УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАТИСТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ СЛОЖНОЙ СИСТЕМЫ РАБОТ Российский патент 1999 года по МПК G06F17/00 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при проектировании, испытании и эксплуатации средств визуальной индикации, а также при прогнозировании их эффективности.

Известно устройство для статистического моделирования сложной системы работ, содержащее генераторы случайных импульсов, блоки выделения заданного импульса и логические элементы (Авт. свид. СССР N 458831, кл. G 06 F 15/36, 1971).

В этом устройстве моделирования выполняемая работа заменяется определенным числом генераторов случайных импульсов. Число таких генераторов соответствует числу возможных условий работы исполнителя. Генераторы на коммутационном поле соединяются между собой через логические элементы И, отображая последовательность изменений условий работы исполнителя. Логические элементы И реализуют функцию выделения первого импульса для определения момента перехода от одной работы к другой. Функционирование модели от реализации к реализации изменяется в зависимости от вероятности появления условий, влияющих на исходную производительность труда.

Применение известного устройства ограничивается сравнительно простыми задачами моделирования не учитывающими возможных связей между выполняемыми работами. Поэтому имитация работ с помощью генераторов случайных импульсов и выделение первого импульса, определяющего порядок работ, исключает возможность учета множества причин, определяющих связанность моделируемых работ, а следовательно, не позволяет приблизить процесс моделирования к реальным условиям выполнения сложной системы работ.

Известно устройство для моделирования и планирования проекта, содержащее генераторы, определяющие время выполнения каждой операции проекта, арифметический блок, определяющий показатели плана, блок памяти, хранящий условия начала и завершения операций, компаратор, проверяющий выполнение критериев завершенности операций (Пат. США N 5303170, кл. G 06 G 7/48, кл. US 364-578 от 12.04.94., Offisial Gazette т. 1161 N 2).

В этом устройстве моделируется последовательность операций, каждая из которых выполняется в течение конечного времени, величина которого изменяется при переходе от одной операции к другой. Момент окончания одной операции и начало другой определяются проверкой соответствующих условий. То есть текущая операция связана с последующими условиями начала и завершения операций.

Однако известное устройство не позволяет моделировать последовательность операций, связанных в единую производственную, технологическую или иную зависимость. Подобная связь операций может носить различный характер - производственной необходимости, логический, семантический и другой.

Это не позволяет с достаточной точностью моделировать целый ряд процессов, содержащих взаимосвязанные операции, а следовательно, не позволяет приблизить процесс моделирования к реальным условиям производства, разнообразных исследований и деятельности человека в различных сферах и многое другое.

Известны теоретические модели сенсорных систем человека, имитирующие процесс восприятия окружающей действительности (Левашов О.В. Вычислительные модели сенсорных систем. Итоги науки и техники. Серия Бионика. Биокибернетика. Биоинженерия. Т. 6, М.: ВИНИПИ, 1989, с. 3-152).

Однако описанные в обзоре теоретические модели не учитывают особенностей воспринимаемой информации, в частности, возможных связей между визуально воспринимаемыми элементами. Поэтому устройства, которые можно реализовать на базе этих моделей, не позволят с достаточной точностью, моделировать процесс восприятия семантической информации (содержащей связанные элементы).

Наиболее близким устройством к заявляемому изобретению по совокупности признаков является устройство для статистического моделирования сложной системы работ (Авт. свид. СССР N 742954 кл. G 06 F 15/36 от 25.06.80 Бюллетень N 23, 1980), содержащее имитатор первой работы, имитатор второй работы, имитатор третьей работы (в а.с. они именуются первый, второй и третий генераторы случайных импульсов соответственно), последовательно соединенные блок памяти и блок сравнения, арифметический блок, первый вход которого подключен к выходу блока памяти, а выход арифметического блока соединен одновременно с первым входом блока памяти и вторым входом блока сравнения, первый выход имитатора второй работы подключен ко второму входу арифметического блока, второй выход имитатора второй работы подключен ко второму входу блока памяти, третий вход которого соединен с первым выходом имитатора третьей работы, второй выход которого подключен к первому входу имитатора второй работы, первый выход имитатора первой работы соединен со вторым входом имитатора второй работы, а второй выход имитатора первой работы подключен к четвертому входу блока памяти.

Выполняемая работа по зрительному восприятию элементов многокомпонентного объекта моделируется имитатором, число которых соответствует числу возможных форм движений глазодвигательной системы при восприятии. Устройство реализует акт восприятия элемента объекта путем моделирования последовательности функциональных состояний глазодвигательной системы, заканчивающийся решением о завершенности восприятия. Функционирование устройства от одного акта восприятия к другому изменяется в зависимости от условий, влияющих на восприятие отдельных элементов объекта. Например на функционирование устройства влияет местоположение точки взора на плоскости восприятия: сверху, снизу или сбоку относительно элемента объекта.

Однако применение известного устройства ограничивается сравнительно простыми задачами статистического моделирования, не учитывающими возможных связей между выполняемыми работами. Эти связи могут быть обусловлены различными причинами, влияющими на точность моделирования системы работ и могут носить разнообразный характер: статистический, семантический и др. Моделирование системы работ с помощью имитаторов и проверка качества выполнения каждой работы исключает возможность учета связанности ряда элементов, воспринимаемых зрительным анализатором. Это не позволяет устройству максимально приблизить процесс моделирования к реальным условиям выполнения связанной системы работ, а поэтому не обеспечивает необходимой точности моделирования процесса восприятия семантических изображений, содержащих границы и контуры различной протяженности и конфигурации.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи повышения эффективности проектирования сложных систем, в которых человек, включенный в контур управления, принимает решения. Результат достигается за счет повышения точности моделирования восприятия человеком визуальной информации, так как появляется возможность моделирования восприятия семантической информации, содержащей контуры и границы. Это особенно актуально в инженерно-психологической части проектирования сложных человеко-машинных систем.

Основная проблема проектирования подобных систем состоит в оценке возможностей выполнения данного вида деятельности человека и в прогнозе их развития. Примером одной из сложных задач является прогнозирование возможности восприятия человеком визуальной информации, необходимой для принятия решений, в обстановке дефицита времени. Подобные оценки связаны с долговременными экспериментами по зрительному восприятию с привлечением группы людей (экспертов) для набора достаточной статистики, подтверждающей надежность функционирования проектируемой системы.

В заявляемом изобретении, учет в блоках имитации зрительных характеристик, в виде законов распределений основных функциональных состояний зрительного анализатора, и моделирование восприятия отображаемого сюжета изображения, освобождают человека от длительных и трудоемких экспериментов по оценке различных вариантов построения систем в процессе их проектирования. Полученные в результате моделирования характеристики восприятия (количество основных, коррекционных скачков и фиксаций и др. параметров) позволяют оперативно оценить результаты изменений, внесенных в проектируемую сложную систему. В результате появляется возможность оценить эффективность восприятия и проводить широкий спектр исследований в области эргономики устройств представления информации.

При осуществлении изобретения может быть получен технический результат, выраженный в повышении точности статистического моделирования процесса выполнения человеком технологических операций, связанных со зрительным восприятием семантических изображений.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в известное устройство для статистического моделирования сложной системы работ, содержащее имитатор первой работы, имитатор второй работы, имитатор третьей работы, последовательно соединенные блок памяти и блок сравнения, арифметический блок, первый вход которого подключен к выходу блока памяти, а выход арифметического блока соединен одновременно с первым входом блока памяти и вторым входом блока сравнения, первый выход имитатора второй работы подключен ко второму входу арифметического блока, второй выход имитатора второй работы подключен ко второму входу блока памяти, третий вход которого соединен с первым выходом имитатора третьей работы, второй выход которого подключен к первому входу имитатора второй работы, первый выход блока сравнения соединен с входом имитатора третьей работы, введены последовательно соединенные блок эталонной очередности работ и определитель принадлежности к эталону, второй вход которого подключен к выходу блока памяти, последовательно соединенные формирователь управляющих сигналов и формирователь очередности выполнения работ, второй вход которого подключен к выходу имитатора первой работы, вход которого соединен со вторым выходом формирователя управляющих сигналов, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами определителя принадлежности к эталону, первый выход формирователя очередности выполнения работ подключен ко второму входу имитатора второй работы, а второй выход формирователя очередности выполнения работ соединен с четвертым входом блока памяти, второй выход блока сравнения подключен ко входу блока эталонной очередности работ.

Эталонная очередность работ основана на связях между выполняемыми работами, которые необходимо последовательно произвести, как только началась какая-либо работа, принадлежащая связанным работам. В качестве эталона может выступать граница или контур сюжета изображения, а в качестве работ выступают основные функциональные состояния зрительного анализатора - скачки и фиксации. При попадании точки взора на элемент, принадлежащий связанным в контуры или границы элементам изображения, зрительный анализатор человека с помощью скачков и фиксаций прослеживает весь контур (или границу) - выполняет связанную систему работ. При этом анализатор производит основные скачки и фиксации, перемещающиеся коррекционными скачками - при непопадании области наибольшего видения (фовеа) на информативные элементы контура (или границы).

Для моделирования выполнения связанной системы работ необходимо выявить принадлежность проведенной работы к эталонной, которая определяет такую связанную систему работ, и сформировать управляющие сигналы. Это обеспечивается совместным функционированием блока эталонной очередности работ, определителя принадлежности к эталону, формирователя управляющих сигналов и формирователя очередности выполнения работ. Управляющие сигналы должны обеспечить выполнение следующей работы, принадлежащей связанному множеству работ (эталону). При моделировании восприятия семантически связанной информации необходимо траекторию движения точки взора корректировать таким образом, чтобы генеральное направление ее движения на плоскости восприятия совпадало с направлением воспринимаемого контура или границы. В заявленном устройстве это обеспечивается формирователем очередности выполнения работ путем корректировки параметров основного скачка.

Таким образом, существует причинно-следственная связь между совокупностью отличительных признаков, перечисленных выше в формуле изобретения, и вышеизложенным техническим результатом, то есть признаки формулы изобретения существенны.

При исследовании отличительных признаков описываемого устройства не выявлено каких-либо аналогичных известных решений, касающихся повышения точности моделирования путем учета взаимосвязанности моделируемых работ. Применительно к моделированию зрительного восприятия семантических изображений отсутствуют аналогичные решения, позволяющие на уровне принятия решений человеком моделировать восприятие семантических изображений (содержащих границы и контуры).

Анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, установил, что не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна" и не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественных признаков, представлении таких признаков во взаимосвязи либо изменений ее вида. Имеется в виду случай, когда известный факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, закономерностей.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Предлагаемое изобретение поясняется следующими чертежами.

На чертежах представлено: на фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 изображена структурная схема формирователя управляющих сигналов; на фиг. 3 изображена схема формирователя очередности выполнения работ; на фиг. 4 изображена схема имитатора второй работы; на фиг. 5 изображена структурная схема блока памяти; на фиг. 6 изображена схема блока сравнения; на фиг. 7 изображена структурная схема арифметического блока; на фиг. 8 изображена схема сумматора; на фиг. 9 изображен основной скачок при переходе от i-ой точки фиксации к i+1-ой на плоскости восприятия X, Y; на фиг. 10 изображен алгоритм последовательности расчетов при функционирования блоков устройства; на фиг. 11 изображена структурная схема устройства при соединении блоков с помощью общей шины.

На приведенных фигурах приняты следующие обозначения: 1 - имитатор первой работы; 2 - имитатор второй работы; 3 - имитатор третьей работы; 4 - блок памяти; 5 - блок сравнения; 6 - арифметический блок; 7 - блок эталонной очередности работ; 8 - определитель принадлежности к эталону; 9 - формирователь управляющих сигналов; 10 - формирователь очередности выполнения работ; 11 - элемент задержки; 12 - элемент ИЛИ; 13 - сумматор; 14 - блок памяти; 15 - регистр сдвига; 16 - блок элементов И; 17, 18 - элемент ИЛИ; 19 - дешифратор; 20 - мультиплексоры адреса; 21 - четная линейка ОЗУ; 22 - нечетная линейка ОЗУ; 23, 24 - микросхемы компаратора; 25 - микропроцессор; 26 - шинный формирователь адреса (ШФА); 27 - шинный формирователь данных (ШФД); 28 - блок управления; 29 - постоянное запоминающее устройство (ПЗУ); 30, 31 - логические элементы сумматора по модулю два; 32, 33 - микросхемы сумматоров;
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.

В соответствии с фиг. 1, 8, 9 устройство для статистического моделирования сложной системы работ, содержащее имитатор первой работы 1, имитатор второй работы 2, имитатор третьей работы 3, последовательно соединенные блок памяти 4 и блок сравнения 5, арифметический блок 6, выход которого соединен одновременно с первым входом блока памяти 4 и вторым входом блока сравнения 5, первый выход имитатора второй работы 2 подключен ко второму входу арифметического блока 6, второй выход имитатора второй работы 2 подключен ко второму входу блока памяти 4, третий вход которого соединен с первым выходом имитатора третьей работы 3, второй выход которого подключен к первому входу имитатора второй работы 2, а первый выход блока сравнения 5 соединен с входом имитатора третьей работы 3, последовательно соединенные блок эталонной очередности работ 7 и определитель принадлежности к эталону 8, второй вход которого подключен одновременно к первому входу арифметического блока 6, выходу блока памяти 4 и первому входу блока сравнения 5, последовательно соединенные формирователь управляющих сигналов 9 и формирователь очередности выполнения работ 10, второй вход которого подключен к выходу имитатора первой работы 1, вход которого соединен со вторым выходом формирователя управляющих сигналов 9, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами определителя принадлежности к эталону 8, первый выход формирователя очередности выполнения работ 10 подключен ко второму входу имитатора второй работы 2, а второй выход формирователя очередности выполнения работ 10 соединен с четвертым входом блока памяти 4, второй выход блока сравнения 5 подключен ко входу блока эталонной очередности работ 7.

Имитатор второй работы 2, фиг. 4, содержит два регистра сдвига 15, четыре выхода каждого из которых соединены с блоком элементов И 16, формирующим восьмиразрядное кодовое слово, поступающее на выход блока 2, а два выхода двух ячеек каждого из регистров через сумматор по модулю два подключены к первой ячейке каждого из регистров сдвига. Номера двух ячеек каждого из регистров сдвига выбираются в зависимости от общего числа ячеек регистра сдвига таким образом, чтобы обеспечить максимальный период псевдослучайности выходной последовательности импульсов (Алексеев А.И., Шереметьев А.Г., Тузов Г.И. , Глазов Б. И. Теория и применение псевдослучайных сигналов. - М.: Наука, 1969. - 357 с. ). Четыре выхода каждого из регистров сдвига подключены к соответствующим входам блока элементов И 16, другие входы которых соединены с элементом ИЛИ 18. Этот же выход элемента ИЛИ 18 соединен со входом элемента НЕ 17, выход которого является запускающим для арифметического блока 6.

Имитатор первой работы 1 выполнен аналогично имитатору 2, отличаясь от него отсутствием элемента НЕ 17 и тем, что на вход элемента ИЛИ 18 поступает один сигнал (с выхода элемента ИЛИ 12 формирователя управляющих сигналов 9), поэтому второй вход элемента ИЛИ 18 первого генератора 1 заземлен.

Имитатор третьей работы 3 выполнен аналогично имитатору 2, отличаясь от него тем, что на вход элемента ИЛИ 18 поступает один сигнал (с первого выхода блока сравнения 5), поэтому второй вход элемента ИЛИ 18 третьего генератора 3 заземлен.

Регистры сдвига имитаторов 1, 2 и 3 случайных импульсов собраны на микросхемах К1533, входы продвижения которых соединены параллельно (В.Л. Шило Популярные цифровые микросхемы. Радио и связь, 1987. 352 с.).

Блок памяти 4, фиг. 5, содержит два банка ОЗУ 21 и 22, выполненных на микросхемах КР565РУ6Г, управляющие входы которых соединены с выходами дешифратора 19, а адресные входы чтения/записи подключены к мультиплексору адреса 20. Принципиальная электрическая схема первого блока памяти 4 известна и приведена, например, на стр. 198, рис. 8-31 в книге М.П. Мымрин Конструкция, применение, программирование и ремонт ПЭВМ "Агат". М., Машиностроение, 1990, 304 с.

Блок сравнения 5, фиг. 6 выполнен в виде компаратора и содержат две микросхемы 23 и 24 типа 559СК2 (Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Цифровые устройства. М., Политехника, 1996).

Арифметический блок 6, фиг. 7, содержит последовательно соединенные блок управления 28, блок ПЗУ 29, процессор 25 и шинный формирователь адреса (ШФА) 26, шинный формирователь данных (ШФД) 27, вход которого соединен с выходом блока ПЗУ 29 и входом процессора 25, второй вход которого соединен со вторым выходом блока управления 28, третий выход которого подключен ко второму входу шинного формирователя адреса 26, выход которого соединен со вторым входом блока ПЗУ 29, четвертый выход блока управления 28 подключен ко второму входу шинного формирователя данных 27.

Процессор 25 выполнен на микросхеме К1810ВМ86. Кроме адресных выходов и выходов данных этой микросхемы, используется ее выход R/W (Read/Write), который управляет процессами обмена информацией между процессором 25 и первым блоком памяти 4. При R/W = 1 процессор 25 считывает данные в память 4, а при R/W = 0 записывает данные в эту память 4.

Шинный формирователь адреса 26 и шинный формирователь данных 27 построены на микросхемах К589АП16.

Устройство управления 28 реализовано на элементах комбинаторной логики К1533ЛН1, ЛАЗ и дешифраторе КМ555ИД4.

Постоянное запоминающее устройство 29 реализовано на микросхемах К155РП1 с записанным в них системным программным обеспечением.

Принципиальная электрическая схема арифметического блока 5 с выше рассмотренными блоками 25, 26, 27, 28 и 29, входящими в него, известна и приведена, например, на стр. 166 - 167, рис. 8-10, в книге М.П. Мымрин Конструкция, применение, програмирование и ремонт ПЭВМ "Агат". М., Машиностроение, 1990, 304 с.

Блок эталонной очередности работ 7 представляет собой блок памяти и выполнен аналогично блоку памяти 4, фиг. 5.

Определитель принадлежности к эталону 8 представляет собой компаратор и выполнен аналогично блоку сравнения 5, фиг. 6.

Формирователь управляющих сигналов 9, фиг. 2, содержит элемент задержки 11 и элемент ИЛИ 12, один вход которого соединен со входом элемента задержки 11.

Элемент задержки 11 выполнен в виде четырех последовательно соединенных элементов ИЛИ на микросхеме К155ЛЕ6 (В.Л. Шило Популярные цифровые микросхемы. Радио и связь, 1987, 352 с.).

Элемент ИЛИ 12 выполнен на микросхеме КМ555ЛЕ1 (В.Л. Шило Популярные цифровые микросхемы. Радио и связь, 1987, 352 с).

Формирователь очередности выполнения работ 10 представляет собой последовательно соединенные блок памяти 14 и сумматор 13, фиг. 3.

Сумматор 13, фиг. 8, представляет собой преобразователь прямого кода в обратный на элементах 30 и 31 и двоичный сумматор 32 и 33. Схема принципиальная электрическая сумматора приведена на с. 523 в книге Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Цифровые устройства. М., Политехника, 1996.

Блок памяти 14 выполнен аналогично блоку памяти 4. Принцип работы устройства поясняется с помощью фиг. 1, 8, 9 и заключается в том, что каждый акт восприятия, состоящий из основных функциональных состояний глазодвигательной системы скачков и фиксаций, обеспечивается срабатыванием определенного числа генераторов случайных импульсов. Число таких генераторов должно соответствовать числу возможных форм движений глазодвигательной системы. Принято три формы движений, соответствующих функциональным состояниям глазодвигательной системы - основной скачок, коррекционный скачок и дрейф.

При зрительном восприятии как осмысленных, так и бессодержательных сюжетов, человек вкладывает в него некоторую организацию. Для этого глазодвигательная система производит перевод точки взора с помощью механизмов скачков и фиксаций по некоторому генеральному направлению движения, проверяя связанность воспринимаемых элементов и накладывая на них проекцию центральной области зрения - фовеа (для проверки качества восприятия). Детерминантом логического, семантического или любого другого объединения воспринимаемых элементов, как правило, служат общие пространственные характеристики - в единую группировку (контур или границу) включаются компоненты сходной формы, ориентации и т.д. Когда фигура (контур, граница) выделена, внимание концентрируется на ней, что отражается в направлении, числе и длительности фиксаций глаз в зоне контура или границы фигуры.

Устройство в соответствии с тремя формами движений зрительной системы с помощью имитаторов вырабатывает импульсы, которыми определяются размеры скачков и области дрейфа. Устройство реализует акт восприятия многокомпонентного объекта и проверку связанности воспринятого элемента с другими элементами. Под актом восприятия понимается последовательность функциональных состояний глазодвигательной системы, заканчивающаяся решением о завершенности восприятия элемента многокомпонентного объекта. Каждый элемент, воспринятый зрительным анализатором, проверяется на принадлежность к связанному множеству элементов (контуру или границе). В случае принадлежности к связанному множеству проводится коррекция параметров основного скачка таким образом, чтобы направление движения точки взора на плоскости восприятия соответствовало направлению воспринимаемой границы или контура. Это соответствует психофизиологическим представлениям о том, что глаз человека вначале воспринимает контуры и границы семантических изображений. Каждый акт восприятия разделяется на ряд тактов, в результате каждого из которых принимается решение о невосприятии элемента многокомпонентного объекта, после чего производятся коррекционные скачки до момента принятия решения о восприятии элемента. Решение о восприятии или невосприятии принимается на основе критерия эффективности восприятия. Функционирование устройства от одного акта восприятия к другому не остается постоянным, а изменяется в зависимости от вероятности условий, влияющих на восприятие элементов многокомпонентного объекта и от связанности воспринятого элемента с другими элементами.

Все блоки устройства подключены к общей шине передачи информации, называемой системным интерфейсом. Интерфейс представляет собой унифицированную шину из функционально-объединенных линий, по которым передается вся необходимая информация и управляющие сигналы, необходимые для функционирования устройства. В состав интерфейса входят линии адреса, линии данных, линии запроса прерывания, сигналы управления и др.

Структурная схема устройства, реализованная посредством блоков, соединенных через общую шину, приведена на фиг. 11.

На фиг. 1 общая шина и управляющие сигналы (синхронизация, чтение/запись, начальная установка, адрес записи/считывание и др.) не показаны.

В момент включения устройства в генераторы случайных импульсов, реализующих имитаторы первой 1, второй 2 и третьей 3 работ, заносятся импульсы, которые под действием синхроимпульсов обеспечивают функционирование генераторов. То есть в один из триггеров регистра 15, фиг. 4, записывается единичный импульс, который синхросигналами переписывается из одного триггера в другой, вызывая в определенный такт работы запись единичного импульса в первый триггер регистра 15. Этим обеспечивается формирование псевдослучайной последовательности импульсов на выходе регистров 15.

Устройство работает следующим образом. В зависимости от результата предшествующего акта восприятия в блоке сравнения 5 (представляющим собой компаратор) вырабатывается импульс, который поступает на один из выходов этого блока. При решении о восприятии элемента, по первому выходу блока 5 вырабатывается импульс, поступающий на вход блока эталонной очередности работ 7. В этом блоке 7 хранятся, применительно к рассматриваемому случаю, координаты границы или контура, представляющие собой связанную систему работ, которую необходимо выполнить - воспринять зрительной системой как единое целое. Под действием импульса, поступающего по первому выходу блока сравнения 5, из блока эталонной очередности работ 7 считываются координаты границы или контура, которые в определителе принадлежности к эталону 8 (представляющему собой компаратор) сравниваются с текущими координатами последнего воспринятого элемента, поступающими с выхода блока памяти 4. Этим сравнением определяется принадлежность воспринятого элемента связанной последовательности элементов, образующих контур или границу. В зависимости от принадлежности или непринадлежности выполненной работы к связанному множеству работ производится корректировка параметра основного скачка, определяющего направление движения точки взора по плоскости восприятия.

В случае принадлежности воспринятого элемента контуру, по первому выходу определителя принадлежности к эталону 8 вырабатывается импульс, поступающий на вход формирователя управляющих сигналов 9. Этот импульс поступает одновременно на вход элемента ИЛИ 12 и элемента задержки 11, фиг. 2. С выхода элемента ИЛИ 12 импульс поступает на имитатор первой работы 1, на котором выставлены данные, соответствующие параметрам основного скачка. Имитатор 1 вырабатывает кодовое слово, величина которого соответствует величине основного скачка и углу относительно генерального направления движения точки взора на плоскости восприятия, которое поступает на вход формирователя очередности выполнения работ 10. В этом блоке 10 (при принадлежности воспринятого элемента связанной последовательности работ) производится корректировка направления движения точки взора следующим образом.

В сумматоре 13 (формирователя очередности выполнения работ 10) в случае принадлежности воспринятого элемента к связанному множеству (границе или контуру) к величине, определяющей угол отклонения основного скачка относительно генерального направления движения точки взора на плоскости восприятия, прибавляется некоторая величина. Эта корректирующая величина заложена в блок памяти 14 и списывается из этого блока 14 по разрешающему импульсу. Этот импульс поступает с выхода определителя принадлежности к эталону 8 на вход элемента задержки 11, проходя через который и поступает на вход блока памяти 14. Элемент задержки 11 необходим, чтобы в сумматор 13 формирователя очередности выполнения работ 10 одновременно поступали два сигнала - сигнал, соответствующий основному скачку (с выхода имитатора 1) и коррекционный сигнал (с выхода блока памяти 14).

Если воспринятый в предыдущем акте элемент не принадлежит связанному множеству элементов, тогда по второму выходу определителя принадлежности к эталону 8 вырабатывается сигнал. Этот сигнал, проходя через элемент ИЛИ 12 (формирователя управляющих сигналов 9), запускает первый имитатор 1 для выполнения очередного основного скачка, который в дальнейшем не корректируется. При этом в сумматоре 13 к выработанному сигналу, соответствующему основному скачку, из блока памяти 14 ничего не добавляется, сохраняя тем самым генеральное направление движения точки взора.

Полученный на втором выходе формирователя очередности выполнения работ 10 сигнал в виде кодового слова поступает на четвертый вход блока памяти 4 и записывается в нем.

Одновременно с записью информации в блок памяти 4 с первого выхода формирователя очередности выполнения работ 10 на вход имитатора второй работы 2 поступает запускающий импульс. Под действием этого импульса имитатор второй работы 2 вырабатывает кодовое слово, пропорциональное размеру области дрейфа, которое записывается в блок памяти 4.

В арифметическом блоке 6 на основе считанных данных об основном скачке и дрейфе и в соответствии с фиг. 9 осуществляется расчет следующих величин по соотношениям:
q_i - расстояния от текущей точки фиксации до глаза наблюдателя

l_i - длины основного скачка

координат конечной точки фиксации
x_i+1 = x_i-l_i+1•cosψ,
y_i+1 = y_i-l_i+1•sinψ.
Эти основные расчетные соотношения приведены в статье Рафиков Г.М. О моделировании глазодвигательной системы при восприятии многокомпонентного объекта \ \ Методы цифровой обработки, передачи и отображения телевизионной информации. Сб. 156, ЛИАП, Ленинград, 1982, с. 66-71.

Алгоритм последовательности расчетов при функционировании заявленного устройства реализуется в соответствии со схемой, приведенной на фиг. 10.

На основании рассчитанных величин и координат ближайшего компонента объекта, поступающих из блока памяти 4, в определителе принадлежности к эталону 8 производится сравнение соответствующих кодовых слов и вырабатывается решение о восприятии или невосприятии компонента. Критерием восприятия принята величина площади элемента, накрытого проекцией области фовеа. Предельно допустимое расстояние между центром области фовеа и центром элемента массива, достаточное для принятия решения о восприятия, выражается в виде

где R - радиус области фовеа;
a, b - размеры элемента массива;
θ - угловой размер сегмента захвата;
(Рафиков Г. М. О моделировании глазодвигательной системы при восприятии многокомпонентного объекта\ \ Методы цифровой обработки, передачи и отображения телевизионной информации. Сб. 156. ЛИАП, Ленинград, 1982, с. 66-71).

Если компонент воспринят, тогда по второму выходу блока сравнения 5 вырабатывается импульс, запускающий в работу блоки, обеспечивающие проверку связанности моделируемых работ и выработку основного скачка, то есть с выработки этого импульса начинается новый акт восприятия компонента. В случае выработки решения о невосприятии компонента объекта импульс вырабатывается по первому выходу блока сравнения 5 и, поступая на вход имитатора третьей работы 3, этот импульс начинает такт восприятия. При этом выработанное кодовое слово в имитаторе 3, соответствующее параметрам коррекционного скачка, поступает в блок памяти 4 и одновременно выдается импульс запуска имитатора 2 для моделирования дрейфа. В арифметическом блоке 6 на основании данных о коррекционном скачке и о дрейфе согласно алгоритму по фиг. 10 и по вышеприведенным формулам осуществляется расчет конечной точки фиксации с последующим сопоставлением координат ближайшего компонента объекта и последующей проверкой условий восприятия в блоке 5. Такты выработки коррекционных скачков продолжаются до тех пор, пока не будут удовлетворены условия в блоке сравнения 5, то есть пока не будет завершен акт восприятия.

В результате проведенных актов и тактов работы устройства в блоке памяти 4 накапливается информация о различных характеристиках зрительного восприятия, таких как число основных, коррекционных скачков и дрейфах анализатора, времени, затраченном на эти работы, в процессе восприятия сюжета и другие характеристики. При обращении микропроцессора 25 к ПЗУ 29 организуется диалог пользователя устройства со средством системного монитора, записанного в ПЗУ 29, и необходимые данные будут выведены на выход устройства.

Блоки заявляемого устройства работают следующим образом.

Имитатор первой работы 1 представляет собой два регистра сдвига 15, собранные на микросхемах К1533, входы продвижения которых соединены параллельно. Один из регистров сдвига вырабатывает сигнал в виде четырехразрядного кодового слова, соответствующего длине основного скачка точки взора на плоскости восприятия, а второй регистр вырабатывает аналогичный сигнал, определяющий угол, под которым происходит основной скачок. За счет обратной связи в первую ячейку каждого из регистров сдвига может быть записан единичный импульс, чем обеспечивается псевдослучайный закон распределения величины сигнала на выходе каждого из регистров. Четырехразрядные кодовые слова на выходе блока 1 формируются с помощью блока элементов И 16 в восьмиразрядное кодовое слово, которое поступает в сумматор 13 формирователя очередности выполнения работ 10. При этом разрешающий сигнал в виде импульса поступает с выхода элемента ИЛИ 18, на один из входов которого поступает импульс с формирователя управляющих сигналов 9.

Имитаторы второй 2 и третьей 3 работ функционируют идентично, так как одновременно с выработкой восьмиразрядного кодового слова выдают на выход соответствующего имитатора сигнал запуска в работу других блоков устройства.

Имитатор третьей работы 3 представляет собой два регистра сдвига 15, собранные на микросхемах К1533, входы продвижения которых соединены параллельно. Один из регистров сдвига вырабатывает сигнал в виде четырехразрядного кодового слова, соответствующего длине коррекционного скачка точки взора на плоскости восприятия при невосприятии элемента. Это соответствует тому, что площадь фовеа, пересекающая элемент меньше предельно допустимой величины, необходимой для восприятия элемента. Второй регистр вырабатывает аналогичный сигнал, определяющий угол, под которым происходит движение точки взора к ближайшему невоспринятому элементу. В имитаторе второй работы 2 оба регистра сдвига 15 формируют восьмиразрядное кодовое слово, соответствующее дрейфу. За счет обратной связи в первую ячейку каждого из регистров сдвига может быть записан единичный импульс, чем обеспечивается псевдослучайный закон распределения величины сигнала на выходе каждого из регистров. Четырехразрядные кодовые слова на выходе соответствующего блока 2 или 3 формируются с помощью блока элементов И 16 в восьмиразрядное кодовое слово, которое поступает в блок памяти 4. Разрешение на формирование выходного кодового слова поступает через элемент ИЛИ 18, а импульс, запускающий имитатор второй работы 2 или арифметический блок 6, формируется в элементе ИЛИ 17.

Блок памяти 4 предназначен для приема, хранения и передачи данных на общую шину по запросу процессора 25, входящего в арифметический блок 6. Весь объем памяти блока 4 разделен на два банка - четный 21 и нечетный 22. Четный банк 21 всегда принимает или выдает младшие разряды данных, нечетный банк 22 - старшие разряды при работе со словом данных. Чтение данных осуществляется на адреса, поступающие от процессора 25, который выставляет на шине адреса (ША) адрес строки и адрес столбца оперативной ячейки памяти. Слово адреса (байт) поступает на все микросхемы памяти и записывается в них по отрицательному перепаду сигнала RAS. Адресное слово столбца поступает на адресные входы всех микросхем памяти и записывается в них по отрицательному перепаду сигнала CAS. На этом адресная часть цикла чтения заканчивается. Высокий уровень сигнала R/W, поступающего от процессора на все микросхемы памяти обеспечивает их работу в режиме "чтения". Сигналы чтения-записи, используемые для управления процессами обмена информацией между микропроцессором и памятью, вырабатываются в дешифраторе 19, а адреса ячеек блоков 21 и 22 формируются мультиплексорами адреса 20.

Адресная часть цикла операций "запись" аналогична адресной части цикла операции "чтение". При этом наличие низкого уровня сигнала R/W переводит один из массивов ОЗУ в режим записи. По окончании адресной части цикла слово данных (байт), выставленных процессором на шину данных, записывается в один из банков ОЗУ. Другой банк ОЗУ в это время находится в режиме чтения, что необходимо для его регенерации.

Обмен информацией между блоком памяти 4 и арифметическим блоком 6, поступление информации с формирователя очередности выполнения работ 10, второго 2 и третьего 3 имитаторов, выдача информации на блок сравнения 5 и определитель принадлежности к эталону 8 осуществляется по шине данных. На шине данных в соответствующие циклы выставляются в виде восьмиразрядных кодовых слов данные, необходимые для функционирования устройства, а на шине адреса выставляются адреса записи или чтения этих данных.

Блок сравнения 5 и определитель принадлежности к эталону 8 работают на основе сравнения входных кодовых слов, которые разбиваются таким образом, что младшие и старшие разряды по четыре поступают на соответствующие микросхемы типа 559СК2, на которых выполнены блоки, фиг. 5.

Арифметический блок 6 выполняет следующие функции: выдачу адресов чтения информации по шине адреса: прием, обработку и выдачу информации по шине данных, формирование сигналов дешифратора адреса, необходимых для работы периферийных модулей; организацию диалога посредством системного монитора, записанного в блок ПЗУ 29.

Выполнение команд арифметического блока 6 производится циклами, в течение которых процессор 25 обращается к командным регистрам или обменивается данными с блоком памяти 4. Каждый цикл инициируется интерфейсом и содержит четыре обязательных такта. Временные диаграммы работы микропроцессора К1810ВМ86 приведены, например, на рис. 1.10, стр. 30, в книге Микропроцессорный комплекс К1810. Структура, программирование, применение: Справочная книга/ Ю.М. Казаринов и др. - М.: Высш. шк., 1990. - 269 с.

При поступлении импульса (с выхода имитатора второй работы 2) в арифметический блок 6 - на блок управления 28, на его выходах формируются сигналы, поступающие на блоки, входящие в арифметический блок 6. При этом микропроцессор 25 вырабатывает следующие сигналы: через шинный формирователь адреса (ШФА) 26 - адрес в первый блок памяти 4, а через шинный формирователь данных (ШФД) обменивается данными и командами с памятью и периферийными устройствами. По сигналу чтение-запись R/W=0 в микропроцессор 25 поступают данные с блока памяти 4, обеспечивающие расчет координат конечной точки фиксации после основного скачка и дрейфа либо после коррекционного скачка и дрейфа. Параметры этих состояний зрительной системы моделируются в имитаторах 1, 2 и 3. По сигналу R/W=1 микропроцессор 25 выдает рассчитанные данные координат для хранения их в блоке памяти 4 и подсчитывает величину площади фовеа, накрывшей ближайший компонент объекта. В следующий такт работы микропроцессор 25 выдает это подсчитанное значение в блок сравнения 5 для решения о восприятии ближайшего (к конечной точки фиксации) компонента. Для этого из блока памяти 4 на другой вход блока сравнения считывается величина площади, обеспечивающая решение о восприятии. В блок ПЗУ 29 записано системное программное обеспечение.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении, при использовании заявленного устройства следующей совокупности условий: средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в вычислительной технике, при проектировании, эксплуатации и прогнозировании устройств отображения информации, предназначенной для человека-оператора в процессе принятия им решения, в частности для оценки возможности принятия решения человеком при дефиците времени, путем моделирования процесса восприятия; для заявленного устройства, в том виде, как оно охарактеризовано в изложенной формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов; средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Преимущество изобретения состоит в том, что повышение точности моделирования зрительного восприятия семантических изображений значительно расширяет область применения заявленного устройства. Его использование существенно повышает эффективность проектирования систем, в которых человек-оператор принимает решения, воспринимая визуальную информацию. Путем внесения сюжета зрительного восприятия в запоминающее устройство, а в генераторы случайных импульсов - основных функциональных состояний зрительного анализатора с помощью заявленного устройства моделирования появляется возможность без участия человека оперативной оценки зрительного восприятия при изменении характеристик устройств и содержания воспринимаемого сюжета изображения.

Благодаря введенным блокам и связям между ними точность моделирования процесса восприятия семантических сюжетов повысилась примерно на 70%. Это объясняется тем, что 70..80% площади сюжета окружающей действительности заключены в контуры и границы (Ярбус А.Л. Роль движений глаз в процессе зрения. Наука, 1965, 167 с.).

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при проектировании, испытании и эксплуатации средств визуализации информации. Техническим результатом является повышение точности моделирования за счет учета связанности между выполняемыми работами, производимыми зрительной системой, при восприятии изображений, содержащих границы и контуры. Для этого в устройство, содержащее имитаторы работы, блок памяти, блок сравнения, арифметический блок, введены блок эталонной очередности работ, определитель принадлежности к эталону, формирователь управляющих сигналов и формирователь очередности выполнения работ. 11 ил.

Устройство для статистического моделирования сложной системы работ, содержащее имитатор первой работы, имитатор второй работы, имитатор третьей работы, последовательно соединенные блок памяти и блок сравнения, арифметический блок, первый вход которого подключен одновременно к выходу блока памяти и первому входу блока сравнения, а выход арифметического блока соединен одновременно с первым входом блока памяти и вторым входом блока сравнения, первый выход имитатора второй работы подключен ко второму входу арифметического блока, второй выход имитатора второй работы подключен ко второму входу блока памяти, третий вход которого соединен с первым выходом имитатора третьей работы, второй выход которого подключен к первому входу имитатора второй работы, а первый выход блока сравнения соединен с входом имитатора третьей работы, отличающееся тем, что в устройство введены последовательно соединенные блок эталонной очередности работ и определитель принадлежности к эталону, второй вход которого подключен к выходу блока памяти, последовательно соединенные формирователь управляющих сигналов и формирователь очередности выполнения работ, второй вход которого подключен к выходу имитатора первой работы, вход которого соединен со вторым выходом формирователя управляющих сигналов, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами определителя принадлежности к эталону, первый выход формирователя очередности выполнения работ подключен ко второму входу имитатора второй работы, а второй выход формирователя очередности выполнения работ соединен с четвертым входом блока памяти, второй выход блока сравнения подключен ко входу блока эталонной очередности работ.