Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Интерактивные графические системы
ИКГ –совокупность методов и средств, позволяющих пользователю динамически управлять содержимым изображения, его формой, размером, цветом с помощью интерактивных устройств взаимодействия.
Классификация систем компьютерной графики.
Критерии:
1) тип выводимого изображения;
2) уровень интерактивности
3) роль изображения
) логические и временные соотношения между объектами и их изображениями
НЕ написано про ИГС. Что еще включить
Графические устройства вывода:
Векторные. Плоттеры (планшетные –самые точный, рулонные, барабанные, валиковые). Точность плоттера зависит от минимального шага перемещения инструмента, примерная точность 0,01 мм.
Растровые. Принтеры (матричный, струйный, лазерный).
Графические устройства ввода.
Растровые. Сканер ( ручные, листовые или роликовые, планшетные, проекционные) –позволяет считывать информацию с бумаги или окружающего мира. Параметры оценки сканера: разрешающая способность, цветовые возможности, поставляющие ПО.
Векторные. Световое перо (планшетно-кодировочное устройство).
Программное обеспечение компьютерной графики:
Программных средства ИКГ - нет.
Стандарты:
- 1976 г. CORE SYSTEM
- GKS
- c 1987 г. ISO/ IEC JTC1/SC24
В основе графических стандартов лежит принцип виртуальных ресурсов, т.е. графические системы делятся на слои: прикладной, базисный, аппаратно-зависимый.
Основные направления стандартизации:
Базисные графические системы –направлены на обеспечения мобильности программ и основана на концепции ядра (некоторый базисный набор функций).
Интерфейсы виртуального устройства –интерфейс виртуального устройства разделяет аппаратно-зависимую и аппаратно-независимую части графической системы; интерфейс может быть в виде программного интерфейса или протокола взаимодействия частей графической системы. С появлением растровых дисплеев (и принтеров) появилась необходимость выделения растровых функций. Развитие растровых функций связано с появлением оконных систем XWindows, MSWindows, News, Postscript.
Форматы обмена графические данными. Стандарты обмена данных делятся на:
а) графические метофайлы –описание изображения в терминах примитивов и атрибутов, метофайл может быть использован как средство хранения, передачи изображения, протоколы взаимодействия отдельных систем, языка описания изображений.
б) проблемно-ориентированные протоколы –используется в машиностроительных и электронных САПР-ах
в) растровые графические файлы –основные характеристики является метод сжатия и тип цветовой модели.
С 94-96 гг. появился стандарт MIL-STD-498, который устанавливает терминологию, процессы и т.д.
Международный стандарт ISO/IEC 12207 1995 г. –программы ЖЦ программных средств.
С 1997 г. Единая система программной документации (ЕСПД).
Стандартизация графического интерфейса пользователя. В 1987 г. IBM выпустила SAA, содержащий соглашения по интерфейсу пользователя (CUA), соглашение по программному интерфейсу (CPI), соглашение по разработке приложений (СА). Основные концепции построения пользовательского интерфейса (применительно к SAA): использование единой рабочей среды пользователя, объектно-ориентированный подход к описанию задач пользователя, использование графических окон в качестве форм отображения данных, применение средств не клавиатурного ввода (мышь). Данный интерфейс является стандартизованным, но не стандартным.
Физическое представление –связано с самим изображением, полученным с устройства ввода или отправленное на устройство выводом. Для векторного –набор команд и координаты данных, для растрового –матрица пикселей. Физическое представление используется в распознавании образов и обработке изображений.
Логическое представление –к нему относятся абстрактные представления, описывающие соотношение между объектами.
Преимущества такого двойственного подхода:
Недостатки:
Совокупность физического и логического представлений образуют визуальную базу знаний и данных.
Операции с логическим представлением изображений:
+ операции с текстом
Операции с физическим представлением изображений:
Интерактивные операции –позволяют организовать преобразование изображений и задающие взаимодействия пользователя с системой:
Основные компоненты ИГС:
● Подсистема управления визуальной базы знаний и данных (ВБЗиД) - обеспечивает управление с ВБЗиД, реализуемое в 4-х частях:
●Визуальная база знаний и данных –содержит:
В описание объектов включаются геометрические данные, атрибуты объекта, данные о связанности, не геометрическая и не графическая информация, использующаяся при решении прикладных задач.
ВБЗиД может быть реализована в оперативной и внешней памяти. Для реализации могут использоваться массивы, списки, деревья.
Для представления знаний используются семантические сети, исчисление предикатов, продукционные модели, фреймы.
ВБЗиД может формироваться автоматически, как результат работы других программ и систем (САПР и др.) или в автоматизированном режиме.
●Графическая подсистема –обеспечиваетввод и вывод графической информации. Обычно изменение данных в ВБЗиД приводит к изменению внешнего вида и свойств объекта (или группы объектов).
●Подсистема управления диалогом –включает в себя описание основных элементов диалога и диалоговых форм, допустимых знаний введенных данных, управление сценариями диалогов (оно может быть событийным или основанным на знаниях).
В процессе интерактивной работы пользователь сообщает информации ИГС, подсистема управления диалогом расшифровывает информацию и применяет ее либо для управления графической системой, либо для изменения параметров видовой информации, либо для изменения ВБЗиД.
Коммуникативный интерфейс реализует взаимодействие ИГС с сетями.
Этапы проектирования ИГС.
С 94-96 гг. появился стандарт MIL-STD-498, который устанавливает терминологию, процессы и т.д.
Международный стандарт ISO/IEC 12207 1995 г. –программы ЖЦ программных средств.
С 1997 г. Единая система программной документации (ЕСПД).
Жизненный цикл –последовательность процессов, действий и задач, которые осуществляются в ходе разработки, эксплуатации и сопровождения ПО от определения требований до завершения использования.
Жизненный цикл ПО делится на 3 фазы:
Разработка состоит из 6 этапов:
Эксплуатация –существуют характеристики эксплуатации, влияющие на стратегию разработки:
Сопровождение –включает в себя:
Определение требований:
Проектирование ИГС:
Построение модели ИГС –выделение объектов, свойств, отношений между ними, правил поведения и т.д. Модель может иметь иерархическую структуру и преследовать в этой связи следующие цели:
Визуальная база знаний и данных может быть построена :
При реализации интерактивной работы нужно:
Тестирование ПО ИГС:
Виды тестирования ИГС:
Под прикладной моделью ИГС понимается ВБДиЗ. Она содержит:
1. описание реальных или абстрактных объектов изображения, которые должны появляться на экране;
2. элементы и сценарии взаимодействия пользователя с системой;
3. описание процесса функционирования объектов системы и их взаимосвязь.
В описание объектов включаются геометрические данные, атрибуты объекта, данные о связанности, не геометрическая и не графическая информация, использующаяся при решении прикладных задач.
ВБЗиД может быть реализована в оперативной и внешней памяти. Для реализации могут использоваться массивы, списки, деревья.
Для представления знаний используются семантические сети, исчисление предикатов, продукционные модели, фреймы.
ВБЗиД может формироваться автоматически, как результат работы других программ и систем (САПР и др.) или в автоматизированном режиме.
Физическое представление –связано с самим изображением, полученным с устройства ввода или отправленное на устройство выводом. Для векторного –набор команд и координаты данных, для растрового –матрица пикселей. Физическое представление используется в распознавании образов и обработке изображений.
Логическое представление –к нему относятся абстрактные представления, описывающие соотношение между объектами.
Интерфейс пользователя – совокупность информационной модели проблемной области, средств и способов взаимодействия пользователей с информационной моделью, а так же компонентов, обеспечивающих формирование информационной модели в процессе программной системы.
Информационная модель –условное представление проблемной области, формируемая с помощью визуальных и звуковых объектов, отражающих состав и взаимодействие реальных компонентов проблемной области.
Свойства и способы определяются составом аппаратного и программного обеспечения. Качество пользовательского интерфейса по значимости сопоставима с надежностью и эффективностью ПО.
User-Centered Design (USD) «Разработка ориентированная на пользователя». Основное качество хорошего интерфейса: «Пользователь должен чувствовать, что он управляет ПО, а не ПО управляет им».
Свойства интерфейса:
В настоящее время используются три основных интерфейса: оконный, речевой, общественный.
Естественность интерфейса. В основе хорошего интерфейса лежит метафора –обстановка на экране и способы взаимодействия с системой должны быть связаны с ситуацией хорошо знакомой пользователю. Использование метафоры обеспечивает удобство понимания и чувство комфорта, позволяет интерпретировать изображение на экране. Сложности при использовании метафоры:
Согласованность интерфейса. Обеспечивает преемственность полученных ранее знаний и навыков, делает интерфейс узнаваемым и предсказуемым. Характеристики согласованности: согласованность в пределах продукта, в пределах рабочей среды, в использовании метафор.
Дружественность интерфейса. Пользователю разрешается выполнение определенных действий. Пользователя предупреждают о возможных последствиях. Пользователь может допускать определенные ошибки. Возможность адаптации интерфейса к уровню пользователя.
Принцип обратной связи. Каждое действие пользователя должно получать визуальное или звуковое подтверждения того, что система поняла команду и вид реакции должен учитывать природу действия.
Простота интерфейса. Представление на экране информации минимально необходимой для выполнения очередного шага задания. Размещение и представления элементов на экране с учетом их смыслового значения и логической взаимосвязи.
Гибкость интерфейса. Способность учитывать уровень подготовки. Производительность труда пользователя реализуется за счет адаптивного интерфейса.
Показатели оценивающие интерфейс:
Выводы:
При проектировании пользовательского интерфейса необходимо определить:
Структуру диалога, возможный сценарий диалога, содержание управляющих сообщений и данных, которыми могут обмениваться человек и приложения (семантическое сообщение), визуальные атрибуты отображаемой информации (синтаксическое сообщение)
Типы диалогов:
Разработка сценария диалога. Его цель-выявление и устранение тупиковых ситуаций, выбор рациональных путей перехода из одного состояния в другое, выявление неоднозначных ситуаций, требующих помощи пользователю.
Темп ведения диалога:
Разработка гибкого интерфейса. 3 вида адаптации: фиксированная или автоматизированная, полная (автоматическая), косметическая.
Фиксированная адаптация. Пользователь явно выбирает степень диалоговой поддержки. 2 уровня диалога: подробный (для начинающего пользователя), краткий (для подготовленного). Может быть и больше уровней.
Недостатки:
Полная адаптация.
Модель пользователя, которая по мере обучения пользователя сама определяет стиль диалога. Характеристики пользователя: время затраченное на ответ, количество обращений за помощью, характер ошибки и т.д. В настоящее время такой уровень адаптации не реализован не в одной системе.
Косметическая адаптация.
Обеспечивает гибкость диалога без учета поведения пользователя, но и без однозначного выбора или конкретного стиля диалога. Методы: использование умолчаний, сокращений, опережающий ввод ответов, многоуровневая помощь, многоязычность.
Визуальные атрибуты отображаемой информации: взаимное расположение и размер отображаемых объектов, цветовая палитра, средства привлечения внимания пользователя.
Проектирование размещения данных на экране:
Рекомендации по рациональному размещению информации на экране:
Оставлять пустыми примерно половину экрана. Оставлять пустую строку после каждой 5 строки таблицы, и 4-5 пробелов между столбцами таблицы. Нельзя прижимать информацию к краям. Меню с большим объемом информации смещать в левую верхнюю часть экрана. Графика в левой части, текст в правой.
Стандартизация графического интерфейса пользователя.
В 1987 г. IBM выпустила SAA, содержащий соглашения по интерфейсу пользователя (CUA), соглашение по программному интерфейсу (CPI), соглашение по разработке приложений (СА). Основные концепции построения пользовательского интерфейса (применительно к SAA): использование единой рабочей среды пользователя, объектно-ориентированный подход к описанию задач пользователя, использование графических окон в качестве форм отображения данных, применение средств не клавиатурного ввода (мышь). Данный интерфейс является стандартизованным, но не стандартным.
Особенности GUI-интерфейса.
В основе этого интерфейса лежит три метафоры:
Все необходимые действия пользователь может выполнять путем прямого манипулирования. Достоинства прямого манипулирования:
Объектно-ориентированный подход к проектированию интерфейса.
Интерфейс поддерживает такую модель взаимодействия данных при которой первичными являются данные, а не программные средства. ОО подход при проектировании интерфейса предполагает аналогии между программными объектами и объектами реального мира.
Применительно к интерфейсу ООП означает:
1. Совокупность объектов образует новую среду (окружение) пользователя.
. Большинство заданий пользователя представляется как определенная комбинация взаимосвязанных объектов.
3. Может быть использована модульная разработка
. Объекты должны сохранять свое текущее положение до тех пор, пока не появится явное указание для сохранения данных.
При разработке ПО выделяют 4 элемента, описывающие пользовательский интерфейс: представление, действие, взаимодействие, последовательность действий.
Компоненты GUI.
Типы окон:
Оно перемещаемое, с изменяемым размером, в нем размещаются объекты и определяются действия, размещаемые программой. Заголовок окна отображается в панели задач. Окно поддерживает программные и пользовательские объекты, любой объект может иметь подобъект и обладать различными свойствами.
Порождается от основного окна для выдачи сообщений пользователю, ввода информации и установки параметров. Существует 2 вида вспомогательных окон вторичное и диалоговое.
Вторичное –перемещаемое окно, с изменяемым размером, используется для параллельного или вне режимного диалога с пользователем. Заголовок его не отображается в панели задач. Имеет скролинг.
Диалоговое –перемещаемое окно, определенного размера, в котором пользователь делает выбор для выполнения определенного действия. 2 типа окон: модальное и вне режимное.
Модальное –поддерживает действие, которое пользователь должен обязательно завершить перед закрытием окна (окно сообщений). Вне режимное –окно параллельного диалога, которое пользователь может закрыть в любой момент.
Компоненты окна:
Взаимодействие пользователя с приложением.
Взаимодействие описывает механизм, с помощью которого пользователь работает с компонентами интерфейса.
Укажи –указатель мыши (курсор).
Выбери –мышь (клавиатура).
Клавиатурный курсор используется для выбора поля и ввода информации.
Выделение осуществляется курсором, цветом, курсором и цветом, текущая установка (кнопки с зависимой и не зависимой фиксацией).
Особенности многодокументных интерфейсов MDI.
Применение MDI заключается в использовании 1-го первичного окна, которое может содержать набор дочерних окон. Дочерние окна связаны с первичным окном и ограничиваются пространством первичного окна, появляются в результате действий пользователя. Первичное окно имеет элементы управления доступные в дочерних окнах Заголовок дочерних окон не помещается в панель задач. Дочернее окно сворачивается до заголовка и остается в первичном окне. При закрытии первичного окна закрываются и все дочерние окна. Приложение не должно разрешать закрывать дочернее окно, если это не позволит пользователю работать с приложениями. При переключении на дочернее окно может измениться внешний вид первичного окна. Для преодоления ограничений многодокументной технологии применяются рабочие области, рабочие книги, проекты. Рабочая область предполагает наличие связи между объектами входящими в эту область и содержимым этих объектов. Объекты в виде пиктограмм, а их содержимое отображается в дочерних окнах. Рабочая книга –пример многодокументного интерфейса, но различные данные представляются как отдельные разделы, навигация осуществляется с помощью закладок. Проект представляет собой список объектов (подобно каталогу), каждый объект может быть представлен в отдельном окне, которое находится на одном и том же уровне с родительским окном.
Средства адаптации в GUI интерфейсе.
Виды адаптации:
● конфигурирование рабочего стола,
● разграничение прав пользователей при работе с объектами приложений,
● разграничение прав пользователей по использованию элементов управления.
● изменение визуальных атрибутов отображаемой информации
Что из набранного включать в вопрос, а что не относится, что лишнее?
Растровые файлы.
В КГ различают:
При работе с цветом определяется глубина цвета (цветовое разрешение) и цветовая модель. Глубина цвета определяет метод кодирования цветовой информации и от него зависит сколько цветов может одновременно отображаться на экране. Наиболее популярные сейчас цветовые модели:
● RGB –при выводе на экран (полное наложение белое);
● CMYK – при выводе на принтер (бледно-голубой, розовый, желтый –их полное наложение дает черный);
● HSB – каждый цвет характеризуется яркостью, изменяя яркость можно менять цвет.
Растровые файлы имеют большой размер.
Форматы растровых файлов:
+: стандартный, универсальный; --: большой размер. При применении алгоритма сжатия «RLE» файл будет иметь расширение «pcx».
Файл имеет расширение JPG. Графическая информация хранится со сжатием, следовательно применяется алгоритм сжатия, следовательно имеет место потеря качества. При отображении на экране потеря качества до 90% незначительна.
Стандартный формат. Используется для работы в Internet. Применяется максимальное сжатие без потери качества, может поддерживать несколько изображений сразу. Позволяет использовать эффекты (прозрачность фона, анимация). Дает хороший результат при малом количестве цветов. Аналог GIF - это PNG.
Файл имеет расширение TIF. Дает хорошее сжатие без потери качества, использует поясняющие дополнительные слои - каналы.
Векторные файлы.
Информация о изображении представлена в виде команд. Векторные графические файлы могут содержать следующие элементы:
Характеристики векторных файлов:
В векторном файле цветовые объекты храняться как часть команды, следовательно используемая цветовая модель влияние на размер файла не оказывает.
+: ● масштабирование изображения без потери качества,
● возможность редактирования отдельных частей изображения не влияния на остальные,
● относительно небольшие размеры векторного файла.
--: ● сложность построения реалистических изображений
● не точная интерпретация команд устройствами вывода.
Форматы векторных файлов:
Преобразование форматов.
Проблемы: при открытии растрового файла неверно интерпретируются данные (сложная структура исходного файла, использование сжатия), потеря информации при записи файла. Наиболее проблемными являются фотореалистичные изображения. Для преобразования цветов иногда используют матрицирование –считывание некоторой части изображения и создание узора пикселей, имитирующего цвет всего рисунка.
Способы преобразования:
а) растр изображения конвертируется в растровые объекты векторного файла
б) растровые объекты трассируются с помощью программ, которые отслеживает группы пикселей и создают похожий на них векторный объект:
Самое проблемное: различные векторные форматы описывают объекты по разному, преобразованный формат может не поддерживает объекты исходного формата.
Процесс:
а) распознавание векторных команд файла
б)определяется вид векторного рисунка в целом
в) создание растрового представления.
Методы сжатия.
Векторное сжатие –в бинарный вид.
Основные способы сжатия графических файлов:
«--» нельзя использовать архивный файл без разархиватора;
«--» программы-архиваторы не всегда дают приемлемые показатели.
2. Алгоритм сжатия внедряется в структуру файла
«+» можно использовать графические файлы без разархивации;
«+» применение специализированных алгоритмов дает приемлемые показатели;
«--» если алгоритм не стандартизирован, то файл может либо не открыться, либо открыться с искажениями;
«--» сохранение и открытие файла занимает много времени.
Ко второму способу относятся следующие алгоритмы.
Алгоритмы сжатия без потерь.
Изображение вытягивается в цепочку байт по строкам растра. Сжатие происходит за счет того, что в изображении встречаются цепочки одинаковых байт, при этом выполняется замена цепочки на пару <счетчик, значение>. Применяется: pcx, bmp, tif. Не требуется дополнительной памяти и быстро выполняется. Показатели: лучший (1/32), средний (1/2), худший (2/1).
Сжатие за счет одинаковых цепочек байт. Ориентирован на 8 битные изображения, созданные в графических редакторах. Применяется: gif, tif. Показатели: лучший (1/1000), средний (1/4), худший (7/5).
Использует частоту появления одинаковых байт в изображении, символам, которые встречаются большее число раз ставят в соответствие цепочку бит меньшей длины и наоборот. Требует два прохода по изображению, записи в файл таблицы соответствия кодированных символов и кодирующих цепочек. Существуют разновидности, в которых таблица соответствия строится адаптивно и не требует двух подходов и хранения таблицы вместе с файлом. Используется в формате tif. Показатели: лучший (1/8), средний (2/3), худший (1).
Алгоритмы сжатия с потерями.
Основан на идее когерентности областей, ориентирован на цветные и черно-белые изображения с плавными переходами. Коэффициент сжатия задается и варьируется в пределах 20-50 раз. При большом коэффициенте сжатия может возникнуть лестничный эффект.
Оперирует областями 8х8, в которых яркость и цвет меняется плавно. Коэффициент меняется от 2 до 2000. Показатели высокие.
«-» Эффект Гиббса, т.е. появление ореола вокруг резких границ предмета.
«-» Дробление изображения на квадраты.
Построен на подобии областей изображения. Коэффициенты сжатия от 2 до 2000. Коэффициент симметричности от 1000 до 10000. При сжатии необходимы огромные ресурсы, а при распаковке вычислений меньше чем при JPEG.
10. Средства разработки ИГС. Классификация средств разработки ИГС.
Основные задачи средств разработки пользовательского интерфейса:
С т.з. производителя средства разработки обладают свойствами:
С т.з. минимизации доработок и изменений :
Выбор средств проектирования пользовательского интерфейса осуществляется на основе анализа таких показателей как:
● на сколько графическим является приложение,
● на сколько динамической или удовлетворяющей требованиям реального времени должна быть графическая часть,
● графическая глубина
Классификация средств разработки пользовательского интерфейса.
В 1968 г. Калсруд выдвинул требования к графическому языку:
Он считал, что язык должен включать 4 группы команд:
В основном реализация такого языка достигалась за счет расширения универсальных языков программирования. Способы:
. введение специальных графических типов данных и операций над ними
Существенное влияние на развитие графического языка оказали управление БД. С появлением и развитием объектно-ориентированных БД внедряется ОО технология проектирования интерфейса.
Еще один важный аспект –появление растровой графики (технология NYSIWYG сняла многие проблемы).
Средства визуального программирования позволяют определять внешний вид диалоговых окон и панели. Некоторые системы, например Visual Smalltalk, позволяют представлять в наглядной форме взаимосвязь между элементами пользовательского интерфейса.
Для построения систем реального времени используются специальные средства, которые сформировались в результате слияния SCADAсистем и средств визуального программирования на базе одного из универсальных языков. HMI/SCADA и MMI/SCADA. Системы визуального программирования не поддерживают процесс проектирования, разработки и сопровождения ПО как единое целое. Visual Studio обладает средствами ведения программных проектов. Появились средства тестирования GUI интерфейса (Rational Rose).
СASE-системы включают в себя реализацию технологии проектирования и получение готового кода приложения. Инструментальные средства создания пользовательского интерфейса подразделяются на:
Модели представления диалогового взаимодействия пользователя
Требования к модели: простая и выразительная, формальная, должна абстрагироваться от содержательной части диалога, возможность преобразования модели в ПО.
Модели разделяются:
Взято из «Средства реализации пользовательского интерфейса», относится ли к 10 вопросу, включать ли «Модели представления диалогового взаимодействия пользователя» ?