3.3. О технологии применения системы построения графиков Gnuplot

За время развития машинной графики построено множество программ, методов и компонентов для поддержки прикладных исследований. Для эффективного продвижения исследований в слабо формализуемых областях большую роль отводят когнитивной графике [2], включающей дополнительные интуитивные способности исследователя при решении сложных проблем. Потребность в высококачественной графике порождает создание специализированных средств поддержки, например, таких, как широко распространенная графическая библиотека OpenGL [3], используемая для построения различных приложений машинной графики. На протяжении последних десятилетий широко применяются в математических исследованиях высококачественные графические компоненты поддержки (Matlab, Maple, Mathematiсa, Mathcad и др.). К сожалению, стандартные графические библиотеки включают достаточно широкий ассортимент операторов низкого уровня лишь с некоторыми элементами автоматизации построения графиков, что влечет сложность конструирования программ. Нельзя в этом случае не упомянуть о табличном процессоре Ms Excel, широкая распространенность которого обусловлена, прежде всего, достаточно выразительными графическими возможностями.

Несмотря на возможности применения встроенного в систему объектно-ориентированного языка программирования VBA, создание высококачественных графиков с его помощью часто оказывается или невозможным, или затруднительным ввиду привлечения достаточно глубоких знаний поддерживающего языка. Но есть два главных недостатка применения Ms Excel. Это – его коммерческая стоимость и трудности переноса на другие платформы.

На сегодняшний день, альтернативным походом построения графиков является открытая кросс-платформенная система Gnuplot [4-5] с простым гибким декларативным языком описания графиков, позволяющим легко настраивать вид выводимого графика на широкий класс потребностей исследователя. Учитывая возможности качественного формирования графиков различного назначения (2-х и 3-х - мерных) этой системы, представляется важным создание технологии ее эффективного использования в приложениях широкого класса.

3.4. Основы декларативного языка описания инструкций GnuPlot

Язык системы Gnuplot имеет достаточно простой синтаксис с множествами операторов настройки различных параметров графика. На рис. 3.3 представлен пример построения графика двух функций с использованием разных масштабов отображения.

Рис. 3.3. Пример графика функций с двумя осями Y

Программа формирования этого графика имеет вид:

f1(x)=sin(x)*sin(2*x)+cos(sin(3*x)) # определение функции f1(x)

f2(x)=(x**2+3)*cos(x/2)*sin(cos(2.5*x)) # определение функции f2(x)

set grid # установить координатную сетку

set y2tics 10 # установить шаг сетки по второй оси Y2

set xtics 1 # установить шаг сетки по оси X

set ytic 0.2 # установить шаг сетки по первой оси Y1

set yrange [-0.5:2] # установить диапазон по оси Y1

set y2range [-25:40] # установить диапазон по оси Y2

set xrange [-6:6] # установить координатную сетку

set ylabel "f1(x)=sin(x)*sin(2*x)+cos(sin(3*x))"# установить подписи осей Y

set y2label "f2(x)=(x**2+3)*cos(x/2)*sin(cos(2.5*x))"

plot f1(x) ti "f1(x)", f2(x) ti "f2(x)" # формирование

pause -1 "Сообщение"

Следует отметить, что для первоначального формирования рассматриваемого графика достаточно включить в программу операторы установки значений осей Y (set y 2tics), задания вывода двухмерного графика (plot) и задания способа задержки отображаемого графика (pause). После этого можно улучшать качество отображения через задание дополнительных установочных параметров.

Главными операторами формирования графиков являются: plot, splot и replot. Настройки различных параметров Gnuplot осуществляются через оператор set. Система представляет график в специализированном формате – *.plt, *.dem. Но в ее языке имеются специальные средства для представления создаваемых графиков в универсальных графических форматах.

На рис. 3.4 представлена типовая структура использования системы Gnuplot для формирования графика в виде стандартного графического файла (png, jpeg, gif, eps и др.). Здесь выделено применение различных операторов для формирования 2-х мерных и 3-х мерных графиков.

На рис. 3.5 представлена типовая схема формирования графиков на терминалах соответствующей операционной системы (в данном случае рассматриваются лишь наиболее распространенные в нашей стране – Windows и Linux с X-Windows). В этом случае возможна реализация совокупности графиков посредством использования одной программы и активного использования внутри этой программы для переформирования графиков оператора replot.

Рис. 3.4. Типовая структура скрипта формирования графика в стандартный файл

Включенные в систему Gnuplot достаточно подробная документация и помощь, позволяют легко находить информацию о правильном использовании синтаксиса и семантики многих команд.

Рис. 3.5. Типовая структура программы создания графика

На рис. 3.6 представлено несколько образцов графиков, формируемых системой Gnuplot из ее демонстрационных примеров[4].

Рис. 3.6. Примеры графиков

В настоящее время широко используется трехмерная визуализация с применением градиентной цветовой заливки, а также формирования различных проекций. Демонстрируемые графики рис. 3.5 могут быть сформированы одной общей или несколькими локальными программами системы Gnuplot