Компьютеры и культура

Сергей Кузнецов

Обзор декабрьского 2011 г. номера журнала Computer (IEEE Computer Society, V. 44, No 12, декабрь, 2011).

Авторская редакция.
Также обзор опубликован в журнале «Открытые системы»

Тема декабрьского номера – влияние компьютинга на современную культурную жизнь. Этой теме посвящены три из шести крупных статьи номера. Первая из них называется «Два подхода к организации междисциплинарных курсов “компьютинг+музыка”» («Two Approaches to Inter- disciplinary Computing+Music Courses») и написана Джесси Хейнс, Джиной Грехер, Алексом Ратманном и Бренданом Рейли (Jesse M. Heines, Gena R. Greher, S. Alex Ruthmann, Brendan L. Reilly, University of Massachusetts Lowell).

Сопряжение компьютинга с музыкой может по-разному обогатить педагогику. При проведении вводных курсов музыку можно использовать для иллюстрации практических приложений компьютерных концепций. В продвинутых курсах можно, например, рассказывать об использовании сложных компьютерных алгоритмов для обработки звуковых сигналов.

Авторы статьи исследуют область между двумя этими крайними точками и описывают свои эксперименты по организации двух типов междисциплинарных курсов. При применении первого подхода студенты, специализирующиеся в областях искусства и компьютинга, даже если они выбрали разные основные курсы, в дополнительное время выполняют совместные проекты. Второй подход предполагает, что студенты записываются на одни и те же курсы, но каждая лекция проводится сразу двумя профессорами: один из области музыки, другой – из области компьютерной науки. На этих курсах учат и музыке, и компьютингу.

Следующая статья тематической подборки представлена «Джо Гейгелем, Марлой Швеппе, Дэвидом Хайяном и Брайаном Джонстоуном» («Joe Geigel, Marla Schweppe, Rochester Institute of Technology, David Huynh, Namco Bandai Games Inc., Brian Johnstone, Darkwind Media») и называется «Применение виртуального мира в театральном представлении» («Adapting a Virtual World for Theatrical Performance»).

Представим себе театральное представление: декорации установлены, огни сияют, актеры играют свои роли, и зрители внимательно следят за ходом спектакля. Теперь вообразите, что и актеры, и зрители находятся в разных частях земного шара и участвуют в представлении, находясь в виртуальном мире, который образован путем использования компьютерной сети.

В этом состоит основная идея виртуального театра (virtual theatre, VT): «живое» представление, происходящее на подмостках распределенного трехмерного виртуального мира, в котором актеры, технический персонал и зрители находятся в физически разных местах. На рисунке показана сцена из спектакля, полностью исполняемого в виртуальном мире. Зрители следят за представлением на экранах своих компьютеров.

Театральные представления, реализуемые с использованием компьютеров (computer-mediated performance, www.musofyr.com/taxonomy/taxonomy.pdf), становятся все более привлекательными и популярными, в особенности, в виртуальных сообществах типа Second Life (пример). Этому интересу отчасти способствуют возрастающие качество и доступность трехмерных систем визуализации и игровых «движков», разрабатываемых для управления распределенными трехмерными мирами.

Однако даже при наличии подобного инструментария организация «живых» представлений в трехмерных виртуальных пространствах остается проблематичным мероприятием. Одна из основных проблем относится к интерфейсу системы: хотя большая часть инструментальных средств поддержки виртуальных миров обеспечивает общий доступ к объектам и атрибутам и управление ими, лишь немногие инструменты позволяют производить специальные действия, требуемые в театральном представлении.

Система VT должна быть достаточно надежной, чтобы мочь поддерживать «живые» взаимодействия (дополненные графикой, светом и звуком) в распределенном виртуальном пространстве. В то же время, интерфейс должен быть простым и интуитивно понятным для тех, кто работает в театре. По сути, проектировщики систем VT должны выявить процессы, происходящие в театральном представлении; описать, параметризовать и формализовать эти процессы; специфицировать интуитивно понятный интерфейс для воссоздания этих процессов в распределенной среде виртуальной реальности.

Исследования, выполненные авторами статьи в последние семь лет, привели к значительному продвижению в областях систем VT и их интерфейсов.

Последняя статья тематической подборки написана Со Йамаокой, Львом Мановичем, Джереми Дугласом и Фалко Кюстером (So Yamaoka, Lev Manovich, Jeremy Douglass, Falko Kuester, University of California, San Diego). Статья называется «Культурологическая аналитика в крупномасштабных средах визуализации» («Cultural Analytics in Large-Scale Visualization Environments»).

Объемы культурологических наборов данных в цифровой форме быстро возрастают. Основной причиной являются усилия по оцифровке своих материалов музеев, библиотек и других культурологических организаций. Исследователи могут применять к этим заново доступным наборам данных разнообразные методы компьютерной аналитики для выявления различных паттернов и аномалий.

Традиционно при применении средств поиска и алгоритмов анализа от исследователей требуется всего лишь специфицировать, что нужно искать в конкретном наборе данных и какую конкретную проблему нужно решить. Однако этого часто оказывается недостаточно при работе с крупными культурологическими наборами данных, поскольку у исследователей до выполнения анализа могут отсутствовать точно определенные гипотезы и цели. В таких случаях может потребоваться альтернативный подход.

Методы визуального анализа возникли из-за появления огромных объемов данных, к которым не применимы или трудно применимы традиционные методы анализа. Целью визуального анализа является обеспечение возможности выявления неожиданностей в крупномасштабных динамически изменяющихся информационных пространствах. Применение этого подхода уже позволило получить значительные результаты во многих научных областях, что отражено в отчете Национального научного фонда США (National Science Foundation, NSF) «Cyberinfrastructure Vision for 21st Century Discovery». В этом отчете подчеркивается важность разработки инструментальных средств для сбора, хранения, анализа и визуализации крупных наборов данных.

Комбинация методов визуального анализа с культурологическими наборами данных и вопросами, ответы на которые интересуют исследователей-гумманитариев, привело к появлению нового подхода, названного авторами статьи «культурологической аналитикой». Этот подход направлен на обеспечение наилучших для исследователей способов доступа к крупному культурологическому контенту и его анализа. В статье описываются возможные методы применения культурологической аналитики в масштабируемых средах отображения информации.

Вне тематической подборки в декабрьском номере журнала Computer также опубликованы три статьи. Автором статьи «Возврат к мелкоядерным массивно-параллельным процессорам» («Back to Thin-Core Massively Parallel Processors») является Ами Маровка (Ami Marowka, Bar-Ilan University, Israel).

Многоядерные процессоры используются в любом настольном компьютере, суперкомпьютере и мобильном устройстве. К сожалению все еще редко встречаются параллельные приложения общего назначения, в которых полностью используются возможности этих процессоров. Кроме того, хотя параллельные архитектуры быстро совершенствуются, разработка параллельного программного обеспечения постоянно отстает в своем развитии.

Производители процессоров надеются, что им удастся устранить фундаментальные препятствия на пути к созданию 1000-ядерного процессора и исследуют эффективность новых параллельных архитектур многоядерных процессоров. Однако исследователи из области проектирования и разработки программного обеспечения по-прежнему нуждаются в технологических открытиях, которые позволили бы создать модель программирования, обеспечивающую реальную возможность использования будущих многоядерных процессоров.

Архитекторы программного обеспечения ищут новые подходы, позволяющие справиться с разнообразными трудностями и проблемами, такими как зависимость по данным, состояниями гонки (race condition), балансировкой нагрузки, недетерминизмом и синхронизационными тупиками. Кроме того, они исследуют новые парадигмы параллельного программирования, позволяющие конструировать простые для использования, производительные, энергоэфективные, масштабируемые и переносимые параллельные приложения. Все эти проблемы трудно решаются, в частности, из-за того, что разработка новых параллельных архитектур в высокой степени зависит от особенностей архитектуры многоядерных процессоров.

Последовательное программирование не сталкивалось с этими трудностями, поскольку имелась универсальная модель вычислений – архитектура фон Неймана. Стабильность этой архитектуры в последние шесть десятилетий спообствовала процветанию индустрии программного обеспечения в том виде, в котором мы знаем ее сейчас. К сожалению у параллельного программирования нет универсальной модели вычислений, способной перекрыть разрыв между аппаратурой и программным обеспечением, и это приводит нас к первому кризису софтверной индустрии со времени ее возникновения.

Статью «Деревенский оутсорсинг: обеспечение сервисов ITO и BPO из удаленных районов стран» («Rural Outsourcing: Delivering ITO and BPO Services from Remote Domestic Locations») написали Мэри Лэсити, , Джозеф Роттман, Эрран Кармел (Mary Lacity, Joseph Rottman, University of Missouri-St. Louis, Erran Carmel,, American University).

Поставщики услуг аутсорсинга информационной технологии (information technology outsourcing, ITO) и аутсорсинга бизнес-процессов (business process outsourcing, BPO) постоянно стараются привлекать, подготавливать и удерживать квалифицированную рабочую силу. Большинство поставщиков предпочитает работать в больших городах, таких как Даллас, Нью-Йорк, Бангалор, Пекин, Тель-Авив и т. д., где имеются крупные резервы рабочей силы. Однако, поскольку в таких местах высоки и уровень заработной платы и уровень текучести кадров, некоторые поставщики предпочитают располагать свои центры ITO и BPO в удаленных районах.

Чтобы лучше понять суть этой тенденции, авторы статьи проинтервьюировали 13 поставщиков из четырех стран (США, Индии, Израиля и Китая), которые развивают возможности ITO и BPO в удаленных районах, а также представителей семи американских компаний, являющихся заказчиками этих служб.

В США практика аутсорсинга ITO и BPO в негородских районах с дешевой рабочей силой называется «деревенским аутсорсингом» ( rural outsourcing). Однако, поскольку слово «деревенский» в разных странах означает разные вещи (а в некоторых культурах даже является бранным словом), в контексте неамериканских компаний авторы предпочитают говорить о поставщиках услуг ITO и BPO из удаленных районов стран (Remote Domestic Location, RDL).

В США деревенским аутсорсингом занимаются небольшие, но быстро растущие предпринимательские компании CrossUSA, Onshore Technology Services и Rural Sourcing Inc., поддерживаающие центры оказания услуг ITO и BPO в небольших городах, таких как Эвелет (Eveleth, Minnesota, население 3,865 человек), Мейкон (Macon, Missouri, население 5,538 человек) и Джонсборо (Jonesboro, Arkansas, население 55,515). Крупные RDL-провайдеры, такие как IBM и Dell/Perot Systems, основали свои центры оказания услуг в Колумбии (Columbia, Missouri, население 100,733 человек) и Твин Фолсе (Twin Falls, Idaho, население 40,380). Индийские RDL-провайдеры HOV Services и Zensar Technologies построили свои центы во второразрядных городах (например, в Ранчи (Ranchi), население 846,000 человек) и третьеразрядных городах (например, в Дхарамсала (Dharamsala), население 19,000). Израильские RDL-провайдеры Matrix and Galil Software функционируют «на периферии» в Модиине ( Modi’in) и Галилеи ( Galilee). Наконец, китайские RDL-провайдеры содержат свои центры обеспечения услуг в третьеразрядных городах типа Наньчуна (Nanchong) и Гуйлиня (Guilin) поодаль от сложившихся технопарков.

У RDL-провайдеров этих четырех стран имеются и сходные черты, и различия:

• все они считают своей главной проблемой подготовку рабочей силы;
• для поставщиков из США, Израиля и Китая деревенский аутсорсинг присутствует только на внутреннем рынке, индийские же провайдеры продают свои услуги и внутри страны, и за ее пределами;
• в США, Китае и Индии центры оказания услуг RDL-провайдеров географически удалены от крупных городских районов, а центры израильских провайдеров находятся всего в 100 километрах от Тель-Авива;
• RDL-поставщики из США, Индии и Израиля считает основным преимуществом RDL низкую текучесть кадров, а для китайских провайдеров текучесть кадров – это постоянная проблема;
• у некоторых RDL-провайдеров имеется вполне определенная социальная цель. Например, целью некоммерческой организации Samasource является обеспечение прожиточного минимума для жителей беднейших стран, а израильские провайдеры нанимают и обучают ранее не работавших людей, например, ультраортодоксальных женщин-иудаисток и арабов.

Название последней крупной статьи декабрьского номера – «Выявление динамики городов с использованием приложений спорт-трекинга» («Discovering City Dynamics through Sports Tracking Applications»). Ее авторами являются Лаура Феррари и Марко Мамеи (Laura Ferrari, Marco Mamei, University of Modena and Reggio Emilia, Italy).

Возрастающая распространенность смартфонов способствует генерации беспрецедентных коллекций пространственно-временных данных о большом количестве пользователей. Такие данные могут служить основой для разработки приложений, учитывающих информацию о текущем местоположении пользователей, но для создания эффективных сервисов требуется понимание и представление пространственно-временных данных, совместимые с терминологией и восприятием пользователей. Люди часто называют места своего обитания совсем не так, как это было бы естественно для служб, учитывающих их местоположение. Например, слова «игровая площадка» (playground), «деловой центр» (downtown) или «парк для пробежки» (jogging park) указывают на некоторые местоположения, но их не удастся найти в типичной онлайновой службе карт. Однако принятие во внимание этой «народной географии» позволило бы создать несколько инновационных приложений.

Генерируемые пользователями данные о их перемещениях, связанных с занятиями спортом, может помочь выявить городские районы, более всего используемые для данного рода занятий, и также особенности людей, которые являются завсегдатаями этих мест. Такая информация могла бы использоваться в разнообразных приложениях, учитывающих текущее местоположение пользователей и обеспечивающих ответы на запросы типа: «Где в городе лучше всего бегать трусцой?», «Когда люди моего возраста предпочитают кататься на велосипедах?» и т. д. Кроме того, поскольку подобные данные описывают способы «использования» города некоторыми людьми, они могут помочь городским планировщикам и местным правительствам при ответе за вопросы вида: «Хорошо ли спланированы и правильно ли используются велосипедные дорожки?», «Когда люди предпочитают бегать трусцой в данном парке и не мешает ли это проведению общественных мероприятий?».

Бег трусцой в Барселоне. Наложение цветов показывает изменение плотности в течение суток. Красные оттенки соответствуют местности с более высокой плотностью. Карта показывает, что больше всего трусцой бегают в центре города, а также на горе Тирибадо, одной из основных достопримечательностей Берселоны.

Для обеспечения улучшенного понимания динамики городов авторы статьи проанализировали крупный набор данных о перемещениях людей в связи с занятиями спортом. Для этой цели они применили к своим данным ядерную оценку плотности распределения (kernel density estimation, KDE), что позволило эффективно анализировать изменения данных во времени и пространстве. Применение KDE позволяет разработать несколько новых приложений. Например, можно изучать, каким образом люди используют парки, велосипедные дорожки и т. д. Можно выявлять различия в поведении у различных демографических и социальных групп и т. д.

Хотя описываемый в статье подход концентрируется на занятиях спортом, его можно применить и к другим разновидностям данных, генерируемых пользователями, чтобы лучше разобраться к различных аспектах жизни людей.

До следующей встречи, Сергей Кузнецов (kuzloc@ispras.ru).