Какова роль визуализации информации в обучающих мультимедиа системах?

Современный мир не мыслит себя без компьютера. ЭВМ проникла практически во все сферы нашей жизни: магазины, библиотеки, издательства, офисы, банки ... - кажется проще сказать, куда компьютер еще не заглянул. Компьютерные технологии стали одной из наиболее быстро развивающихся областей науки и техники. Если еще несколько лет назад слова «мультимедиа» и «мультимедиа технологии» для большинства людей были китайской грамотой, то сегодня они знакомы практически всем. В наш век техники и электроники, век наплыва информации человек возложил на компьютер весьма большиенадежды и не только как на груду металла, способную хранить и выдавать информацию, но и как на помощника в решении различных интеллектуальных задач (обучение, моделирование ситуаций, управление различными процессами, системы виртуальной реальности и т.д.). Логично предположить, что человек, наделенный слухом, зрением и голосом, не удовлетворится безмолвным, «слепым» помощником и будет требовать от компьютера (на которого возложено столько надежд) умения «понимать» и синтезировать речь, символьный текст, графику и т.д. В рамках искусственного интеллекта зарождаются мультимедиа технологии (ММТ)- технологии, позволяющие пользователю работать с несколькими различными типами представления информации (текстом, звуком, графикой) в реальном масштабе времени. Желание наделить компьютер «слухом», голосом, «зрением» и т.п. возникает не только из потребности уподобить компьютер себе, сделать общение с машиной более привычным и дружественным. Существует еще и прагматическая сторона этого вопроса (желание облегчить себе жизнь):

во- первых, куда проще и быстрее вводить информацию, просто произнося ее в привычном для себя темпе, а не традиционным способом (путем ввода с помощью клавиатуры); кроме того, традиционный способ ввода текстовой информации требует постоянного сидения в определенной позе перед экраном компьютера (особенно в случаях ввода больших объемов текстов), в то время как при вводе информации голосом можно свободно перемещаться, освободить руки для какой-то механической работы и т.д.;

во-вторых, человек гораздо лучше, эффективнее воспринимает и запоминает информацию, если она представляется органичным синтезом текста, звука, графики и т.д. Графика и звук являются очень мощными источниками воздействия на человека, его психику, сознание и память. Не случайно существует множество методик обучения человека различными опорными схемами, графиками, таблицами; и, наверное, в жизни каждого человека бывают моменты, когда, услышав определенные музыку, мелодию, звуки, в памяти невольно всплывают связанные с ними факты, события, образы. Это заметил еще знаменитый швейцарский педагог Иоганн Генрих Песталоцци (1764-1827), который писал: «Друг, когда я в настоящее время оглядываюсь назад и спрашиваю: что же, собственно говоря, я сделал для обучения человечества? - то нахожу следующее: я прочно установил высший и основно принцип обучения, признав наглядность абсолютной основой всякого познания».

Сфер применения принципа «наглядности» в общем, и визуализации в частности, достаточно много: медицина (компьютерная томография и т.д.); физика (например, моделирование принципиально ненаблюдаемых явлений типа расширения вселенной); нефтяная промышленность (например, автоматизированное создание электронных карт разработок) и т.д. Однако сферой, где применять визуализацию, что называется «сам Бог велел», является образование и повышение квалификации с использованием компьютерной технологии (СВТ - Computer Based Training). Именно в этих областях в настоящее время мультимедиа переживает необычайно сильный бум. При различных методах исследования и оценки рынка специалисты сходятся в главном выводе: ожидается необычайно высокий рост рынка ММ, и перенос на европейский рынок тенденции к внедрению СВТ. Компьютерные образовательные программы для учителя - это надежный ассистент и помощник, призванный облегчить, обогатить процесс обучения. Как нельзя переоценить значение книг, хрестоматий, учебных кинофильмов, наглядных пособий в процессе обучения, так нельзя и переоценить значение СВТ. Они включают в себя не только возможности учебников, наглядных пособий и т.д. Они вовлекают учащегося в интересную и познавательную игру, а именно это позволяет человеку лучше всего понять и запомнить обучающий материал, активно применяют анимацию, видео, аудио.

Кроме того, применение СВТ поможет ученику освоить материал именно в том темпе, который для него наиболее приемлем. Не каждый обучаемый (если речь идет об обучении в группе) сможет попросить учителя что-то повторить, что-то дополнительнообъяснить или пояснить, да и преподаватель не всегда может себе позволить «тратить время» на каждого отдельного ученика. А ведь в группах все такие разные: кто-то схватывает все «на лету» и подробное «разжевывание» нескольких примеров ему кажется пустой и скучной тратой времени; кому-то же нужно повторить материал несколько раз и привести множество самых разных примеров, а потом еще и закрепить их большим количеством практики; одному одно кажется непонятным и ему необходимо на этой теме остановиться поподробнее, другому же это пояснять не надо, а углубить следует другую тему и т.д. Одним словом, компьютерная обучающая программа предоставляет возможность индивидуализировать процесс обучения, подстраиваясь под возможности конкретного обучаемого. Компьютерные обучающие системы находят широкое применение в обучающем процессе уже сейчас. Так, например, фирмы Opel, Byer применяют для обучения своих сотрудников СВТ и считают, что экономят на этом огромные суммы денег (по сообщению компании DEC, к примеру, эта сумма составляет 40000000 $ ежегодно) и время (что, как известно, тоже деньги). Эксперты по маркетингу сделали вывод, что в памяти человека остается ¹А часть услышанного материала; 1/3 часть увиденного; ^ХА часть услышанного и увиденного одновременно; ³Л части материала, если ко всему прочем ученик вовлечен в активные действия в процессе обучения, например, при помощи интерактивных обучающих программ типа приложений к ММ. Применение интерактивных обучающих программ в образовательном процессе позволяет:

1. повысить эффективность обучения, т. е. обучающий материал запоминается быстрее, впоследствии легче восстанавливается из памяти и с меньшими ошибками и т.д.;
2. индивидуализировать процесс обучения, путем тестирования знаний каждого отдельно взятого ученика и определения именно для него своей методики обучения;
3. позволяет сделать процесс обучения необычайно интересным и увлекательным;
4. облегчает обучающему проверку знаний обучаемого;
5. позволяет ученику самостоятельно изучить определенную учителем порцию материала (это полезно студентам-заочникам; ученикам, пропустившим занятия по уважительной причине и т.д.);
6. снижает время освоения материала и т.д.

Когда учиться интересно и увлекательно, когда обучаемый не пассивный созерцатель, а активный участник процесса обучения, обучающий материал запоминается как бы сам по себе, без особых усилий. Учеба становится увлекательным занятием, а не нудной необходимостью.

За последнее время создано огромное количество увлекательных, красочных компьютерных обучающих систем, игр и т.д., но ни одно компьютерное учебное пособие не может обойтись без графического представления информации. Именно графика (особенно в сочетании со звуком)- различные рисунки, картинки, геометрические образы, анимация, иллюстрации - делает сухой текст мультимедийного учебника живым, ярким, хорошо запоминающимся и существенно отличающимся от своего бумажного собрата. Более того, порой удачный рисунок объясняет суть сложного явления гораздо понятнее, чем словесный текст. В этом свете становится важной проблема автоматического перевода текстового представления информации в графическое - процесс визуализации, которым занимаются системы типа «Текст-Рисунок» (ТР). Возможность применения подобных систем в процессе обучения (особенно детей) достаточно велика. Вот лишь несколько примеров.

Пример 1. Предположим, имеется неким образом введенный в компьютер (с помощью клавиатуры, со сканера и т.д.) символьный текст на естественном языке - некий обучающий материал. Обработав текст, система ТР определенными порциями (например, предложениями) выдает на экран не только «сухой» текст, но и соответствующую иллюстрацию.

Пример 2. Ученик задает обучающей системе вопрос, а в ответ получает не только «голый» текст, но еще и иллюстрацию, которая может помочь обучающемуся лучше понять смысл ответа, но и прочнее закрепиться в памяти.

Пример 3. У обучающей системы имеется большая графическая база данных (картины, слайды, фотографии, чертежи и т.д.). Учащийся не помнит, как называется та или иная иллюстрация, фотография и т.п., но помнит, что примерно на «картинке» изображено. Система типа ТР выбирает нужную «картинку», слайд, фотографию и т.д. из графической базы данных системы по введенному пользователем естественно языковому описанию изображения, по каким-то «ассоциативным воспоминаниям» о содержании «картинки». В таком контексте применения систем типа ТР возникает проблема автоматического установления связей между различными способами представления информации в обучающих мультимедиа системах (ОММС), в результате чего: существенно повышается интеллектуальность таких ОММС; пользователю предоставляется возможность общаться с компьютером на уровне постановки задачи на любом из привычных для него языков (естественном, образном, звуковом и т.д.) без выполнения большого объема работ, характерных для современных ОММС и т.д. В этом направлении развития ММТ центральное место занимают системы типа «текст-рисунок- звук», обеспечивающие взаимодействие различных типов языков:

Где Та- аудио текст, Тв - видеотекст, Тс - символьный текст.

В силу ряда причин на данном этапе развития ММТ нет системы, которая осуществляла бы перевод с одного любого типа языка на любой другой. На практике разрабатываются и внедряются различные части системы «Текст- Рисунок-Звук», а именно:

-системы "текст-звук " (на вход подобной системы подается некий текст, а на выход система выдает его звуковой смысл. Например, система может озвучить или прочитать введенный пользователем рассказ);

-системы "рисунок-звук " (на вход подается рисунок, а на выход система выдает его звуковой смысл. Например, система может проиграть мелодию, нарисованную на нотном стане и каким-либо образом (например, сканером) введенную в компьютер);

-системы "звук-рисунок" (подобные системы строят изображение по, например, произнесенным словам.);

-системы "звук-текст " (на вход системам подается человеческая речь, а на выходе они выдают символьный текст, отражающий смысл произнесенных слов. Например, переводчик с английского языка сидит за рабочим столом с книгой, которую нужно перевести, словарем и др. вспомогательной литературой и просто вслух произносит переведенные предложения, а компьютер сам автоматически организует символьную запись надиктованного перевода, который затем можно подкорректировать и распечатать в виде текста. Такие системы позволяют значительно ускорить процесс ввода данных в компьютер);

-системы "текст-рисунок" ( на вход системы подается некоторый текст на естественном языке, а на выход система выдает его графический смысл. Например, есть большая база данных каких-либо рисунков; пользователю необходимо найти рисунок, названия которого он не знает. Пользователь просто описывает рисунок на естественномязыке; система по естественноязыковому описанию создает рисунок и ищет в базе данных нечто похожее, а затем выдает пользователю найденные варианты);

-системы "рисунок-текст " (на вход системы подается рисунок,

на выходе система выдает ее естественно-языковое описание. Таким образом можно автоматически описать большое количество рисунков, картин, фотографий и т.п. для огранизации графической базы данных). Возможно, в будущем появятся системы "звук-...-звук", которые будут выполнять некоторые операции, получив команду голосом в виде слитной разговорной речи, и отчет о результатах работы тоже будет выдаваться в виде слитной речи. Например, пользователь пишет отчет, доклад и т.д. и, не отрываясь от работы спрашивает "Сколько тонн продукции произвело наше предприятие в 2016 году?" и система дает голосовой ответ. Возможно, войдет в обиход голосовое управление, общение с компьютером. Будущее покажет. Работы в этом направлении начали вестись еще в 70-ые годы, когда была создана первая система такого типа - "Рита". Эта система могла визуализировать самые простые по конструкции высказывания типа "круг правее квадрата". Конец 80-ых - начало 90-ых годов стал для систем "Текст- Рисунок" в Российской науке пиковым периодом. Тогда над проблемой визуализации текстов работал ряд ученых, наиболее известными из которых стали Поспелов Д. А., Литвинцева Л.В., Ильин Г.М., Игнатова В.Н. Образовалось 2 мощных центра по разработке подобных систем: в С- Петербурге (тогда - Ленинграде) на базе Ленинградского Государственного Университета и в Москве - лаборатория Д.А.Поспелова. Кризис общественнополитической и экономической жизни России 90-х годов естественным образом отразился и на науке. Говоря словами классика, "иных уж нет, а те далече". Большинство ученых, работавших в этой области переметнулись в не менее интересную, но более модную область исследований - виртуальную реальность.

Литература

1. Апресян Ю.Д., Богуславский И.М. и др. Лингвистический процессор для сложных информационных систем.//М., 2010.
2. Будущее искусственного интеллекта. /Ред. Левитин К.Е., Поспелов Д.А. М.Наука, 2012.
3. Борзенко А. Компьютеры для мультимедиа.
4. Компьютер-пресс. М., 2011. №5.
5. Борзенко А. Что нас ждет: компьютеры, мультимедиа, телекоммуникации//Компьютер-пресс. М., 2010. №1.
6. Вашик К., Кудрявцев В.Б., Строгалов A.C. Проект IDEA. //Германия, 2013.