авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Обработка и визуализация данных в виртуальных лабораториях удаленного доступа на основе модельно-ориентированного подхода

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Зелепухина Виктория Андреевна

ОБРАБОТКА И ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ДАННЫХ В ВИРТУАЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРИЯХ УДАЛЕННОГО ДОСТУПА НА ОСНОВЕ МОДЕЛЬНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПОДХОДА

Специальность: 05.13.18 – Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Астрахань – 2008

Работа выполнена в Астраханском государственном университете

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор Тарасевич Юрий Юрьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Фоменков Сергей Алексеевич

кандидат технических наук, доцент

Лаптев Валерий Викторович

Ведущая организация: Московский государственный университет печати

Защита состоится «11» декабря 2008 г. в 10 ч. на заседании диссертационного совета ДМ.212.009.03 при Астраханском государственном университете по адресу: 414056, г. Астрахань, ул. Татищева, 20а, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного университета.

Автореферат разослан «10» ноября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, к.т.н. Щербинина О.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время одной из перспективных форм организации и проведения совместных научных исследований и реализации дистанционного обучения является создание информационно-вычислительных веб-ресурсов и виртуальных лабораторий (ВЛ) удаленного доступа, т.к. Интернет занял прочные позиции в современном научном сообществе и является важным средством коммуникации, обмена научной информацией и публикации научных результатов.

Проблема разработки и использования удаленных ВЛ заключается в том, что техническая реализация ВЛ не позволяет одновременно предоставить пользователю мощь вычислительных систем и интерактивную высококачественную визуализацию с гибкими возможностями настройки и взаимодействия. Связано это с тем, что большинство из ВЛ создаются либо с использованием технологий на стороне сервера (специализированные математические пакеты), либо с использованием технологии клиента (Java-апплеты).

1. Специализированные математические пакеты имеют проблему интерпретации и визуализации результатов математического моделирования. Обрабатывая большие массивы данных при численном моделировании, генерация анимации в виде серии статичных растровых изображений становится бессмысленной вследствие существенного увеличения нагрузки на сеть и загрузки процессора конечного пользователя.

2. Java-технология, напротив, обладает мощными средствами разработки интерактивной графики и анимации, но, одновременно, не позволяет производить сложные математические расчеты, вследствие «бедного» встроенного математического аппарата.

В связи с этим необходимо решение, позволяющее отображать данные, являющееся результатом математического моделирования со стороны специализированных пакетов, в векторном формате, в том числе и анимацию, с возможностями интерактивного взаимодействия пользователя с изображением.



В Астраханском государственном университете ведется разработка информационно-компьютерных технологий нового поколения, которые обеспечивают эффективную разработку информационно-вычислительных систем, решают широкий комплекс проблем компьютерного анализа и моделирования сложных, в том числе, живых, систем и покрывают указанные выше недостатки.

Разработка технологий получила финансовую поддержку Российского фонда фундаментальных исследований (проект РФФИ № 07-07-00128-а), Фонда содействия развития малых форм предприятий в научно-технической сфере (проект У.М.Н.И.К. «Интернет-ориентированная кроссплатформенная система визуализации данных для сопряжения со специализированными пакетами научного программного обеспечения и базами данных»).

Целью диссертационной работы является разработка и программная реализация комплекса моделей обработки и визуализации данных в среде Интернет при проведении компьютерного моделирования сложных динамических систем.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

  1. Провести анализ представленных в сети Интернет виртуальных лабораторий математического моделирования, выявить недостатки.
  2. Разработать концепцию разделения вычислительных и визуализационных процессов в системе «клиент-сервер».
  3. Разработать модель обмена и визуализации данных и модель представления результатов математического моделирования.
  4. Разработать модель обработки и представления структурированных данных, хранящихся в системах управления базами данных (СУБД).
  5. Создать программное обеспечение (ПО), реализующее предлагаемую концепцию, для проведения фундаментальных исследований в области математического моделирования.
  6. Провести апробацию концепции на примере распределенной системы для математического моделирования сложных систем.

Методологической и теоретической основой диссертационной работы явились исследования российских и зарубежных ученых в области интернет-технологий, математического и компьютерного моделирования, теории машинной графики, аналитической геометрии.

Методы исследования. В работе применялись общенаучные методы и приемы исследования: системный подход, сравнительный анализ, синтез, классификация и структуризация. Проведенные в работе исследования базируются на объектной модели данных и используют методы математического моделирования. Для решения поставленных задач применялись методы системного, модульного и объектно-ориентированного программирования, а также средства UML-моделирования.

Научная новизна работы. Соискателем получены и вынесены на защиту следующие основные положения:

  1. Разработан комплекс моделей для обработки и визуализации данных, включающий: модель вариантов использования, модель обмена и визуализации, модель обработки и представления структурированных данных, хранящихся в СУБД, модель представления результатов математического моделирования, модель классов, интерфейсов, сценариев.
  1. Разработан файловый формат для хранения и распространения в сети Интернет результатов математического моделирования, основанный на предложенной модели.
  2. Разработан алгоритм автоматической генерации визуализации на основе модели представления результатов математического моделирования.
  3. Разработан алгоритм автоматической генерации веб-интерфейса, содержащего параметры математической модели (ММ).
  4. Разработан алгоритм автоматической генерации веб-интерфейса и SQL-запросов на основе модели представления данных, хранящихся в СУБД.

Практическая значимость исследования

  1. Предложенная модель визуализации расчетов, выполненных специализированными математическим пакетами, более эффективна по сравнению со стандартными подходами и существенно сокращает временные задержки при моделировании в режиме «клиент-сервер», так как объем пересылаемой информации сократился на порядок, что позволило существенно снизить нагрузку на сеть.
  2. Автоматизированная интеграция вычислительных систем с виртуальными лабораториями является трудно реализуемой задачей с использованием стандартных средств разработки. В работе предложено более эффективное решение, имеющее практическую реализацию.
  3. Использованные в исследовании технологии и методы визуализации способствуют повышению эффективности применения математических моделей, созданных средствами стандартных математических пакетов, в среде Интернет при ограничениях, обусловленных её особенностями.
  4. Разработанные модели и ПО на их основе предоставляют возможности по ускорению информационных потоков путем значительного уменьшения количества необходимой для передачи информации. При этом уменьшается время ожидания загрузки веб-страниц без увеличения пропускной способности каналов связи.
  5. Разработан программный комплекс в виде Интернет-ориентированной кроссплатформенной системы визуализации данных для сопряжения со специализированными математическими пакетами VS-Sci. Программный комплекс внедрен и активно используется в Астраханском государственном университете.
  6. Разработан программный комплекс в виде автоматизированной системы управления содержимым Интернет-ресурсов CMSLaps. Программный комплекс применяется при решении научно-образовательных и промышленных задач.

Публикации. Основные теоретические положения и результаты диссертационной работы опубликованы в 15 печатных работах, в том числе в 3 журналах, рекомендованных ВАК.

Разработанное программное обеспечение зарегистрировано в Отраслевом фонде алгоритмов и программ (ОФАП), получены свидетельства о государственной регистрации в Роспатенте.

Апробация диссертации. Основные теоретические положения и результаты диссертационной работы опубликованы в материалах V Международной научно-технической конференции «Компьютерное моделирование 2004» (Санкт–Петербург), итоговой научной конференции АГУ «Физика. Математика. Информатика» (Астрахань, 2004), XIII международной конференции «Математика. Экономика. Образование» (Ростов н/Д, 2005), Международной научно-практической конференции (студентов и молодых ученых) «Электронный университет как условие устойчивого развития региона» (Астрахань, 2005), Международной научно-практической конференции «Информатизация образования – 2005» (Елец), Всероссийской научно-практической конференции «Информационные технологии в образовании и науке» (Москва, 2006), Международной научной конференции, посвященной памяти профессора А.М. Богомолова «Компьютерные науки и информационные технологии» (Саратов, 2007), IX Международной научно-технической конференции «Компьютерное моделирование 2008» (Санкт–Петербург), «Телематика – 2008» (Санкт-Петербург), а также представлены на выставке «Московский салон инноваций и инвестиций» (Москва, ВВЦ, 2006-2007 гг.).

Разработанные модели, технологии, алгоритмы и инструменты внедрены в производство программных продуктов в 2006-2008 гг.:

  1. Сайт совместной лаборатории Института математических проблем биологии Российской академии наук и Астраханского государственного университета «Математическое моделирование и информационные технологии в науке и образовании» (http://mathmod.aspu.ru).
  2. Портал русского языка «ЯРУС» (http://yarus.aspu.ru).
  3. Интернет-мониторинг мероприятий, проводимых к празднованию 450-летия г. Астрахани (http://450.aspu.ru).
  4. Агропромышленный портал Астраханской области (http://agro-portal.aspu.ru).
  5. Официальный сайт Астраханского государственного университета (http://aspu.ru).

Личный вклад автора. Все исследования, изложенные в диссертационной работе, проведены лично соискателем в процессе научной деятельности. Все результаты, выносимые на защиту, получены автором лично.

Из совместных публикаций включен лишь тот материал, который непосредственно принадлежит соискателю, заимствованный материал обозначен в работе ссылками.

Структура диссертации обусловлена целью исследования, определена логикой рассмотрения взаимосвязанных вопросов и совокупностью решаемых задач. Диссертация изложена на 166 страницах и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений.

Список литературы содержит 63 наименования. Работа иллюстрирована 38 рисунками и содержит 3 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы диссертации, сформулированы цели работы, задачи и методы исследования, научная новизна, практическая значимость.

В главе 1 проведен анализ существующих ВЛ удаленного доступа и средств их разработки. Определены требования к ВЛ. Описана предлагаемая концепция сопряжения вычислений со стороны математических пакетов с визуализацией на стороне клиента.

Существующим ВЛ в той или иной мере присущи следующие недостатки: длительная загрузка, отсутствие возможности пользовательского взаимодействия с визуализацией, использование неэффективных численных методов для решения задач, ВЛ спроектированы на уровне абстракций конкретного языка программирования, а не на уровне объектов конкретной предметной области.

Прослеживаются две взаимодополняемые тенденции создания ВЛ для среды Интернет: с использованием веб-сервисов популярных математических пакетов и с использованием Java-технологии.

Таблица 1

Сравнение функциональных возможностей веб-сервисов специализированных математических пакетов и Java-технологии при решении научных задач

Веб-сервисы математических пакетов (MATLAB Web Server, MapleNet, Mathcad Application Server, webMathematica) Клиентские технологии (Java)
Обладают эффективной, надежной и проверенной библиотекой численных методов. Обеспечивают стандартные методы решения разнообразных систем (обыкновенные дифференциальные уравнения, дифференциальные уравнения в частных производных, в том числе системы типа «реакция-диффузия», уравнения с запаздыванием и т.д.) При решении сложных систем приходится либо разрабатывать библиотеки численных методов самостоятельно, либо прибегать к авторским средствам сторонних разработчиков.
Результаты моделирования выдаются в виде растровых изображений. Мощные средства разработки интерактивных апплетов, с возможностью анимации.






Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.