CC BY
53
ляет порядка нескольких процентов от объема нити.
В зависимости от баланса выбранных значений параметров модель демонстрирует разное поведение. Авторы старались максимально опираться на данные о реальных рассеивающих средах, которые представляют собой волокна. Например, показано, что волокна хлопка на 50 % состоят из кристаллических образований размером порядка десятков нанометров. Также известно, что хлопковые нити состоят не только из целлюлозы, но и содержат до 12 % воска, пектина и минеральных образований. Наконец, в волокнах и нитях могут присутствовать воздушные включения. Синтетические волокна могут специально наполняться частицами с высоким показателем преломления для удаления избыточного блеска.
Кривые, приведенные на рисунках 4-6, были рассчитаны для среды со следующими характеристиками: показатель преломления основной среды - 1,557; показатель преломления рассеивающих частиц - 1,61, их размер - 150 нм; концентрация частиц в объеме нити - 0,14.
В заключение отметим, что на основании предположения о том, что нити в тканях представляют собой рассеивающую среду, разработан новый подход к моделированию распространения света в тканях.
Реализован способ получения ДФО нити из ФВР путем интегрирования ФВР по поверхности нити, представленной цилиндром. ФВР, в свою очередь, получена путем моделирования рассеяния и поглощения света в среде нити с помощью метода Монте-Карло трассировки лучей.
Разработанное решение дает адекватные визуальные результаты в части цвета ткани при различных условиях освещения, а также показывает
качественное совпадение картин рассеяния света моделью и образцом реальной ткани.
Данная работа не только имеет интересный теоретический результат, но и применяется в задачах, для которых важен физически аккуратный расчет освещенности в сцене. Единожды рассчитанная ФВР нити может использоваться для генерации ДФО тканей с разнообразными переплетениями. Полученные физически обоснованные ДФО тканей используются для физически точных расчетов освещенности в трехмерных сценах, содержащих объекты, покрытые тканями. ДФО тканей могут использоваться, например, для анализа освещенности интерьера салона самолета.
Модель была реализована на языке C++. Код интегрирован в программный комплекс, разработанный коллективом отдела компьютерной графики и вычислительной оптики Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН для моделирования сложных оптических явлений.
Литература
1. Ying-Qing Xu, Yanyun Chen, Stephen Lin, Hua Zhong, Enhua Wu, Baining Guo, and Heung-Yeung Shum. Photorealistic Rendering of Knitwear Using the Lumislice., SIGGRAPH 2001, pp. 391-398.
2. Sattler M., Sarlette R., Klein R. Efficient and Realistic Visualization of Cloth. Proceedings of the Eurographics Symposium on Rendering, 2003.
3. Illingworth J.W. The optical properties of textile fibers // Textile Recorder, August, 1942, pp. 29-32.
4. Волобой А.Г., Лобалзо Н.А. Метод сравнения результатов оптического моделирования ткани с физически измеренными данными // Новые информационные технологии в автоматизированных системах: тр. науч.-технич. сем. М., 2008. С. 3-9.
5. Волобой А.Г., Галактионов В.А., Гнездилова Н.А., Дмитриев К.А., Ершов С.В. Об одном подходе к визуализации тканей // Информационные технологии и вычислительные системы. 2007. № 3. С. 71-78.
АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ВНЕДРЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ В ВУЗАХ
А.У. Актаева, докторант (Университет «Freie», Берлин, [email protected])
Данная статья посвящена проектированию информационных систем (ИС) и особенностям их внедрения в образовательно-управленческий процесс. Информационное обеспечение управленческой деятельности вузов, построенное на создании информационных систем, дает возможность сократить трудности в обработке информации и расширить сферу ее использования.
Ключевые слова: корпоративные информационные системы, информационно-поисковая система, информационная подсистема, унифицированные системы документации, информационные потоки, система поддержки принятия решения.
В последнее десятилетие система образования Республики Казахстан претерпевает значительные изменения. Необходимость адекватной реакции на стремительно меняющийся экономический, общественно-политический, социальный контекст, не-
сущий в себе все признаки глобализации, становится ведущим фактором, определяющим направление и содержание образовательных реформ. Новая парадигма высшего образования как важной составляющей мирового интеграционного процес-
са предусматривает создание нового образовательного пространства, которое обеспечило бы качественную подготовку будущих специалистов к профессиональной и научно-исследовательской деятельности. Государственная программа развития образования в Республике Казахстан на 20052015 гг. стала основой для принципиально новых подходов к совершенствованию системы образования в стране.
Цель концепции развития системы образования - создание новой модели подготовки и аттестации научных и научно-педагогических кадров с учетом национальных традиций и менталитета страны, способствующей интеграции Казахстана в мировое научно-образовательное пространство и призванной обеспечить высококвалифицированными кадрами инновационно-приоритетные направления науки. Современный подход к системе образования предполагает развитие личностных и квалификационных характеристик, обеспечивающих в будущем конкурентоспособность выпускника [1].
Проектирование любой корпоративной информационной системы (КИС) всегда начинается с определения цели проекта. Основная задача успешного проекта заключается в том, чтобы на момент запуска системы и в течение всего времени ее эксплуатации можно было обеспечить: требуемую функциональность системы и степень адаптации к изменяющимся условиям ее функционирования; необходимую пропускную способность системы; требуемое время реакции системы на запрос; безотказную работу в требуемом режиме, иными словами, готовность и доступность системы для обработки запросов пользователей; простоту эксплуатации и поддержки системы; необходимую безопасность [2].
Проектирование КИС управления образованием должно содержать три основные области:
1) проектирование объектов данных, которые будут реализованы в БД;
2) проектирование программ, экранных форм, отчетов, которые будут обеспечивать выполнение запросов к данным;
3) учет конкретной среды или технологии, а именно, топологии сети, конфигурации аппаратных средств, используемой архитектуры, параллельной обработки, распределенной обработки данных и т.п.
В реальных условиях проектирование - это поиск способа, удовлетворяющего требованиям функциональности системы средствами имеющихся технологий с учетом заданных ограничений. К любому проекту предъявляется ряд абсолютных требований, например, максимальное время разработки проекта, максимальные денежные вложения в проект и т.д. Одна из сложностей проектирования информационных систем состоит в том, что оно не является такой структурирован-
ной задачей, как анализ требований к проекту или реализация проектного решения [3].
КИС управления образовательным процессом (УОП), являясь системой поддержки управления процессом обучения и принятия решения относительно повышения уровня ключевых компетенций среднего звена управленческого состава вуза и профессионального обучения студента, должна выполнять в образовательном процессе функции:
• информационного ресурса, основанного на моделировании целевого планирования образовательного процесса, характеристик будущего специалиста, осваиваемых предметных областей, планирования индивидуального процесса обучения, характеристик информационной среды вуза;
• системообразующего элемента в совокупности ИС поддержки процесса обучения, выступающего в качестве объективно необходимого фактора для организации образовательного процесса в целом;
• экспертной системы, основанной на знаниях о качестве подготовки будущего специалиста;
• информационно-поисковой системы, в задачи которой входят сбор, хранение и наглядное представление достигнутых результатов обучения в отношении к нормативным и индивидуальным целям обучения;
• аналитической системы, которая обеспечивает субъектов образовательного процесса информацией для выявления учебно-методических и организационных условий развития ключевых компетенций и формирования профессионального уровня обучения студента.
Под КИС УОП будем понимать систему сбора, хранения и обработки данных о результатах продвижения обучающегося к нормативным и индивидуальным целям обучения, требуемых для поддержки принятия решения о необходимости и возможности повышения качества подготовки в заданной предметной области.
КИС УОП включает:
- БД и БЗ, хранилища предметной, учебной и учебно-вспомогательной информации;
- информационно-поисковые системы;
- информационные системы поддержки образовательного процесса, в том числе реализующие конкретные методические технологии;
- программные средства обучения; систему поддержки принятия решения (СППР) [3].
Структура и содержание отдельных компонент КИС УОП вариативны и зависят от специфики образовательного учреждения, уровня развития его информационно-образовательной среды. Основой КИС УОП является программно-целевой информационно-технологический комплекс ресурсов и систем (БД, энциклопедий, словарей, справочников, презентаций; экспертных, обучающих и контролирующих систем и т.д.) поддержки
образовательного процесса. Согласованное функционирование в образовательном процессе различных компонент КИС УОП обеспечивается программно-целевым и стратегическим УОП; предметной практико-ориентированной организацией учебно-познавательной деятельности студента; мониторингом результатов продвижения обучающегося к нормативным и индивидуальным целям обучения.
Интегрирующую функцию во взаимодействии различных компонент КИС УОП выполняет СППР [4]. СППР в составе КИС УОП выполняет функции сбора, хранения, обработки и представления информации, необходимой для анализа объективной составляющей, связанной с пониманием и оценкой учебных достижений на конкретном этапе обучения в соответствии с нормативными и индивидуальными планами студента. СППР образовательного назначения может включать несколько подсистем мониторинга: понятийная фиксация знаний, категориальное освоение предметной области, оценка квадранальной деятельности, фиксация процедурных знаний, оценка творческой деятельности и др.
В целом назначение СППР заключается в поддержании постоянной мотивации для самообразования и повышения уровня профессионализма, а также в определении возможной индивидуальной образовательной траектории студента для развития предметных и профессиональных компетенций.
Эффективность функционирования КИС УОП зависит от степени адекватности образовательным целям результатов формализованного моделирования содержания обучения и квалификационных характеристик будущего специалиста. При этом образовательный процесс должен быть представлен закономерной последовательностью информационных процессов, обеспечивающих достижение студентом нормативных и индивидуальных целей обучения.
Внедрение в образовательный процесс КИС УОП, спроектированных на основе информационно-структурного подхода, должно осуществляться с учетом технологических характеристик информационной среды образовательного учреждения. Конструирование КИС УОП возможно на основе информационно-структурного подхода, в рамках которого образовательная система и ее компоненты рассматриваются в качестве информационной системы.
Сегодня актуальна проблема создания технологии информационного обеспечения образовательно-управленческой деятельности вуза. Понимая КИС как взаимосвязанные совокупности средств, методов и персонала, используемые для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели, основываясь на их классификации по функциональному
признаку, необходимо выделить четыре информационные системы вуза: профессорско-преподавательский состав, контингент студентов, учебный процесс, научно-методический процесс.
Выделение именно этих систем как основополагающих обусловлено необходимостью, с одной стороны, охватить все информационные процессы, протекающие в образовательном учреждении, с другой - учесть взаимосвязь и взаимозависимость различных аспектов управленческой информации и избежать дублирования данных. Названные системы взаимосвязаны между собой и функционируют на всех уровнях управления.
Важным условием информационного обеспечения на современном этапе является использование информационно-коммуникационных технологий. В последние годы появляется немало специальных программ по управлению вузом, составленных профессиональными программистами. Но при их практическом применении возникает ряд трудностей, связанных прежде всего с тем, что разработчик программы не учитывает всех особенностей управленческих задач конкретного вуза, а менеджер среднего звена ограничивается поверхностным представлением о возможностях компьютера.
Обеспечение условий для эффективного обучения и самообразования с применением систем информационной поддержки образовательного процесса в результате функционирования КИС УОП является объективным фактором для организации образовательной системы в пределах конкретного образовательного учреждения. Ожидаемый эффект от внедрения КИС УОП зависит от степени реализации личностного и интеллекту -ального потенциала, а также уровня профессиональной квалификации среднего звена менеджеров вуза.
В структуре каждой КИС можно выявить следующие обеспечивающие подсистемы: информационную, организационную, программную и правовую.
Информационная подсистема содержит унифицированные системы документации, схемы информационных потоков.
Организационная подсистема регламентирует взаимодействие работников с техническими средствами и между собой в процессе эксплуатации информационной системы, определяет области управленческих задач, подлежащих автоматизации, распределяет функциональные обязанности каждого при решении этих задач.
Программная подсистема состоит из комплекса технических средств, используемых при функционировании информационной системы, и совокупности всех программ, в том числе прикладных, как общего, так и специального назначения. Правовая подсистема включает в себя совокупность правовых норм, определяющих создание и функ-
ционирование информационной системы: должностные инструкции, локальные нормативные акты, положения о порядке использования информации.
Такая организация информационного обеспечения дает возможность использовать большие объемы управленческой информации, сопоставлять показатели, производить быстрый поиск и обработку данных, а значит, осуществлять выбор наилучшего варианта из возможных и принимать оптимальные управленческие решения.
В заключение отметим, что сегодня для успешной организации управленческой деятельности вуза необходимо уметь не только анализировать образовательный процесс, но и выявлять наиболее значимые проблемы, находить эффективные пути их решения. Также необходимо оптимизировать управленческую деятельность вуза в связи с возрастающими требованиями к качеству образования и в условиях постоянно увеличивающегося объема управленческой информации. Для этого
существует информационное обеспечение, которое представляет собой совокупность специфических ресурсов, процессов и технологий, предназначенных для решения управленческих задач.
Литература
1. Актаева А.У. Основные направления совершенствования системы подготовки и аттестации научных «...» // Непрерывное экономическое образование: Модернизация обучения и методического обеспечения-2008.: матер. 3-й Республик. учеб.-методич. конф. Алматы. 2008. С. 281-290.
2. Вендров А.М. Проектирование программного обеспечения экономических информационных систем. М.: Финансы и статистика, 2002.
3. Благодатских В.А., Волнин В.А., Поскакалов К.Ф. Стандартизация разработки программных средств. М.: Финансы и статистика, 2003.
4. Fagin R.A. Normal Form for Relational Databases That is Based on Domains and Key // ACM Transactions on Database Systems. 1981. V. 6, № 3, pp. 387-415.
5. Кренке Д. Теория и практика построения баз данных. СПб: Питер, 2005.
6. Джен Л. Харрингтон Проектирование реляционных баз данных. М.: Изд-во «Лори», 2006.
РЕКОНСТРУКЦИЯ ПЛОСКИХ ОБЪЕКТОВ ПО ИЗОБРАЖЕНИЯМ С МИКРОСКОПА
В.А. Гаганов (Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН,
г. Москва, [email protected]); А.В. Игнатенко, к.ф.-м.н. (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова,
[email protected]. cs. msu. ш)
В данной статье описан алгоритм реконструкции плоских объектов по набору изображений с микроскопа, отличающийся от существующих методов повышенной устойчивостью к ошибочным входным данным. Высокая точность и надежность предложенного метода построения плоских объектов подтверждаются результатами тестирования алгоритма на реальных данных.
Ключевые слова: машинное зрение, 3Б-реконструкция, построение модели по фокусировке, устойчивое оценивание, подгонка плоскости.
Построение трехмерных моделей объектов по набору изображений с микроскопа находит широкое применение в промышленности, например, для контроля качества на производстве, в науке, в частности, в минералогии, и имеет много других приложений. Для этой задачи важным является построение плоского объекта по набору изображений с микроскопа.
Разработка методов трехмерной реконструкции по изображениям с микроскопа началась еще в 90-х годах прошлого века. Одним из первых фундаментальных исследований по этой тематике стала работа [1]. Основным недостатком рассмотренного в ней метода является то, что он предполагает повсеместное наличие на поверхности объекта ярко выраженной текстуры. В дальнейших работах по данной тематике исследователи сконцентрировались на попытках ослабить это пред-
положение и сделать алгоритм более стабильным за счет отброса ложных замеров глубины и интенсивной постобработки итоговой трехмерной модели [2, 3].
В данной статье предлагается новый метод реконструкции плоских объектов по набору изображений с микроскопа, отличительной чертой которого является повышенная устойчивость к нарушению модельных предположений. Авторами представлена новая схема отброса ложных замеров глубины, основанная на применении методов машинного обучения. Для обеспечения дополнительной устойчивости метода в ситуациях, когда на поверхности плоского объекта текстуры крайне мало или она отсутствует вовсе, предлагается новая схема для проверки того, можно ли по набору точек в трехмерном пространстве надежно построить плоскость.
