77287

О СОЗДАНИИ СРЕДЫ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМ НАУЧНОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ

Научная статья

Информатика, кибернетика и программирование

При визуализации той или иной сущности специфическими являются выбор конкретного двух или трехмерного геометрического представления абстрактного объекта и разработка алгоритма построения этого представления на основе данных производимых вычислительной программой. Можно выделить три класса систем визуализации. Наконец к третьему классу относятся специализированные системы визуализации созданные специально для данного исследовательского проекта или даже конкретного пользователя.

Русский

2015-02-02

33 KB

0 чел.

О СОЗДАНИИ СРЕДЫ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМ НАУЧНОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ

П.А. Васёв*, С.С.Кумков*, Е.Ю.Шмаков**

*ИММ УрО РАН, Екатеринбург       **УрФУ, Екатеринбург

Под научной визуализацией традиционно понимают методику перевода абстрактных объекты в геометрические образы, что дает возможность исследователю наблюдать результаты численного моделирования явлений и процессов. При визуализации той или иной сущности специфическими являются выбор конкретного двух- или трехмерного геометрического представления абстрактного объекта и разработка алгоритма построения этого представления на основе данных, производимых вычислительной программой. Инструментарий манипулирования полученными геометрическими объектами (перемещение, повороты, масштабирование, изменение видимости, цвета, прозрачности и т.п.), как правило, совпадает для различных задач.

Можно выделить три класса систем визуализации. Первый – универсальные системы, которые включают набор алгоритмов построения тех или иных типовых представлений. К этому классу относятся широко известные системы ParaView и AVS. Второй класс – специализированные системы специфических визуальных сущностей. Например, это такие пакеты как IVS3D (гео-информация), VENUS (молекулярные структуры), VolVis (разреженные 3-мерные массивы). Наконец, к третьему классу относятся специализированные системы визуализации, созданные специально для данного исследовательского проекта или даже конкретного пользователя.

Системы первых двух классов хороши тем, что позволяют в подходящих случаях быстро получить результат. Однако на практике часто оказывается, что имеющиеся алгоритмы построения геометрических объектов, заложенные в подобные пакеты, удовлетворяют требованиям пользователя лишь частично или не удовлетворяют вовсе, а добавление собственных модулей построения геометрических объектов невозможно.

Идеальный вариант для любого пользователя – система, созданная специально под его задачу с учётом всех его запросов и пожеланий. Но создание подобных систем каждый раз ведется практически «с нуля», и для решения всех возникающих вопросов требуются высококвалифицированные специалисты, которые тратят значительную часть своего времени на реализацию именно типовой задачи – создание пользовательского интерфейса.

Авторы разработали систему визуализации, которая решает указанные проблемы. Она содержит весьма богатый пользовательский интерфейс, а также включает мощное ядро, позволяющее хранить трехмерную сцену и динамически работать с ней посредством программного интерфейса (API). В рамках предложенной системы пользователю для визуализации тех или иных объектов нужно разработать модуль, представляемый в виде библиотеки DLL оговоренного формата. Процедуры, помещенные в этот модуль, читают выходные файлы данных вычислительной программы, конструируют их геометрическое представление и помещают соответствующие объекты в сцену.

Текущая версия программы написана на языке C# для среды исполнения Microsoft .Net 4.0. При разработке использовалась оконная библиотека WPF среды .Net и библиотека трехмерной графики Media3D.

Таким образом, разработка системы визуализации из сложного проекта, включающего в себя множество рутинных технических задач, превращается в процесс настройки, адаптации и расширения имеющегося «конструктора систем визуализации» в едином стандарте. 

Работа выполнена в рамках Программы фундаментальных исследований Президиума РАН № 14 "Интеллектуальные информационные технологии, математическое моделирование, системный анализ и автоматизация" при поддержке УрО РАН, проект 09-П-1-1003, и грант РФФИ 10-01-96006.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

41275. Непрерывно-детерминированные модели (D-схемы). Основные соотношения. Возможные приложения D-схемы 224 KB
  Они отражают динамику изучаемой системы и в качестве независимой переменной от которой зависят неизвестные искомые функции обычно служит время t. Элементарные системы Из этого уравнения свободного колебания маятника можно найти оценки интересующих характеристик. Очевидно что введя обозначения h2 = mMlM2 = LK h1 = 0 h0 = mMglM = 1 CK Ft = qt = zt получим обыкновенное дифференциальное уравнение второго порядка описывающее поведение этой замкнутой системы: h2d2zt dt2 h1dzt dt h0zt = 0 2.9 где h0 h1...
41276. Дискретно-детерминированные модели (F-схемы). Основные соотношения. Возможные приложения F-схемы 170.5 KB
  Система представляется в виде автомата как некоторого устройства с входными и выходными сигналами перерабатывающего дискретную информацию и меняющего свои внутренние состояния лишь в допустимые моменты времени. В каждый момент t = 0 1 2 дискретного времени Fавтомат находится в определенном состоянии zt из множества Z состояний автомата причем в начальный момент времени t = 0 он всегда находится в начальном состоянии z0 = z0. Другими словами если на вход конечного автомата установленного в начальное состояние z0 подавать в...
41277. Дискретно-стохастические модели (Р-схемы). Основные соотношения. Возможные приложения P-схемы. Непрерывно-стохастические модели (Q-схемы). Основные соотношения 159.5 KB
  Непрерывностохастические модели Qсхемы Основные соотношения Особенности непрерывностохастического подхода рассмотрим на примере типовых математических Qсхем систем массового обслуживания англ. В качестве процесса обслуживания могут быть представлены различные по своей физической природе процессы функционирования экономических производственных технических и других систем например: потоки поставок продукции некоторому предприятию потоки деталей и комплектующих изделий на сборочном конвейере цеха заявки на обработку информации ЭВМ...
41278. Непрерывно-стохастические модели (Q-схемы) (продолжение). Возможные приложения Q-схем 140.5 KB
  В студенческом машинном зале расположены две ЭВМ и одно устройство подготовки данных УПД. Студенты приходят с интервалом в 8  2 мин и треть из них хочет использовать УПД и ЭВМ а остальные только ЭВМ. Работа на УПД занимает 8  1 мин а на ЭВМ 17 мин. Кроме того 20 работавших на ЭВМ возвращаются для повторного использования УПД и ЭВМ.
41279. Сетевые модели (N-схемы). Основные соотношения. Возможные приложения N-схем 176.5 KB
  Сетевые модели Nсхемы. Сетевые модели Nсхемы Основные соотношения Для формального описания структуры и взаимодействия параллельных систем и процессов а также анализа причинноследственных связей в сложных системах используются сети Петри англ. Граф Nсхемы имеет два типа узлов: позиции и переходы изображаемые 0 и 1 соответственно. Граф Nсхемы является мультиграфом так как он допускает существование кратных дуг от одной вершины к другой.
41281. ФОРМАЛИЗАЦИЯ И АЛГОРИТМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ 163 KB
  Методика разработки и машинной реализации моделей систем Сущность машинного моделирования системы состоит в проведении на вычислительной машине эксперимента с моделью которая представляет собой некоторый программный комплекс описывающий формально и или алгоритмически поведение элементов системы в процессе ее функционирования т. Требования пользователя к модели Основные требования предъявляемые к модели процесса функционирования системы: 1. Полнота модели должна предоставлять пользователю возможность получения необходимого набора оценок...
41283. ОСНОВЫ АЛГЕБРЫ ЛОГИКИ 56.5 KB
  Алгебра логики или алгебра высказываний разработана Джорджем Булем в 1854 г. Отсюда второе название "Булева алгебра". Логическая функция – закон соответствия между логическими переменными (функция дискретная). Логическая переменная либо есть, либо ее нет. Логическая функция может иметь произвольное число логических переменных. Область определения насчитывает значений, где n – количество переменных.