ВВЕДЕНИЕ 3
1 АНАЛИЗ АССИСТИВНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ НЕЗРЯЧИХ
И СЛАБОВИДЯЩИХ 10
1.1 Понятие и общая классификация ассистивных средств 10
1.2 Ассистивные средства для незрячих и слабовидящих 13
1.2.1 Аналоговые ассистивные средства 13
1.2.2 Цифровые ассистивные средства 26
Основные выводы по разделу 1 и задачи дальнейших исследований 36
2 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НА ТАКТИЛЬНЫХ КАРТАХ 38
2.1 Тактильное восприятие и его особенности 38
2.2 Анализ проведенных ранее исследований по восприятию незрячими
и слабовидящими людьми тактильных условных обозначений и карт 43
2.3 Разработка критериев для проведения исследования по восприятию
тактильных условных обозначений 53
2.4 Разработка и апробация тактильных условных обозначений 55
2.5 Разработка рекомендаций по созданию тактильных условных
обозначений и карт 61
Основные выводы по разделу 2 69
3 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ СОЗДАНИЯ ТАК'ГИЛЬНЫХ КАРТ
С ПРИМЕНЕНИЕМ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ И АДДИТИВНЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ 71
3.1 Обоснование разработки программного модуля на базе геоинформационной системы для создания трехмерных моделей тактильных картографических произведений 71
3.2 Разработка методики создания тактильных картографических произведений с использованием геоинформационных систем
и аддитивных технологий 74
3.3 Разработка алгоритма преобразования цифровых картографических
данных в трехмерные модели тактильных картографических произведений для использования в программном модуле 79
3.4 Модификация системы тактильных условных обозначений с учетом
особенностей 3О-печати 88
3.5 Апробация полученных результатов, выводы по исследованию 99
Основные выводы по разделу 3 105
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 107
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 109
ПРИЛОЖЕНИЯ 130
В результате проведенного диссертационного исследования достигнута поставленная цель – разработана методика создания тактильных карт и планов с применением геоинформационных систем и аддитивных технологий.Актуальность темы исследования. Одним из ключевых направлений социальной политики Российской Федерации является устранение социальной разобщенности между гражданами с ограниченными возможностями здоровья и гражданами, не имеющими таких ограничений. Важную роль в процессе интеграции общества играет повышение уровня доступности объектов городской среды.
Согласно постановлению Правительства Российской Федерации от 17.03.2011 № 175, в нашей стране реализуется государственная программа «Доступная среда», рассчитанная на 2011-2025 гг. Данная программа направлена на обеспечение независимости маломобильных групп населения - граждан, которые испытывают трудности при самостоятельном передвижении и ориентировании, получении информации и услуг.
К маломобильным группам населения относятся, в том числе, незрячие и слабовидящие люди, которых в России насчитывается более 218 тысяч человек. Большое число граждан с нарушением зрительной функции свидетельствует о том, что для их адаптации в обществе необходимо активно использовать возможности современных технологий и на их основе разрабатывать и внедрять в массовое производство ассистивные средства.
Одним из востребованных ассистивных средств для людей с ограничением зрительной функции являются рельефно-графические пособия, в том числе тактильные карты и планы, которые играют важную роль в обучении и социальной адаптации незрячих и слабовидящих граждан. Вопросами создания тактильных карт занимается специальный раздел картографии - тактильная картография, которая активно развивается вместе с развитием науки и технологий.
В настоящее время изготовление рельефно-графических материалов, в том числе тактильных карт и планов, выполняется с использованием успешно зарекомендовавших себя методов: печать на микрокапсульной рельефообразующей бумаге и УФ-отверждаемыми чернилами. Однако такие материалы недолговечны в использовании - микрокапсульная бумага быстро изнашивается, а рельеф, образованный УФ-отверждаемыми чернилами на пластике, имеет тенденцию крошиться. В связи с этим назрела необходимость разработки методики изготовления тактильных карт с применением современных технологий и новых материалов, а именно геоинформационных систем и аддитивных технологий. С использованием геоинформационных систем возможно автоматизировать преобразование цифровых карт в трехмерные модели тактильных картографических материалов, а аддитивные технологии позволят печатать такие модели на износоустойчивом материале - пластике.
Таким образом, необходимо разработать методику создания тактильных картографических произведений, которая бы позволила повысить их точность, информативность, долговечность использования без ухудшения тактильного восприятия графических объектов и автоматизировать их производство.
Степень разработанности темы. Значительный вклад в развитие тактильной картографии внесли российские ученые: Литвак А. Г., Ермаков В. П., Поши- вайло Я. Г., Набокова Л. А., Медведев А. А., Дружинина Л. А., Одинокова Н. А., Новиков А. К., Петров Ю. И. В развитие тактильной картографии также вносят вклад государственные бюджетные учреждения, такие как государственное бюджетное учреждение культуры Новосибирской области «Новосибирская областная специальная библиотека для незрячих и слабовидящих» (г. Новосибирск), директор Лесневский Ю. Ю. и Санкт-Петербургское государственное бюджетное учреждение культуры «Государственная библиотека для слепых и слабовидящих», директор Устинова О. Ю. Среди зарубежных ученых в области тактильной картографии мож¬но выделить работы Lobben A., Bogart D., Blades M., Bentzen B. L., Chang D., Chen
D. , Downing J. E., Gual J., Jehoel S., Lambert L., Lawrence M. M., Perkins C., Rowland C., Ungar S., Wetzel R., Xiangkui Ya.
Значительный вклад в развитие геоинформационного картографирования внесли российские и зарубежные ученые: Берлянт А. М., Лурье И. К., Бешен- цев А. Н., Кошкарев А. В., Тикунов В. С., Пьянков С. В., Карпик А. П., Лисиц-кий Д. В., Цветков В. Я., Томсон П. В., Peter A., Coulson M. R., Chandra A. M.
- проанализировать современное состояние ассистивных средств и технологий, тактильной картографии, существующих методик и технических средств со¬здания рельефной графики;
- разработать систему условных обозначений для применения на тактильных картах и планах и рекомендации по ее использованию;
- выполнить экспериментальные исследования по тактильному восприятию разработанной системы условных обозначений;
- разработать методику создания тактильных карт и планов с применением геоинформационных систем и аддитивных технологий;
- разработать алгоритм и на его основе программный модуль, преобразующий цифровые картографические данные из среды геоинформационных систем в трехмерные модели тактильных карт и планов с апробированными условными знаками для последующей печати на SD-принтере.
Объектом исследования являются тактильные карты.
Предметом исследования является методика создания тактильных карт и планов с использованием геоинформационных систем и аддитивных технологий.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:
- на основании проведенного экспериментального исследования разработана система условных обозначений для тактильных карт и планов, распознаваемая различными категориями незрячих и слабовидящих людей вне зависимости от их физиологических особенностей;
- разработана методика создания тактильных карт и планов, основанная на применении геоинформационных систем и SD-печати, которая позволяет обеспечить незрячих и слабовидящих людей качественной картографической продукцией;
- предложен алгоритм генерализации и преобразования цифровых картографических данных в трехмерные модели тактильных карт, с учетом особенностей тактильного восприятия рельефно-графического изображения незрячими и слабовидящими людьми.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Теоретическая значимость диссертации заключается в обосновании разработки системы условных обозначений для использования на тактильных картах. Разработана методика использования геоинформационных систем и аддитивных технологий в тактильной картографии, которая обеспечивает автоматизированное создание тактильных карт или планов с заданной точностью и детальностью для восприятия незрячими и слабовидящими людьми.
Практическая значимость работы состоит в том, что результаты научного исследования по заявленной тематике применены на практике при создании тактильных карт и планов для использования незрячими и слабовидящими людьми. При этом тактильные карты создаются на базе геоинформационных систем и со¬временных методов SD-печати. Апробация разработанной методики выполнена с использованием пластиков ABS, PLA и Watson с привлечением незрячих и слабовидящих людей. Результаты апробации доказали возможность успешного применения разработанной методики для производства тактильных карт различной тематики и масштабов.
Методология и методы исследования. При выполнении исследований использованы методы геоинформационного картографирования и трехмерного моделирования. Экспериментальные исследования выполнены с применением SD-принтера CreatBot 3-extruder и программного обеспечения ArcGIS Pro (версия 2.2.4), разработанного компанией ESRI.
Положения, выносимые на защиту:
- методика создания тактильных карт и планов с применением аддитивных технологий и геоинформационных систем, удовлетворяющая требованиям, необходимым для успешного восприятия незрячими и слабовидящими людьми тактильных картографических произведений;
- разработанная система условных обозначений может быть применена для создания тактильных карт, используемых различными категориями незрячих и слабовидящих людей, независимо от их физиологических особенностей;
- атрибуты объектов цифровых карт из атрибутивных таблиц геоинформационных систем могут быть представлены на тактильной карте в виде подписей, выполненных шрифтом Брайля. Шрифт Брайля, полученный из атрибутивных таблиц геоинформационных систем, согласно разработанным правилам, распознается тактильно незрячими людьми.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Тематика диссертации соответствует следующим областям исследований: 5 - Новые методы составления и проектирования, новые виды и типы тематических и кадастровых карт и атласов; 8 - Оформление картографических произведений, картографический дизайн; 9 - Геоинформационное картографирование и компьютерные технологии пас¬порта научной специальности 25.00.33 - Картография, разработанного экспертным советом ВАК Минобрнауки России по техническим наукам.
Степень достоверности и апробация результатов исследования. Апробация полученных результатов выполнена на базе ООО «Дата Ист» и государственного бюджетного учреждения культуры Новосибирской области «Новосибирская областная специальная библиотека для незрячих и слабовидящих».
Основные положения диссертационного исследования докладывались и обсуждались на Межрегиональной научно-практической конференции «Геоинформационное обеспечение пространственного развития Пермского края» (2016 г., Пермь), Международных научных конгрессах «Интерэкспо ГЕО-Сибирь» (2017, 2018, 2019 гг., Новосибирск), 24-й и 25-й Международных конференций ESRi в России и СНГ (2018, 2019 гг., Москва), Международной научно-методической конференции «Актуальные вопросы образования. Современные тренды непрерывного образования в России» (2019 г., Новосибирск), в рамках IX Международной школы ассистивных услуг «Современная библиотека - территория социальной инженерии» (2019 г., Новосибирск).
Публикации по теме диссертации. Основные теоретические положения и результаты исследований представлены в девяти научных статьях, из них три - в изданиях, входящих в перечень российских рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук.
Структура диссертации. Общий объем диссертации составляет 139 страниц машинописного текста. Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения, списка литературы, включающего 177 наименований, содержит 9 таблиц, 88 рисунков и 3 приложения.
Итоги диссертационного исследования заключаются в следующем:
- выполнен аналитический обзор современного состояния ассистивных средств и технологий, направленных на реабилитацию незрячих и слабовидящих граждан, позволивший определить место тактильных карт и планов в общей классификации ассистивных средств;
- исследовано современное состояние тактильной картографии, существующих методик и технических средств по созданию рельефной графики, что вы-явило недостаточную износоустойчивость материалов, используемых в настоящее время для создания тактильных картографических произведений;
- разработана система тактильных условных обозначений и рекомендации по ее использованию, что устранило недостатки существующих разработок и позволило создавать картографические материалы для незрячих и слабовидящих людей с применением как традиционного метода - печати на специальной бумаге, так и аддитивных технологий - печати на износоустойчивых пластиках;
- проведены экспериментальные исследования по восприятию незрячими и слабовидящими людьми разработанной системы тактильных условных обозначений, которые подтвердили, что картографические материалы, созданные по разработанной системе тактильных условных обозначений, успешно распознают¬ся различными категориями незрячих и слабовидящих людей, вне зависимости от их физиологических особенностей, степени владения шрифтом Брайля, вида картографического продукта и используемых способов печати и материалов;
- разработана методика создания тактильных карт и планов с применением геоинформационных систем и аддитивных технологий, включающая выбор картографируемой территории, создание цифровой карты на выбранную территорию в среде ГИС, преобразование цифровой карты в тактильную карту (трехмерную модель для печати на SD-принтере) в соответствии с апробированной системой условных обозначений, печать тактильной карты на SD-принтере;
- на базе проведенных экспериментальных исследований разработан алгоритм и на его основе создан программный модуль для преобразования по апробированным условным обозначениям цифровых карт из среды геоинформационных систем в трехмерные модели тактильных карт и планов для печати на SD-принтере.
Рекомендации и перспективы развития диссертационного исследования заключаются в применении разработанной методики для создания тактильных карт различных видов, масштабов с использованием износоустойчивых современных материалов.
Перспективы дальнейших исследований в этой области должны быть направлены на повышение точности создания тактильных материалов с использованием аддитивных технологий.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
