автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Методика преобразования описания оперативной ситуационной обстановки в графические образы ССОИ

Московский государственный технический университет ( и 1 имени Н.Э.Баумана.

,. .. —■ На правах рукописи.

Пардаев Акбар Анварович

МЕТОДИКА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОПИСАНИЯ ОПЕРАТИВНОЙ СИТУАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ В ГРАФИЧЕСКИЕ ОБРАЗЫ ССОИ.

05.13.06 - Автоматизированные системы обработки информации и

управления

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1998

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете имени'Н.Э.Баумана.

Научный руководитель:

кандидат технических доцент

Соломонов Л.А.

наук,

Официальные оппоненты:

1. Шемакин Юрий Иванович, д.т.н., профессор

2. Кинкулькин Аркадий Миронович, к.т.н., начальник отделения

Ведущее предприятие:

НПО им. С.А.Лавочкина

Защита диссертации состоится "__"__________199__года на

заседании диссертационного совета Д 053.15.03 "Вычислительная и информационная техника" Московского государственного технического университета имени Н.Э.Баумана по адресу: 107005, Москва, 2-я Бауманская, 5.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке МГТУ имени Н.Э. Баумана.

Автореферат разослан:"___"___________1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета /У

к.т.н., доцент Иванов С-Р-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Концепция персональных информационных систем при своем воплощении требует решения двух проблем - формализации знаний и организации взаимодействия человека с техническими средствами АСУ.

В современных АСУ изменяется сам характер информации, с которой она имеет дело. В дополнение к информации фактографического и технико-экономического характера, которую уже умеют обрабатывать современные системы, должна все шире использоваться графическая, понятийная информация, организуемая в виде специализированных баз знаний пользователя о его предметной области - управляемой им системе, сфере его деятельности; информация, фиксирующая личный опыт принятия решений руководителем.

Актуальность проблемы. Прогресс в области построения сложных человеко-машинных систем привели к появлению в последние десятилетия особого класса человеко-машинных систем, называемых ситуационными системами отображения информации (ССОИ). В частности подобные системы применяются при решении задач:

- наблюдения за надводной, подводной, наземной, воздушной, космической обстановкой на достаточно большом ареале земной поверхности;

- управления (навигации) динамическими объектами в указанных средах;

- экологического мониторинга;

- управления сложными транспортными узлами и т.д.

В работе "Отображение информации" из серии "Организация взаимодействия человека с техническими средствами АСУ" показано, что взаимодействие человека-оператора (4-0) с реальным миром (РМ) осуществляется через информационные модели (ИМ), которые будем называть информационными моделями реального мира (ИМРМ). Схема данного взаимодействия изображена на рисунке 1.

-> ИМРМ —>

о Л

Рисунок 1. Взаимодействие 4-0 с реальным миром

ИМ, которые являются для 4-0 источником информации, на основе которой он формирует образ реального мира, как правило, подразделяются на:

- текстовые ИМ;

- графические ИМ.

Но наличие у 4-0 звукового канала восприятия говорит о том, что существует и звуковая информационная модель. Кроме этого применение в некоторых областях (архитектура, автомобилестроение и т.п.) предварительного макетирования позволяет сделать предположение и о пространственной ИМ.

Таким образом реальный мир воспринимается 4-0 через следующие типы ИМ:

- текстовый (ЕЯ);

- графический (ГО);

- звуковой (ЗР);

- пространственный (ПР).

Так как различные типы ИМ характеризуют один и тот же реальный мир, то можно поставить задачу преобразования одного типа ИМ в другой (данное утверждение справедливо лишь в фиксированной предметной области). Наибольший интерес на современном этапе представляет переход от текстового представления ИМ в графическое.

Цель работы. Разработка методики преобразования естественноязыкового (ЕЯ) описания оперативной ситуационной обстановки в графические образы (ГО) ССОИ.

Общая методика исследований.'В работе использованы методы теории математической лингвистики, теории алгоритмов, теории ситуационного управления, теории исчисления предикатов первого порядка, теории нечетких множеств. Для исследования состоятельности и эффективности предлагаемых методов и средств выполняется практическая реализация макетной версии системы интерактивного преобразования ЕЯ описания оперативной ситуационной обстановки в ГО ССОИ.

Научная новизна. В диссертации разработана методика преобразования ЕЯ описания оперативной ситуационной обстановки в ГО ССОИ.

Разработаны и выносятся на защиту:

- методика преобразования ЕЯ описания оперативней ситуационной обстановки в ГО ССОИ;

- функциональная грамматика;

- методика формирования лексики заданной ПО;

- методика структуризации характеристик объектов заданной ПО;

- метод переходных коэффициентов;

- алгоритмы синтаксического и семантического анализов, размещения объектов в кадре (планирование кадра) и генерации сценария на ЯФОС.

Практическая ценность. Разработанные модели, алгоритмы, методики и программные средства использовались при создании комплекса программного и математического обеспечения системы отображения коллективного пользования объекта 14П04 - КПМО СОКП в РНИИКП.

Апробация работы. Содержание отдельных частей и диссертации в целом было доложено:

- на заседаниях аттестационной комиссии при ежегодной аттестации аспирантов кафедры "Автоматизированные системы отображения информации и управления" МГТУ имени Н.Э. Баумана;

- на заседании кафедры "Автоматизированные системы системы отображения информации и управления" МГТУ имени Н.Э. Баумана;

- на комиссиях по приемке этапов работ в РНИИКП. Программное обеспечение, созданное в рамках настоящей

диссертационной работы демонстрировалось:

- на международной выставке Softool 91 на ВВЦ;

- на выставке с международным участием ImproGraph 91 на ВВЦ;

- на выставке с международным участием Softool 92 на ВВЦ. Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 3

печатных работах. Результаты разработок и исследований, проведенных по теме диссертационной работы включены в 3 отчета по НИР.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений, изложенных на 201 страницах машинописного текста, содержит список литературы, включающий 53 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертации проведен обзор методов формализации ЕЯ, дан анализ видов компьютерной графики, показаны системы нового направления - когнитивной графики. Ставится формальная постановка задачи преобразования ЕЯ описания оперативной ситуационной обстановки в ГО ССОИ.

К свойствам ЕЯ, которые затрудняют моделирование относятся:

1. Сложность ЕЯ.

2. Недетерминированность соответствий и переходов.

3. Нечеткость многих множеств и отношений.

4. Неравноправие различных феноменов и конструкций.

5. Изменчивость, которой подвержен и запас слов, и смыслы выражений, и допустимость тех или иных сочетаний.

6. Невозможность использования в современных языковых процессорах столь широкого круга сведений, каким пользуется при анализе и синтезе текстов человек.

При построении модели некоторого выбранного ЕЯ, то, как всегда при моделировании, с целью уменьшения трудностей приходится ограничивать круг учитываемых явлений.

Сокращение сложности и устранение изменчивости обычно делаются за счет ограничения на множество допустимых на вход языкового процессора текстов по двум показателям: по тематике и по строению.

Моделирование процессов порождения графического образа ситуаций, описываемых на естественном языке, требует понимания когнитивных процессов, связанных как с вербальной (языковой), так и невербальной информацией. В процессе понимания некоторой пространственной сцены используется не только языковое описание сцены, но и ее образное представление.

В настоящее время существует большое число прикладных программ, которые работают с текстово-графической информацией. Все они входят в широкий класс систем машинной графики, что обусловило появление графических систем, которые можно разделить на несколько классов.

1. Деловая графика.

2. Научная графика.

3. Автоматизация чертежных и конструкторских работ.

4. Машинная живопись.

5. Компьютерная анимация.

6. Когнитивная графика.

На рисунке 2 показана схема взаимодействия человека-оператора (4-0) в ситуационной системе отображения информации (ССОИ) с реальным миром, которая описывается моделью опосредствованного управления предметами реального мира. На рисунке введены следующие сокращения:

ДМР - динамическая модель результата;

КМПРМ - концептуальную модель предметов реального мира;

Бр - решающая система;

СМ - сенсорно-моторная система;

ПРМ - предметы реального мира;

КМПРМ - Информационная модель предметов реального мира;

М - Манипуляторная система.

Отличительной чертой этой модели является опосредствованное восприятие человеком ситуации реального мира через ИМПРМ и опосредствованное же воздействие на эту ситуацию через манипуляторную систему. Среда 4-0 и среда реального мира не соприкасаются. Этим определяется исключительная роль ИМПРМ, ведь всю информацию, которую получает человек-оператор о развитии ситуации в реальном мире, он получает только, из ИМПРМ (непосредственно предметы реального мира «своими глазами» он не видит).

Информационная модель реального мира хранит информацию, необходимую для решения всех штатных задач Ъ ССОИ для всех ситуаций Б, возникающих в проблемной среде, которая называется информационной моделью максимальной насыщенности IШаХ.

Восприятие человеком-оператором реального мира производится через ИМПРМ, что позволяет 4-0 сформировать свою концептуальную модель. На основании этого можно сделать вывод, что концептуальная модель (К) у 4-0 формируется при восприятии информационной модели (ИМ) максимальной насыщенности. В свою очередь концептуальная модель состоит из концептуальной модели о ситуации и объектах реального мира, что можно записать в виде:

к =[К10^] и [К1а]

1тах=>с[К10Ь^] и (1)

где => - операция соответствия.

<Т5

а

О 1ч О X Л К гб V

а

т «

ш а и

а а (-и

л с

с а

/^Г Человек-оператор

Р ,

КМПРМ

ДМР

ч,

Эр

см

С

М

(3

а о ь

гй

а

«

0) а и

Рисунок 2. Модель опосредствованного управления предметами реального мира

ИМ максимальной насыщенности можно разбить на совокупность документальных (I Л, картографических (I А, пространственных (IЛ и реальных (1ИМ:

jr.ax_jj.dj у [ПЬ} у [пР] у (1.г,

При проектировании ССОИ необходимо учитывать возможности восприятия человека (1с). Из этого утверждения вытекает условие реализации ССОИ:

(2)

I тах < 1о

(3)

Необходимо учесть условие адекватного отражения информационной моделью ситуации (принцип адекватности), которое записывается в виде:

II Г7П-311 (4)

1гаахо3га[К10Ь^ и {К

где <=> - операция семантического соответствия.

Каждая ИМ (I зД I 11р, 11г) должна соответствовать концептуальной моделе:

'и = Пй,Пк,Пр, Пг; К^ = К±°Ч к^.

Обычно условие (3) для ИМ максимальной насыщенности не выполняется, а поэтому, учитывая принцип симультантности, применяют правило декомпозиции. Декомпозиция бывает: пространственная, временная, семантическая и комбинированная [9]. Тогда ИМ максимальной насыщенности разворачивается в некоторое множество

(цепочку) ситуаций П Эту цепочку ситуаций называют сценарием; а информационные модели ситуации П кадрами. Вообще говоря, для некоторых 11 условие (3) также может не выполняться. В этом случае вновь применяют правило декомпозиции и так до тех пор пока условие

О)-

(3) не будет выполняться для Есех П . Все вышесказанное можно записать как:

Iтах {Б с 1 ] =эГахо[Кс11]; (6)

где:

Б с 1 - сценарий; К с! ± - кадр.

Если ИМ максимальной насыщенности написана на ЕЯ и на основании принципа симультантности имеем:

[ I тах(ЕЯ)] [ I тах(0ЕЯ)] -» [ I тах(Я0С)] -> [ I тах(ЯФ0С)] [ ГО] (7) где:

ОЕЯ - ограниченный ЕЯ;

ЯОС - язык описания ситуаций;

ЯФОС - язык формализованного описания ситуаций;

[ I шахСр] - описание Iшах на соответствующем языке,

^ = [ЕЯ, ОЕЯ, ЯОС, ЯФОС] [ГО] - графическое изображение.

На каждое описание Iшах оказывают влияние некоторые факторы, которые будут называться граничными условиями На описание на ЕЯ оказывают влияние общеязыковые требования, правила грамматики, лексики, стилистики языка, на котором написано это описание (в данном случае русского языка). На описание на ОЕЯ оказывают влияние предметная область, в некоторой степени грамматика ЯФОС.

Таким образом задача преобразования ЕЯ описания в ГО сводится к решению системы вербально-логических уравнений:

1. [ЕЯ] -> [ОЕЯ];

2. [ОЕЯ] -»[ЯФОС];

При выполнении условий принципа адекватности:

Iтах <=>^т [ к и [К1й]

При выполнении ограничения:

1тах<1о

Во второй главе описывается методика формирования лексики заданной ПО и разработанная функциональная грамматика. Приводится разработанная концепция словарей трех контекстов предметной области (ПО). Сформирована методика преобразования ЕЯ описания оперативной ситуационной обстановки з ГО ССОИ.

Грамматика в = (Ут, Ун, Р, Б, Г) позволяет провести переход представления ситуации из концептуального контекста в вербальный. Где:

V т - терминальный словарь;

V н - нетерминальный словарь;

Р - правила грамматики С;

Б= ПРЕДЛОЖЕНИЕ;

Г = {Г1, £2, £3, Г 4, £5];

£ 1 - семантические функции имеют вид: £ А , I, Т, Ь1, Ь 2, ... Ь т); где:

А - переменная, определяющая предметную область; Ь - переменная, определяющая место действия ситуации; Т - переменная, определяющая время действия ситуации; Ь1 - переменные, определяющие и характеризующие объекты; ш - количество переменных, для каждой функции различно; Для преобразования вербального представления ситуации (описание ситуации в вербальном контексте) в графическое необходимо проанализировать текст описания, т.е. потребуется провести семантический анализ. Семантические значения слов тесно связаны с их синтаксическими значениями в предложении, т.е. потребуется провести синтаксический анализ, а для этого необходимо знать морфологические характеристики слов, которые можно почерпнуть из вербального словаря где они хранятся. Операцию отбора слов из текста определим как лексический анализ

Таким образом лексический, синтаксический и семантический анализы определяют последовательность обработки текста, которая необходима для решения задачи преобразования вербального представления ситуации в графическое.

Из задачи преобразования ЕЯ описания в ГО вытекает, что объекты заданной предметной области, и их характеристики представляются в двух формах: вербальном и графическом. Говоря о вербальной форме представления, необходимо помнить, что речь идет о текстовом виде. При формализации поставленной задачи необходимо ввести дополнительную форму представления объектов - формальную. Итак получаем необходимое количество форм представления объектов и их характеристик - вербальная, формальная и графическая. Введем понятие контекста, которое означает ту или иную форму представления объектов и их характеристик.

Множество значений значащих элементов (объекты и их характеристики заданной предметной области) ¥ конкретного контекста К j назовем словарем этого контекста и обозначим Б ^

^ = у ^ где:

- множество значений значащих элементов ^ — контекста К ,1 Слово в словаре будем обозначать й1-1 и называть записью, которая состоит из полей.

Для решения задачи преобразования «текст-рисунок» используются три контекста и соответстсвенно три словаря:

тэ

1. Вербальный Б ;

2. Формальный В

„ г

3. Графический Б .

Методика преобразования состоит из следующих этапов:

I. Извлечение вербальных знаний. Данный этап заключается в исследовании и выделении подмножества ЕЯ, описывающего оперативную ситуационную обстановку.

II. Означивание вербальных знаний. Это означает заполнение значениями словарей каждого конкретного контекста.

Ш.Порождение описаний ситуций на ограниченном естественном языке. На этом этапе формируются описания на основе правил грамматики й = (V т, V н, Р, Б, Б). Первый этап подразделяется на следующие стадии:

1) Первичная обработка текстов:

a) выбор текстов по заданной предметной области;

b) составление словника исходных текстов.

2) Выделение группы языковых единиц, идентифицирующих объекты:

a) отбор из словника слов, принадлежащих классу существительных;

b) отбор из языковой группы существительных слов в именительном падеже;

с) отбор из языковой группы существительных в именительном падеже слов, идентифицирующих объекты; 3) Выделение группы языковых единиц, характеризующих объекты:

a) отбор из словника слов, принадлежащих классу прилагательных;

b) отбор слов, характеризующих объекты;

c) провести классификацию прилагательных по признакам объектов.

В третьей главе приводятся правила формирования лексики заданной ПО. Описываются разработанные методика структуризации характеристик объектов заданной ПО, метод переходных коэффициентов и .алгоритмы поддержки преобразования ЕЯ описания ситуации в ГО.

В системах управления ЕЯ выступает прежде всего как средство описания тех объектов, которыми управляют, ситуаций, складывающихся с этими объектами. Что побуждает поиск того множества языковых единиц, с помощью которых можно выражать понятия и отношения важные для управления. В третьей главе были сформулированы правила, с помощью которых формируется такое множество.

1. Лексические исследования. Выделить подмножество существительных, глаголов, прилагательных и т.п.

2. Грамматическая формализация. Сформировать синтаксическую структуру, определить тип предложений, установить порядок членов предложения.

3. Означивание вербальных знаний. Статистические исследования числовых значений ЛП «СЛЕВА», «В ЦЕНТРЕ», «В ПРАВОМ НИЙНЕМ УГЛУ» и т.п.

Для решения этих задач были поставлены два эксперимента. Тексты заданий приведены в приложении 1. В первом эксперименте от экспериментируемых требовалось:

1. Сформировать композицию (ситуацию) из геометрических фигур.

2. Описать воображаемую ситуацию на ЕЯ (русском).

3. Изобразить эту ситуацию на листе формата А4.

4. Составить картинный словарь.

5. Составить тезаурус.

Во втором эксперименте полученные описания на ЕЯ были розданы экспериментируемым, по которым последние должны были:

1. Восстановить изображения ситуаций по описаниям.

2. Провести грамматические преобразования (привести к заданному типу) предложения описаний.

По результатам экпериментов были сформированы:

- лексический состав терминального словаря Ут грамматики й:

- грамматические правила Р грамматики й построения предложений, описывающих ситуации:

- метод переходных коэффицентов, основанный на правилах теории нечетких множеств.

В четвертой главе описывается макетная реализация системы автоматизированного проектирования сценариев, которая доказывает эффективность предложенных подходов в решении задачи преобразования ЕЯ описания оперативной ситуационной обстановки в ГО ССОИ.

В заключении формулируются основные выводы, полученные в работе.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

Конкретно научные и практические результаты состоят в следующем:

1. Разработана методика преобразования естественно-языкового описания оперативной ситуационной обстановки в графические образы ССОИ.

2. При разработке методики преобразования естественно-языкового описания в графические образы были выделены основные задачи, которые состоят в следующем:

- анализ текста;

- выработка концепции лингво-графической базы знаний.

Решение данных задач позволило провести требуемое преобразование.

3. Было установлено, что для проведения анализа текста необходимо предварительно:

- выделить подмножество естественного языка;

- сформировать правила построения предложений, поддающихся формальной обработке.

4. Был предложен процесс вербализации заданной предметной области. На его основе была разработана методика выделения подмножества естественного языка, которая формирует лексику этой предметной области.

5. Были выделены и сформулированы правила построения предложений, на основе которых была построена формальная грамматика. Применение данной грамматики позволяет проводить синтаксический и семантический анализы предложений.

6. Выработка концепции лингво-графической базы знаний потребовала решения следующих проблем:

- способ представления объектов и их характеристик;

- разработка структур словарей, входящих в состав лингво-графической базы знаний;

- заполнение соответствующими значениями словарей, иначе говоря, провести означивание заданной предметной области.

7. Были выделены три формы представления объектов и их характеристик: вербальный, графический и формальный, которые описываются в соответсвующих базах данных (словарях).

8. На основе выделенных форм представления и характера задачи преобразования были разработаны структуры словарей.

9. Для проведения означивания была разработана методика структуризации объектов и их характеристик.

10. Опираясь на выделенную лексику и на проведенную структуризацию объектов и их характеристик, была разработана

методика означивания в'ербальных знаний о объектах, их характеристиках и пространственных отношениях.

И. Для решения задачи неоднозначности, возникающей при отображении некоторых характеристик объектов и пространственных отношений, был предложен метод переходных коэффицентов.

12. Разработан пакет алгоритмов поддержки преобразования естественно-языкового описания в графические образы, в который входят алгоритмы:

- морфологического, синтаксического и семантического анализа;

- размещения графических образов;

- генерации сценариев.

Данные алгоритмы были разработаны на основе методики формирования лексики, построенной грамматики, методике структуризации объектов и их характеристик, разработанных структурах словарей и методе переходных коэффицентов.

13. В практической части диссертации, на основе созданных программных комплексов, показана состоятельность разработанной методики преобразования естественно-языкового описания оперативной ситуационной обстановки в графические образы ССОИ.

14. Разработанные методики, алгоритмы и программные средства использовались при создании комплекса программного и математического обеспечения системы отображения коллективного пользования объекта 14П04 - КПМО СОКП в РНИИКП.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Архив графических и картографических инфомационных моделей: Отчет о НИР / НПП "Экотек", Рук. Ю.Н. Филиппович - Инв. № 3/00-3. -М., 1990. - Книга 6. - 56 с.

2. Комплекс программных средств создания и ведения базы графических данных объекта 14П04 - КПМО СОКП: Отчет о НИР / РНИИ КП, Рук. Ю.Н. Филиппович - № ГР 07256; Инв. № к8532,- М., 1991. - Книга 9. - 287 с.

3. Макет комплекса программных средств создания и ведения архива графических и картографических информационных моделей: Отчет о НИР / НПП "Экотек", Рук. Ю.Н. Филиппович - Инв. № 2/03-01. -М., 1990. - Книга 3. - 63 с.

4. Пардаев A.A.., Филиппович Ю.Н., Современные системы компьютерной анимации //Компьютерная хроника. - 1992.. - $5-6. -С. 5.

5. Филиппович Ю.Н., Пардаев A.A. SAGO - система создания и ведения архиЕа графических образов: Руководство пользователя. - М.: НПП "Фрегат", 1991. -15 с.

6. Черкасова Г.А., Пардаев A.A. Комплекс программ автоматизированного построения контекстно-семантических тезаурусов//Тезисы докладов третьей всесоюзной конференции по созданию машинного фонда русского языка. - М., 1989. - С. 93.

Подписано к печати 19.06.98г. Зак.ПЗ Объеы I п.л. Ti Типография ЫГТУ им. II. Баумана

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПОРОЖДЕНИЯ ГРАФИЧЕСКОГО ОБРАЗА.

1.1 Анализ методов формализации естественного языка.

1.2 Анализ систем компьютерной графики.

1.3 Постановка задачи преобразования естественно-языкового описания ситуации в графический образ.

Выводы.

Глава 2 МЕТОДИКА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОПИСАНИЯ ОПЕРАТИВНОЙ

СИТУАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ В ГРАФИЧЕСКИЕ ОБРАЗЫ.

2.1 Формальное представление языковых преобразований описания ситуации.

2.2 Концепция лингво-графической базы знаний.

2.3 Методика преобразования текстовых описаний в графические образы ССОИ.

Выводы.

Глава 3 МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЕСТЕСТВЕННО-ЯЗЫКОВОГО ОПИСАНИЯ В ГРАФИЧЕСКИЕ ОБРАЗЫ.

3.1 Правила формирования множества языковых единиц.

3.2 Методика применения переходных коэффициентов.

3.3 Алгоритмы поддержки преобразования ЕЯ описания в ГО.

Выводы.

Глава 4 СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

СЦЕНАРИЕВ ОПЕРАТИВНОЙ СИТУАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ.

4.1 Системы визуализации оперативной ситуационной обстановки.

4.2 Лингвистический процессор.

4.3 Система управления базой инфомационных моделей.

Выводы.

Прогресс в области построения сложных человеко-машинных систем привели к появлению в последние десятилетия особого класса человеко-машинных систем, называемых ситуационными системами отображения информации (ССОИ). В частности подобные системы применяются при решении задач:

- наблюдения за надводной, подводной, наземной, воздушной, космической обстановкой на достаточно большом ареале земной поверхности;

- управления (навигации) динамическими объектами в указанных средах;

- экологического мониторинга;

- управления сложными транспортными узлами и т.д.

Каждая из интеллектуальных систем соотносится с определенной частью реального мира - сферой деятельности человека, выделенной и описанной в соответствии с некоторыми целями и называемой предметной областью. Это описание представляет собой: совокупность сведений обо всех объектах, явлениях, фактах и процессах, выделенных с точки зрения рассматриваемой деятельности; описание отношений между выделенными элементами; описание всех возможных воздействий на элементы и отношения между ними в результате осуществления деятельности.

Под интеллектуальной системой понимают инфомационно-программные изделия, выполняющие в той или иной степени основные функции интеллектуальности (представления и обработки знаний, рассуждения, общения) [28].

Для обозначения сведений о предметной области используется обобщенное понятие - данные. Состояние предметной области считается определенным, если известны данные об объектах и процессах соответ-ствущей части реального мира.

Данные об объектах и процессах представляются в знаковой форме. В зависимости от типа знаковой ситемы данные могут быть представлены в виде естественно- или искуственно-языковых, графических, речевых, жестомимических образов, а также в другой форме, например при использовании индексных знаковых систем в виде показаний приборов.

В [28] определено "представление или описание предметной области с использованием знаковых систем называют формализацией знаний". Формальное представление знаний еще называют информационной моделью.

Общедоступным является описание предметной области на естественном языке. Совокупность конструкций естественного языка, определяющих все истинные в этот момент времени объекты и процессы реального мира, составляет описание предметной области в виде естественноязыковых данных, например в виде текстов, и может являться конечным результатом процесса формализации знаний.

Известно, что взаимодействие человека-оператора (4-0) с реальным миром (РМ) осуществляется через информационные модели (ИМ), которые будем называть информационными моделями реального мира (ИМРМ) [28]. Схема данного взаимодействия изображена на рисунке 1.

Так как различные типы ИМ характеризуют один и тот же реальный мир, то можно поставить задачу преобразования одного типа ИМ в другой (данное утверждение справедливо лишь в фиксированной предмет ИМРМ л о

Рисунок 1. Взаимодействие 4-0 с реальным миром ной области). Наибольший интерес на современном этапе представляет переход от текстового в графический.

Таким образом целью данной диссертационной работы является: Разработка методики преобразования естественно-языкового (ЕЯ) описания оперативной ситуационной обстановки в графические образы (ГО) ССОИ.

Для достижения цели диссертационной работы необходимо было решить следующие задачи:

Задача 1. Исследование и выделение подмножества ЕЯ, описывающего

Исследование ЕЯ дало возможность сформировать правила построения лексики подмножества ЕЯ, разработать правила формальной грамматики, которая была названа функциональной грамматикой.

Задача 2. Разработка концепции лингво-графической базы знаний о

Решение данной задачи позволило разработать информационную основу процесса понимания ЕЯ описания перативной ситуационной обстановки и прорисовки ГО.

Задача 3. Разработка методики преобразования ЕЯ описания операоперативную ситуационную обстановку. ситуации. тивной ситуационной обстановки в ГО ССОИ.

Для решения данной задачи были использованы результаты решений задач 1 и 2. Опираясь на была разработана методика преобразования ЕЯ описания оперативной ситуационной обстановки в ГО ССОИ.

Задача 4. Разработка алгоритмов поддержки преобразования ЕЯ описания оперативной ситуационной обстановки в ГО ССОИ.

Предлагаемая методика преобразования ЕЯ описания оперативной ситуационной обстановки в ГО ССОИ, полученная при решении задачи 3, и лексика и правила составления описаний оперативной ситуационной обстановки, полученные при решении задачи 1, и концепция словарей, полученная при решении задачи 2, позволило разработать алгоритмы поддержки преобразования ЕЯ описания оперативной ситуационной обстановки в ГО ССОИ.

Задача 5. Разработка системы информационной поддержки преобразования ЕЯ описания оперативной ситуационной обстановки в ГО ССОИ.

Концепция словарей, разработанная при решении задачи 2, позволило построить систему, которая наполняет и ведет лингво-графическую базу данных.

Задача 6. Разработка системы автоматизированного проектирования сценариев оперативной ситуационной обстановки.

Алгоритмы, разработанные при решении задачи 4, позволили построить систему автоматизированного проектирования сценариев.

Конкретные решения задач приведены в главах диссертационной работы.

В первой главе диссертации проводится обзор методов формализации ЕЯ, дается анализ видов компьютерной графики, описываются системы нового направления - когнитивной графики. Ставится формальная постановка задачи преобразования ЕЯ описания оперативной ситуационной обстановки в ГО ССОИ.

Во второй главе решаются задачи 1, 2 и 3. Описывается методика формирования лексики заданной ПО и функциональная грамматика, которая была разработана в рамках данной диссертационной работы. Приводится разработанная концепция словарей трех контекстов предметной области (ПО). Сформирована методика преобразования ЕЯ описания оперативной ситуационной обстановки в ГО ССОИ.

В третьей главе приводятся правила формирования лексики заданной ПО. Описывается разработанная методика структуризации характеристик объектов заданной ПО. А также описывается разработанный метод переходных коэффициентов и решается задача 4.

В четвертой главе решаются задачи 5 и 6. Эффективность предложенных подходов в решении задачи преобразования ЕЯ описания оперативной ситуационной обстановки в ГО ССОИ иллюстрируется на примере макетной реализации системы автоматизированного проектирования сценариев.

В заключении формулируются основные выводы, полученные в работе.

Научная новизна. В диссертации разработана методика преобразования ЕЯ описания оперативной ситуационной обстановки в ГО ССОИ.

Разработаны и выносятся на защиту:

- методика преобразования ЕЯ описания оперативной ситуационной обстановки в ГО ССОИ;

- функциональная грамматика;

- методика формирования лексики заданной ПО;

- методика структуризации характеристик объектов заданной ПО;

- метод переходных коэффициентов;

- алгоритмы синтаксического и семантического анализов, размещения объектов в кадре (планирование кадра) и генерации сценария на ЯФОС.

Практическая ценность. Разработанные модели, алгоритмы, методики и программные средства использовались при создании комплекса программного и математического обеспечения системы отображения коллективного пользования объекта 14П04 - КПМО СОКП в РНИИКП.

Апробация работы. Содержание отдельных частей и диссертации в целом было доложено:

- на заседаниях аттестационной комиссии при ежегодной аттестации аспирантов кафедры "Автоматизированные системы отображения информации и управления" МГТУ имени Н.Э. Баумана;

- на заседании кафедры "Автоматизированные системы системы отображения информации и управления" МГТУ имени Н.Э. Баумана;

- на комиссиях по приемке этапов работ в РНИИКП.

Программное обеспечение, созданное в рамках настоящей диссертационной работы демонстрировалось:

- на международной выставке Softool 91 на ВВЦ;

- на выставке с международным участием IraproGraph 91 на ВВЦ;

- на выставке с международным участием Softool 92 на ВВЦ.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 3 печатных работах. Результаты разработок и исследований, проведенных по теме диссертационной работы включены в 3 отчетов по НИР.

Выводы

1. Разработана система автоматизированного интерактивного планирования оперативной ситуационной обстановки по ее естественно-языковому описанию, которая реализована в виде программного продукта для операционной оболочки Windows.

2. Разработан лингвистический процессор, который является основной компонентой системы автоматизированного интерактивного планирования и предназначен для обработки входного текста и формирования данных во внутренней базе, которые используются при проведении преобразования текстового описания ситуации в графический образ.

3. Разработана система управления базой информационных моделей, которая предназначена для формирования и ведения этой базы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана методика преобразования естественно-языкового описания оперативной ситуационной обстановки в графические образы ССОИ.

2. При разработке методики преобразования естественно-языкового описания в графические образы были выделены основные задачи, которые состоят в следующем:

- анализ текста;

- выработка концепции лингво-графической базы знаний. Решение данных задач позволило провести требуемое преобразование.

3. Было установлено, что для проведения анализа текста необходимо предварительно:

- выделить подмножество естественного языка;

- сформировать правила построения предложений, поддающихся формальной обработке.

4. Был предложен процесс вербализации заданной предметной области. На его основе была разработана методика выделения подмножества естественного языка, которая формирует лексику этой предметной области.

5. Были выделены и сформулированы правила построения предложений, на основе которых была построена формальная грамматика. Применение данной грамматики позволяет проводить синтаксический и семантический анализы предложений.

6. Выработка концепции лингво-графической базы знаний потребовала решения следующих проблем:

- способ представления объектов и их характеристик;

- разработка структур словарей, входящих в состав лингво-графической базы знаний;

- заполнение соответствующими значениями словарей, иначе говоря, провести означивание заданной предметной области.

7. Были выделены три формы представления объектов и их характеристик: вербальный, графический и формальный, которые описываются в соответсвующих базах данных (словарях).

8. На основе выделенных форм представления -и характера задачи преобразования были разработаны структуры словарей.

9. Для проведения означивания была разработана методика структуризации объектов и их характеристик.

Ю.Опираясь на выделенную лексику и на проведенную структуризацию объектов и их характеристик, была разработана методика означивания вербальных знаний о объектах, их характеристиках и пространственных отношениях.

И. Для решения задачи неоднозначности, возникающей при отображении некоторых характеристик объектов и пространственных отношений, был предложен метод переходных коэффицентов.

12. Разработан пакет алгоритмов поддержки преобразования естественно-языкового описания в графические образы, в который входят алгоритмы:

- морфологического, синтаксического и семантического анализа;

- размещения графических образов;

- генерации сценариев.

126

Данные алгоритмы были разработаны на основе методики формирования лексики, построенной грамматики, методике структуризации объектов и их характеристик, разработанных структурах словарей и методе переходных коэффицентов.

13. В практической части диссертации, на основе созданных программных комплексов, показана состоятельность разработанной методики преобразования естественно-языкового описания оперативной ситуационной обстановки в графические образы ССОИ.

14.Разработанные методики, алгоритмы и программные средства использовались при создании комплекса программного и математического обеспечения системы отображения коллективного пользования объекта 14П04 - КПМО СОКП в РНИИКП.

1. Албу В.А., Хорошевский В.Ф. КОГР система когнитивной графики. Разработка, реализация и применение //Известия Академии Наук СССР. Техническая кибернетика. - 1990. - №5 - С. 12 - 20

2. Алферова З.В. Теория алгоритмов М.: Статистика, 1973 - 165 с.

3. Борисов А.Н. Обработка нечеткой информации в системах принятия решения. М.: Радио и связь, 1989. - 303с.

4. Бюлер К. Теория языка. Репрезентативная функция языка: Пер. с нем./ Общ. ред. и коммент. Т.В. Булыгиной, вступ. ст. Т.В. Булыги-ной и A.A. Леонтьева. М.: Прогресс, 1993. - 528 с.

5. Грасюк Д.С., Семенников Ю.Б. Звукооптические методы получения и визуализации звуковых изображений Л.: ЦНИИ "Румб", 1980. - 38 с.

6. Грегуш Пал. Звуковидение. Пер. с анг./ Под ред. В.А. Света М.: Мир, 1982. - 232 с.

7. Денинг В., Эссинг Г., Маас С. Диалоговые системы "человек -ЭВМ". Адаптация к требованиям пользователя. М.: Мир, 1984. -112 с.

8. Ильин P.M., Игнатова В.Н. Модель системы перехода от текста описания трехмерной сцены на естественном языке к ее графическому изображению //Труды II Всесоюзной конференции по искусственному интеллекту. Минск, 1990. - Т.2. - С. 56-112

9. Исаев И.В. Метод и средства поддержки проектирования моделей информационной структуры ситуационных систем отображения информации: Дис. .канд. техн. наук. М., 1995 - 177 с.

10. Искусственный интеллект. Системы общения и экспертные системы / Под ред. Э.В. Попова. В 2 т. М.: Радио и связь, 1990. - Т.1:- 460 с.

11. Использование цветовых дисплеев ЭВМ для визуализации течений при обработке данных параметров потока М.: НПО "Промрыболовство", 1990. - 7 с.

12. Клыков Ю.И. Ситуационное управление большими системами. -М.: Энергия, 1974. 213 с.

13. Кофман А Введение в теорию нечетких множеств. М.: Радио и связь, 1982. - 432 с.

14. Кох 0. MS Excel 4.0 для пользователя Киев: Торгово-издательское бюро BHV, 1994. - 448 с.

15. Краткий обзор методов визуализации потока: Пер. с анг. / ВЦП- 1986. № ГЛ-97539. -7 с.

16. Крючечников Н.В. Построение кинокадра: Учебное пособие (Всесоюзный гос. ин-т кинематографии ВГИК. Кафедра драматургии кино) М, 1974. - 76 с.

17. Кузин Л.Т, Ганочка A.B. Общение в системах искусственного интеллекта М.: МИФИ, 1985 - 52 с.

18. Литвицева Л.В. Визуализация пространственных сцен по текстовым описаниям для интеллектуальных систем //Известия Академии Наук СССР. Техническая кибернетика. 1991. - №5. -С. 3-18.

19. Максимов Л.Ю. Чешко Л.А. Русский язык М.: Просвещение, 1986. -320 с.

20. Мельчук И.А. Опыт теории лингвистических моделей "Смысл-Текст". Семантика, синтаксис. М.: Наука, 1974. - 314 с.

21. Мельчук И.А. Уровни представления высказываний и общее строение модели "Смысл-Текст". М.: Инс-т Рус. Яз. АНСССР, 1972.- 45 с.

22. Методы визуализации потока для практических аэродинамических испытаний: Пер. с анг. / ВЦП 1987. - № КМ-90386. - 19 с.

23. Методика проектирования сценариев отображения решения функциональных задач: Отчет о НИР / РНИИ КП, Рук. Ю.Н.Филиппович Инв. № 6845. - М, 1991. - 312 с.

24. Методика разработки технологий отображения результатов решения функциональных задач на экранах коллективного пользования объекта 14П04 с использованием КПМО СОКП: Отчет о НИР / РНИИ КП, Рук. Ю.Н.Филиппович Инв № 6848. - М, 1991- 320 с.

25. Мичи Д., Джонстон Р. Компьютер-творец. М.: Мир, 1987 - 367 с.

26. Организация взаимодействия человека с техническими средствами АСУ. / Под ред. В.Н. Четверикова. В 7 кн. М.: Высшая школа, 1990. - Кн. 2. Ю.Н. Филиппович, Е.В. Родионов, Г.А. Черкасова Языковые средства диалога человека с ЭВМ. Практ. пособие. -159 с.

27. Организация взаимодействия человека с техническими средствами АСУ. / Под ред. В.Н. Четверикова. В 7 кн. М.: Высшая школа, 1990. - Кн. 6. Л.А. Соломонов, Ю.Н. Филиппович,

28. В.Л. Шульгин Персональные автоматизированные информационные системы и дисплейные комплексы. Практ. пособие. -143 с.

29. Пардаев A.A., Филиппович Ю.Н., Современные системы компьютерной анимации //Компьютерная хроника. 1992. - №5-6. - С. 512.

30. Полифункциональные системы отображения информации коллективного пользования. Концепция построения, архитектура, макетирование: Отчет о НИР /Калужский филиал НПО им. Лавочкина, Рук. Ю.Н.Филиппович Инв. № 15471. - М., 1992. - 425 с.

31. Попов Э.В. Общение с ЭВМ на естественном языке. М.: Наука, 1982. - 360 с.

32. Поспелов Д.А. Ситуационное управление. Теория и практика. -М.: Наука, 1986. 284 с.

33. Рубашкин В.Ш. Представление и анализ смысла в интеллектуальных информационных системах М.: Наука, 1982. - 189 с.

34. Рябов А.Б. Информационное обеспечение процессов принятия решения: Текст лекций. М., 1986 - 48 с.

35. Система отображения коллективного пользования: Отчет о ОКР / МВТУ, Рук. Ю.Н.Филиппович Инв. N 3/01-03. - М., 1989. - 200 с.

36. Современные методы визуализации потока. Пер. с анг. /ВЦП -1986. № КЛ-84269 - 36 с.

37. Федоренков А.П., Мартынюк В.А., Девятов А.Н. Выполнение чертежей в системе АВТОКАД. М.: ЛТД, 1991. - 236 с.

38. Физические величины: Справочник / А.П. Бабичев,

39. Н.А. Бабушкина, A.M. Братковский и др.: Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 1232 с.

40. Энджел Й. Практическое введение в машинную графику. М.: Радио и связь, 1984. - 121 с.

41. Barff D. Coping with friction for non-penetrating rigid body simulation //Computer Graphics. -1991. V.25,14. - P. 48-60.

42. Coquillart S., Jancene P. Animated free-form deformation: an interactive animation techique //Computer Graphics. 1991. -V.25, №4. - P. 12-32.

43. Gourret J., Thalmann N.M. Similation of object and human skin deformations in a graphing task //Computer Graphics. 1989. -V.23, №3. - P. 56-72.

44. Kaplan E. Scientific Graphing Software //PC Magazine. 1989. -№2. - P. 24-30.

45. Magnehat-Thamann N. New Trends in the direction of synthetic actors //Computer graphics around the world. Berlin: Springer Verlag, 1990. - 82 p.

46. Mundie C. The future of computer system: shared resources //IEEE Trans. 1988. - №26. - P. 32-44.

47. Nadin M. Intelligence for animation //GI-20 Jahrestagung 11/k. Reuter (Horsq.). Berlin: Springer Verlag, 1990. - 62 p.

48. Reiter R., Mackowrth A. A logical frameworks for depiction and image interpretation // Art. Int. 1989. - V.8, №2. - P. 14-26.

49. Ridsdale G., Calvert T. Animating microworlds from scipts and relational constrains //Computer animation 90. Tokyo, 1990. -V.l. - P. 16-30.

50. Shimazu H., Takashima Y., Tomoto M. Understanding of stories for animation //Proc. of the Int. Conf. on Comp. Linguistics. -Budapest, 1988. V.2. -P. 31-45.

51. Visualization 92. October 19-23. Boston (Massachusetts), 1992. -P. 40-62.

52. Wahlster I. One world says more than a thousand pictures //Computers and Art. Int. 1989. - V.8, №5. - P. 12-31.

53. Wejchert J., Haumann D. Animation aerodinamics //Computer Graphics. 1991. - V.25, №4. - P. 21-42.1. ЭКСПЕРИМЕНТ №11. РО

54. Целью 1 — эксперимента является построение естественноязыкового описания ситуации.

55. ПОЯСНЕНИЯ К ЦЕЛИ ЭКСПЕРИМЕНТА.

56. Для лучшего представления кадра, композицию объектов можно сравнить с композицией фигур на уроке рисования. Но в отличие от фигур объекты не подчиняются "закону притяжения", и вследствие этого их можно "подвесить в воздухе".

57. Например, можно представить следующую ситуацию (здесь приводится ее естественно-языковое описание):

58. В центре кадра располагается синий куб.

59. Слева от куба находится большая треугольная пирамида красного цвета.

60. В нижней части кадра расположились маленький малиновый шар и зеленый обелиск.и т.д.1. СОДЕРЖАНИЕ ЗАДАНИЯ

61. Выполнить тематическую проработку задания.

62. Выполнить естественно-языковое описание некоторых ситуаций.3. Составить словарь.4. Построить тезаурус.

63. Предъявить результаты выполнения задания преподавателю.

64. ТРЕБОВАНИЯ К ПОРЯДКУ ВЫПОЛНЕНИЯ И ФОРМЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ

65. Целью 2-ой части задания является формализация естественноязыкового описания ситуации и построение изображения кадра.

66. Под формализацией понимается приведение предложений естественно-языкового описания ситуации к заданной структуре, которую схематично можно представить следующим образом: 0. П С [0] Б [0] [[0] Д]где:

67. П подлежащее; С - сказуемое; Б - обстоятельство; Д - дополнение; 0 - определение. Квадратные скобки означают необязательные элементы.

68. Получить у преподавателя естественно-языковое описание ситуации.

69. Выполнить формализацию естественно-языкового описания заданной ситуации.

70. Построить изображение кадра.

71. Предъявить результаты выполнения задания преподавателю.

72. Результаты лексического анализа