Конференции ИВТ СО РАН

Тезисы докладов

Задача обеспечения современного образования учебными материалами требует создания электронных средств обучения (ЭСО), которые в случае физико-математических дисциплин должны содержать большое количество научной графики: иллюстраций, схем, диаграмм, функциональных зависимостей, анимации, а так же динамических моделей, использующих графическое представление результата.

Все возрастающий объем создаваемых ЭСО, повышение требований к ним ведут к тому, что для их создания перспективно использовать различные инструментальные системы, из которых особенно интересны основанные на базах данных, опубликованных в Интернет. Таким образом, появляется необходимость встраивать графические подсистемы в такие Инструментальные среды с целью облегчить работу автора и предложить унифицированный интерфейс для создания ЭСО.

Цели данной работы:

1. Исследовать возможность и предложить эффективный подход для построения графических инструментальных средств создания учебных Интернет ресурсов на основе одного из существующих форматов векторной графики.
2. Спроектировать и реализовать как можно более полную графическую систему для создаваемого в НГУ Инструментального портала, предназначенного для построения ЭСО.

Инструментальный портал - это сетевое ПО, работающее на основе мультимедиа баз данных учебных материалов. Используемая модель данных носит объектный характер. В системе предусмотрено разделение прав доступа к БД. Программист работает с ней через специальное ПО и создает представление курса для автора и пользователей через создание шаблонов (методов классов), согласно которым генерируются HTML страницы при обращении к ним пользователя. В результате портал позволяет работать над созданием учебных пособий коллективам авторов (в том числе территориально разделенным), не имеющим специальных знаний в области информационных технологий, используя только предоставляемый системой WEB-интерфейс.

Графическая система должна обеспечить:

• возможность создания и редактирования широкого набора графических объектов;
• унифицированный пользовательский интерфейс, позволяющий встроенными средствами без труда увеличивать, уменьшать и, при необходимости, перемещать изображение;
• возможность создания анимированной научной графики;
• предоставить универсальную библиотеку научной графики для упрощения работы с часто встречающимися объектами при программировании моделей.

На основе проведенного анализа предложен метод представления научной графики на основе SVG стандарта. Формат SVG (Scalable Vector Graphics - масштабируемая векторная графика) - это XML-словарь, предназначенный для описания двухмерной векторной графики для Интернета и других приложений. SVG имеет много преимуществ перед другими форматами изображений, такие как: масштабируемость, поддержка скриптов и анимации.

Графическая подсистема инструментальной среды разработки ЭСО на основе SVG стандарта должна в себя включать:

1. редактор SVG графики;
2. средства просмотра графических объектов;
3. средства настройки графического отображения объектов;
4. библиотеки SVG графики пригодные для использования различными системами программирования.

Для работы в составе Инструментального портала необходим редактор, интегрированный в Web-интерфейс и работающий на стороне клиента. Он должен иметь возможность создания и редактирования широкого набора графических объектов, уметь работать с любыми пользовательскими настройками, выводить результат на печать, содержать средства отображения полученного результата, позволять экспортировать созданные графические объекты в распространенные как векторные, так и растровые форматы.

Необходимо создать унифицированный графический интерфейс для пользователей ЭСО, позволяющий легко модифицировать видимое изображение (например, увеличивать, уменьшать изображение или менять шрифт).

Для облегчения моделирования требуется спроектировать и создать библиотеку, реализующую основные функции создания и редактирования часто встречающихся в научной графике объектов (например, функции sin(x), exp(x)).

В результате работы спроектирован и встроен прототип графической системы Инструментального портала для создания ЭСО по естественнонаучным дисциплинам.

Для реализации возможности изменять параметры просмотра графических объектов используется поддержка SVG стандартом таблицы стилей CSS и XSLT преобразований. Создан набор таких таблиц, все они интегрированы в систему, что позволяет динамически выбирать и подсоединять одну из них для применения к текущему объекту.

В настоящее время прототип графической системы встроен в Инструментальный портал, оттестирован и прошел апробацию при создании графики для курса "Физика атомов и молекул":

• созданы иллюстрации к курсу: схемы энергетических уровней, поверхностей, ограничивающих атомные орбитали, экспериментальных установок и приборов; графики; диаграммы взаимодействия частиц. Применение SVG стандарта позволило значительно уменьшить размер графических объектов (до 10 раз, по сравнению с растровой графикой) и, в то же время, значительно улучшить их качество.
• Java-апплеты, демонстрирующие излучение электронов при переходах по энергетическим уровням атома. Для представления результата они используют формат SVG, что повысило четкость изображения.

Опыт работы позволяет сделать заключение, что система готова к использованию для создания научной графики при построении любого курса естественнонаучного направления в Инструментальном портале.

Таким образом, проведенное исследование позволяет сделать заключение об эффективности использования SVG стандарта для построения графических инструментальных средств, предназначенных для создания ЭСО и работающих, в том числе через Интернет.

Предполагается продолжение исследований в следующих направлениях:

• обеспечение возможности экспорта SVG графики в наиболее распространенные форматы векторной и растровой графики, в том числе для получения оригинал-макета;
• создание и интеграция библиотеки, описывающей набор объектов трехмерной графики, используя примитивы стандарта SVG, для реализации графического представления трехмерных моделей;
• развитие библиотек, работающих с SVG графикой, для обеспечения возможности их использования различными системами программирования для графического представления результатов моделирования;
• исследовать возможность внедрения в Инструментальный портал одного из ядер математических расчетов для построения численных моделей физических явлений, а так же перспективность его сопряжения с созданной графической системой.

Примечание. Тезисы докладов публикуются в авторской редакции

Ваши комментарии Обратная связь

[Головная страница] [Конференции]

© 1996-2000, Институт вычислительных технологий СО РАН, Новосибирск
© 1996-2000, Сибирское отделение Российской академии наук, Новосибирск