующем диалоговом окне путем подведения указателя мыши с
последующим нажатием левой кнопки. В этом режиме пользователю
должны выводятся табличные представления исходных координат
объекта и опорного графического элемента, последовательность
действий, формируемая по шагам самим пользователем путем выбора
необходимого элементарного преобразования из списка всех
возможных. После нажатия кнопки «Готово» система должна решить
задачу сама и сравнить полученные координаты с координатами,
полученными пользователем. По результатам сравнения должна
выставляться оценка, заносимая в модель обучаемого.

3. 18. Задания должны дифференцироваться по уровням сложности:

-6-

КФБН. 000148-01-51 01-1

3. 18. 1 Низший уровень:

Выполнить преобразование центральной симметрии относительно
начала координат.

Выполнить преобразование осевой симметрии относительно
координатной оси X.

Выполнить преобразование осевой симметрии относительно
координатной оси Y.

Выполнить преобразование осевой симметрии относительно
координатной оси Z.

Выполнить преобразование зеркальной симметрии относительно
координатной плоскости XOY.

— Выполнить преобразование зеркальной симметрии относительно
координатной плоскости XOZ.

Выполнить преобразование зеркальной симметрии относительно
координатной плоскости ZOY.

Выполнить преобразование симметрии относительно произвольной
точки А(ах, ay, az).

Выполнить преобразование переноса на вектор T(tx, ty, tz).

— Выполнить преобразование поворота вокруг координатной оси X на
угол а.

Выполнить преобразование поворота вокруг координатной оси Y на
угол b.

Выполнить преобразование поворота вокруг координатной оси Z на
угол с.

Выполнить преобразование масштабирования на вектор Е(ех, еу, ez).

3. 18. 2 Средний уровень:

Выполнить преобразование переноса вдоль произвольной прямой,
заданной двумя точками, на X единиц.

Выполнить преобразование поворота вокруг произвольной прямой,
заданной двумя точками, на а градусов.

Выполнить преобразование симметрии относительно произвольной
прямой, заданной двумя точками.

3. 18. 3 Высший уровень:

Выполнить преобразование переноса вдоль перпендикуляра к
произвольной плоскости, заданной тремя точками, на X единиц.

Выполнить преобразование переноса вдоль перпендикуляра к
произвольной плоскости, заданной точкой и прямой, на X единиц.

Выполнить преобразование симметрии относительно произвольной
плоскости, заданной тремя точками.

Выполнить преобразование симметрии относительно произвольной
плоскости, заданной точкой и прямой.

-7-КФБН. 000148-01-51 01-1

Выполнить преобразование переноса вдоль перпендикуляра к
произвольной плоскости, заданной двумя пересекающимися
прямыми, на X единиц.

Выполнить преобразование симметрии относительно произвольной
плоскости, заданной двумя пересекающимися прямыми.

3. 19. Подготовка инвариантного решения (объяснения, алгоритма etc)
моделируемых ситуаций (явлений, процессов etc) и его проверка
системой с подтверждением правильности или указанием на ошибки.
Задания генерируются по уровням сложности, описанным в п. 1. 2.

3. 20. Реализация модели пространственных объектов должна включать в себя:

Массив координат вершин фигуры.

Набор топологических отношений.

Функции для работы с объектом (функции элементарных
геометрических преобразований).

3. 21. В механизме вывода должны присутствовать следующие правила для
нахождения последовательности геометрических преобразований:

совмещение точки с началом координат;

совмещение прямой с любой из координатных осей;

совмещение плоскости с любой из координатных плоскостей;

выполнение элементарного геометрического преобразования в
соответствии с выданным заданием, относительно соответствующего
элемента координатной системы.

4. ТРЕБОВАНИЯ К ПРОГРАММНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ

Программная документация должна содержать все необходимые разделы и быть представлена при испытании программного продукта. В состав программной документации входят:

Техническое задание

Руководство оператора

Руководство программиста

Описание применения

5. СРЕДСТВА И ПОРЯДОК ИСПЫТАНИЙ

Испытания необходимо производить на аппаратуре, удовлетворяющей следующим требованиям:

Процессор Pentium*-133 или выше;

16 Mb оперативной памяти;

Свободное место на жестком диске не менее 2 Mb для самой программы с
базой знаний;

КФБН. 000148-01-51 01-1

VGA совместимый видеоконтроллер 512 Kb VRAM

клавиатура (желательно русифицированная, 101 клавиша);

манипулятор "мышь" совместимый со стандартом Microsoft mouse.

На компьютере должны быть установлено следующие программное обеспечение:

В качестве базовой операционной системы должна быть установлена MS
WINDOWS-95

Borland Database Engine (BDE).

Предусматриваются следующий порядок испытания:

На компьютере, указанного выше типа, с требуемым программным
обеспечением устанавливается испытуемый программный продукт

Комиссия проверяет соответствие программного продукта всем требованиям
указанным в п. 3. настоящего документа методами, описанными в п. 6.

6. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

В таблице 6. 1. перечислены подлежащие проверке в соответствии с техническим заданием функциональные характеристики и соответствующие методы проверки.

Таблица 6. 1.

Функциональная характеристика	Метод проверки
Программа должна работать в многооконном графическом режиме и поддерживать работу как клавиатуры, так и манипулятора типа "мышь".	Проверяется возможность управления средой с помощью клавиатуры и/ли мыши. Режим многооконности проверяется путем открытия нескольких окон одновременно (основное окно режима + вспомогательные окна).
Интерфейс пользователя должен выполнять две основные функции: давать советы и объяснения обучаемому и управлять приобретением знаний.	В описательном режиме проверяется путем открытия окон иллюстраций
Разрабатываемая учебная программа должна включать оболочку, подсистему управления и базу оболочки, содержащую учебный материал по изучаемой дисциплине.	Наличие базы оболочки проверяется путем регистрации, смены курса, смены задания и смены модели объекта.
Библиотека программ должна содержать как модули, реализующие	Проверяется путем выполнения нескольких заданий в обучающем

-9-

КФБН. 000148-01-51 01-1

режиме.

элементарные системные функции (поддержка баз данных, диалог, ввод/вывод данных, графика), так и модули, представляющие собой алгоритмы предметной области дисциплины.

Разрабатываемый программный
продукт должен включать механизмы
логического вывода и средства
редактирования.

Ввод/вывод данных должен выполнять
следующие функции: тестирование с
целью обеспечения целостности и
непротиворечивости данных,

передаваемых по линии связи, выполнение запросов на передачу данных по линии связи.

Проверяется путем выполнения нескольких заданий в обучающем режиме.

Проверяется путем внесения заведомо неверной информации в модель обучаемого.

Подсистема связи должна включать в
себя модули для обеспечения диалога с
обучаемым, для ввода/вывода данных и
для обработки графической и
символьной информации.

Вывод текстовой информации должен
осуществляться прямым выводом с
автоматическим форматированием
текстового файла или базы данных
среды.

Текстовая информация может
выводиться статично для небольших
объемов или динамически для больших
объемов с возможностью скроллинга и
листания страниц.

Все окна вывода должны иметь
возможность перемещения и изменения
размеров.

Параметры настройки интерфейса должны фиксироваться на жестком диске и система должна обеспечивать восстановление состояния интерфейса при последующих запусках системы.

Информация о требуемом графическом
материале для иллюстрации текста
должна храниться вместе с текстовым
файлом в базе данных среды.

Проверяется правильность работы всех меню и диалоговых окон.

Проверяется путем считывания нескольких текстовых файлов в окно описательного режима.

Проверяется скроллинг окна вывода
текста описательного режима, и окон
отображения выполненных правил в
обучающем и контролирующем
режимах.

Проверяется во всех режимах путем перетаскивания и изменения размеров всех окон.

Проверяется путем имитации сбоя
операционной системы и/или

аппаратного обеспечения и повторного запуска программы.

Проверяется наличие и целостность файлов конфигурации курсов kg. opt и ps. opt

- 10-КФБН. 000148-01-51 01-1

Оболочка среды должна обеспечивать
регистрацию пользователей с

формированием модели обучаемого для тех, кто регистрируется впервые или вызовом модели зарегистрированного пользователя.

Проверяется посредством регистрации нового пользователя.

Разрабатываемая обучающая программа
должна обеспечивать три режима
работы: описательный, обучающий и
контролирующий.

В описательном режиме пользователю
должна предоставляться возможность
интерактивной работы с визуализацией
трехмерной модели объекта. В правой
части экрана должны располагаться
кнопки с номерами прилагаемых к
курсу пояснительных рисунков.
Перемещение текста должно
осуществляется путем выбора
соответствующей пиктограммы в
зависимости от требуемого направления
и скорости перемещения по тексту.
Пользователь должен иметь
возможность в любой момент времени
выйти из данного режима и перейти в
следующий или выйти из системы
полностью путем выбора на экране
соответствующих пиктограмм.

В обучающем режиме на экран должна
выводится визуализация модели
объекта, выбранное пользователем
задание, координаты опорного
графического примитива и всех вершин
объекта. Пользователю должен иметь
возможность просмотреть
последовательность действий
произвольное количество раз.

В контролирующем режиме

пользователю должна предоставляться
возможность выбора уровня сложности
и модели трехмерного объекта. Выбор
уровня сложности и модели объекта
должен осуществляется в

соответствующем диалоговом окне

Проверяется

соответствующих пунктов меню.

Проверяется при описательный режим.

Проверяется при переходе в обучающий режим.

Проверяется при переходе контролирующий режим.

перечисленных

-11-

КФБН. 000148-01-51 01-1

путем подведения указателя мыши с
последующим нажатием левой кнопки.
В этом режиме пользователю должны
выводятся табличные представления
исходных координат объекта и
опорного графического элемента,
последовательность действий,
формируемая по шагам самим
пользователем путем выбора
необходимого элементарного
преобразования из списка всех
возможных. После нажатия кнопки
«Готово» система должна решить
задачу сама и сравнить полученные
координаты с координатами,
полученными пользователем. По
результатам сравнения должна
выставляться оценка, заносимая в
модель обучаемого.

Проверяется в диалоговом окне выбора задания.

Задания должны дифференцироваться
по уровням сложности:

Проверяется в контролирующем режиме
путем введения заведомо правильной и
неправильной последовательности

действий.

Подготовка инвариантного решения
(объяснения, алгоритма etc)

моделируемых ситуаций (явлений, процессов etc) и его проверка системой с подтверждением правильности или указанием на ошибки. Задания распределены по уровням сложности.

Проверяется наличие правил в базе правил.

В механизме вывода должны
присутствовать следующие правила для
нахождения последовательности

геометрических преобразований: совмещение точки с началом координат; совмещение прямой с любой из координатных осей;

совмещение плоскости с любой из
координатных плоскостей;
выполнение элементарного
геометрического преобразования в
соответствии с выданным заданием,
относительно соответствующего
элемента координатной системы.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………..2

АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ………………….3

2. 1. Анализ существующих подходов, моделей, методов………………….3

2. 1. 1. Электронный учебник………………………………………………..4

2. 1. 2. Образовательная среда……………………………………………….5

2. 1. 3. Лабораторный практикум……………………………………………5

2. 1. 4.Тренажер……………………………………………………………….6

2. 1. 5. Контролирующая программа…………………………………………7

2. 1. 6. Базы данных…………………………………………………………..7

2. 2. Постановка задачи………………………………………………………10

2. 3. Обоснование выбора подхода и метода решения поставленной задачи..11

3. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ……………………………………………………………12

3. 1. Разработка моделей и алгоритмов решения………………………………12

3. 2. Разработка программных средств…………………………………………13

3. 3. Разработка программной и эксплуатационной документации…………..15

4 ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ………………………...16

4. 1. Расчет себестоимости программы………………………………………...16

4. 2. Расчет цены программы…………………………………………………...18

4. 3. Определение качественных параметров программы…………………….19

Выводы к разделу 4…………………………………………………………….29

5. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА………………………………………….30

5. 1. Сущность экологической экспертизы……………………………………30

5. 2. Анализ экологических факторов………………………………………….30

5. 3. Выявленные источники электромагнитного излучения…………………31

5. 4. Анализ нормативно-правовой документации……………………………31

5. 5. Рекомендации по ослаблению электромагнитного излучения …………32

Приложение 1. Техническое задание.

Приложение 2. Руководство оператора.

Приложение 3. Описание применения.

Приложение 4. Руководство программиста.

Приложение 5. Программа и методика испытаний.

Приложение 6. Распределение заданий по уровням сложности.

Саратовский государственный технический университет

Отзыв руководителя на дипломную работу

Студента ПВС-51 Заулошнова Олега Всеволодовича на тему: «Разра­ботка образовательной среды для дистанционного обучения по дисциплинам «Компьютерная графика» и «Системы искусственного интеллекта». Геомет­рические преобразования».

Содержание работы полностью соответствует заданию на дипломное проектирование. Большинство поставленных вопросов решены достаточно полно, глубоко и обоснованно. В процессе дипломного проектирования За-улошнов О. В. показал достаточную самостоятельность, инициативность, умение обобщать другие работы по разрабатываемой тематике.

Им продемонстрированы достаточно глубоко усвоенные знания по об­щетехническим и специальным дисциплинам, умение самостоятельно ис­пользовать их при решении поставленных задач. Представленная поясни­тельная записка и графические материалы соответствуют требованиям ЕСПД и методическим указаниям по дипломному проектированию.

К недостаткам следует отнести недостаточно ритмичную работу в под­готовительном к проектированию периоде.

Оценивая в целом, следует отметить, что представленная дипломная работа соответствует всем предъявляемым к ней требованиям и заслуживает оценки «отлично», а Заулошнов О. В. — присвоения квалификации инженера-программиста.

Руководитель дипломного Клеванский Н. Н.

проектирования, доцент
кафедры ПВС

Саратовский государственный технический университет

Рецензия на дипломную работу

Студента ПВС-51 Заулошнова Олега Всеволодовича на тему: «Разра­ботка образовательной среды для дистанционного обучения по дисциплинам «Компьютерная графика» и «Системы искусственного интеллекта». Продук­ционные системы».

Содержание работы полностью соответствует заданию на дипломное проектирование. Большинство поставленных вопросов решены достаточно полно, глубоко и обоснованно. Дипломная работа Заулошнова О. В. свиде­тельствует о достаточной самостоятельности, инициативности, умении обоб­щать другие работы по разрабатываемой тематике.

Им продемонстрированы достаточно глубоко усвоенные знания по об­щетехническим и специальным дисциплинам, умение самостоятельно ис­пользовать их при решении поставленных задач. Представленная поясни­тельная записка и графические материалы соответствуют требованиям ЕСПД и методическим указаниям по дипломному проектированию.

К недостаткам следует отнести недостаточно полное обоснование про­деланной работы во второй главе пояснительной записки.

Оценивая в целом, следует отметить, что представленная дипломная работа соответствует всем предъявляемым к ней требованиям и заслуживает оценки «отлично», а Заулошнов О. В. — присвоения квалификации инженера-программиста.

Рецензент, доцент кафедры Кац Е. Я.

«Системотехники» СГТУ