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

26430. Общие закономерности строения организма 21 KB
  Эта закономерность выражается во взаимосвязях основных проявлений жизни реактивность обмен веществ размножение и рос наследственность и изменчивость с условиями внешней среды различный характер внешней среды различные химические и физические свойства среды фактор времени образ жизни борьба за существование. путём гомеостаза – поддержания постоянства внутренней среды организма.
26431. Общий план строения нервной системы, значение 19.5 KB
  Она условно подразделяется на отделы: центральный и периферический состоящие из соматических осуществляющих связь с поперечнополосатыми мышцами тела или автономных образований. Вегетативные автономные образования подразделяются на симпатическую осуществляющую связь с гладкими мышцами сосудов и парасимпатическую обеспечивающую связь с гладкими мышцами внутренностей и железами.
26432. Однокамерный желудок 25 KB
  Тело желудка corpus ventriculi изогнуто. Различают большую кривизну желудка curvatura ventriculi major и малую кривизну curvatura ventriculi minor. В области большой кривизны между входной и выходной частями стенку желудка называют донной fundus ventriculi. На малую кривизну желудка с диафрагмы и печени переходит брюшина и образует малый сальник omentum minus.
26433. Опорно-двигательный аппарат (apparatus locomotorius) 20.5 KB
  Все его системы активно участвуют в реализации биомеханического двигательного поведения животных которое складывается из 2 компонентов: статический – удержание животного на ногах во время покоя динамический – перемещение тела в пространстве локомоция. Костносвязочная и мышечная системы – единый биомеханический аппарат а его системы взаимообуславливают друг друга.
26434. Орган слуха и равновесия 20.5 KB
  Наружное ухо: ушная раковина и наружный слуховой проход железы выделяющие серу. Среднее ухо: барабанная полость молоточек наковальня чечевицеобразная косточка и стремечко евстахиева труба с носоглоткой. Внутреннее ухо: костный и перепончатый лабиринт. Внутреннее ухо состоит из преддверия vestibulum улитки cochlea и вестибулярного аппарата.
26435. Организм и его составляющие 21 KB
  Уровни анатомической организации организма: организм – аппарат – функциональное объединение разнородных органов которые отличаются своим происхождением развитием но объединяются общностью функций эндокринный опорнодвигательный мочеполовой аппарат – система органов – совокупность органов имеющих общий план строения общность развития из 1 эмбрионального зачатка функций система органов пищеварения – трубкообразный тип из энтодермы. 3 группы систем органов: соматическая висцеральная и интегрирующая сердечнососудистая система...
26436. Органы кроветворения и иммунной защиты 21.5 KB
  Они делятся на: центральные органы красный костный мозг и тимус и периферические контролирующие внутреннюю среду: селезёнка и лимфоузлы; на границе организма с внешней средой: миндалины лимфоидные образования пищеварительного тракта дыхательного аппарата мочеполового аппарата. Красный костный мозг medulla osse – в костях вырабатывает в периферическую кровь кровяные клетки.
26437. Органы мочевыделения organa uropoetica 21.5 KB
  Анатомический состав: почки постоянно образуют мочу мочеточники непарный мочевой пузырь и мочеиспускательный канал у самцов мочеполовой. У птиц: почки – мочеточники – уросинус клоаки. Иннервация: почки: вагусом через экстра и интрамуральные ганглии. Кровоснабжение: почки: почечные арт.
26438. Парасимпатическая НС 20 KB
  Парасимпатическая иннервация происходит в голове от центров среднего и продолговатого мозга через экстра и интрамуральные ганглии а также ресничный крылонёбный подчелюстной и ушной ганглии; органы грудной и брюшной полости – от продолговатого мозга по вагусу через экстра и интрамуральные ганглии тазовой полости – от крестцового отдела спинного мозга по тазовым нервам через экстра и интрамуральные ганглии. Перерыв происходит в парасимпатических ганглиях: экстра и интрамуральных.