65226

Інформаційна технологія автоматизованого підготування зображень просторових моделей молекул

Автореферат

Информатика, кибернетика и программирование

Результатами досліджень є спеціалізовані програмні комплекси для візуалізації просторових моделей молекул. Для підготування зображень просторових моделей молекул можна скористатися також послугами дизайнагентств але в цьому випадку...

Украинкский

2014-07-27

348 KB

0 чел.

PAGE  19

УКРАЇНСЬКА АКАДЕМІЯ ДРУКАРСТВА

ЛИТОВЧЕНКО

Олег Віталійович

УДК 004.915+004.925+004.414

ІНФОРМАЦІЙНА ТЕХНОЛОГІЯ

АВТОМАТИЗОВАНОГО ПІДГОТУВАННЯ ЗОБРАЖЕНЬ

ПРОСТОРОВИХ МОДЕЛЕЙ МОЛЕКУЛ

05.13.06 – інформаційні технології

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Львів – 2010


Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі електронних видань Української академії  друкарства Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник:  доктор технічних наук, професор

 Сеньківський Всеволод Миколайович,

 Українська академія друкарства,

 завідувач кафедри електронних видань

Офіційні опоненти:   доктор технічних наук, професор

 Сікора Любимир Степанович,

  Національний університет “Львівська політехніка”,

  професор кафедри автоматизованих  систем управління

  кандидат технічних наук, доцент

  Мартинюк Володимир Трохимович,

  Національний технічний університет України  

 “Київський політехнічний інститут”,  доцент кафедри репрографії

Захист відбудеться 25 листопада 2010 р. о 14 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.35.101.01 в Українській академії друкарства за адресою:  79020, м. Львів, вул. Підголоско, 19.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Української академії  друкарства за адресою: 79006, м. Львів, віл. Підвальна, 17.

Автореферат розісланий 22 жовтня 2010 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

канд. техн. наук, професор   В. Ц. Жидецький


ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Останнім часом усе актуальнішими стають задачі підготування зображень 3D-моделей, які містять специфічну наукомістку інформацію, для компаній медичного, біотехнологічного, фармацевтичного й нанотехнологічного профілю, для видавництв наукової та науково-популярної літератури, журналів, кіностудій, наукових та освітніх установ. До таких зображень належать просторові моделі молекул.

Серед усіх видів друкованої продукції найбільшу технологічну складність становить підготування тих наукового-технічних, нормативно-виробничих і навчально-методичних видань, які містять значний відсоток ілюстративного матеріалу. Ця складність зумовлена особливостями компонування та нормами виробітку, позаяк створення ілюстрацій, зокрема технічних рисунків, можуть виконувати лише спеціалісти з достатньо високою кваліфікацією. Оскільки існує велика кількість типових, уніфікованих, повторюваних та  алгоритмічно реалізованих операцій під час підготування технічних рисунків, для автоматизації процесу верстання видання потрібне використання спеціалізованих комп’ютерних програм.

Вагомий внесок у дослідження підходів, методів, моделей і засобів  автоматизації редакційно-видавничого процесу зробили українські вчені:  Дурняк Б. В., Гавенко С. Ф., Лазаренко Е. Т., Луцків М. М., Овсяк В. К., Сеньківський В. М., Сікора Л. С., Тимченко О. В. та ін.

Подібні завдання розв’язують також наукові працівники Саарського й Тюбингенського університетів (Німеччина), Женевського університету (Швейцарія) та Каліфорнійського університету (США). Результатами досліджень є спеціалізовані програмні комплекси для візуалізації просторових моделей молекул. Однак в цих засобах відсутня можливість інтеграції в комп’ютерно-видавничі системи, тому що їх розробляли як компоненти автоматизованого робочого місця фахівця хімічної чи фармако-біологічної галузі.

Для підготування зображень просторових моделей молекул можна скористатися також послугами дизайн-агентств, але в цьому випадку суттєво зростає вартість робіт та ймовірність фактичних помилок і неточностей у відображенні структури молекули, оскільки ілюстрації будуть підготовлювати спеціалісти в галузі дизайну, а не хімії.

З огляду на це, створення інформаційної технології (ІТ) автоматизованого підготування зображень просторових моделей молекул для комп’ютерно-видавничих систем (КВС) є актуальним та своєчасним. Її використання забезпечить, з одного боку, отримання якісного й такого, що відповідає поліграфічним нормам, зображення просторової молекули, з іншого – уможливить автоматизоване заверстування ілюстрації в публікацію відповідно до наявних вимог оформлення видань.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Науковий напрям дисертаційної роботи безпосередньо пов’язаний з виконанням держбюджетної тематики, орієнтованої на розроблення та оптимізацію математичних моделей, алгоритмів і програм комп’ютерного опрацювання текстової і графічної інформації, на кафедрі електронних видань Української академії друкарства; бюджетної теми Б № 603-2009 “Дослідження алгоритмів опрацювання тексту в задачах пошуку та підбору інформації” (№ державної реєстрації 0109U003049).

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є розроблення інформаційної технології автоматизованого підготування зображень просторових моделей молекул.

Мета досягається розв’язанням таких завдань:

  •  аналіз наявних методів і засобів отримання зображень просторових моделей молекул для визначення можливості їх використання в комп’ютерно-видавничих системах;
  •  створення інформаційної моделі процесу підготування зображень просторових моделей молекул для комп’ютерно-видавничих систем;
  •  розроблення методів підготування зображень просторових моделей молекул для отримання ілюстрацій, які відповідатимуть поліграфічним вимогам оформлення видань;
  •  розроблення методу проектування просторових молекул за допомогою мов моделювання для забезпечення ефективного застосування інформаційної технології автоматизованого підготування зображень просторових моделей молекул;
  •  проектування системи автоматизованого підготування зображень просторових моделей молекул для реалізації розроблюваної інформаційної технології у вигляді програмного продукту.

Об’єкт дослідження – процес автоматизованого підготування зображень просторових моделей молекул.

Предмет дослідження – моделі, методи та програмні засоби підготування зображень просторових моделей молекул.

Методи досліджень. У дисертаційній роботі використано методи системного і матричного аналізу – для формалізації подання зв’язків між параметрами верстання; теорії графів – для моделювання пріоритетності впливу параметрів верстання на процес підготування зображень; просторового та параметричного моделювання – для оптимізації методів візуалізації просторових моделей молекул; методології функціонального моделювання – для проектування інформаційної моделі процесу підготування зображень просторових моделей молекул для КВС; об’єктного моделювання – для проектування просторової моделі молекули та розроблення інформаційної системи автоматизованого підготування зображень просторових моделей молекул за допомогою візуальних мов моделювання; методи прикладного програмування – для автоматизації процесу моделювання пріоритетності впливу параметрів верстання на процес підготування зображень та для програмної реалізації інформаційної технології автоматизованого підготування зображень просторових моделей молекул.

Наукова новизна одержаних результатів. На основі теоретичних і практичних досліджень отримано такі нові результати:

  •  уперше формалізовано процес підготування зображень просторових моделей молекул засобами функціонального моделювання для одержання адекватного до предметної галузі проекту у вигляді інформаційної системи;
  •  уперше на основі візуальних мов моделювання розроблено метод проектування просторової моделі молекули для автоматичного синтезування виконуваних кодів та для  візуалізації в різних програмних середовищах;
  •  розроблено ієрархічну модель параметрів складних книжкових видань на основі синтезованого графу зв’язків між параметрами та відповідної йому матриці досяжності, що уможливлює встановлення пріоритетності їх впливу на процес верстання зображень просторових моделей молекул;
  •  набув подальшого розвитку метод візуалізації просторових моделей молекул із використанням сферичної параметризації, який забезпечує відповідність отриманих зображень поліграфічним вимогам оформлення видань.

Практичне значення отриманих результатів полягає в тому що:

  •  розроблено імітаційну модель розрахунку ієрархічного графу, що дало змогу автоматизувати процес моделювання пріоритетності впливу вибраних параметрів на процес підготування зображень;
  •  створено мову просторового моделювання молекул (МПММ), що забезпечило швидший перехід від проектування до реалізації інформаційної технології та можливість використання одержаного методу проектування просторової моделі молекули під час розроблення інших систем без його зміни;
  •  запроектовано систему автоматизованого підготування зображень просторових моделей молекул, використання якої дозволить скоротити час верстання видання та підвищити його якість;
  •  розроблено інтерфейс міжпрограмної взаємодії системи автоматизованого підготування зображень просторових моделей молекул, який забезпечив можливість підтримки й редагування створених просторових зображень молекул, поміщених засобами комп’ютерно-видавничих систем у публікацію.

Результати дисертаційної роботи впроваджено у:

  •  видавничій групі “ЖИТТЯ” (підготування видань до друку з використанням інформаційної системи “ProMol”);
  •  рекламній агенції “Креатив” (використання інформаційної системи “ProMol” під час проведення рекламних кампаній);
  •  видавництві Української академії друкарства (підготування зображень просторових моделей молекул);
  •  навчальний процес Української академії друкарства (використання теоретичних та практичних результатів дисертації під час викладання дисциплін “Видавничо-поліграфічні технології” та “Комп’ютеризація художньо-видавничого процесу” на кафедрі електронних видань та “Органічна хімія” на кафедрі поліграфічного матеріалознавства і хімії.

Дані про впровадження підтверджено відповідними документами.

Особистий внесок здобувача. Основні результати теоретичних та  експериментальних досліджень, які містяться в дисертації, автор отримав особисто. У роботах, написаних у співавторстві, дисертантові належать: [1] – аналіз процесу підготовлення зображень просторових моделей молекул для КВС; [5] – дослідження способів отримання вхідних даних автоматизованою системою підготування зображень просторових молекул; [2] – розроблення формату даних системи автоматизованого підготування зображень просторових моделей молекул для КВС; [10] – розроблення інтерфейсу міжпрограмної взаємодії системи автоматизованого підготування зображень просторових моделей молекул; [3] – дослідження принципів проектування графічного інтерфейсу системи автоматизованого підготування зображень просторових моделей молекул.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації доповідались та обговорювались на: шостій науково-технічній конференції студентів і аспірантів “Друкарство молоде” (м. Київ, 2006); міжнародній конференції “Комп’ютерні технології друкарства” (Львів, 2006); міжнародних науково-практичних конференціях “Квалілогія книги” (Львів,  2007–2008); звітних науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу, наукових працівників і аспірантів Української академії друкарства (Львів, 2006–2010).

Публікації. За результатами проведених досліджень опубліковано 11 наукових праць, серед яких 6 статей у фахових наукових виданнях, 5 публікацій у матеріалах наукових конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел із 127-ми найменувань, додатків. Загальний обсяг роботи 164 сторінок друкованого тексту. Дисертація містить 65 рисунків, 17 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету і задачі дослідження, висвітлено наукову новизну, практичне значення та впровадження результатів роботи. Наведено дані про особистий внесок здобувача, апробацію одержаних результатів, опубліковані наукові праці, структуру та обсяг дисертації.

У першому розділі проаналізовано способи отримання зображення просторових моделей молекул та досліджено методи моделювання інформаційних технологій.

Молекули є тривимірними об’єктами, тому в наукових дослідженнях істинність результату залежить від того, наскільки точно відоме просторове розташування атомів у них. Виходячи із цього, проведено класифікацію способів візуалізації молекул для визначення моделей, які дають змогу найбільш точно відобразити їхню структуру.

Для візуалізації молекул за допомогою вибраних моделей можна скористатися спеціалізованими програмними комплексами. Однак отримані зображення на екрані монітора не можуть бути використані в публікаціях, які готують для друку, оскільки вони не містять параметрів, потрібних для верстання видань відповідно до поліграфічних вимог щодо їхнього оформлення.

Виконано аналіз наявних програмних комплексів щодо можливості їх застосування під час підготування зображень просторових моделей молекул для комп’ютерно-видавничих систем. Для цього на основі експертних оцінок сформульовано такі критерії: середовище функціонування; ліцензія; зручність використання; адекватне відображення структури; виконання поліграфічних вимог; інтеграція в комп’ютерно-видавничі системи; редагування заверстаного зображення.

Унаслідок цього було встановлено, що жоден із досліджуваних програмних продуктів не відповідає сформульованим критеріям і його не можна використовувати для підготування ілюстрацій просторових моделей молекул під час верстання та друкування видань. А тому існує потреба у створенні інформаційної технології автоматизованого підготування зображень просторових моделей молекул для комп’ютерно-видавничих систем, яка б відповідала визначеним критеріям.

Розглянуто способи побудови просторового зображення на основі використання прикладних програмних інтерфейсів для програмування 3D-графіки (3D-API). Для реалізації поставленого завдання обґрунтовано вибір графічної 3D-бібліотеки OpenGL.

Досліджено методи функціонального й об'єктного моделювання та обґрунтовано використання на початкових етапах розроблення інформаційної технології методології IDEF.

У другому розділі розроблено моделі й удосконалено метод підготування зображень просторових моделей молекул для забезпечення відповідності отриманих ілюстрацій поліграфічним нормам.

На основі методології IDEF побудовано інформаційну модель процесу підготування зображень просторових моделей молекул для комп’ютерно-видавничих систем.

На першому кроці моделювання проведено загальний опис процесу підготування зображень у вигляді контекстної діаграми. Взаємодія об’єкта дослідження з навколишнім світом описано в термінах входу (“Публікація” та “Дані про молекулу”), виходу (“Зверстана публікація”) та керування (“Стандарти верстки” й “Авторська модель”).

За допомогою діаграм декомпозиції процес розбито на 2 підпроцеси: “Взаємодія середовища моделювання й КВС” (рис. 1) та “Проектування просторової моделі молекули” (рис. 2). Наступними етапами створення інформаційної моделі визначено складові частини отриманих підпроцесів та побудовані відповідні діаграми декомпозиції.

Унаслідок дослідження отриманої інформаційної моделі сформульовано суть початкових етапів проектування інформаційної технології автоматизованого підготування зображень просторових моделей молекул для комп’ютерно-видавничих систем.

На першому етапі здійснено аналіз правил і чинників, які впливають на результат та якість верстання. На основі експертних оцінок виділено узагальнені параметри, які відносяться саме до ілюстрації: формат паперу (ФП); формат сторінки (ФС); шрифтове оформлення публікації (ШОП); кольорова модель публікації (КМП); вид видання (ВВ); формат і кількість колонок (ФКК); ритм розміщення ілюстрацій (РРІ); пропорція ілюстрацій (ПІ); баланс ілюстрацій (БІ); єдність оформлення (ЄО).

Проведено моделювання пріоритетності впливу отриманих параметрів на процес підготування зображень. Для цього побудовано орієнтований граф, у вершинах якого розміщено вибрані параметри. Зв’язки між ними позначено у вигляді стрілок, напрямок яких вказує на залежність параметрів один від одного (рис. 3).

На основі отриманого графу для множини вершин побудовано бінарну матрицю залежності А за таким правилом:

 

Сформовано матрицю досяжності В для множини вершин графу за правилом B = A + I, де А – матриця залежності, І – одинична матриця . На її основі отримано таблиці ітерації для визначення рівнів ієрархії вузлів досліджуваного графу.

Рис. 1. Діаграма декомпозиції процесу  “Взаємодія середовища моделювання й КВС”

Рис. 2. Діаграма декомпозиції процесу  “Проектування просторової моделі молекули”

Рис. 3. Орієнтований граф зв’язків між вибраними параметрами,  які впливають на процес верстання ілюстрацій

У підсумку синтезовано структуровану ієрархічну модель (рис. 4) для виявлення пріоритетності впливу вибраних параметрів на процес верстання ілюстрацій. Це дало змогу на початковому етапі виділити головні параметри та врахувати їх для оптимізації алгоритму системи автоматизованого підготування зображень просторових молекул.

Слід зауважити, що за великої кількості параметрів зростає число ітераційних кроків, що ускладнює отримання графічної моделі ієрархії, а деколи й робить це неможливим. У зв’язку із цим, для автоматизації цього процесу розроблено імітаційну модель розрахунку ієрархічного графу вибраних параметрів, які впливають на процес верстання ілюстрацій, що будує результуючу графічну модель за вхідними даними – назвами параметрів та зв’язками між ними.

Для визначення геометричних параметрів, які слід включати в модель молекули під час її візуалізації, розглянуто основні графічні примітиви і їх взаємозв’язки для побудови просторових об’єктів. Проведено синтез геометричних елементів просторової моделі молекули, що забезпечило оптимізацію процесу 3D-моделювання молекули.

Досліджено методи візуалізації поверхонь просторових моделей молекул, які використовують у спеціалізованих програмних комплексах у контексті впливу на їх швидкодію та повноту відображення структури молекул, внаслідок чого встановлено, що жоден із цих методів не відповідає вимогам  інформаційної технології автоматизованого підготування зображень просторових моделей молекул

Для вирішення проблеми використано метод накладання текстур, ідея якого полягає в тому, щоб кожен атом або зв’язок у моделі замінити 2D-примітивом, який є проекцією 3D-фігури (рис. 5). На отримані фігури накладено текстури, які є зображенням сфери або циліндра, отриманого за допомогою рендерингу з високою якістю. Недолік методу полягає у відсутності способу обчислення реальних площ перетину між примітивами та параметрів освітлення фігур, заданих неявним способом.

Удосконалення методу здійснено за допомогою просторової параметризації поверхонь, яка полягає в поданні множини точок n-мірного простору множиною точок m-мірного простору, яка утворює поверхню. Тобто кожну точку k, яка належить 2D-примітиву, подано тривимірною точкою s на примітиві S з такими атрибутами:

  •  належність точки k до примітива S;
  •  нормаль sn до точки s – для розрахунку освітлення;
  •  глибина z точки s – для обчислення перетину між примітивами, а також для побудови схеми затінення;
  •  позиція текстури x, y для відповідної тривимірної точки на примітиві S – забезпечує доступ до будь-якого атрибута, раніше виділеного для s.

Рис. 4. Графічна модель ієрархії вибраних параметрів,  які впливають на процес верстання ілюстрацій

Рис. 5. Заміна 3D-примітивів їх проекціями

Щоб обчислити освітлення для всієї моделі молекули, використано глобальний метод ambient occlusion, який ґрунтується на побудові променів, що виходять із точки поверхні у всіх напрямках, з наступною їхньою перевіркою на перетинання з іншими об’єктами. Для цього відбувається зчитування текстури молекули, яка була накладена на 2D-примітиви. Для кожного примітива опрацьовують відповідну ділянку текстури, через звертання до атрибутів, які збережені в ній для визначення позиції й форми примітива. Спочатку в позиції x, y обчислюють просторове розміщення s, і визначають, чи освітлена дана точка. Якщо так, то текстура у відповідному пікселі висвітлюється через альфа змішування.

У третьому розділі на основі візуальних мов моделювання розроблено метод проектування просторової моделі молекули для автоматичного синтезування виконуваних кодів та для візуалізації в різних програмних середовищах.

Досліджено методи проектування інформаційних технологій із використанням моделей для подальшого налаштування їх на змінні умови експлуатації та потреби користувачів. З огляду на це, для розроблення ІТ автоматизованого підготування зображень просторових моделей молекул вибрано метод предметно-орієнтованого моделювання DSM.

Відповідно до стандарту модельно-орієнтованого підходу розроблення ІТ – метамоделі MOF та на основі візуальної мови моделювання UML розроблено предметно-орієнтовану мову проектування моделей молекул (МПММ). Використання її на різних етапах розроблення інформаційної технології автоматизованого підготування зображень просторових моделей молекул (рис. 6) забезпечило створення орієнтованої на поліграфічні вимоги моделі 3D-сцени й уможливило налаштовування взаємодії між компонентами ІТ.

МПММ призначена для використання як незалежна від 3D-платформи мова проектування просторових моделей молекул, вона абстрагується від специфічних деталей конкретних 3D-API та форматів опису сцен. Важливою складовою концепції МПММ є автоматична генерація виконуваного коду з моделей, що уможливлює швидший перехід від проектування до реалізації. Внаслідок того, що складові частини коду можуть генеруватися з моделі одночасно для різних груп розробників, забезпечується їх узгодженість та можливість паралельного розроблення.

Для моделювання неоднакових властивостей досліджуваного об’єкта у МПММ використовуються різні об’єктні моделі. Так, для моделювання 3D-сцени молекули у МПММ використовується “модель сцени”, яка описує клас сцен одного типу.

Графічно модель сцени зображується орієнтованим графом (рис. 7). Модель має кореневу вершину “Сцена”, в якій описано початкові параметри сцени. Модель сцени МПММ складають елементи різних типів (рис. 8), із яких батьківським для всіх є клас “Базовий елемент”.

Рис. 6. Етапи розроблення інформаційної технології автоматизованого  підготування зображень просторових моделей молекул

Рис. 7. Модель сцени молекули етанолу в МПММ

Рис. 8. Елементи моделі сцени в МПММ

У МПММ вершини можуть мати атрибути, які використовують для опису властивостей 3D-сцени (наприклад, точка зору, камера) або об’єкта сцени (наприклад, розташування, орієнтація, матеріал). Атрибут приєднується до вершини графу й має в контексті вершини одне унікальне ім’я. У мові просторового моделювання молекул класи атрибутів вершин представлено у вигляді структурованої ієрархії наслідування, яка  зображена на рис. 9.

Після моделювання 3D-сцени молекули за допомогою МПММ на виході отримано моделі, з яких можна генерувати програмний код. Під час модифікації параметрів отриманої 3D-сцени потрібно вносити зміни до відповідної моделі в МПММ, для чого розроблено спосіб зміни 3D-сцени без повторної компіляції.

В підсумку запроектовано інтерфейс моделі сцени, складові компоненти якого містять способи активізації елементів моделі сцени, доступні для інших систем (рис. 10).

Моделювання зв’язків здійснено на верхньому рівні структури моделі сцени – рівні кореневої вершини. Одночасно під час проектування розробник має у своєму розпорядженні цілу низку класів, які містять методи доступу до кожного елемента моделі сцени. Для цього в розроблених засобах МПММ реалізовано підсвічування класів і зв’язків на нижніх рівнях ієрархічної структури.

На рис. 11 зображена ієрархія наслідування класів інтерфейсу моделі сцени в МПММ, із яких розрізняють три основні: “дія над елементом”; “подія сенсора”; “означення елемента”.

Таким чином, під час проектування просторової моделі молекули засобами МПММ отримано модель, у якій використано класи UML, що забезпечить інтегрування процедури проектування просторових моделей молекул в інші системи під час їхнього розроблення.

У четвертому розділі розкрито суть етапів реалізації інформаційної технології автоматизованого підготування зображень просторових моделей молекул, яка дозволяє скоротити час верстання видання та підвищити його якість.

Як відзначено вище, проектування просторової моделі молекули засобами МПММ та її візуалізація за допомогою удосконаленого методу забезпечило отримання якісного зображення. Однак невирішеним залишилося питання коректного поміщення його в публікацію й автоматичного заверстування відповідно до поліграфічних норм .

Розв’язання поставленого завдання здійснено поетапно через проектування системи автоматизованого підготування зображень просторових моделей молекул ProMol, розроблення формату даних, інтерфейсу міжпрограмної взаємодії, графічного інтерфейсу системи.

Під час проектування інформаційної системи ProMol використано візуальну мову моделювання UML.

Рис. 9. Ієрархія наслідування класів атрибутів вершин моделі сцени в МПММ

Рис. 10. Зв’язки між моделлю сцени, інтерфейсом моделі сцени  та компонентами системи в МПММ

Рис. 11. Ієрархія наслідування класів інтерфейсу моделі сцени в МПММ

За допомогою засобів UML спочатку описано функціональність системи за допомогою діаграми варіантів використання (рис. 12), яку зображають у вигляді варіантів використання (use case) або просто прецедентів. Далі проведено моделювання поведінки інформаційної системи ProMol для різних варіантів використання за допомогою діаграм діяльності.

Здійснено моделювання структури системи. Визначено типи об'єктів і різні статичні зв’язки між ними. Для цього використано діаграми класів, які застосовують у мові UML. На рис. 13 зображено діаграму класів інформаційної системи ProMol.

Як було зазначено раніше, для зв’язку класів UML і тих, які використовують в МПММ, запроектовано інтерфейс моделі сцени. На основі класів цього інтерфейсу розроблено інфраструктуру (фреймворк) інформаційної системи ProMol, що дозволяє програмістові отримати доступ до 3D-сцени під час використання системи.

Застосування об’єктно-орієнтованої мови МПММ поряд із UML під час розроблення інформаційної системи забезпечило швидший перехід від моделювання до реалізації ІТ. Таким чином, розроблена інформаційна система ProMol забезпечує автоматичне заверстування зображень просторових моделей молекул, що скорочує час верстання видання, підвищує його якість та надає відповідні інструменти для налаштування ІТ під час використання.

Для опису якісних ознак, що становлять специфіку зображення молекули речовини згідно з авторським оригіналом, розроблено структуру даних просторової моделі. Основні теги структури об’єктів інформаційної системи ProMol: “Початок”, “Тип зображення”, “Геометричні атрибути”, “Колірні атрибути”, “Атрибути сцени”, “Експлікація”. Уся інформація записується у файл із розширенням *.prl.

Розроблена логічна організація даних компонент просторових молекул інформаційної системи ProMol разом зі службовими тегами становить завершену нотацію файлового формату, придатну для програмного підтримання скомпонованої ілюстрації та поміщення засобами КВС у публікацію.

Потоки даних, якими описують обумовлені інформаційні об’єкти та  їхні параметри у форматі даних інформаційної системи Promol, чинні лише в середовищі цього програмного комплексу, тобто формат *.prl є вузькоспеціалізованим, придатним до читання, модифікації винятково процедурними модулями розроблюваного засобу.

Розроблено компоненти інтерфейсу міжпрограмної взаємодії, які забезпечують підтримку й редагування створених просторових зображень молекул, поміщених засобами комп’ютерно-видавничих систем у публікацію, та лягли в основу підготовлення дистрибутива як сервісного засобу керування операційною системою для експлуатації програмного комплексу під час верстання повноколірних видань із дотриманням вимог поліграфічного відтворення.

Рис. 12. Діаграма варіантів використання інформаційної системи ProMol

Рис. 13. Діаграма класів інформаційної системи ProMol

З огляду на те, що використовуватимуть інформаційну систему Promol користувачі, які є фахівцями різних предметних галузей, графічний інтерфейс інформаційної системи Promol запроектовано у вигляді покрокового майстра. Це забезпечить зручність використання системи під час підготування зображень просторових моделей молекул для користувачів, які недостатньо обізнані з хімією.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі розв’язано актуальну наукову задачу, яка полягає в розробленні інформаційної технології автоматизованого підготування зображень просторових моделей молекул для отримання зображення просторової молекули, яке відповідало б поліграфічним нормам, а також для автоматизованого заверстування їх у публікацію. При цьому отримано такі результати.

  1.  Проаналізовано наявні програмні комплекси щодо можливості застосування їх під час підготування зображень просторових моделей молекул для комп’ютерно-видавничих систем на основі вибраних критеріїв. Встановлено невідповідність цих продуктів поставленим умовам.
  2.  На основі методології IDEF функціонального моделювання створено інформаційну модель процесу підготування зображень просторових моделей молекул для КВС для одержання адекватного до предметної області проекту у вигляді інформаційної системи.
  3.  Розроблено модель пріоритетності впливу параметрів складних книжкових видань на процес верстання зображень просторових моделей молекул, що дало змогу на початковому етапі проектування інформаційної технології виділити головні параметри за ступенем впливу на процес. Розроблено імітаційну модель розрахунку ієрархічного графу, що дозволило автоматизувати процес моделювання пріоритетності впливу вибраних параметрів на процес підготування зображень.
  4.  Проведено оптимізацію методу візуалізації поверхонь просторових моделей молекул із використанням текстур та сферичної параметризації. Це дасть змогу підготовлювати зображення, які будуть відповідати поліграфічним нормам.
  5.  Розроблено предметно-орієнтовану мову моделювання для проектування просторової моделі молекули (МПММ), що забезпечило швидший перехід від проектування до реалізації інформаційної технології та можливість використання отриманого методу проектування просторової моделі молекули під час розроблення інших систем без його зміни.
  6.  Розроблено метод моделювання 3D-сцени молекули засобами об’єктно-орієнтованої мови моделювання МПММ для автоматичного синтезування виконуваних кодів та візуалізації в різних програмних середовищах.
  7.  Запроектовано систему автоматизованого підготування зображень просторових моделей молекул, використання якої забезпечить скорочення часу верстання видання та підвищення його якості.
  8.  Розроблено інтерфейс міжпрограмної взаємодії системи автоматизованого підготування зображень просторових моделей молекул, що забезпечило можливість підтримки й редагування створених просторових зображень молекул, поміщених засобами комп’ютерно-видавничих систем у публікацію.
  9.  Результати дисертаційних досліджень впроваджено у “Видавничій групі “ЖИТТЯ”(м. Львів), рекламній агенції “Креатив”(м. Львів), видавництві Української академії друкарства (м. Львів), а також у навчальний процес Української академії друкарства під час викладання дисциплін “Видавничо-поліграфічні технології” та “Комп’ютеризація художньо-видавничого процесу” на кафедрі електронних видань та “Органічна хімія” на кафедрі поліграфічного матеріалознавства і хімії, що підтверджено відповідними документами.

Список праць, опублікованих за темою дисертації

  1.  Литовченко О. В. Етапи підготовлення зображень просторових молекул для науково-технічних видань / О. В. Литовченко, Т. В. Нерода  // Тези доповідей науково-технічної конференції професорсько-викладацького складу наукових працівників і аспірантів. – Львів: УАД, 2006. – С. 69.
  2.  Литовченко О. В. Логічна організація моделей даних компонентів просторових молекул / О. В. Литовченко, Т. В. Нерода // Комп’ютерні технології друкарства. – Львів: УАД, 2006. – Вип. 16. – С. 109–114.
  3.  Литовченко О. В. Проектування інтерфейсу редактора підготовки зображень тривимірних молекул / О. В. Литовченко, Ю. М. Лутчин // Тези доповідей сьомої науково-технічної конференції студентів і аспірантів “Друкарство молоде”. – Київ, 2007. – С. 22–24.
  4.  Литовченко О. В. Моделювання зображень хімічних формул /  О. В. Литовченко // Тези доповідей науково-технічної конференції професорсько-викладацького складу наукових працівників і аспірантів. – Львів: УАД. – С. 111.
  5.  Литовченко О. В. Алгоритм опрацювання вхідних даних автоматизованою системою підготовки зображень просторових молекул / О. В. Литовченко, В. М. Сеньківський  // Збірник праць науково-практичної конференції “Квалілогія книги”. – Львів: УАД, 2007. – С. 111–113.
  6.  Литовченко О. В. Вимоги до інструментального середовища для розроблення автоматизованої системи підготовки зображень просторових молекул / О. В. Литовченко // Тези доповідей науково-технічної конференції професорсько-викладацького складу наукових працівників і аспірантів – Львів: УАД, 2008. – С. 75.
  7.  Литовченко О. В. Моделювання пріоритетності впливу синтезованих критеріїв на процес заверстування ілюстрацій / О. В. Литовченко // Збірник наукових праць “Квалілогія книги”. – Львів: УАД, 2008. – С. 3–13.
  8.  Литовченко О. В. Імітаційна модель розрахунку ієрархічного графа критеріїв верстання елементів публікації / О. В. Литовченко // Комп’ютерні технології друкарства. – Львів: УАД, 2008. – Вип. 19. – С. 93–104.
  9.  Литовченко О. В. Розроблення інтерфейсу імітаційної моделі розрахунку ієрархічного графа критеріїв верстання публікації / О. В. Литовченко // Тези доповідей науково-технічної конференції професорсько-викладацького складу наукових працівників і аспірантів – Львів: УАД, 2009. – С. 82.
  10.  Литовченко О. В. Інформаційна технологія міжпрограмної взаємодії середовища моделювання просторових молекул для КВС / О. В. Литовченко, Т. В. Нерода // Поліграфія і видавнича справа. – Львів: УАД, 2009. – №1 (49). – С. 107–112.
  11.  Литовченко О. В. Розроблення мови просторового моделювання молекул / О. В. Литовченко // Поліграфія і видавнича справа. – Львів: УАД, 2010. – №2 (52). – С. 80–89.

АнотаціЇ

Литовченко О. В. Інформаційна технологія автоматизованого підготування зображень просторових моделей молекул. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 – інформаційні технології. Українська академія друкарства, Львів, 2010.

Дисертаційна робота присвячена розробленню інформаційної технології автоматизованого підготування зображень просторових моделей молекул для скорочення часу верстання видання та підвищення його якості.

На основі методології IDEF функціонального моделювання створено інформаційну модель процесу підготування зображень просторових моделей молекул для КВС. Розроблено модель пріоритетності впливу параметрів складних книжкових видань на процес верстання зображень просторових моделей молекул. Розроблено імітаційну модель розрахунку ієрархічного графу. Проведено оптимізацію методу візуалізації поверхонь просторових моделей молекул із використанням текстур та сферичної параметризації. Розроблено предметно-орієнтовану мову моделювання для просторового моделювання молекул (МПММ) та метод моделювання 3D-сцени молекули засобами МПММ. Запроектовано систему автоматизованого підготування зображень просторових моделей молекул ProMol, використання якої забезпечить скорочення часу верстання видання та підвищення його якості.

Ключові слова: зображення просторових моделей молекул, моделювання інформаційних технологій, предметно-орієнтована мова моделювання, автоматизація процесу верстання ілюстрацій, експертні системи.

Литовченко О. В. Информационная технология автоматизированной подготовки изображений пространственных моделей молекул. – Рукопись

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 – информационные технологии. Украинская академия печати, Львов, 2010.

Диссертационная работа посвящена разработке информационной технологии автоматизированной подготовки изображений пространственных моделей молекул для сокращения времени верстки издания и повышение его качества.

На основе методологии IDEF функционального моделирования создана информационная модель процесса подготовки изображений пространственных моделей молекул для КВС. Разработана модель приоритетности влияния параметров сложных книжных изданий на процесс верстки изображений пространственных моделей молекул. Разработана имитационная модель расчета иерархического графа. Проведена оптимизация метода визуализации поверхностей пространственных моделей молекул с использованием текстур и сферической параметризации. Разработан предметно-ориентированный язык моделирования для пространственного моделирования молекул (МПММ) и метод моделирования 3D-сцены молекулы средствами МПММ. Запроектировано систему автоматизированной подготовки изображений пространственных моделей молекул ProMol для сокращения времени верстки издания и повышение его качества.

Ключевые слова: изображения пространственных моделей молекул, моделирования информационных технологий, предметно-ориентированный язык моделирования, автоматизация процесса верстки иллюстраций, экспертные системы.

Lytovchenko O. V. Information technology for automated preparation of images of spatial models of molecules. – Manuscript.

Thesis for Ph.D. degree in the specialty 05.13.06 - Information technologies. Ukrainian Printing Academy, Lviv, 2010.

The thesis is devoted to development of information technology for automated preparation of images of spatial models of molecules to reduce the publication time of DTP and improving its quality.

Existing software systems for the possibility of using them to prepare the images for spatial models of molecular computer publishing systems based on selected criteria. Established that the products supplied to these conditions.

Based on IDEF functional modeling methodology created an information model of preparing images for spatial models of molecular computer publishing systems to obtain adequate to the subject area of the project in the form of an information system. The model parameters influence the priority complex book publications on the process layout image spatial models of molecules, which allowed the initial design of information technology to identify the main parameters for the degree of influence on the process. The mathematical model of calculation of hierarchical graph, allowing us to automate the process of modeling the impact of selected priority parameters on the preparation of images for computer-publishing systems.

Optimization of the method of visualization of spatial models of molecular surfaces using spherical parameterization and texture. This will allow you to prepare images, which will meet the domestic printing requirements.

A subject-oriented modeling language for the design of a model of the molecule (MPMM), which provided a faster transition from planning to implementation of information technology and the applicability of the obtained design method of a model of molecules in the development of other systems without changing it. The method of modeling 3D-scenes of the molecule by means of object-oriented modeling language for automatic synthesis MPMM executable code and visualization in different software environments.

Designed a system of automated preparation of images for spatial models of molecular computer publishing systems, which use time reduction will provide DTP publishing and improving its quality. A software interface interaction of automated preparation of images of spatial models of molecules, which enabled support for editing and create spatial images of molecules placed by means of computer-publishing in your publication. The logical organization of components of spatial data models molecular information system ProMol, which together with official tags, a complete notation file format.

Keywords: image spatial models of molecules, modeling of information technology, domain-specific modeling language, process automation layout illustrations, expert systems.

Підписано до друку 20.10.2010

Формат 60х84/16. Папір офсетний. Друк цифровий.

Гарнітура Times.

Умов. друк. арк. 1,16. Фіз. друк. арк. 1,25.

Наклад 120 примірників.

Друк:

ДРУК НА ПОТРЕБУ

ФОП Сорока С.В.

Вул. Володимира Великого, 2, м.Львів, 79026


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

83637. Графический метод с использованием характеристик по первым гармоникам 130 KB
  Основные этапы расчета: строится график зависимости нелинейного элемента для первых гармоник; произвольно задаются амплитудой одной из переменных например связанной с нелинейным элементом и по характеристике последнего находят другую переменную определяющую режим работы нелинейного элемента после чего принимая все величины синусоидально изменяющимися во времени на основании построения векторной диаграммы определяется амплитуда первой гармоники переменной на входе цепи; путем построения ряда векторных диаграмм для различных...
83638. Метод кусочно-линейной аппроксимации 134 KB
  Для каждого участка ломаной определяются эквивалентные линейные параметры нелинейного элемента и рисуются соответствующие линейные схемы замещения исходной цепи. Расчет каждой из полученных линейных схем замещения при наличии в цепи одного нелинейного элемента и произвольного числа линейных не представляет труда. При наличии в цепи переменного источника энергии рабочая изображающая точка будет постоянно скользить по аппроксимирующей характеристике переходя через точки излома.
83639. Метод эквивалентных синусоид (метод расчета по действующим значениям) 181 KB
  Катушка с ферромагнитным сердечником Нелинейная катушка индуктивности изображена на рис. Различают параллельную и последовательную схемы замещения катушки с ферромагнитным сердечником. Схемы замещения уравнения и векторные диаграммы для катушки c ферромагнитным сердечником Схема замещения Уравнения и соотношения для параметров Векторная диаграмма Параллельная Последовательная где где Примечание. Трансформатор с ферромагнитным сердечником Трансформатор с ферромагнитным сердечником изображен на рис.
83640. Переходные процессы в нелинейных цепях 165 KB
  На нелинейные цепи не распространяется принцип суперпозиции поэтому основанные на нем методы в частности классический или с использованием интеграла Дюамеля для расчета данных цепей не применимы. Отсутствие общности подхода к интегрированию нелинейных дифференциальных уравнений обусловило наличие в математике большого числа разнообразных методов их решения нацеленных на различные типы уравнений. Применительно к задачам электротехники все методы расчета по своей сущности могут быть разделены на три группы: – аналитические методы...
83641. Графические методы анализа переходных процессов в нелинейных цепях 196.5 KB
  По сравнению с рассмотренными выше аналитическими методами они обладают следующими основными преимуществами: отсутствием принципиальной необходимости в аналитическом выражении характеристики нелинейного элемента что устраняет погрешность связанную с ее аппроксимацией; возможностью проведения расчетов при достаточно сложных формах кривых нелинейных характеристик. Метод фазовой плоскости Метод позволяет осуществлять качественное исследование динамических процессов в нелинейных цепях описываемых дифференциальными уравнениями первого и...
83642. Цепи с распределенными параметрами 159.5 KB
  Однако на практике часто приходится иметь дело с цепями линии электропередачи передачи информации обмотки электрических машин и аппаратов и т. уже при к линии следует подходить как к цепи с распределенными параметрами. Для исследования процессов в цепи с распределенными параметрами другое название – длинная линия введем дополнительное условие о равномерности распределения вдоль линии ее параметров: индуктивности сопротивления емкости и проводимости. Уравнения однородной линии в стационарном режиме Под первичными параметрами линии...
83643. Линия без искажений 208 KB
  Таким образом для отсутствия искажений что очень важно например в линиях передачи информации необходимо чтобы все гармоники распространялись с одинаковой скоростью и одинаковым затуханием поскольку только в этом случае сложившись они образуют в конце линии сигнал подобный входному. Однако искажения могут отсутствовать и в линии с потерями. Фазовая скорость для такой линии и затухание .
83644. Входное сопротивление длинной линии 156 KB
  В общем случае для линии с произвольной нагрузкой для входного сопротивления можно записать. Полученное выражение показывает что входное сопротивление является функцией параметров линии и ее длины и нагрузки. При этом зависимость входного сопротивления от длины линии т.
83645. Сведение расчета переходных процессов в цепях с распределенными параметрами к нулевым начальным условиям 149 KB
  Таким образом если к линии в общем случае заряженной подключается некоторый в общем случае активный двухполюсник то для нахождения возникающих волн необходимо определить напряжение на разомкнутых контактах ключа рубильника после чего рассчитать токи и напряжения в схеме с сосредоточенными параметрами включаемой на это напряжение при нулевых начальных условиях. Полученные напряжения и токи накладываются на соответствующие величины предыдущего режима. При отключении нагрузки или участков линии для расчета возникающих волн напряжения и...