Введение 4
1 Разработка концептуальной модели графического интерфейса 7
1.1 Исследование исходного программного комплекса 7
1.2 Функциональные и нефункциональные требования 9
1.3 Разработка концептуальной модели графического интерфейса 10
1.4 Вывод по главе 1 13
2 Реализация графического интерфейса 14
2.1 Обзор программных средств разработки 14
2.2 Разработка подсистемы визуализации аэрозольных кластеров 14
2.3 Добавление элементов интерфейса 17
2.4 Вывод по главе 2 22
3 Интеграция графического интерфейса в программный комплекс 23
3.1 Вывод по главе 3 24
Заключение 25
Список использованных источников 26
Приложение А Плакаты презентации
На сегодняшний день метод компьютерного эксперимента широко применяется в научных исследованиях. Современный этап эволюции представлений о программных комплексах компьютерного моделирования и обработки результатов научных экспериментов тесно связан с продвижением парадигмы «электронной науки» — e-Science. Понятие e-Science ассоциируется с проведением разнородными группами специалистов совместных научных исследований, требующих консолидации вычислительных и программных ресурсов для решения сложных междисциплинарных задач на основе технологий распределенных вычислений и систем [1].
Поведение сложных систем в силу их особенностей (ресурсоемкости расчета, большого количества компонентов, пространственно-временная изменчивость) затруднительно изучать посредством физического эксперимента, поэтому основным способом их исследования в настоящее время является вычислительный эксперимент, выполняемый обычно на суперкомпьютерах [2]. Для проведения такого эксперимента, зачастую разрабатывают сложные программные комплексы, эксплуатация которых не заканчивается на проведении нескольких экспериментов. Понятие «сложная» применительно к системе отражает не объективную сложность реального объекта, а скорее, методологическую сложность и уровень детализации сопоставляемой ему описательной модели.
Такие комплексы разрабатываются с применением технологий программной инженерии, то есть подходов использования уже существующих программных модулей и компонентов для создания нового программного обеспечения, что тесно связано с общемировой тенденцией снижения сложности процессов разработки, тестирования и поддержки программных продуктов на фоне увеличения общей сложности решаемых задач. Объединяя отдельные сервисы в вычислительную цепочку (или более сложный поток заданий), пользователь может строить различные композитные приложения для решения сложных междисциплинарных задач, не сосредоточиваясь на низкоуровневой реализации отдельных модулей [1]. Основной особенностью таких комплексов является статичное, хорошо проработанное ядро системообразующих, специфических алгоритмов и планомерное развитие, от версии к версии, соответствующей компоненты (среды), отвечающей за диалог пользователя и программного обеспечения.
Компьютерное моделирование используется во многих областях: в астрономии [3], моделировании метеорологических условий, нанотехнологиях и тому подобные. Одной из областей, в которой прибегают к компьютерному моделированию, является исследование газокинетических явлений, в частности, явления фотофоретического движения аэрозольных частиц.
Суть явления заключается в том, что под воздействием света, аэрозольные частиц начинают испытывать регулярное движение на фоне хаотического броуновского, что существенным образом сказывается на их диффузии и поведении в целом. Особенно важными являются исследования фотофоретического движения аэрозолей в атмосфере Земли, где по результатам многолетних лидарных наблюдений фиксируется устойчивая аэрозольная компонента [5]. Результаты, получаемые в модели, могут быть применены к технологиям наноконструирования современных материалов, получения особо чистых веществ, изготовления элементов микроэлектроники, решения вопросов очистки атмосферы, ликвидации последствий техногенных катастроф и прочих областях, где требуется учитывать движением аэрозольных частиц [4].
Так как натурный вычислительный эксперимент, связанный с исследованием фотофореза провести трудно, для исследований фотофоретического движения сложных аэрозольных агломератов — кластеров, широко представленных в атмосфере по результатам заборов проб, разработан программный комплекс «Фотофорез и динамика аэрозоля». Комплекс представляет собой программную реализацию уникальных и оригинальных алгоритмов решения нелинейной задачи тепломассопереноса для аэрозольных кластеров в разреженной газовой среде. В основе алгоритмов положен метод Монте-Карло и по сути решаются газокинетические уравнения Больцмана в приближении свободномолекулярного режима. В результате можно не только рассчитать фотофоретическую силу, действующую на сложную аэрозольную частицу, но и её момент, а также тензора вязкого трения. Это позволяет провести моделирование движения частицы в широком диапазоне термобарических условий и поглощаемых излучений видимого и ИК диапазонов.
Актуальность данной работы состоит в том, что программный комплекс не имеет графического интерфейса пользователя. Всё взаимодействие пользователя с комплексом сводится к написанию и запуску исполняемого файла для консольного приложения с передачей ему параметров. Создание пользовательского интерфейса позволило бы упростить работу с программным комплексом путем автоматизации передачи параметров, а также позволило бы получать визуальный образ (изображение) моделей аэрозольных кластеров.
Цель работы: Разработать диалоговую среду для решения задач исследования фотофоретического движения сложных аэрозольных компонент.
Задачи:
1. Разработать концептуальную модель графического интерфейса;
2. Реализовать графический интерфейс;
3. Интегрировать графический интерфейс в основной код программного комплекса «Фотофорез и динамика аэрозоля».
В результате бакалаврской работы выполнены все поставленные задачи. Исследован исходный программный комплекс с целью описания особенностей и выявления функциональных и нефункциональных требований. Разработана концептуальная модель графического интерфейса, включающая в себя варианты и сценарии использования программного комплекса в виде UML диаграмм. Данная модель реализована в соответствии с требованиями, разработана подсистема визуализации и основные элементы интерфейса. Графический интерфейс интегрирован в основной код программного комплекса «Фотофорез и динамика аэрозоля».
Так как разработка над программным комплексом «Фотофорез и динамика аэрозоля», и частности разработка над графическим интерфейсом, длится непродолжительное время, в данной работе реализованы не все функции программного комплекса. В перспективе в графический интерфейс следует добавить дополнительные вкладки для изменения параметров эксперимента, добавить инструмент для построения графиков, создать приложение для отображения динамического движения аэрозольного кластера на основе подсистемы визуализации.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
