77363

ПОИСК НОВЫХ ПОДХОДОВ К ВИЗУАЛИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ

Научная статья

Информатика, кибернетика и программирование

Важная проблема разработки систем компьютерной визуализации связана с выбором методов представления данных возникающих в связи с описанием сложных процессов. Такие подходы появляются в различных областях компьютерной визуализации см. Нужен дополнительный поиск более простых метафор визуализации позволяющих более эффективно анализировать абстрактные данные.

Русский

2015-02-02

33 KB

1 чел.

ПОИСК НОВЫХ ПОДХОДОВ К ВИЗУАЛИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ

В.Л. Авербух, И.О. Михайлов, П.В. Небогатикова

ИММ УрО РАН, УрФУ

Екатеринбург

Важная проблема разработки систем компьютерной визуализации связана с выбором методов представления данных, возникающих в связи с описанием сложных процессов. Традиционные методы не всегда удовлетворяют новым задачам. В последнее время появился целый ряд работ с использованием для этих целей новых подходов, основанных зачастую на весьма нетривиальной математике. Такие подходы появляются в различных областях компьютерной визуализации (см., например, [1,2]). Отметим, однако, что интерпретация графических выводов в этих случаях также нетривиальна и требует не многим меньших усилий, чем разработка соответствующих видов отображения. Нужен дополнительный поиск более простых метафор визуализации, позволяющих более эффективно анализировать абстрактные данные.

В этой работе мы предлагаем свои решения по визуализации для некоторых задач представления процессов.

Анализ параллельных программ на базе парадигмы передачи сообщений требует рассмотрения большого числа параллельно исполняемых процессов, работа которых может зависеть от событий, происходящих в том или ином процессе.

Предполагается представление о времени, как об оси координат, подобной привычным трём пространственным. Время понимается как поток событий, любое изменение которого нарушает всю цепочку причинно-следственных связей. При таком подходе естественной кажется идея о возможности перемещения по времени в оба направления. Можно рассмотреть набор параллельных процессов с последовательно текущими (и изменяемыми) потоками событий. Причём события-воздействия в том или ином процессе влекут реакцию, затрагивающее как процесс, в котором оно произошло, так и другие процессы. Возможно исправление ошибок за счет возвращения назад по оси времени и вмешательства в ход событий.

Такой подход можно описать метафорой «машина времени». Отметим, что использование метафоры «машины времени» не требует знаний источника (научно-фантастических романов).

Нами разработан прототип визуализационной составляющей системы представления параллельных процессов, которую можно будет использовать в отладочных целях. Образность при визуализации процессов – трехмерная. Процессы представляются в виде цветных цилиндров, связанных между собой тонкими «нитями». (Аналогично визуальному представлению в системе VisuaLinda [3].) По нитям движутся шары, представляющие данные. С помощью цветов описывается состояние процесса. Пользователь может перемещаться по оси времени и менять состояние процессов.

Метафора «машины времени» может использоваться также при разработке систем научной визуализации, при представлении сложных физических (химических, биологических и пр.) процессов. От стандартной метафоры проигрывателя такие реализации отличаются возможностью задания событий-изменений, которые описываются “эффектом бабочки”. Этот эффект заключается в том, что казалось бы маловажное событие приводит к изменению хода процесса. Данная научная метафора используется, например, в работах, посвященных хаотическим [некорректным] системам, где малое изменение начальных условий влечёт большой и часто непредсказуемый эффект. При реализации прототипа системы научной визуализации на базе метафоры «машины времени» используются естественные типы образности.

В системах визуализации программного обеспечения параллельных вычислений внутренние структуры единичного процесса отображается, как правило, в текстовом виде. Традиционно под визуализацией понимаются исключительно графические методики. Но это не так. Визуализация связана с любым зримым представлением данных. Возможно получение дополнительных эффектов означивания при использовании различных способов вывода текста [4]. При представлении программ кроме смысла самого текста, появляется дополнительная возможность выделения программных объектов. Анимация текста – мощный инструмент привлечения внимания к тем или иным программным объектам. Возможно, что таким образом удастся разрешить давнюю проблему – как статичный в принципе текст может передать динамику программы.

Реализован прототип литерной визуализации текста программ на базе их интерпретации. Используются эффекты дополнительного означивания за счет изменения размера и начертания текста программы, изменения цвета, а также непосредственного движения текста и отдельных литер, подобно тому, как движутся буквы в титрах кинофильмов, анимации и рекламы. При работе программы происходит подстановка значений переменных и анимация вычислений. Графические представления применяются при описании циклов, логических выражений и функций, а также структур данных.

Возможно использование литерной визуализации в рамках визуального отладчика параллельных программ, разрабатываемом на базе метафоры «машины времени».

Литература

1. Hlawatsch M., Leube Ph., Nowak W., Weiskopf D. Flow Radar Glyphs—Static Visualization of Unsteady Flow with Uncertainty // IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, Vol. 17, No. 12, December 2011, pp. 1949-1958.

2. A. N. M. Imroz Choudhury, Bei Wang, Rosen P., Pascucci V. Topological analysis and visualization of cyclical behavior in memory reference traces // IEEE Pacific Visualization Symposium, PacificVis 2012, Korea, February 28 - March 2, 2012. IEEE 2012, pp. 9-16.

3. Koike H., Takada T., Masui T. VisuaLinda: A Framework for Visualizing Parallel Linda Programs // Proceeding 1997 IEEE Symposium on Visual Languages. IEEE. 1997. pp. 174-178.

4. van Leeuwen Th. Towards a semiotics of typography // Information Design Journal + Document Design. 2006. 14(2), pp. 139-155.

Работа выполнена при поддержке программы Президиума РАН № 18 "Алгоритмы и математическое обеспечение для вычислительных систем  сверхвысокой производительности", а также проекта 12-П-1-1034 УрО РАН.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

40585. Проблема сложности больших систем 21.96 KB
  Единственно эффективный подход к решению этой проблемы заключается в построении сложной системы из небольшого количества крупных частей каждая из которых в свою очередь строится из частей меньшего размера и т. по отношению к проектированию сложной программной системы это означает что ее необходимо разделять декомпозировать на небольшие подсистемы каждую из которых можно разрабатывать независимо от других. Это позволяет при разработке подсистемы любого уровня держать в уме информацию только о ней а не обо всех остальных частях системы....
40586. Методология функционального моделирования SADT. Состав и функции моделей SADT 61.84 KB
  Состав и функции моделей SDT. Взаимодействие блоков друг с другом описываются посредством интерфейсных дуг выражающих ограничения которые в свою очередь определяют когда и каким образом функции выполняются и управляются; строгость и точность. отделение организации от функции т. Методология SDT может использоваться для моделирования широкого круга систем и определения требований и функций а затем для разработки системы которая удовлетворяет этим требованиям и реализует эти функции.
40587. Методология функционального моделирования SADT. Состав и функции моделей SADT. Типы связей 40.5 KB
  Вендрова Проектирование ПО Ход урока Организационный момент 24 мин: Приветствие оформление документов к занятию Повторение пройденного материала применяемая методика выводы1520 минзанятие 22 п.5 Сообщение темы урока постановка цели и задачи:13 мин: Методология функционального моделирования SDT; Состав и функции моделей SDT. Изложение нового материала применяемая методика: 5060 мин. лекция: Состав функциональной модели Иерархия диаграмм Типы связей между функциями Моделирование потоков данных процессов...
40588. Психологические особенности профессионального общения сотрудников ОВД 92 KB
  Чтобы профессиональное общение сотрудника ОВД было эффективным и успешным, он обязан разбираться в психологии общения, обладать умением делать выводы на основании фактов и собственных наблюдений.
40589. Создание SADT-диаграмм по произвольным проектам 48 KB
  Организационный момент 23 мин: Приветствие фиксация отсутствующих проверка санитарного состояния аудитории заполнение журнала рапортички проверка подготовленности студентов к занятию. Напоминание правил техники безопасности при работе с ПК; 2. Сообщение темы цели и задач практикума 23 мин: Цели: Приобретение навыков создания SDT моделей по методологии IDEF0. Актуализация опорных знаний и умений студентов 1015 мин: устный опрос занятие 24 п.
40590. Метод моделирования IDEF1 35.48 KB
  Сущность в методологии IDEF1X является независимой от идентификаторов или просто независимой если каждый экземпляр сущности может быть однозначно идентифицирован без определения его отношений с другими сущностями. Сущность называется зависимой от идентификаторов или просто зависимой если однозначная идентификация экземпляра сущности зависит от его отношения к другой сущности рисунок 1. Сущности Каждой сущности присваивается уникальное имя и номер разделяемые косой чертой и помещаемые над блоком. Связь может дополнительно определяться с...
40591. Создание ERD диаграмм методом IDEF I 48.5 KB
  Организационный момент 23 мин: Приветствие фиксация отсутствующих проверка санитарного состояния аудитории заполнение журнала рапортички проверка подготовленности студентов к занятию. Напоминание правил техники безопасности при работе с ПК; 2. Сообщение темы цели и задач практикума 23 мин: Цели: Приобретение навыков создания SDT моделей по методологии IDEF0. Актуализация опорных знаний и умений студентов 1015 мин: устный опрос занятие 27 п.
40592. Сущность объектно-ориентированного подхода 16.76 KB
  Объектноориентированный подход использует объектную декомпозицию при этом статическая структура системы описывается в терминах объектов и связей между ними а поведение системы описывается в терминах обмена сообщениями между объектами. Каждый объект системы обладает своим собственным поведением моделирующим поведение объекта реального мира. Абстрагирование это выделение существенных характеристик некоторого объекта которые отличают его от всех других видов объектов и таким образом четко определяют его концептуальные границы...
40593. Унифицированный язык UML 17.75 KB
  Например нотация диаграммы классов определяет каким образом представляются такие элементы и понятия как класс ассоциация и множественность. Определение классов и объектов одна из самых сложных задач объектноориентированного проектирования. Наследование означает построение новых классов на основе существующих с возможностью добавления или переопределения данных и методов. Наследование и полиморфизм обеспечивают возможность определения новой функциональности классов с помощью создания производных классов потомков базовых классов.