Разработка мультимедийного лабораторного практикума по дисциплине «Интеллектуальные информационные системы»

В дипломной работе разработан мультимедийный лабораторный практикум по дисциплине «Ин-теллектуальные информационные системы»: составлен программный код сети Хемминга в интерактивной среде для разработки алгоритмов Matlab. После чего с помощью экранной камеры был создан обучающий видеоурок для студентов, с помощью которого они с легкостью научаться строить сеть Хемминга по эталонным изображениям.
Защита в 2014, специалист, оценка -отлично
...

Введе-ние……………………………………………………………………….....6
1 Обзор задач и средств мультиме-диа………………………………............….7
1.1 Программное и аппаратное обеспечение университе-та………………..7
1.2 Мультимедиа в современном образова-нии………………….………....10
1.3 Области примене-ния…………………………………………………….12
1.4 Основные преимущест-ва……………………………………...……...…17
1.5 Основные проблемы и недостат-ки…………………………………......21
1.6 Педагогические сценарии примене-ния…………………….…………..24
1.7 Образовательные мультимедийный програм-мы……………………....27
2 Анализ и выбор средств реализации мультимедийного лабораторного практикума ……………………….……………………………………….…....30
2.1 Обзор программ для создания видеоурока………………………….....30
2.2 Среда разработки сети Хеммин-га………………………………...….....43
3 Создание мультимедийного лабораторного практикума …….……….......48
3.1 Разработка програм-мы………………………………………..................48
3.2 Создание обучающего видеоуро-ка…………………………………......62
4 БЖД и охрана тру-да……………………………………………………….....69
4.1 Характеристика рабочего помещения………………………………....69
4.2 Расчет искусственного освещения…………………………………......78
5 Экономический расчет затрат на создание практику-ма……………...........80
5.1 Расчет затрат на создание програм-мы……………………………...…..80
5.2 Расчет затрат на создание видеоуро-ка………………………………....84
5.3 Расчет средней зарплаты программиста…………………………….....85
5.4 Общие затраты……………………………………………………….…..88
Выводы и рекомендации……………………………………………….……....91
Библиографический спи-сок…………………………………………………..93
Приложение А (обязательное) Допустимые величины показателей
микроклимата …..…………………………………………...96
Приложение Б (обязательное) Листинг программы «Сеть Хеммин-га».......97

Дипломная работа посвящена разработке мультимедийного лабораторного практикума по дисциплине «Интеллектуальные информационные системы» для филиала федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Донской государственный технический университет » в городе Волгодонске.
В настоящее время в образовании средства мультимедиа активно применяются для создания учебных компьютерных курсов и справочников, таких как сборники и энциклопедии. Учебные компьютерные курсы дают возможность пользователю пройти через серию тематических текстов и презентаций, связанных с ними иллюстраций в разных форматах представления данных. Позволяют наглядно демонстрировать возможности изучаемого программного обеспечения, в том числе с помощью видеоуроков (мультиме дийных презентаций), позволяет повысить эффективность и мотивацию обучения.

Встроенный плеер включает в себя защиту от переснятия с экрана. [20]Рисунок 2.2 – Меню видеосъемки программы UVScreenCamera Debut Video Capture Software является простым, легким в исполь-зовании приложением для записи видео при помощи веб-камеры или другого источника. Также программа позволит вам записать все происходящее на вашем экране.Несмотря на то, что программа обладает несложным пользовательским интерфейсом, за ним скрывается масса полезных и мощных функций, включая запись видео в файлы .avi или .wmv (а также в другие форматы), возможность автоматически отправлять полученные ролики по электронной почте сразу же после окончания процесса записи, а также есть возможность записи в заранее заданный период времени.[20]Основные приложения:pre-record - с помощью этого приложения Вы сможетепередавать ваши видео на сервер BroadCam;createvideo - вы сможете создавать презентации или видео-уроки, а также включать инструкции в виде практического руководства при захвате движений непосредственно с экрана Вашего ПК;record - позволит создавать служебные видео записки, записывать пресс-релизы и объявления компаний в комфортных условиях офиса, которые в последствии Вы сможете легко передать посредством электронной почты.Debut Video Capture Software  является абсолютно бесплатной. Программа очень проста в работе и обладает интуитивно понятным интерфейсом. Программу очень легко установить, и уже через несколько минут она готова к записи любого видео материала.[20]Ключевые особенности и функции программы:автоматически обнаруживает камеры, подключенные к компьютеру;возможность записать видео в различных файловых форматах, включая .avi, .wmv и .asf;программа позволяет записать все, что происходит на экране компьютера;программа позволяет записывать видео в заранее заданный период времени (ч: мм: сс);при окончании периода записи, можно остановить запись или создать новую запись;возможность сохранения записей по локальной сети или на резервное устройство для безопасного хранения видео файлов;можно установить автоматическую отправку видео через электронную почту, сразу после окончания записи;может автоматически передавать видео файлы через Интернет, используя FTP;Debut Video Recorder имеет понятный и простой в использовании интерфейс;программа совместима с потоковым видео сервером BroadCam для распространения ваших записей.Специальные требования программы:дополнительно: веб-камера с драйверами для Windows;дополнительно: видеозаписывающее устройство USB Video Capture Device.[20]CamStudio записывает действия на вашем рабочем столе в avi формат (видео- файлы со звуком). Так же, можно экспортировать эти данные во Flash (формат SWF) для создания презентаций, либо размещения этих файлов на своем сайте.Ключевые особенности и функции программы:можно создавать демонстрационные видео презентации  любых программ;сделать видео ответы на самые часто задаваемые вопросы;создать видео документации для школы или колледжа;записать возникшие на компьютере проблемы и передать это видео людям, которые в силах помочь решить ваши проблемы;создать информационный видео материал о продукте, который продаете;записать некоторые уловки или просто интересные возможности для любимых программ, чтобы в будущем попросту не забыть их.[13] Free ScreenVideo Recorder – это компактное, но полнофункциональное средство записи видео с экрана и создания снимков. С помощью него можно зафиксировать любые действия, выполняемые на компьютере. Free ScreenVideo Recorder имеет встроенные средства редактирования, которые включают такие функции, как изменение размера, вырезание участков, и вращение.Видео файлы сохраняются в формате AVI, а изображения в форматах BMP, JPEG, GIF, TGA и PNG. Программа абсолютно бесплатна и не содержит рекламы.[20]Camtasia Studio великолепная программа для созданий видеозаписей с экрана компьютера. Camtasia Studio имеет в своем составе все нужные инструменты для создания профессионально выглядящего результата, без долгого и утомительного обучения. С помощью этой программы просто создавать эффектные видеоматериалы, помогающие обучать, тренировать, продавать, и многое другое. Camtasia может записывать действия, происходящие либо на всем экране, либо в определенном окне, либо в одной области экрана. Имеется специальный модуль для создания видео из презентаций программы Microsoft Power point.В качестве звуковой дорожки можно использовать оригинальный звук с компьютера, или добавить звук с микрофона, или же наложить любой аудиофайл. Camtasia Studio также включает в себя весь необходимый функционал для редактирования видео. Вы можете монтировать, добавлять эффекты перехода, добавлять любые надписи и так далее. Кроме этого, возможно выделять курсор мыши и обозначать нажатия клавиш для привлечения внимания зрителя.[13]Полученный результат можно сохранить в одном из нескольких форматов, или моментально загрузить на YouTube или Screencast.com.Ключевые особенности и функции программы:Библиотека (редактируемый материал в любой момент можно сохранить и в дальнейшем его данные, настройки и т.д. использовать при создании других роликов);копирование и вставка (повторяющиеся переходы, масштабирование и другие эффекты можно просто скопировать и вставить в другое место на временной шкале или добавить в библиотеку);загрузка на YouTube (возможность загрузки видео HD-качества на YouTube, не покидая CamtasiaStudio);выноски с нажатием клавиш. CamtasiaStudio принимает к сведению любые сочетания клавиш, использованных во время записи, и показывает их в виде графического наложения на картинку скринкаста;точность контроля звука (изменение объема звуковой дорожки вверх и вниз в любом моменте видео, используя простые средства управления, встроенные в линию времени);редактируемые эффекты курсора;Smarter Smart Focus (уникальная технология более гладкого и более точного масштабирования для того, чтобы контент всегда выглядел резким);оптимизированный рекордер экрана (новый движок захвата увеличивает частоту кадров до 50% для более плавного движения при записи таких вещей, как 3D-дизайн программного обеспечения, реального видео, или Flash анимации и множество других возможностей).Ограничения бесплатной версии:30 дней пробного периода;экран напоминания о регистрации.[20]HyperCam - это программа для захвата видео. Позволяет записывать в AVI-файл  изображение с экрана мионитора и звук с микрофонного входа. Также возможно внедрение в видеофайл различной текстовой информации.Может захватывать как весь экран целиком, так и какую-либо его отдельную часть по выбору. Сохраняет в видеофайл как все движения курсора, так и все выбранные меню и открывающиеся при этом окна, а корректно передающаяся палитра в 256 цветов гарантирует сохранение всех нюансов в изображении.HyperCam можно использовать для создания обучающих роликов, демонстраций, видеопрезентаций и т.д. Для более удобного управления программой имеется развитая система "горячих клавиш".Ограничения бесплатной версии:незарегистрированная версия накладывает на изображение водяной знак "UnregistredHyperCam";экран напоминания о регистрации.Для записи видеороликов большого размера (более 4 гигабайт) необходимо иметь раздел жёсткого диска, отформатированный в файловую систему NTFS.Также, HyperCam предназначен только для записи изображения - редактировать готовые файлы программа не умеет.Причины, почему эта программа отмечена как ad-supported:показывает баннеры и другие рекламные материалы в течение всего времени работы;предлагает заменить стартовую страницу в web-браузере;предлагает установить тулбар HyperCam, который программе не требуется для полноценного функционирования.[20]ZD Soft Screen Recorder - очень простая в использовании и одновременно мощная программы для записи видео с экрана компьютера. После запуска программы появляется интерфейс, обрамленный в красивый скин. Программа работает как пошаговый мастер, в котором очень просто настроить все параметры записи видео.В первом меню пользователь может выбрать выбрать тип контента, который необходимо записать. Можно записать просто действия на экране, видео из онлайнового или локального плеера, или геймплей в игре.При записи действий на экране, можно выбрать полноэкранный режим, отдельное окно, или произвольную прямоугольную область на экране. В простой форме представлен выбор источника звука: "What You Hear" и "What You Say" - эти две опции отвечают за запись того, что слышит пользователь в динамиках, и того, что говорит в микрофон.[13]При записи видео, играющего онлайн на веб-странице необходимо установить необходимую область экрана, то есть, подстроить прямоугольную область под плеер. А вот в случае с плеером на компьютере, ZD Soft Screen Recorder сам угадывает, что нужно записать. Требуется только установить таймер, и нажать на кнопку записи. При этом программа запишет только видео, без интерфейса самого плеера и даже без черных полос вверху-снизу или справа-слева. В файл сохранится только видео, в том размере в котором он было на экране. Что касается игр, то тут также есть несколько режимов: полноэкранный, игра в Windows-окне и онлайновая игра. Все остальные настройки не отличаются от других видов записи видео. В целом ZD Soft Screen Recorder это очень удобный, очень просто и очень функциональный инструмент. В некоторых функциях эта программа далеко продвинулась по сравнению с другими подобными инструментами. Единственный минус это наличие оплаты за использование.[20]«Экранная Камера» - удобное и легкое в использовании приложение, предназначенное для записи видео с экрана монитора. С ее помощью можно не только записывать рабочий стол и программы, но и создавать обучающие видеоуроки, презентации PowerPoint, онлайн трансляции, игры и видеозвонки.Эта программа для записи видео с экрана позволяет редактировать готовый проект сразу после его создания. Таким образом, получившееся видео можно оформить интересными и красивыми заставками. Для этого нужно лишь ознакомиться с уже имеющимися шаблонами и добавить один из них в проект. Чтобы достичь наилучшего эффекта, при оформлении заставки можно подобрать фон, цвет, надпись, рисунок.Отличительной особенностью «Экранной Камеры» является встроенная коллекция оригинальной музыки для озвучивания скринкастов и видеоуроков. По желанию можно использовать свои собственные аудиофайлы, предварительно выбрав их в нужной папке на компьютере. Загруженные аудиозаписи можно обрезать прямо в редакторе, если это необходимо.[16]Чтобы просматривать созданные видео на компьютере, впоследствии, можно сохранить его в AVI формате, а если пользователю необходимо выложить записанное на YouTube – с легкостью можно преобразовать ролик в HD. И даже на этом возможности приложения не заканчиваются, ведь видеоурок можно записать на DVD-диск, чтобы впоследствии просматривать его на DVD-проигрывателе.Наглядный интерфейс поможет обеспечить комфортную и легкую работу с утилитой, независимо от уровня подготовки. Работать в программе может и новичок, и профессионал.Сравним указанные выше программы, и выберем наиболее подходящую (Таблица 1):Таблица 2.1– Свойства программПрограммаОграничения бесплатной версииРедактированиеЗЗвукФорматыОсобенностиUvScreenCameraпробный период 14 днейестьЕестьavi, swf, exe,uvfдобавление кнопокDebut Video Capture Software нет нетнестьavi, wmv, asf;возможность записи в заранее заданный период времениCamStudio нетнетеестьavi экспортирует данные во Flash (формат SWF) для создания презентацийCamtasiaStudio30 дней пробного периода, экран напоминания о регистрацииестьеестьavi имеется специаль-ный модуль для создания видео из презентаций прог-рамммы Microsoft Power pointHyperCamнезарегистрированнаяверсия накла-дывает на изобра-жение водяной знак, экран напомнания о регистрации.нетеестьaviвнедрение в видеофайл различной текстовой инфор-мацииZD SoftScreen Recorderналичие оплаты за использованиенетеестьaviтаймерЭкранная камера нетестьеестьavi, hdпри оформлении заставки можно подобрать фон, цвет, надпись, рисунокПродолжение таблицы 2.1Исходя из таблицы 1 наиболее практичной в использовании программой является «Экранная камера» так как она совершенно бесплатна (не имеет пробного периода), позволяет редактировать видеозаписи, накладывать музыку, сохраняет видео в необходимых форматах и самое главное удобна и проста в использовании.2.2 Среда разработки сети ХеммингаДля разработки сети Хемминга необходимо выбрать наиболее подходящую среду. Рассмотрим наиболее оптимальные программы математических вычислений:FreeMat - это свободная (бесплатная) среда для инженерного и научного моделирования и обработки данных. FreeMat похожа на такие коммерческие среды как Matlab и IDL, но является продуктом с открытым исходным кодом, распространяемым по лицензии GPL. FreeMat использует инструментарий Qt, что обеспечивает кроссплатформенность этого продукта. Предоставляет часть функциональности Matlab.Возможности FreeMat:поддержка 8-,16-,32-битных переменных типа integer, 32- и 64-битных типа float, 64- и 128-битных комплексных чисел;встроенные арифметические действия над данными всех типов;решение линейных систем уравнений;поддержка языка программирования MatLab;построение 2D-графиков;поддержка гетерогенных массивов (cell arrays в MatLab);поддержка массивов с динамической структурой;работа с Быстрым преобразованием Фурье FFT (split-radix);интерфейс для работы с внешним кодом на C/C++/Fortran;«родная» поддержка Windows, работа в Linux и Mac OS;построение 3D-графиков;визуализация данных через OpenGL и др.GNU Octave - свободная система для математических вычислений, использующая совместимый с Matlab язык высокого уровня.Octave представляет интерактивный командный интерфейс для решения линейных и нелинейных математических задач, а также проведения других численных экспериментов. Кроме того, Octave можно использовать для пакетной обработки. Язык Octave оперирует арифметикой вещественных и комплексных скаляров и матриц, имеет расширения для решения линейных алгебраических задач, нахождения корней систем нелинейных алгебраических уравнений, работы с полиномами, решения различных дифференциальных уравнений, интегрирования систем дифференциальных и дифференциально-алгебраических уравнений первого порядка, интегрирования функций на конечных и бесконечных интервалах. Этот список можно легко расширить, используя язык Octave (или используя динамически загружаемые модули, созданные на языках C, С++, Фортран и др.).Свойства GNU Octave:Octave написан на C++ с использованием библиотеки STL;Для запуска скриптов Octave использует интерпретатор;Octave можно дополнять динамически подгружаемыми модулями;Для создания и распечатки графиков Octave использует gnuplot и Grace.Octave — интерпретируемый язык программирования. Он похож на C и поддерживает большинство основных функций стандартной библиотеки C, а также основные команды и системные вызовы Unix. С другой стороны, он не поддерживает передачу аргументов по ссылке (особенность дизайна).Octave был написан с учётом совместимости с Matlab и реализует многие его возможности:матрицы в качестве основных типов данных;встроенная поддержка комплексных чисел;мощные встроенные математические функции и большие библиотеки функций;расширяемость, благодаря возможности создания пользовательских функций.Но есть и отличия, не ухудшающие его свойств:комментарии могут начинаться как с символа #, так и с символа %;поддерживаются C-подобные операторы ++, --, +=, *=, /=;элементы могут быть адресованы без создания новой переменной;строки могут быть заданы как символом ", так и символом '.Мatlab –это высокоуровневый язык и интерактивная среда для программирования, численных расчетов и визуализации результатов. С помощью Matlab можно анализировать данные, разрабатывать алгоритмы, создавать модели и приложения. Он представляет собой основу всего семейства продуктов MathWorks и является главным инструментом для решения широкого спектра научных и прикладных задач, в таких областях как: моделирование объектов и разработка систем управления, проектирование коммуникационных систем, обработка сигналов и изображений, измерение сигналов и тестирование, финансовое моделирование, вычислительная биология и др. Ядро Matlab позволяет максимально просто работать с матрицами реальных, комплексных и аналитических типов данных и со структурами данных и таблицами поиска. Содержит встроенные функции линейной алгебры (Lapack, blass), быстрого преобразования Фурье (FFTW), функции для работы с полиномами, функции базовой статистики и численного решения дифференциальных уравнений; расширенные математические библиотеки для Intel MKL. Язык Matlab изначально обладает поддержкой векторных и матричных операций, которая необходима для решения инженерных и научных задач, и предназначена для быстрой разработки и запуска. С помощью этого языка можно писать программы и алгоритмы быстрее, чем на традиционных языках программирования, потому что нет необходимости таких низкоуровневых организационных операций как объявление переменных, определение типов и выделение памяти. Во многих случаях переход на векторные и матричные операции избавляет от необходимости использования циклов for. В результате одна строка Matlab кода часто может заменить несколько строк C/C++ кода. Matlab обладает свойствами традиционных языков программирования, включая управление потоками данных, обработку ошибок и объектно-ориентированное программирование (ООП). Можно использовать основные типы данных, сложные структуры данных или определять пользовательские типы. Вы можете получать результаты немедленно, выполняя команды интерактивно по одной за раз. Такой подход позволяет быстро исследовать различные варианты для получения лучшего решения. Объединив эти интерактивные команды в скрипт или функцию можно автоматизировать их выполнение. Расширения имеют встроенные алгоритмы для обработки сигналов и связи, обработки изображений и видеоданных, систем управления и многих других областей. Комбинируя эти алгоритмы с другими можно реализовать сложные программы и приложения. Scilab — пакет прикладных математических программ, предоставляющий мощное открытое окружение для инженерных (технических) и научных расчётов. Scilab содержит сотни математических функций, и есть возможность добавления новых, написанных на различных языках (C, C++, Fortran и т. д.). Также имеются разнообразные структуры данных (списки, полиномы, рациональные функции, линейные системы), интерпретатор и язык высокого уровня.Scilab был спроектирован как открытая система, и пользователи могут добавлять в него свои типы данных и операции путём перегрузки.В системе доступно множество инструментов:2D и 3D графики, анимация;Линейная алгебра, разреженные матрицы (sparse matrices);Полиномиальные и рациональные функции;Симуляция: решение ОДУ и ДУ;Scicos: гибрид системы моделирования динамических систем и симуляции;Дифференциальные и не дифференциальные оптимизации;Обработка сигналов;Параллельная работа;Статистика;Работа с компьютерной алгеброй;Интерфейс к Fortran, Tcl/Tk, C, C++, Java, LabVIEW.Scilab позволяет работать с элементарными и большим числом специальных функций (Бесселя, Неймана, интегральные функции), имеет мощные средства работы с матрицами, полиномами (в том числе и символьно), производить численные вычисления (например, численное интегрирование) и решение задач линейной алгебры, оптимизации и симуляции, мощные статистические функции, а также средство для построения и работы с графиками.Рассмотрев несколько программ, производящих математические вычисления, целесообразно выбрать Matlab. В этой программе нет необходимости таких организационных операций как объявление переменных, определение типов и выделение памяти, по сравнению с другими программами. Она обладает отличительными свойствами, такими как управление потоками данных, обработка ошибок. В Matlab можно получить результат немедленно, выполняя команды интерактивно по одной за раз. Такой подход позволяет быстро исследовать различные варианты для получения лучшего результата.