РОЗДІЛ 2
Теоретичні основи формування когнітивних образів.
2.1. Дослідження методів формування графічних базисів для когнітивних образів.
У відповідності з [19,88,98], предметом когнітивної графіки (КГ) є методи і
засоби створення та інтерпретації графічних метафор. Під графічними метафорами
розуміються певні моделі опису процесів або систем. Доцільно розглядати, перш
за все, біофізичні системи і процеси. Це пов’язано з тим, що з одного боку,
вони не є штучними системами і тому, апріорно не передбачається існування
образів системи чи її фрагментів, які могли би використовуватись в ролі
передумови для побудови моделі. З другого боку, створення образних описів
моделей систем та процесів, які можна було б прийняти в якості основи для
побудови моделей, в даний час є дуже актуальним. Необхідність дослідження і
побудови таких моделей обумовлюється досить широкими дослідженнями біофізичних
процесів, енергетичних явищ в цих процесах і т. ін. [20,79,93,109].
При розв’язанні задач когнітивної графіки, важливе значення має вибір моделі,
що підлягає візуалізації. Для біофізики характерними є два типи моделей: якісні
та кількісні. Перший тип моделей, як правило, в найбільшій мірі відображає
суб’єктивні візуальні уявлення авторів моделей про систему або процеси і не
дозволяє в цих рамках адекватно досліджувати кількісні значення параметрів, що
беруть участь в процесах або характеризують систему. Такі моделі найчастіше
зводяться до повторення видимих (в мікроскопах) структур біологічних компонент.
Приклад першого типу приведений на рисунку 2.1. Кількісні моделі представляють
собою, як правило, графічні залежності (можливо багатовимірні) між виділеними
досліджуваними параметрами, які на думку дослідника найбільш суттєво
характеризують процес або систему, що вивчається. Приклад другого типу моделей
приведено на рисунку 2.2.
Образи, що використовуються в КГ, мають ряд особливостей.
Рис. 2.1. - Модель плазматичної мембрани.
Рис. 2.2. - Зміна провідності для іонів при збудженні кардіоміоцита.
Перша особливість полягає в тому, що ці образи повинні забезпечувати синтез
відображення кількісних взаємозв’язків всіх параметрів, що визначають процес
або систему, з відображенням якісних уявлень про досліджуваний об’єкт.
Друга особливість полягає у тому, що в рамках образів когнітивної графіки
(ОКГ), повинні передбачатися засоби, за допомогою яких якісний образ можна було
б адаптувати до вимог, які дозволяють повніше відображати якісні
взаємовідношення між параметрами, що характеризують систему. В результаті такої
зміни якісного образу можна формувати візуальні образи, які в деяких аспектах
можуть відрізнятися від уявлень, традиційно сформованих образів.
Третя особливість полягає в тому, що ОКГ повинен представляти собою інваріант
макроуявлень про систему, при відповідному переході з досліджуваної системи в
макросистему. Це означає, що перетворення відображення якісних характеристик і
кількісних параметрів, в результаті яких система або процес змінюються таким
чином, що відповідна система переходить в предметну область, доступну
безпосередньому сприйняттю дослідником, то відповідне перетворення повинно
забезпечити створення образу, що співпадає з відповідним уявленням про нього в
макропредставленні останнього.
В основі КГ лежить уявлення про візуальну багатовимірність. На відміну від
математичної багатовимірності (багатовимірного простору), яка стає абстракцією
при розмірності більшій чотирьох (якщо в якості четвертої координати
приймається час), візуальна багатовимірність полягає в можливості візуального
сприйняття кожної з координат. Розглянемо наступне робоче визначення.
Визначення 2.1 Візуальною координатою називається така графічна компонента, яка
змінюється у відповідності зі змінами, що відбуваються в системі, може бути
промасштабована і формально описується наступним чином:
, де - функціональна залежність від параметрів , або одного параметра ; -
абсолютне максимальне значення ; - максимальний параметр візуалізації (в кожній
конкретній реалізації відображає технічні можливості у відображенні координати
), - масштаб відображення параметра в рамках можливостей комп’ютерних засобів
відображення.
Якщо в якості елемента графічного образу прийняти таку базову фігуру як
трикутник, то прикладом візуальних координат можуть служити дві сторони
трикутника, кут повороту виділеної осі трикутника відносно вертикальної осі на
площині, та кут між двома виділеними сторонами трикутника, рисунок 2.3.
Рисунок 2.3. - Зміна величини візуальних координат x1, x2, x3, x4.
Для випадку координати , при діапазоні зміни параметра рівному [a,b], функцію ,
яка описує візуальну координату, можна записати у вигляді . Координати і можуть
відображати температуру і потенціал, а параметр може відображати розподіл
структурної змінної у просторі.
Введемо наступне робоче визначення:
Визначення 2.2 Під візуальною багатовимірністю графічного образу розуміється
кількість характеристик образу, що змінюються у відповідності із зміною
параметрів об’єктів.
Наприклад, зміна довжини однієї сторони трикутника , зміна кута нахилу
прилягаючої другої сторони трикутника , а також зміна її довжини і т.д. Зміна
величин сторін, та кута між ними супроводжується зміною площі цієї фігури
(трикутника), а також зміною типу самої фігури. Візуальна багатовимірність
записується наступним чином :
Визначення 2.3 Вираз називається масштабом відображення і позначається .
В цьому випадку вираз для візуальної координати запишеться у вигляді:
Масштаб відображення візуальної координати представляє собою відношення
максимальної величини відображувано