Помощь студентам в учебе
Разработка графического интерфейса пользователя для программного комплекса «Фотофорез и динамика аэрозоля»
|
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
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».
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.
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.