Sie av 6 NTNU Norges teknisk-naturvitenskaelige universitet Fakultet for informasjonsteknologi, matematikk og elektroteknikk Institutt for atateknikk og informasjonsvitenska EKSAMEN I FAG SIF839 GRAFIKK, BILDEBEHANDLING OG MENNESKE-MASKINGRENSESNITT ONSDAG 5. MAI 22 LØSNINGSFORSLAG OPPGAVE Metaforer vs. vinussstemer ( oeng) a) Når man skal esigne et grafisk brukergrensesnitt står man ofte overfor valget mellom å bruke stanarelementer fra et vinussstem eller å utvikle en grensesnittmetafor. Angi foreler og ulemer me begge valgene. Forelen me en go metafor er at et gjør et lettere for brukeren å forstå logikken til grensesnittet, og ofte gir et mer helhetlig esign. Stikkoret er gjenkjenning ift. en unerliggene roblemstillingen. Det betr at et er ønskelig å bruke en metafor, ersom en go en finnes. Forelen me å bruke stanarelementer fra et vinussstem er også knttet til gjenkjenning, men enne gang ift. hvoran en mer konkret oererer grensesnittet. Strukturelle mønster hører også me, f.eks. liste-etalj-view over ata, og gjør et lettere å ta en n alikasjon i bruk. Bruk av stanarelementer gjør et også enklere å veksle mellom forskjellig alikasjon og evt. integrere em i et felles grensesnitt. b) Det skal utvikles et sstem for å eitere innholet i telefonbaserte automatiske svartjenester. Slike tjenester brukes f.eks. av butikker for at kunene skal kunne få informasjon om varetilbu, åningstier o.l. Kunen som ringer o tjenester og gjør valg vha. tall-, *-, og #-tastene å telefonen. Målgruen for eiteringsstemet er butikkersonale uten sesialkometanse i ata. Anta at sstemet tillater å sille inn lmelinger, og å angi hvilke tastetrkk å telefonen som tar innringeren automatisk viere til anre melinger. Du kan anta at informasjonen kan reresenteres som en trestruktur, vs. at svartjenesten tilsvarer en hierarkisk men.
Sie 2 av 6 Det er utviklet to forslag til grafisk grensesnitt: Forslag I: Reresenter strukturen vha. hierarkiske lister f.eks. Swings JTree. Forslag II: Reresenter atastrukturen som et hulesill (rom-metafor), er hvert rom er en lmeling, og for hvert tastetrkk å telefonen går et en ør viere til et annet rom. Evaluer foreler og ulemer me forslag I og II. Forslag I. Foreler: Gjør bruk av eksisterene grensesnittelementer som brukeren vil gjenkjenne. Det finnes etablerte måter å legge inn ne elementer, eitere og slette. Ulemer: Hierarkiske lister kan virke komliserte for ikke-tekiske brukere. Det "tekniske" utseenet kan stre resultatene vekk fra mer kreative løsninger. Forslag II: Foreler: Hvis metaforen er riktig utformet kan en ofattes som intuitiv og minske olæring. Ulemer: Hvis metaforen kun realiseres i form av et "first erson" sill, så vil brukeren ikke få noe grafisk kart over hele melingstreet. Dette kan avhjeles ve netto å generere et slikt kart automatisk som en el av rogrammet. Det er ikkegitt utifra HCI teori hvilken av e to løsningene som vil være best. Kun gjennom rototing og brukbarhetstesting me reresentative brukere kan ette fastslås. OPPGAVE 2 MMI Afforance ( oeng) a) Forklar begreet afforance slik et brukes i læreboka. Begreet "afforance" kommer fra Gibsons "Ecological Pscholog" og Don Norman. I Normans tolkning betr et noe slikt som "et ve et objekts form/utseene som inireker ets bruk/virkemåte". b) Gi eksemler å kulturelt betingee afforance og universell afforance som gjeler for alle mennesker å tvers av kulturer. Kulturell afforance er avhengig av kulturell kontekst. Et eksemel er knae- og brter utseene som i vår kultur inikerer "noe man trkker å for å få noe til å skje". Universell afforance er felles for alle kulturer. Cola flaskens form inikerer at en kan holes for alle mennesker uansett kultur. Det er vert å merke seg at ette ikke gjeler for alle arter. F.eks. vil ikke Cola flaskens form ha en samme mening for en elfin (som ikke har hener).
Sie 3 av 6 OPPGAVE 3 Gjenkjenning vs. fremkalling ( oeng) a) Innen litteraturen om menneskelig hukommelse skilles et mellom recall (fremkalling) og recognition (gjenkjenning). Hva sier en kognitive skologien om menneskets evne til henholsvis recall og recognition? Vi er klart flinkere til og gjenkjenne enn å fremkalle. F.eks. kan man kjenne igjen tegneserier man leste som barn selv om man ikke å forhån vil være istan til å ramse o alle tegneserier man har lest. Anre eksemler er gjenkjenning av ansikt vs. evnen til å tegne/beskrive ansikter. b) Det skal utvikles et grafisk brukergrensesnitt for et komlekst sstem me 44 forskjellige funksjoner. Det har kommet o flere forslag til løsninger. Forslag I: Kommanosråk som for UNIX me 44 forskjellige kommanoer. Forslag II: Hierarkisk ull-own men sstem me inntil 4 nivåer av mener. Forslag III: En 22 matrise av grafiske ikoner me tilhørene tekst som allti er snlig å skjermen. Evaluer forslag I, II og III utifra innsikten om recall vs. recognition Forslag I: De 44 kommanoene må huskes (recall), noe som setter store krav til olæring og evt. tilhørene brukermanualer og hjelesstemer. Forslag II: Me hierarkiske ull-own mener vil allti øverste nivå kategorier være snlig (recognition). Dette gir en klar brukbarhetsforel. Brukeren ser erimot ikke alle muligheter samtiig, og metoen vil erfor kun fungere ersom menstrukturen oleves logisk for brukeren slik at han kan finne fram to-own. Dette setter krav til riktig kategorisering og klassifisering. Forslag III: En 22 matrise vil gjøre alle valg snlige samtiig (recognition). Utifra teorien om recall/recognition er ette otimalt. I raksis er et begrenset hvor store oversikter en bruker er istan til å lete seg fram i effektivt, men et favnes av anre innsikter i kognitiv skologi. OPPGAVE 4 Bilebehanling - Bileforbering (5 oeng ) For ogave a krever vi bare at et emonstreres noenlune generell forståelse for å gi tokarakterer, noen etaljer kan gjerne mangle. Verre hvis et som sies er irekte feil. Fotografier som er skjemmet av ujevn belsning kan moelleres som ielvise roukter mellom refleksjons- og belsningsbiler, er sistnevnte antas å ha kun svært lavfrekvent informasjon.
a) Utle et ikke-lineært homomorft filter som kan forbere slike fotografier. Kat. 4.5 (s.9-94) Sie 4 av 6 b) Gi alle algoritmer nøvenige for å realisere filteret, inklusive alle transformer. Algoritme: log() av hvert iel, algo. for 2D DFT: fire løkker og akkumulering av roukt mellom bilet og cos() og sin(), komle multlil. mellom bilet og filteret D(u,v), inv. 2D DFT, og e() av hvert iel. OPPGAVE 5 Bilebehanling Bileanalse (5 oeng) For ogave 2b og sesielt 2c krever vi bare at et emonstreres noenlune generell forståelse for å gi tokarakterer, noen etaljer kan gjerne mangle. Verre hvis et som sies er irekte feil. a) Gi et eksemel å et mønstergjenkjenningsroblem innen bileanalse. De fleste bure greie å gi en anvenelse som tar inut-biler, og ener me en klassifisering av bilers objekter. b) Beskriv i grove trekk hvoran man kan gå frem for å løse roblemet me et fee-forwar nevralt nettverk me overvåket læring. Kat. 2.2, se Multilaer fee-forwar neural networks (s.79-722) og eksemel 2.6 s. 726-729 c) Utle back-roagation læringregelen for outut-laget i et slik nettverk. Kat. 2.2, se Training b back-roagation (s.722-725)
Sie 5 av 6 OPPGAVE 6 Grafikk - Avbilningstransformasjoner (5 oeng ) a) Forklar kort og konsist følgene begreer: Parallellrojeksjon Parallellrojeksjon er rojeksjonsmetoer er rojeksjonsstrålene en arallelle. Persektivisk rojeksjon Persektivisk rojeksjon er rojeksjonsmetoer er rojeksjonsstrålene går mot et rojeksjonssenter. Ortografisk rojeksjon En ortografisk rojeksjon er en arallellrojeksjon er rojeksjonsstrålene står normalt å rojeksjonslanet Aksonometrisk rojeksjon En aksonometrisk rojeksjon er en ortografisk rojeksjon er rojeksjonslanet ikke er arallelt me noe av hovekoorinatsstemets koorinatlan (rojeksjonslanet står skjevt i forhol til objektet) Isometrisk rojeksjon En isometrisk rojeksjon er en aksonometrisk rojeksjon er rojeksjonslanet anner samme vinkel me alle koorinataksene (skjærer aksene i samme avstan fra origo) Forsvinningsunkt Forsvinningsunkt otrer i ersektiviske rojeksjoner og er unkter er sett av innbres arallelle linjer i objektet som ikke er arallelle me rojeksjonslanet, skjærer hveranre i rojeksjonen. Forsvinningsunkt reresenterer et som er uenelig langt borte. b) Utle avbilningsmatrisen for ersektivisk rojeksjon når bilet skal være i lanet og rojeksjonssenteret skal være unktet ( -,, ) me >. (,, ) (,, ) ( -,, ) Ve betraktning av likeannee trekanter får vi:
Sie 6 av 6 + + Tilsvarene vil vi få: + Me homogene koorinater gir ette: + M M w ersektiv ersektiv Kontroll: + + w w w Dette viser at matrisen M ersetiv er en søkte. c) Hvoran kan u enkelt komme frem til avbilningsmatrisen for arallellrojeksjon i et samme lanet når rojeksjonsretningen er langs -aksen. Skriv o matrisen. En kan se arallellrojeksjon som et sesialtilfelle av ersektivrojeksjon er rojeksjonssenteret ligger uenelig langt borte. Dette svarer til at vi lar bli uenelig stor: ) ( lim ersekiv arallell M M
Sie 7 av 7 OPPGAVE 7 Grafikk Strålesoringsmoellen (5 oeng ) a) Forklar rinsiene for strålesoringsmoellen (ra tracing). Bruk figurer og ikke skriv mer tekst enn høst nøvenig. Skjerm Piksel COP Strålesoringsmoellen sener en stråle fra rojeksjonssenteret (øeunktet) gjennom hvert iksel i avbilningsflaten. I et unktet er strålen treffer ett av scenens objekter, benttes en lokal belsningsmoell til å beregne fargen. Stråler sktes mot lskilene for å bestemme hvilke som er snlige og erme kan bira til belsningen av unktet. Dersom objektets overflate har evnen til blank (secular) refleksjon, reflekteres en stråle viere inn i scenen. I likhet me en eventuell brutt stråle ersom objektet er gjennomsiktig eller gjennomskinnelig, birar enne strålen til fargen i unktet. Biraget som e reflekterte og brutte strålene gir fra sine treffunkt, beregnes ve hjel av samme lokale belsningsmoell. Forskjellige kriterier brukes til å avslutte viere inntrenging av sekunærstråler i scenen.
Sie 8 av 8 b) Navngi og beskriv me matematiske uttrkk en lokal belsningsmoell som kan brukes til beregning av farge i et gitt unkt når strålesoringsmoellen anvenes. Phongs refleksjonsmoell brukes som lokal belsningsmoell i Whittes strålesoringsmoell. I α [ kλliλ ( li n) + k λsliλs( ri v ] + kλaliλ a kλalλa λ ) + 2 i a + bi + c i L er belsningen i unktet. Det summeres over lskilene. Ineksene står for: λ fargekomonent (R, G og B) iffus srening s blank (secular) refleksjon a bakgrunnsls (ambient) k er refleksjonskoeffisienter. i er avstanen til lskile i, og et taes hensn til eming av belsningen me avstanen ve å bruke faktoren: a + b i + c i 2 Leet: k λ L iλ ( l n) i gir en elen refleksjonen som skles iffus srening. l er retningen til lskilen mens n er flatenormalen i unktet. Leet viser at belsningen r. flateenhet avtar me økene innfallsvinkel og at sreningen er uavhengig av retningen til rojeksjonssenteret (øet). Leet: k α λ sliλs ( ri v) gir en blanke (secular) refleksjonen fra unktet. r er retningen til en seilee strålen me v er retningen til rojeksjonssenteret (øet). α er et blankhetsmål som er uenelig stor for ieelle seil og minre for virkelige flater. Virkningen er en mer eller minre utfltene seilinger av lskilen.