Фреймы для представления знаний

"Умственные способности, необходимые для координации перспективных изображений, оказываются полностью сформированными у ребенка обычно к 8-9 годам и проявляются в следующих довольно независимых друг от друга формах. Во-первых, каждому положению наблюдателя соответствует определенная совокупность отношений между видимыми предметами, например, отношения "слева - справа" или "спереди - сзади"... Они зависят от проекций и сечений, соответствующих плоскости изображения для данного наблюдателя (т. е. от перспективы). Во время этого последнего подэтапа шаг за шагом выявляется характер соответствия между точкой наблюдения и перспективой. Во-вторых, между каждой перспективой, связанной с данным положением наблюдателя, и любыми другими перспективами также существует соответствие, выражаемое особыми изменениями в отношениях типа "слева-справа", "спереди-сзади" и, следовательно, изменениями соответствующих проекций и сечений. Это соответствие между всеми возможными точками наблюдений обусловливает координацию перспектив... хотя еще только в элементарной форме".

Ж. Пиаже, Б. Инельдер (1956)

Когда мы двигаемся по комнате, очертания находящихся в ней предметов изменяются. Каким образом можно предвидеть или компенсировать эти изменения без полного повторного анализа всей сцены? Эффект от движения глаз и поворота головы довольно прост; предметы перемещаются в рамках видимой области пространства, но не меняют при этом своих очертаний; однако изменение позиции наблюдения является причиной значительных перемен, которые зависят как от угла, так и от относительных расстояний между предметом и наблюдателем. Эта проблема особенно важна для животных, двигающихся с большой скоростью, так как у них модель внешней среды должна быть образована различными, частично проанализированными видами изображений. Видимо, эта потребность, пусть даже в самом примитивном своём варианте, послужила главным стимулом к эволюционному развитию систем фреймов, а позже и других символьных механизмов.

Если имеется обычная комната, то перемещение вдоль пунктирной линии (рис.1.6) вызывает упорядоченное изменение в очертаниях четырехугольных стен. Прямоугольник, находящийся в непосредственной близости от стены, должен трансформироваться точно так же, как и сама стена. Если на левой стене в центре вычертить прямоугольник, то будет казаться, что он находится перед стеной, поскольку человек предполагает, что любой такой четырехугольник есть на самом деле прямоугольник и, следовательно, он должен лежать в плоскости, проектируемой аналогичным образом. На рис.1.7а оба прямоугольника, казалось бы, выглядят одинаково, однако тот прямоугольник, что находится справа, не согласуется с маркерами терминала для субфрейма "левый прямоугольник" (которые, например, требуют, чтобы левая сторона была длиннее правой).

Таким образом, этот прямоугольник, представленный с помощью фрейма "центральный прямоугольник", кажется нам выдвинутым вперед и параллельным центральной стене.

Итак, необходимо не просто присвоить четырехугольнику метку "прямоугольный", но и сделать то же самое для определенного фрейма, входящего в систему фреймов "прямоугольники". Двигаясь по стрелке (рис.1.7а), можно ожидать, что любая трансформация, применимая к системе верхнего уровня, будет применима и к любой из ее подсистем (рис.1.7б). Аналогично последовательность эллиптических проекций окружности на плоскость изображения содержит конгруэнтные и потому визуально неоднозначные пары, что и показано на рис.1.8. Но, поскольку предметы обычно располагаются в плоскости стен, мы предполагаем, что эллипс левой стены будет находиться слева на плоскости изображения, и что он подвержен тем же трансформациям, что и сама стена. Если предсказание не подтвердится, мы, очевидно, будем весьма удивлены.