书城科普读物日新月异的信息科学(科普知识大博览)
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第15章 信息显示(2)

将第二种情况推广,还可以提出一种更为广泛的形式,称为开放式信息的显示。这种情形下,信息的显示与接受信息的高等智能体之间是一种隐式的关系。可能是相关也可能无关,是一种复杂的、潜在的联系形式,仁者见仁,智者见智,是对开放式信息的显示的最好概括。但开放式信息的显示这种情况却更为普遍。例如,众所周知,物理学家牛顿在苹果树下被苹果砸到头部,这个事件触发了他发明"万有引力"定律的灵感。而其他绝大部分的人,如果有同样的情形发生,也许是用袖子把苹果擦干净,啃上两口。当然,想和做是开放的,没有人完全知道会发生什么作用。这是信息显示的开放式作用的表现。

总之,信息显示的作用与信息系统本身的目的有密切关系,同时,它也与信息系统面临的主体也有密切的关系。

信息显示的基本方法计算机是信息显示的最基本平台。早期的计算机最重要的特点是体现"通用机"的灵活性,使计算机能执行任何信息处理任务,没有建立各种各样信息表达形式的能力,这就限制了人和计算机之间的信息沟通。

近年来,人们认识到最重要的是如何使用人们所有的感觉和信息沟通能力与计算机发生交互作用。在计算机系统中使用音频、视频、图形和动画等不只是常规计算机的扩充,而是试图将计算机开发成一台"通用机器",使它能完整地理解人的需要,并和人沟通信息,因此,一个易于使用的、形象直观的多媒体、多通道的信息显示系统将极大地改善系统的可用性。还可以从多个角度考虑信息显示的基本方法:信息显示的多样性和信息显示的多模态。

多媒体媒体是信息的载体,分为感觉、表示、显示、存储和传输媒体。多媒体的定义多种多样,人们从各自的角度出发对多媒体给出了不同的描述。如对于表示媒体,"多媒体"常常是指信息表示的多样化,常见的形式有文字、图形、图像、声音、动画、视频等多种形式,那些可以承载信息的程序、过程或活动也是媒体。

多媒体的关键特性主要包括信息载体的多样化、集成性和交互性3个方面。信息载体的多样化是相对于计算机而言的。把计算机所能处理的信息空间范围扩展和放大,不再局限于数值、文本或是被特别对待的图形或图像,这是使计算机变得更加人类化所必需的条件。多媒体就是要把机器处理的信息多样化或多维化,使之在信息交互的过程中,具有更加广阔和更加自由的空间。

多媒体的第二个关键特性是交互性。它将向用户提供更加有效地控制和使用信息的手段,同时也为应用开辟更加广阔的领域。交互可以增加对信息的注意力和理解,延长信息保留的时间。在单一的文本空间中,交互的效果和作用是很差的。很难做到自由地控制和干预信息的处理。当多媒体交互性引入时,"活动"本身作为一种媒体介入了信息转变为知识的过程。借助于活动,人们可以获得更多的信息。例如,在计算机辅助教学中,可以人为地改变信息的组织过程,研究感兴趣的某些方面,从而获得新的感受。交互性一旦被赋予了多媒体信息空间,可以带来很多的好处。

多媒体的第三个关键特性是集成性,它是在系统级的一次飞跃。早期的各项技术是单一、零散的,但当各项技术发展到了相当成熟的程度,并且独立发展不再能满足应用的需求时,就需要集成在一起。它包括多媒体信息媒体的集成和处理这些媒体的设备的集成。

屏幕显示屏幕是信息显示的主要手段之一,随着计算机的广泛使用,用户对其支持多任务的要求越来越强烈。因为在应用中各种用户经常会在多个任务间切换。例如,程序员必须从程序代码转移到数据说明,或从过程调用转移到过程定义;科技论文的作者从撰写文本中转移到插入参考文献引文出处,复核实验数据,再生成插图,最后阅读以前的论文;航空公司订票员从在旅客预定的行程的工作转移到核对航班时刻表再选择安排座位;办工室工作人则从写文档转移到电子报表再检查电子邮件等。所有这些情况都要求设计者要考虑各种各样的策略来管理和访问相关信息的多窗口。图25为航班信息显示视图。

图25航班信息显示视图许多计算机用户的普遍问题是要求快速地查询多种资源而同时最低限度的分散他们在任务上的注意力。用桌上大的或墙画尺度的显示器,可以同时显示大量的有关联的文档,但视野和头眼的移动则是一个问题。用小显示器,窗口通常太小而不能提供适宜的信息或上下文。折中的办法是,利用9~27英寸显示器(大约640×480~2048×2048像素),要向用户提供足够的信息以及完成其任务的灵活性而同时减少窗口管理操作、分散注意力的干扰以及头眼的移动,这是对设计者的挑战。动画特性、三维状态以及图形设计在多窗口设计中起着关键的作用。

对大多数系统,显示设计是成功设计的一个关键部分,同时也是许多热烈争论的起源。密集或零乱的显示能使人生气,而前后不一致的格式也会抑制性能的发挥。

设计者首先总是应该通晓用户的任务,不受显示屏大小、响应时间或可用字体的限制。高效的显示设计应以执行任务的适当的顺序提供所有必要的数据。考虑到有限的显示容量,设计者可把显示编排成页。条目有意义的分组(带有适宜用户理解的标题)、各组前后一致的顺序以及整齐的格式,这些都有助于任务的执行。每组的周围可以是空格或记号,如一个方框。另外有关的条目可用高亮度显示、负像显示、彩色或特殊字体宋表示。在组内,用左对齐或右对齐,数值按小数点对齐、分解的长字段加记号来达到整齐的格式。

字符的显示国家标准汉字字符集GB2312-80共收集了共7445个汉字和图形符号,其中汉字6763个,分为二级,一级汉字3755个,二级汉字3008个。汉字图形符号根据其位置将其分为94个区,每个区包含94个汉字字符,每个汉字字符又称为一个"位"。在文件ASC16中按ASCII码从小到大依次存有8×16的ASCII码点阵,每个ASCII码占用16B。

在PC机的文本文件中,汉字是以机内码的形式存储的,每个汉字占用两个字节:第一个字节为区码,为了与ASCII码区别,范围从十六进制的0A1H开始(小于80H的为ASCII码字符),对应区位码中区码的第一区;第二个字节为位码,范围也是从0A1H开始,对应某区中的第一个位码。这样,将汉字机内码减去0AOAH就得该汉字的区位码。

例如,汉字"房"的机内码为十六进制的"B7BF",其中"B7"表示区码,"BF"表示位码。所以"房"的区位码为087BFH-0AOAOH=171FH。将区码和位码分别转换为十进制得汉字"房"的区位码为"2331",即"房"的点阵位于第23区的第31个字的位置,相当于在文件HZK16中的位置为第32×〔(23-1)×94+(31-1)〕=67136B以后的32个字节为"房"的显示点阵。

码的显示与汉字的显示原理相同,在ASC16文件中不存在机内码的问题,其显示点阵直接按ASCII码从小到大依次排列,不过每个ASCII码在文本中只占1个字节并且小于80H,每个ASCII码为8×16点阵,即在ASC16文件中,每个ASCII码的点阵也只占16个字节。

字段的布局在设计中考察不同的布局会是一种有用的手段。这些设计选择方案应在显示屏幕上直接开发,通过对比,选取更好的布局。例如,一个含有配偶以及孩子的信息的雇员记录可能粗糙的显示如下:

李孝国034787331王娟李良李莉李强这个记录或许包含了某一任务的必要信息,但是从中摘取信息会很慢且易于出错。

使用数据标题,这对大多数用户理解数据含义十分有用,并把有关孩了们的信息缩进几格对表示这些重复的字段的归类有帮助。

雇员姓名:李孝国身份证号码:

配偶姓名:王娟子女姓名生日李强李良李莉图形与图像计算机屏幕上显示出来的画面与文字,通常有两种描述方法:一种方法称为矢量图形或几何图形方法,简称图形(Graphics);另一种描述画面的方法叫做点阵图像或位图图像方法,简称图像(Image)。

矢量图形是用一个指令集合来描述的。这些指令描述构成一幅图的所有直线、圆、圆弧、矩形、曲线等的位置、维数和大小、形状、颜色。显示时需要相应的软件读取这些指令,并将其转变为屏幕上所显示的形状和颜色。产生矢量图形的程序通常称为绘图(Draw)程序,它可以分别产生和操作矢量图形和各个片断,并可任意移动、缩小、放大、旋转和扭曲各个部分,即使相互覆盖或重叠。也依然保持各自的特性。位图图像是由描述图像中各个像素点的高度与颜色的数位集合组成。它存在内存中,也就是由一组计算机内存位组成,它适合表现比较细致、层次和色彩比较丰富、包含大量细节的图像。

生成位图图像的软件工具通常称为绘图(Paint)程序,可以制定额色画出每个像素点来生成一幅画。它所需空间比矢量图形大很多,因为位图必须指明屏幕上显示的每个像素点的信息。但显示一幅图像所需的CPU计算量要远小于显示一幅图形的CPU计算机,这是因为显示图像一般只需把图像写入到显示缓冲区中,而显示一幅图形则需要CPU计算组成每个图元(如点、线等)的像素点的位置与颜色,这需要很强的CPU计算能力。

彩色显示更符合自然世界的色彩,但不当的色彩搭配也会令用户产生反感。信息显示中色彩的作用在于:给缺少趣味的显示增添特色;在复杂的显示中,便于识别微细的差别;突出信息的逻辑结构,引起对告警的注意;引起强烈的情绪响应如愉悦、激动、害怕或气恼。色彩的实现通过彩色空间和位平面。彩色空间是指彩色图像所使用的彩色描述方法(也叫彩色模式)。常用的彩色空间有RGB(红绿蓝)空间、CMYK(青橙黄黑)空间和YUV(亮度、色差)空间。位平面是指彩色图像的各个彩色成分的所有像素构成的一个集合。如RGB空间中的彩色图像有3个位平面,即R、G、B平面。

图像在存储媒体中的存储格式称为文件格式,此格式因软硬件制造商的不同而不同。常见的文件格式有以下6种。

①PCX格式最初由Z-SOFT公司为其图像处理软件——PCPaintbrush设计的文件格式。它是目前使用最广泛的文件格式之一。该格式比较简单,使用游程长编码(RLE)方法进行压缩,压缩比适中,适合于一般软件的使用,压缩和解压缩的速度都比较快。另外,由各种扫描仪扫描得到的图像几乎都能存成PCX格式。

②BMP和DIB格式是Windows所使用的与设备无关的点位图文件存储格式。

是标准的Windows和OS/2的图像格式的基本位图格式。该文件格式比较简单,并且为了图像处理的方便,用BMP文件格式存储的图像数据都不能压缩,因此图像文件较大。

③GIF格式格式,译为图形交换格式,由Compuserre公司设计开发,便于在不同的平台上进行图像交流和传输。目前,互联网的Web浏览器(如Netscape、IE)一般都采用GIF格式处理图形数据。GIF是使用LZW压缩方法的主要图形文件格式。因此,文件压缩比较高,长度较小。

④TIF格式格式由Aldus和Microsoft合作开发,最初用于扫描仪和桌面出版业,是工业标准格式,支持所有的图形类型,同时被许多图形应用软件(如CorelDraw、Photoshop等)所支持。

格式文件分为压缩和非压缩两类。非压缩的TIF文件独立于软硬件,但压缩文件要复杂多了,图形文件压缩后,格式改为TIF格式。

⑤JPG和PIC格式和PIC原是AppleMac机器上使用的一种图形格式,都是用JPEG压缩标准进行图像数据压缩,在PC机上十分流行。其持点是文件非常小,而且可以调整压缩比。

文件的显示比较慢,仔细观察图像的边缘可以看出不太明显的失真,因为JPG的压缩较高,非常适用于要处理大量图像的场合。

⑥PCD格式格式是Kodak公司开发的电子照片文件存储格式,是Photo-CD的专用格式,一般都存储在CD-ROM上,读取PCD文件要用Kodak公司出的专门软件。由于Photo-CD的应用格式非常广,现在许多文件如Photoshop和CorelDraw都可以将PCD文件转换成其他标准的图像文件。

自然语言对话人们希望有朝一日计算机能很容易地响应用户以自然语言键入或口述发出的命令,人们用一种熟悉的自然语言(如汉语、英语)给出指令并接收响应的计算机操作方式。计算机通过自然语言文本的生成技术自动形成报告。例如,根据复杂的数学模型准备结构化的天气报告(星期日下午晚些时候在北郊有80%下小雨的可能);根据读取的医学实验数据,生成报告(白血球计数为12000),而且也会产生警告(此值超出正常范围3000~8000的50%)或建议(建议作进一步的系统感染检查);还有能生成法律遗嘱、合同或商业计划等。

语音识别与生成语音识别与生成是人—机语音通信的一个重要组成部分。语音合成可以分为两类,一类是语音的参量编码,即压缩语音的存储和回放。例如,线性预测编码(LPC速率为2.4kbit/s),码激励线性预测(CELP速率为4.8kbit/s),多脉冲激励线性预测(MPLP速率为9.6kbit/s)。

另一类是语音的规则合成,或称文—语转换(TexttoSpeech),最有名的是美国麻省理工学院(MIT)的Dectalk系统和瑞典皇家理工学院传输实验室的KTH系统。MIT是以共振峰合成,而KTH是用共振峰对声道的对应关系再转换为零、极点位置和滤波器系数来实现的,这类机器对发音规则进行了比较充分的研究,是电子学专家和语音学家共同努力的结果。