Уводзіны

Актуальнай задачай сучасных інфармацыйных тэхналогій з’яўляецца аўтаматычнае распазнаванне розных аб’ектаў і працэсаў. Сістэмы машыннага навучання, штучнага інтэлекту паспяхова вырашаюць многія задачы аўтаматычнага пошуку і распазнавання і досыць добра вырашаюць задачу аўтаматычнага распазнавання. Аднак гэта пошук і распазнанне выключна па ключы, зададзеным розным чынам. У ключы не кадуецца псіхалагічны матыў суб’екта і яго складана распазнаць.

У сэнсарнай глядзельнай памяці чалавека знойдзены механізм ацэнкі падабенства формы прадметаў і глядзельных асацыяцый. Як паказалі псіхалагічныя даследаванні, глядзельныя асацыяцыі ўзнікаюць не толькі па прычыне аб’ектыўнага падабенства формаў у асацыіраваных прадметаў, але і па прычыне падабенства суб’ектыўных карт «гісторыі» і матыву ўзаемадзеяння чалавека з дадзенымі прадметамі. Глядзельная асацыяцыя на ўбачаны прадмет будуецца як на аб’ектыўнай інфармацыі падабенства трохмерных прадметаў, так і на інфармацыі суб’ектыўнага стаўлення да яго.

Для выяўлення кагнітыўных матываў навучэнца нельга абцяжарыць рэгістрацыіяй з яго электраэнцэфалаграмы (ЭЭГ), eye-track, Электраміяграфіі (ЭМГ). Адначасова можна фіксаваць рухі рукі, пальцаў праз кручэнне віртуальнага трохмернага аб’екта на экране манітора. Паколькі траекторыю агляду дыктуюць фізіка аб’екта, фізіялогія гледжання і кагнітыўны матыў, то ў карце кругавога агляду аб’екта ў часовай дынаміцы вывучэння аб’екта можна знайсці сегменты, якія вызначаюць кагнітыўны (псіхалагічны) матыў як асобасны параметр карыстальніка.

1. Тэарэтычная аснова выбару напрамкаў распрацоўкі алгарытму

Чалавек фарміруе вобраз новага аб’екта з дапамогай спецыяльных перцэпцыйных прыёмаў пры яго аглядзе. У выніку ён можа здзейсніць разумовыя ўяўленні аб выглядзе аб’екта з розных яго ракурсаў і яго разумовыя павароты. З дапамогай гэтых перцэпцыйных прыёмаў фармуецца суб’ектыўная карта кругавога агляду 3D-аб’екта. Аўтарамі была прапанавана наступная канцэптуальная мадэль алгарытму выяўлення ў вучняў індывідуальных матываў вывучэння 3D-мадэляў і методыка рэгістрацыі персаналізаванай трохмернай карты кругавога агляду аб’екта, дзе задзейнічаны не толькі візуальны, але і фізіялагічны канал. Фізіялагічным каналам выступае рука. Яе маторыка дапамагае візуальнаму каналу ўспрымання відэаінфармацыі наносіць спектраграмы на сферычную карту з запісам траекторыі агляду. Падчас агляду ўвага чалавека затрымліваецца ў часе ў ракурсе агляду прапарцыйна цікавасці чалавека да пэўнага месца на паверхні 3D-аб’екта.

Тапалогія знешніх маршрутаў кругавога агляду суб’ектам дадзенага аб’екта запамінаецца ў 3D-прасторы. Звычайна форма прадмета пры лічбавым мадэляванні задаецца паверхняй у 3D-прасторы. Дадаткова да мадэлі прадмета вакол яго ў прасторы задаецца пазіцыя назіральніка, якая праектуецца на апісаную сферу вакол аб’екта, на якой размешчаны N = 512 ракурсаў агляду, якія адназначна прывязаныя да разглядаемага аб’екту. У асобных ракурсах мозг далучыць да іх “фатаграфію” выгляду натуральнай знешняй сцэны, якую назіральніку дадзена было ўбачыць. Пасля прагляду суб’ектам нейкага аб’екта рэгіструюцца ружа вятроў і карта траекторыі агляду.

2. Алгарытм распазнання індывідуальных матываў як асобасных параметраў

Навучэнцам прапануюцца віртуальныя трохмерныя адукацыйныя мадэлі. Пачатак агляду любога віртуальнага аб’екта любым назіральнікам пачынаецца з фіксаванага апорнага ракурсу назірання з 512 ракурсаў. Кожны ракурс назірання зафіксаваны сваімі каардынатамі ў прасторы.

Фіксуецца час знаходжання ў кожным ракурсе назірання першага аб’екта t1¹P – час знаходжання ў ракурсе назірання 1 назіральнікам 1. Ніжні індэкс вызначае нумар ракурсу назірання аб’екта, верхні – нумар назіральніка. Вылічаецца поўны час вывучэння аб’екта назіральнікам: 

Так як час агляду аб’екта можа адрознівацца як у аднаго і таго ж назіральніка нават пры вывучэнні аднаго і таго ж аб’екта, так і ў розных назіральнікаў, то для выключэння з аналізу хуткасці прагляду аб’екта назіральнікам праводзім нарміроўку ў выглядзе вылічэння долі D (адсотка) знаходжання назіральніка ў кожным з 512 ракурсаў назірання:

DR1RP1 P= tR1RP1 P/ TP1P, DR2RP1 P= tR2RP1 P/ TR1RP1P, … , 512P1 P= tR512RP1 P/ TR1RP1P.

 Далей знаходзім мінімальная Dмін¹ (яно можа быць роўна 0, калі назіральнік не наведваў нейкія часткі аб’екта) і максімальнае Dмакс¹ і захоўваем нумары ракурсаў агляду з мінімумам і максімумам.

Разбіваем атрыманы дыяпазон Dмакс¹-Dмін¹ на 16 частак і другі варыянт – на 32 часткі. Знаходзім значэнне паміж каналамі:

DRмінRP1 P+ (DRмаксRP1 P– DRмінRP1P) / 16(32) – КR1R (першы канал), DRмінRP1 P+ 2(DRмаксRP1 P– DRмінRP1P) / 16(32) – КR2R (другі канал) і г. д.

Будуем гістаграму частаты траплення D1¹, D2¹, …D512¹ у сфармаваныя каналы з захаваннем нумароў ракурсаў назірання ў кожным канале.

Па аналогіі вырабляем разлік для ўсіх назіральнікаў па першым аб’екце T DR1RPmP, DRмакс RPmP, DRмін RPmP, дзе m – нумар назіральніка.

Вылічаем сумарную долю (працэнт) знаходжання ўсіх назіральнікаў у кожным з 512 ракурсаў назірання:

дзе m – колькасць назіральнікаў.

Знаходзім сярэднія значэнніа таксама мінімальная DRмінRPсярP  (яно можа быць роўна 0, калі назіральнікі не наведваў нейкія адны і тыя ж часткі аб’екта) і максімальнае DRмаксRPсрP  і захоўваем нумары ракурсаў агляду з мінімумам і максімумам.

Разбіваем атрыманы дыяпазон DRмаксRPсяр P– DRмінRPсярP  на 16 частак і другі варыянт – на 32 часткі. Знаходзім значэнне паміж каналамі:

Будуем гістаграму частоты траплення DR1RPсярP, DR2RPсярP, …, DR512RPсярP  ў сфармаваныя каналы з захаваннем нумароў ракурсаў назірання ў кожным канале. Такім чынам, фармуецца абагульнены спектр прыцягнення ўвагі ва ўсёй групы назіральнікаў. Дадзены абагульнены спектр увагі, які характарызуецца 512 ракурсамі агляду, правамерна лічыць «псіхалагічным малюнкам» дадзенага аб’екта.

Для вырашэння задачы выяўлення індывідуальных асаблівасцяў аб’екта знаходзім рознасць часу знаходжання канкрэтнага назіральніка пры аглядзе канкрэтнага аб’екта і сярэдняга часу агляду аб’екта ўсімі назіральнікамі для кожнага з 512 ракурсаў назірання:

На аснове атрыманых дадзеных будуецца спектр індывідуальных асаблівасцяў вывучэння аб’екта назіральнікам, г.зн. адрозненне кожнага назіральніка ад сярэдняга часу назірання ў ракурсах назірання для кожнага аб’екта.

3. Вынік даследаванняў

Вышэйапісаны алгарытм быў эксперыментальна апрабіраваны. У эксперыменце прынялі ўдзел 70 студэнтаў. Было атрымана 70 карт кругавога агляду і траекторый агляду кожнага з 18 аб’ектаў. Кожнаму падыспытнаму прад’яўлялася на экране дысплея мадэль 3D-аб’екта, і падыспытны круціў яе рукой з дапамогай маніпулятара «мыш». У гэтым выпадку падыспытны не мог планаваць якія-небудзь інструментальныя дзеянні з аб’ектам, бо не меў адчуванняў вагі аб’екта, цэнтра цяжару, яго агрэгатнага стану, шурпатасці, тэмпературы, эластычнасці. Ён аглядаў аб’ект, кіруючыся кагнітыўнымі матывамі, задумамі.

Падыспытнага не абмяжоўвалі ў працягласці агляду, пры гэтым абсалютны час знаходжання ўвагі падыспытнага ў кожнай апорнай кропцы залежала не толькі ад размеркавання ўвагі, але і ад індывідуальных хуткасці агляду і працягласці сеансу агляду. Затым падыспытнаму прад’яўляўся для агляду новы 3D-аб’ект.

На малюнку паказаны спектр індывідуальных асаблівасцяў (спектр прыцягнення ўвагі) студэнта пры вывучэнні віртуальнай 3D-мадэлі малекулы арганічнага злучэння. Месцазнаходжанне воплескаў адносна нумароў ракурсаў назірання на восі Х у спектры індывідуальных асаблівасцяў паказала, што ў спектры маюцца не толькі два-тры, але і больш месцаў на паверхні, якія адпавядаюць падвышанай увазе падыспытнага на паверхні 3D-карты кругавога агляду аб’екта. Гэта значыць, што падыспытны абраў гэтыя месцы ў якасці кропак падвышанай цікавасці.

Спектр індывідуальных асаблівасцяў (спектр прыцягнення ўвагі) студэнта пры вывучэнні віртуальнай 3D-мадэлі малекулы арганічнага злучэння

Спектр індывідуальных асаблівасцяў (спектр прыцягнення ўвагі) студэнта пры вывучэнні віртуальнай 3D-мадэлі малекулы арганічнага злучэння

Найлепшы ракурс аб’екта выбіраецца індывідуальна, але на яго выбар уплываюць тры фізічныя характарыстыкі 3D-аб’ектаў: шарападобныя, кубападобныя, Складаназалежныя, а таксама аказваюць уплыў аптычныя ўласцівасці паверхні аб’екта. Пад аптычнымі ўласцівасцямі маюцца на ўвазе эфекты, якія ўзнікаюць пры светлавым уздзеянні на аб’ект. Гэта могуць быць бляск, шагрэнь, перламутр, якія ў дынаміцы кручэння пераліваюцца на свеце, адбываецца люстраное адлюстраванне нейкіх паверхняў. З-за аптычных уласцівасцяў аб’екта ў залежнасці ад спектру асвятлення ўзнікаюць спецыяльныя эфекты, якія ўласцівыя толькі гэтаму аб’екту.

Далейшы аналіз эксперыментальных даных па рэгістрацыі карт кругавых аглядаў аб’ектаў і ружы вятроў дазволіў выявіць залежнасць кагнітыўнага матыву навучэнцаў ад фізічных і фізіялагічных складнікаў эксперыменту, якая выяўляецца ў нестабільнасці маршруту агляду аб’екта. Устаноўлена, што варыятыўнасць узнікае з прычыны шэрагу фактараў: структуры аб’екта, фізіялогіі рукі і зроку падыспытнага, якія змяняюцца ў ходзе агляду псіхалагічных задум чалавека (паглядзець за гарызонт, наблізіцца да кропкі цікавасці і т.д.).

З улікам дадзеных фактараў распрацаваны алгарытм паэтапнага выдзялення з траекторыі агляду і ружы вятроў фізічнай і фізіялагічнай складнікаў і знаходжання астатку як псіхалагічнай складнікам. Для кампрэсіі варыятыўнасці дадзеных карты кругавога агляду аб’екта і ружы вятроў была складзена лагічная схема аддзялення (малюнак) фізічнага і фізіялагічнага складнікаў варыятыўнасці ад кагнітыўнай дэтэрмінанты. Згодна з гэтай схемай стабільнасць маршруту, якая дэтэрмінуецца фізікай аб’екта, было вырашана выяўляць шляхам паўтарэння эксперыменту з рознымі падыспытнымі, але з адным і тым жа аб’ектам, а складнік, які вызначаецца фізіялогіяй назіральніка, прапанавана кампенсаваць шляхам паўтарэння эксперыментаў з адным і тым жа падыспытным, але з рознымі аб’ектамі.

Далей разлічвалася індывідуальнасць карты кругавога агляду аб’екта для кожнага з назіральнікаў, якія фарміруюць базу даных індывідуальных адрозненняў агляду аб’екта рознымі суб’ектамі. Распрацаваныя лагічная схема і алгарытм дазволілі рэалізаваць рэжым падзелу фізічнай і фізіялагічнай складнікаў ад кагнітыўнага матыву навучэнца і знайсці метрыкі падабенства аб’ектаў па характары.

Заключэнне

Вынікі праведзеных эксперыментаў і статыстычны аналіз вынікаў пацвердзілі карэктную працу прапанаванай мадэлі і алгарытму распазнання індывідуальных матываў вывучэння як асобасных параметраў навучэнца. Для павышэння дакладнасці распазнання патрабуецца прапанаваць дадатковы набор прыкмет, адназначна вызначаюць такую траекторыю агляду аб’екта, якая адлюстроўвае матываваныя дынамічныя паводзіны ў адносінах да 3D-аб’екту і кропках цікавасці на гэтым аб’екце, і таксама павялічыць эксперыментальную выбарку як аб’ектаў, так і суб’ектаў.

Навізна прапанаванага падыходу складаецца ў распазнанні і ўліку «псіхалагічных» фактараў больш глыбокага ўзроўню, чым фізіялагічныя і фізічныя характарыстыкі перцэпцыйнага дзеяння як эрганамічнага працэсу. У кругавым аглядзе задзейнічаецца рука або цела чалавека для кручэння аб’екта. Таму на траекторыю агляду ўплывае не толькі прамень увагі чалавека, але і маторыка рукі і цела.