ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

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

Похожие работы

Дистанционные технологии в образовании

Скачать

277842

1

5

... современным компьютерам, должна стать мощным усилителем мыслительных процессов в образовании. И здесь особая роль отводится преподавателям, которые являются носителями технологии образования и которые должны творчески переосмыслить накопленный интеллектуальный багаж в соответствии с новыми технологическими возможностями. До настоящего времени в российском обществе отсутствует четкое понимание ...

Использование компьютерной техники в учебном процессе

Скачать

188099

34

8

... области психологической науки – психологии компьютеризации.  Ее предмет – порождение, функционирование и структура психологического отражения в процессе деятельности, связанной с содержанием и использованием компьютерной техники и ее программного обеспечения. Роль компьютера в учебном процессе абсолютизируется, подчас высказывается мнение, что компьютер может полностью заменить учителя, и что ...

Компьютерные технологии при изучении темы "Молекулярные перегруппировки"

Скачать

114347

2

66

... и закрепление знаний учащихся; - умение наблюдать химические явления; - развитие интеллектуальных способностей и формирование абстрактного мышления. [4] 3. Дидактические подходы при изучении темы «Молекулярные перегруппировки» Дидактика – область педагогики, разрабатывающая общую теорию образования и обучения и занимающаяся содержанием образования, закономерностями процесса обучения, ...

Матемитические основы моделирование 3d объектов

Скачать

107377

30

9

... воспринимаются даже на высоком научном уровне. Стремление упростить материал вряд ли целесообразно. Глава 3. Методические рекомендации курса «Математические основы моделирования 3D объектов» базового курса «компьютерное моделирование» для студентов педагогических ВУЗов специальности преподаватель информатики §1. Принципы построения электронного учебника Прежде чем рассмотреть ...