maelstorm_diplom / доклад
.docСидорин Владислав Александрович. Темой моего диплома является "Визуализация научных и инженерных расчетов".
С появлением графических дисплеев высокого разрешения и графических ускорителей, вопрос визуализации становится все более актуальным. Гораздо удобнее представить информацию в графическом виде, чем в алфавитно-цифровом. САПР для ИМС имеют свои встроенные средства визуализации. Но для собственных инженерных и научных программ необходимы другие визуализаторы. Поставляемые программы достаточно универсальны, но, вследствие этого, они требуют настройки и дополнительного программирования под специфические нужды. Целью моего дипломного проекта является создание программы расширения возможностей универсального визуализатора Array Visualizer фирмы Compaq.
На плакате 1 показано место разработанной программе во всей системе моделирования. Любое моделирование начинается с ввода исходных данных, далее идет непосредственно само моделирование, после чего идет процесс визуализации. Если моделирование проходило внутри САПР - то визуализация как правило осуществляется программами, интегрированными в эту САПР. Если же моделирование проходит в программе инженера, то используются отдельные пакеты визуализации, например, Origin или Array Visualizer. Созданная в процессе дипломного проектирования программа является надстройкой визуализатора Array Visualizer. Структура программы показана на плакате 2. Условно программу можно разделить на 6 блоков, каждый из которых отвечает за свои функции. Первые три блока - подготовительные. Block_1 - это описание всех переменных программы. Для удобства все массивы программы объявлены динамическими, и память под них выделяется в процессе отработки блока 2. Помимо этой функции блок два считывает служебную информацию, результаты расчетов, формирует массивы отображаемых шкал. Блок три выполняет запуск и настройку визуализатора. В блоке четыре происходит обработка вводимых пользователем команд. Почти все команды имеют свои подпрограммы, описанные в шестом блоке. Исключением являются лишь команды newfile, передающая управление блоку 2 и команда exit передающая управление блоку пять. В случае если команда не распознана, управление передается в начало четвертого блока. По окончанию выполнения подпрограммы команды управление так же передается четвертому блоку. Пятый блок - это блок завершения программы. В процессе его выполнения освобождается память и системные ресурсы.
Динамика потоков данных в программе представлена на плакате 3. Результаты моделирования должны быть записаны в файл. Помимо этого должен быть сформирован файл со служебной информацией - размеры массивов, масштабы шкал и названия шкал. Этот файл можно формировать как в моделирующей программе, так и вручную. Из первого файла информация считывается в общий трехмерный массив TDMas, откуда она по командам пользователя перенаправляется в соответствующие массивы, подлежащие отображению. Тот из этих массивов, который должен быть отображен в данный момент через стандартный интерфейс сообщения платформы Windows, так называемый OLE-интерфейс, передается визуализатору. Из файла со служебной информацией считываются границы массивов и масштабы и имена шкал, которые также передаются через OLE-интерфейс в визуализатор.
На плакатах 4 и 5 показаны результаты работы программы. На плакате 4 – вывод расчетов тестовых программ, считающих по простым математическим формулам. Один из вариантов для Fortran-программы, другой – для C++ программы. Для наглядности разные тестовые программы реализуют разные формулы. На плакате 5 – результаты вывода инженерной программы расчета п/п прибора.
Разработанная программа позволяет передавать данные из рассчитывающей программы в визуализатор более простым способом, чем при помощи библиотек функций Array Visualizer’a. Помимо этого она предоставляет возможность анимации и работы со сценарием.
В технологическом разделе была рассмотрена технология разработки средств визуализации инженерных расчетов. Ее основные этапы можно увидеть на плакате 6. Также можно заметить, что технология имеет два пути - первый это использование уже готовых графических библиотек, а второй - разработка собственных математических моделей создаваемых графических образов. В последнем случае, как показано на плакате, требуются специальные знания математических методов работы с компьютерной графикой.
В организационно-экономическом разделе рассмотрена методика оценки конкурентоспособности и ее применение к системам и программам визуализации включая созданное программное обеспечение. Программа, в совокупности с визуализатором Compaq Array Visualizer показала индекс конкурентоспособности по отношению к САПР Cadence в нише визуализации Kкп=20, в основном из-за малой цены.
В производственно-экологическом разделе рассмотрены нормативы и нормативные документы при работе с персональными компьютерами. Рассмотрены вопросы освещения, защиты от излучений, электро- и пожаробезопасности, защиты от шума и вибрации, психофизические опасные и вредные факторы, произведен расчет воздухообмена производственного помещения.
В процессе дипломного проектирования была создана программа - расширение для визуализатора инженерных и научных расчетов Compaq Array Visualizer. Эта программа написана на языке Фортран и рассчитана на визуализацию расчетов полупроводниковых приборов, хотя может быть использована для визуализации любых инженерных и научных расчетов. Программа согласуется с инженерными программами на языках C++ и Fortran и может быть использована как на этапе отладки, так и на этапе демонстрации. Также она может использоваться на лабораторных работах и при подготовке курсовых проектов студентами.