Отображение целостных объектов
В практической деятельности людей, в искусстве и науке широко используются отображения целостных объектов. В первом случае это чертеж или пульт, во втором — рисунок или текст рассказа, в третьем — модель объекта исследования. Несмотря на огромные различия во всех отображениях есть и много общего. Общим во всех случаях является то, что отображение располагается между человеком и реальным целостным объектом.
Рассмотрим отношения «объект — отображение». Диапазон отношений между объектом и его отображением очень велик — от конгруэнтности (когда объект и отображение совпадают) до изображения объекта в виде геометрической точки. Но во всех случаях отображение целостного объекта всегда связно. Отображение целостного объекта должно быть целостным, ибо, еще Зенон (Элейский) показал, что если единое целое разбить на множество несвязанных частей, то их анализ может привести к абсурдным выводам. Переход от объекта к отображению можно рассматривать как преобразование объекта.
Отображения можно рассматривать двояко: как результат деятельности и как средство достижения определенной цели. Отображение объекта является результатом отображения II и объектом в отображении I, и в этом смысле они должны быть согласованы с возможностями восприятия. Само появление отображения вызвано необходимостью достижения некоторой цели, которая без него не может быть достигнута. В общем случае это бывает всегда, когда свойства объекта не согласуются с возможностями восприятия человека. Тогда отображение и является средством такого согласования. В этом смысле отображение аналогично модели. Но понятие отображения шире понятия модели. Модель, понимаемая как средство научного исследования, — частный случай отображения.
Одна из основных причин необходимости построения отображений — противоречие между сложностью объекта и ограничениями системы восприятия. Сложность объектов имеет тенденцию к увеличению, а возможности восприятия совершенствуются значительно медленнее. Сложность объектов увеличивается в основном по двум причинам: резко возрастает информация об объектах и увеличиваются системы, являющиеся объектами научного исследования (большие системы). Не только задачи изучения больших систем, но и задачи управления и обучения управлению такими системами приводят к необходимости иметь их отображения.
Сущность задачи представления информации о целостном объекте состоит в таком преобразовании информации об объекте, при котором, во-первых, сохраняются его свойства как целого, и, во-вторых, отображение объекта согласуется со свойствами отображающей системы человека и задачами его деятельности.
Выбор типа отображения и его параметров определяется его целевым назначением, условиями восприятия, возможностями и индивидуальными особенностями воспринимающих. Пренебрежение любым из этих условий ухудшает качество отображения. Учет целевого назначения включает в себя согласование отображения с характером деятельности человека, с характером информационных психических процессов. Учет условий восприятия включает анализ пространственно-временного контекста отображения наличие и характер помех. Учет возможностей восприятия и индивидуальных особенностей требует согласования отображения со свойствами сенсорного, перцептивного и операторного уровней, согласования с антропометрическими характеристиками воспринимающих. В качестве примера рассмотрим некоторые вопросы проектирования знаков двух различных классов — букв алфавита и товарных знаков. При этом ограничимся двуградационными изображениями. В первом случае проектируется весь алфавит, т. е. система знаков. Во втором случае может проектироваться и одиночный знак.
Целевое назначение буквы алфавита (с психологической точки зрения) состоит в ее опознании, отнесении к одному из нескольких десятков классов. Можно сказать, что буква монофункциональна. Товарный знак имеет несколько функций: он должен привлекать внимание, хорошо запоминаться и вызывать у человека четкие ассоциации с определенным изделием или фирмой-изготовителем. Он должен вызывать положительные эмоции, в определенной степени быть гармоничным.
Качество знака определяется тем, насколько хорошо он выполняет свою функцию. Если знак полифункционален, то следует определить некоторый интегральный критерий качества. Так как условия восприятия и свойства отражающих систем неодинаковы, то критерий качества неизбежно является статистическим. Знак оптимален, если он в среднем выполняет свою функцию наилучшим образом в указанном смысле. Усреднение может производиться как по условиям восприятия, так и по контингенту воспринимающих. При определении интегрального критерия важно знать, зависимы локальные критерии или нет. Если локальные критерии независимы, то в качестве интегрального критерия качества может быть использована их сумма.
Условия восприятия рассматриваемых знаков весьма различны. Буквы, как правило, воспринимаются в условиях, отличающихся большим постоянством: при постоянной освещенности, одинаковой удаленности от глаза, при небольших колебаниях угла между плоскостью изображения и направлением взора. Пространственным и временным окружением для буквы является текст из букв того же алфавита. Условия восприятия товарного знака, наоборот, очень вариативны по многим показателям. Его пространственный и временной контекст может быть очень различным и быстро изменяющимся.
В зависимости от функции и условий предъявления должны быть определены роли ведущего и других уровней отражения. Для буквы алфавита ведущим уровнем является перцептивный. Конструкция знака должна обеспечивать надежное его опознание в стабильных условиях при длительном восприятии знаков из того же алфавита. Это достигается правильным выбором системы опознавательных признаков с обеспечением минимального изменения настройки сенсорного уровня. Но вместе с тем буквы алфавита должны обладать необходимым разнообразием, что достигается использованием линий контура различной кривизны и различной толщины обводки. Так, например, в латинском алфавите Дюрера криволинейные участки составляют около 40% от суммарной длины контуров букв, а величина кривизны имеет около десятка градаций.
Для товарного знака ведущим уровнем является операторный, обеспечивающий необходимые ассоциации и в определенной степени последующие действия. Опознание (запоминание) происходит на перцептивном уровне. Для привлечения внимания могут быть использованы настроечные компонеты всех уровней отражения. Например, на сенсорном уровне для этих целей можно использовать повышенную яркость или контраст. Таким образом, при проектировании даже такого относительно простого объекта, как двуградационный знак, приходится учитывать большое число факторов и особенности работы всех уровней отражения.
Задана о построении отображения целостного объекта может быть сформулирована как задача поиска экстремума целевой функции. В качестве такой функции выступает интегральный критерий качества. Однако большие трудности возникают уже при определении такого критерия. Но даже если критерий определен, то задача имеет большую размерность и может быть решена лишь в упрощенном варианте на ЭВМ. Поэтому практически решение таких задач производится эвристическими методами.
Все отображения можно разделить на структурные и функциональные, простые и сложные, отображения-изображения и отображения-символы. По виду соотношения отображения с объектом можно говорить о соотношении общности и обобщенности, абстрактности, селективности, метафоричности, гиперболы (подчеркивание одних и привнесение других деталей).
Как известно, в пределе образ может стать метрическим инвариантом объекта. Известно также, что при некоторых условиях восприятия образ проходит ряд стадий, которые могут быть описаны с помощью топологических, проективных, аффинных и подобных преобразований (стадии обобщенности). Существуют и другие отношения между объектом и образом, хранящимся в памяти. Сравнение отображений объекта и отображений I показывает, что между классами этих отображений много общего.
Особый класс отображений представляет концептуальные отображения. Объектами для таких отображений являются научные понятия, научные дисциплины, данные науки в целом. Особенность таких объектов состоит непрерывном развитии, в их неполноте, незавершенности в каждый конкретный момент. Естественно, что и их отображения должны быть динамичными, допускающими их совершенствование при условии сохранения целостности. Для получения целостности и полноты концептуальных отображений последние часто содержат в виде гипотез различные интерполируемые связи и экстраполяции.
Концептуальные отображения (модели) целостного объекта становятся необходимыми в тех случаях, когда свойства изучаемого объекта не соответствуют возможностям восприятия и мышления человека (объект либо очень мал, либо очень велик), когда длительность изучаемого периода времени много больше или много меньше времени исследования, когда объект очень сложен. С точки зрения методов и процесса изучения объекта, а также процесса получения целостного представления об объекте, все эти случаи сильно отличаются друг от друга. Важным фактором является также положение наблюдателя относительно изучаемого объекта. В том случае, когда наблюдатель находится внутри системы, формирование представлений о ней является более трудным делом. Примером может служить развитие представлений о солнечной системе.
Формирование целостной картины сложного объекта происходит на основе большого числа вначале слабо организованных сведений. Их организация, структурирование происходят путем анализа и синтеза имеющихся данных. На этом этапе происходит определение частей целого, и здесь особенно важно применение естественных методов декомпозиции, правильное определение соподчиненности и пропорциональности частей, контроль полноты состава частей.
Как процессы анализа, так и процессы синтеза информации об объекте требуют от исследователя большой затраты энергии. Но если модель построена правильно, то на определенном этапе своего развития она начинает как бы самостоятельное функционирование и перестает зависеть от воли исследователя. Любая модель исторически ограничена и со временем заменяется новой в ряду последовательных приближений все более полного познания объекта. Классическим примером может служить эволюция модели атома за минувшие сто лет. Специфика объектов психологии обусловливает широкое применение в ней концептуальных моделей целого.
Информация о любом достаточно сложном целостном объекте должна быть «развернута» во времени для передачи ее субъекту. Во многих случаях это можно сделать не единственным образом. Возникает задача о выборе способа развертки в зависимости от способности субъекта к восприятию целого.
Логика развертки должна соответствовать логической структуре объекта. Развертке должен быть предпослан «общий вид» отображаемого объекта, завершать развертку должна панорамная картина целого. Логическая форма информации должна сочетаться с образной, текстовое изложение — с графическим представлением. Отображение объекта должно быть целостным и по возможности гармоничным.
Универсальным способом отображения целостного объекта является вербальное описание, письменное или устное. В рамках этого описания возможны широкие вариации пропорций образного и логического представления информации. Выбор величины этого соотношения, а также других характеристик вербального отображения зависит, прежде всего, от цели изложения — на создание образа, на запоминание, на изменение или создание определенного состояния воспринимающих.
Будучи универсальной формой описания, вербальный способ сочетается с изобразительными и символическими способами, дополняя и объединяя их. Иногда говорят о недостаточной точности и неоднозначности вербального описания, однако правильное использование языка позволяет иметь описания различной степени точности. В ряде случаев правильность языкового отражения может служить предварительным критерием правильности понимания сути вещей.
При описании целостного объекта текст должен соответствовать схеме: нерасчлененное целое — анализ объекта — вторичный синтез. Набор основных признаков объекта должен быть полным. Признаки, входящие в этот набор, должны быть однопорядковыми.
Для того чтобы группа понятий образовывала систему, отражающую объект, необходимо, чтобы понятия, входящие в эту группу, удовлетворяли ряду требований: во-первых, понятия должны быть зависимы, — иначе они не образуют систему, во-вторых, они должны быть в определенной степени противоречивы, иначе они не смогут отразить диалектику объекта, в-третьих, группа должна обладать определенной полнотой.
Понятия группы должны быть четко дифференцированы друг от друга. В основу дифференциации должны быть положены, прежде всего, пространственно-временные характеристики понятий (например, момент возникновения, длительность формирования, длительность существования и т.д.) Должны быть выявлены отношения между понятиями и на их основе — структура системы понятий. Вся система понятий должна включать одно обобщающее понятие.
Текстовое описание должно содержать как информационные, так и настраивающие компоненты. В этом отношении устное изложение имеет больше возможностей, чем письменное. Для правильной организации текста должны быть использованы все принципы гармоничности (см. § 2 гл. II). Для достижения лучшего эффекта при обучении Д. Пойа [102] рекомендует использовать закономерности построения музыкальных произведений: построение изложения главного как темы с вариациями или рондо.
При отображении сложных целостных систем широко используются также изобразительные средства в виде планов, срезов, сечений, схем разной степени детальности, панорам. Когда объект отображается в нескольких видах, то их выбор и соотношение между ними должны удовлетворять все тем же общим требованиям к отображениям целостных объектов. Такое многовидовое представление должно обеспечивать целостное представление объекте, поэтому особое внимание должно быть обращено на согласование, стыковку отдельных видов.
Частное отображение должно отражать определенный аспект системы, одну проекцию. Кроме того, должно существовать и интегральное представление, обобщенно отражающее все проекции. Правильный выбор проекций и правил их сопряжения в интегральный образ — одна из задач отображения сложного целого. Второй путь декомпозиции представления сложного целого — это набор параллельных срезов разной степени детальности, как бы выполненных камерой разной «разрешающей способности». Задача состоит в выборе числа срезов и величин разрешающей способности. Третий вариант представления целого состоит в расчленении глобального интегрального представления на локусы и получении локальных отображений. Задача состоит в определении локусов, способов переходов от целого к локусу и, наоборот, способов сочетания локусов в целое. Возможно и совместное использование этих методов. Помимо дискретных отображений могут быть и непрерывные отображения, например, при вращении целостного объекта или осмотре интерьера.
Локальные отображения могут быть однопорядковыми и разнопорядковыми. Примерами однопорядковых отображений могут служить разные проекции на чертеже. Примерами разнопорядковых отображений являются: блок-схема, принципиальная схема, монтажная схема радиоустройства, чертеж, статический макет, динамический макет пульта управления, которые используются при проектировании, полная информационная модель системы управления, ее мнемосхема и интегральный индикатор нормы в системах управления.
При организации процесса обучения, составлении учебных планов и программ, при конструировании данных науки в учебный предмет определению подлежат не только содержание и объем знаний, но и способы организации этого содержания в целостную систему. Любой учебный предмет — это часть большего целого. Необходима его органическая связь, как с параллельными курсами, так и с прошлым и будущим. Для построения учебного предмета необходим прогноз «жизни» знаний как своеобразной системы, которая будет жить, укрепляться и развиваться в соответствующей среде, либо хиреть и чахнуть. Система знаний о предмете может быть замкнутой, законченной или открытой, развивающейся. Формирование таких систем принципиально различно.
Применение законов композиции, оптимизация представления информации при обучении должны быть обязательными компонентами его организации. Очевидно, что для выполнения всего этого требуется высокая квалификация организаторов обучения. Все эти требования относятся также и к машинному и программированному обучению, они же позволяют яснее увидеть и понять возможности и ограничения этих новых методов, а также пути их совершенствования.