WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |
  1. Использование объектно-ориентированного подхода.
  2. Соответствие инструмента для проведения вычислений классу решаемых задач.
  3. Обеспечение качественной визуализации, в том числе анимации, с возможностью пользовательского взаимодействия и визуального запроса.
  4. Возможность произвольного изменения свойств и способов отображения ММ без внесения изменений в программный код.
  5. Обеспечение возможности повторного использования результатов вычислений для ускорения загрузки ранее рассчитанных ММ.

Для устранения недостатков в существующих ВЛ с учетом сформулированных требований предлагается метод, при котором специализированные математические пакеты используются только для проведения вычислений, а визуализация результатов моделирования выполняется в специализированной системе на стороне клиента посредством стандартного веб-обозревателя.

Рис. 1. Модель вариантов использования

Части ВЛ взаимодействуют друг с другом посредством моделей представления данных, описанных в главе 2.

Требование 3 имеет преимущественное решение в виде клиентской реализации визуализации, так как для ВЛ удаленного доступа характерны следующие особенности:

  • время одного сеанса работы пользователя превышает время, необходимое для перекачки по сети кода программ визуализации;
  • объем данных, необходимых для построения изображения, меньше объема готового растрового изображения;
  • в течение одного сеанса работы пользователь многократно обращается к визуализации данных в различных представлениях;
  • для построения одного изображения требуется комбинация из нескольких наборов данных, и количество таких комбинаций существенно превосходит количество основных наборов.

В главе 2 приводится описание разработанных моделей представления, обмена, визуализации и обработки данных. Описан алгоритм автоматической генерации веб-интерфейса и SQL-запросов для обработки данных, хранящихся в СУБД.

Требования 1 и 5 из главы 1 определили выбор модельно-ориентированного подхода к обработке и визуализации данных в ВЛ. Предлагаемый подход основан на замене процедурного кода декларативным описанием архитектурных компонентов и объектов визуализации.

Интересующие параметры ММ пользователь указывает посредством веб-интерфейса, который автоматически создается по соответствующей модели представления (Рис. 2).

Рис. 2. Модель представления параметров математической модели

Система визуализации и удаленный источник данных работают автономно, независимо друг от друга, находятся в режиме ожидания до поступления команды на визуализацию и расчет, соответственно.

Генерация визуализации происходит путем разбора модели представления результатов математического моделирования, реализованной на языке XML.

Рис. 3. Модель представления результатов математического моделирования

Рис. 4. Модель обмена и визуализации

Обработка большого объема структурированных данных, хранящихся в СУБД, с применением традиционных средств является крайне трудоемкой задачей, так как любые изменения в структуре данных требуют модификации ПО. Наличие чётко определенных операций с данными позволяет типизировать веб-интерфейс и SQL-запросы и использовать модельно-ориентированный подход к разработке данного класса ПО.

Предлагаемый метод заключается разработке модели представления данных, достаточной для автоматической генерации такого пользовательского интерфейса, после передачи html-формы которого на сервер программа сможет автоматически сгенерировать и выполнить SQL-запрос к БД.

Рис. 5. Модель обработки данных, хранящихся в СУБД

Для работы пользователя с данными программа импортирует XML-представление модели данных, анализирует их и генерирует веб-интерфейс с управляющими элементами.

Рис. 6. Модель представления данных, хранящихся в СУБД

Рис. 7. Блок-схема алгоритма генерации веб-интерфейса для обработки данных, хранящихся в СУБД

Для обработки сгенерированной html-формы на сервер передаётся ассоциированный массив с именами элементов, соответствующих именам переменных формы и со значениями, соответствующими значениям элементов той же формы. Анализируя данный массив, можно автоматически создать SQL-запрос к БД, используя только переданную клиентом информацию.

Рис. 8. Блок-схема алгоритма автоматической генерации SQL-запросов

В главе 3 приводится описание разработанной системы визуализации, модели ее классов и возможностей.

Соискателем разработан программный комплекс VS-Sci, в котором представление характеристик исследуемых процессов основано на применении интерактивной векторной графики и анимации с возможностью пользовательского взаимодействия.

Рис. 9. Структурно-функциональная модель VS-Sci

Основными задачами вычислительного модуля являются: проверка переданных пользователем параметров задачи, решение задачи, запись результатов вычислений на сервер в формате представления результатов математического моделирования, вывод URL-пути к XML-конфигурации модели. После завершения процесса вычислений визуализационный модуль импортирует данные, разбирает их и строит визуализацию.

Рис. 10. Блок-схема алгоритма работы визуализационного модуля

Веб-интерфейс, содержащий параметры ММ и JavaScript-обработчики, автоматически генерируется по модели представления параметров ММ.

Рис. 11. Блок-схема алгоритма генерации веб-интерфейса

Для реализации возможности чтения удаленных данных Java-апплетом соискателем предлагается использование электронной подписи апплета и использование серверного посредника.

Рис. 12. Визуализация в случае использования серверного посредника

В главе 4 рассмотрены примеры использования системы VS-Sci для визуализации моделей нелинейной динамики.

Разработанный программный комплекс для визуализации данных, полученных с удаленных веб-серверов специализированных математических пакетов, был апробирован на виртуальной лаборатории нелинейной динамики. Расчеты моделей выполнялись с использованием средств пакета MATLAB. Использование разработанной системы существенно эффективнее по сравнению со стандартными методами (см. Таблица 2).

Таблица 2

Сравнительная характеристика реализации ВЛ на основе MATLAB Web Server и реализации на основе MATLAB Web Server+VS-Sci

MATLAB Web Server

MATLAB Web Server+VS-Sci

Время загрузки приложения

  1. Модель механической системы
  2. Параметрические колебания математического маятника
  3. Колебания двух связанных осцилляторов

4 с

3 с

14 с

2 с

3 с

3 с

Объем пересылаемой информации

  1. Модель механической системы
  2. Параметрические колебания математического маятника
  3. Колебания двух связанных осцилляторов

41 Кб

43 Кб

10035 Кб

18 Кб

26 Кб

23 Кб

Возможность повторного использования результатов вычислений

+

Возможность масштабирования без повторного обращения к серверу

+

Возможность фоновой подкачки данных

+

Пользовательское взаимодействие с данными

+

Перезагрузка веб-страницы при обращении к серверу для произведения расчетов

+

Рис. 13. Интерфейс модели «Механическая система» с параметрами =0.2, =0.4, =5, x0=0, v0=2.

Рис. 14. Интерфейс модели «Параметрические колебания маятника» с параметрами x = 0.5, y = 2, = 0.2, = 2, = 3.

Рис. 15. Интерфейс модели «Колебания двух связанных осцилляторов» с параметрами x1 = –10, x2 = 10, m1 = 10, m2 = 10.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Основные выводы, конкретные научные и практические результаты работы заключаются в следующем.

  1. Разработана концепция разделения вычислительных и визуализационных задач в системе «клиент-сервер».
  2. Предпринята попытка разработки интернет-ориентированного программного обеспечения на основе модельно-ориентированного подхода.
  3. Разработаны модели визуализации и представления результатов математического моделирования.
  4. Разработаны модели обработки и представления структурированных данных, хранящихся в СУБД.
  5. На основе предложенных моделей спроектирована структурно–функциональная модель системы визуализации данных для сопряжения со специализированными математическими пакетами.
  6. Предложена технология передачи результатов вычислений, выполненных на удаленных серверах, в систему визуализации путем создания серверного посредника.
  7. Разработан алгоритм автоматической обработки структурированных данных, хранящихся в СУБД, на основе модели представления этих данных.
  8. Разработан алгоритм автоматической генерации визуализации результатов математического моделирования.
  9. Разработан программный продукт в виде системы визуализации данных для сопряжения со специализированными пакетами научного программного обеспечения VS-Sci.
  10. Разработан программный продукт для создания и управления содержимым Интернет-ресурсов CMSLaps на основе выбранного подхода и предложенной модели обработки и представления данных.
  11. Апробация разработанного ПО на примере распределенной системы математического моделирования сложных систем показала эффективность предлагаемых моделей для визуализации и обработки данных.

Преимущества использования VS-Sci в качестве базового средства визуализации результатов вычислений:

  1. Независимость визуализации от источника данных.
  2. Кроссплатформенность за счет использования Java-технологии в качестве базового средства.
  3. Веб-страница не перегружается заново при каждом запросе пользователя на выполнение расчета.
  4. Пользователю передается не анимация процесса в виде файлов в форматах gif или avi, а генерируется соответствующий интерфейс с векторной анимацией и возможностью пользовательского взаимодействия.
  5. Повторное использование результатов вычислений без дополнительных обращений к серверу.
  6. Возможность построения многослойных изображений и отображения в нескольких окнах.

ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА

Статьи, опубликованные в периодических изданиях, рекомендованных ВАК

  1. Пономарева, И.С. Некоторые аспекты создания web-приложения на базе MATLAB Web Server / И.С. Пономарева, В.А. Зелепухина, Ю.Ю. Тарасевич // Информационные технологии, № 9, 2006. – С. 68-72.
  2. Пономарева, И.С. Применение веб–технологий в физическом практикуме // Физическое образование в вузах / И.С. Пономарева, Ю.Ю. Тарасевич, В.А. Зелепухина, Е.Н. Манжосова, Т.В. Панченко // Физическое образование в ВУЗах. – 2006. – Т. 12 – № 1 – С. 103–114.
  3. Зелепухина, В.А. Разработка систем управления содержимым интернет-ресурсов на основе автоматической генерации WEB-интерфейса и SQL-запросов / В.А. Зелепухина // Информационные технологии, № 8, 2008. – С. 20-22.

Другие публикации автора

  1. Пономарева, И.С. Разработка приложений для MATLAB Web Server / И.С. Пономарева, В.А. Зелепухина, Ю.Ю. Тарасевич // Компьютерные инструменты в образовании. – 2005. – № 4 – С. 48–56.
  2. Зелепухина, В.А. Автоматизированная система интерактивной визуализации данных для сопряжения со специализированными математическими пакетами и базами данных / В.А. Зелепухина // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2008610002. Зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 9 января 2008 г.
  3. Зелепухина, В.А. Автоматизированная система для создания и управления Интернет-ресурсами на основе автоматической генерации HTML-форм и SQL-запросов / В.А. Зелепухина // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2008610001. Зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 9 января 2008 г.
  4. Пономарева, И.С. Виртуальная лаборатория математического моделирования в естественных науках / И.С. Пономарева, В.А. Зелепухина, Ю.Ю. Тарасевич //Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006611977. Зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 7 июня 2006 г.
  5. Винокурова, В.А. Компьютерное моделирование средствами Java динамического хаоса в простой механической системе / В.А. Винокурова // Труды Международной научно-технической конференции Компьютерное моделирование 2004. Часть 1. — СПб.: «Нестор», 2004. – 356 с. – С. 260-261.
  6. Винокурова, В.А. Динамический хаос в простой механической системе / В.А. Винокурова // Свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 3534. Зарегистрировано в Отраслевом фонде алгоритмов и программ 12 мая 2004 г.
  7. Пономарева, И.С. Образовательный сайт по математическому моделированию в естественнонаучных дисциплинах как способ реализации концепции открытого образования / И.С. Пономарева, В.А. Винокурова // Электронный университет как условие устойчивого развития региона: сб. матер. Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых. – Астрахань: 2005. – С.
    Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»