Обзор средств визуализации инженерных и научных расчетов
Описание библиотеки функций Array Visualizer
Разработка программы визуализации
Подпрограммы помощи: Help() и Stat(): в реализации этих подпрограмм нет ничего сложного – они просто выводят информацию с помощью оператора write
Описание интерфейса между программой визуализации и прикладной инженерной программой
Создание интерфейса пользователя
Построение собственных математических моделей
Создание интерфейса пользователя
Оценка конкурентоспособности
Требования к производственному освещению
Электробезопасность
Психофизиологические опасные и вредные производственные факторы
Format (E12.5)
Навигация
Описание интерфейса между программой визуализации и прикладной инженерной программой
Визуализация инженерных и научных расчетов
112439
знаков
9
таблиц
11
изображений
1.6 Описание интерфейса между программой визуализации и прикладной инженерной программой.
Инженер, собирающийся воспользоваться программой console должен организовать в своей программе вывод результатов в текстовый файл. Каждое новое число с новой строки. Приведем примеры вывода результатов в файл для Fortran- и C-программ.
Fortran.
Формат выводимых чисел для языка Fortran – E12.5. Т.е. в текстовом файле будет число в виде 1.23456E+02 с пробелом в начале если число положительное и знаком ‘ - ‘ если отрицательное. Пример кода:
Допустим у нас есть массив, объявленный как
Real(4) M(lbi:ubi, lbj:ubj)
Тогда записывать его значения в файл out.txt мы будем следующим образом.
Объявим формат E12.5:
90 FORMAT (E12.5)
Сначала открываем файл:
open (3,FILE='out.txt', STATUS='UNKNOWN')
Далее на каждом шаге моделирования записываем в него информацию из массива следующим образом:
do i=lbi,ubi
do j=lbj,ubj
write(3,90) M(i, j)
end do
end do
После того как пройдены все шаги моделирования, файл необходимо закрыть:
close (3)
Таким образом мы можем записать все шаги моделирования в файл данных, чтобы впоследствии им воспользоваться для работы с программой console.
C/C++
Для С/С++ программ необходим формат “%12.5E”. Все числа необходимо приводить в строки. Напомним, что файл должен быть текстовым.
Пример кода с пояснениями.
Для начала объявим переменные массива, файла и вспомогательную строку:
float M[UBI][UBJ];
FILE* f;
char str[12];
Далее в программе необходимо открыть файл:
f=fopen(“out.txt”,”wt”);
Далее на каждом шаге моделирования записываем в него информацию из массива следующим образом:
for (i=0;i<UBI;i++)
for (j=0;j<UBJ;j++) {
sprintf(str, "%12.5E", M[i][j]);
fputs(str,f);
fprintf(f,”\n”);
}
После того как пройдены все шаги моделирования, файл необходимо закрыть:
fclose(f);
Обратите внимание на использование функции sprintf. Это наиболее простой способ привести float-числа к нужному виду, идентичному с форматом E12.5 используемому в программе console для считывания данных.
1.7 Тестирование программы и результаты тестовых расчетов
Проведем тестирование программы на файлах данных созданных Fortran и C++ программами.
Приведем листинг Fortran-программы:
program Sample
IMPLICIT NONE
real(4), allocatable :: M(:,:)
integer(1), parameter :: lbi=1, ubi=20, lbj=1, ubj=20
integer(1) :: i,j
allocate (M(lbi:ubi,lbj:ubj))
do i=lbi,ubi
do j=lbj,ubj
M(i,j)=sin(real(i))+sin(real(j))
end do
end do
90 FORMAT (E12.5)
open (3,FILE='out.txt',STATUS='UNKNOWN')
do i=lbi,ubi
do j=lbj,ubj
write(3,90) M(i,j)
end do
end do
close(3)
end program Sample
Как видим здесь формируется двумерный массив M(1:20,1:20) который заполняется значениями M(i,j)=sin(i)+sin(j). Составим pre-файл для него (out.pre):
1
20
20
1.00
1.00
X-scale
Y-scale
Function
Результаты вывода программы:
 |
рис 5.
1. 3D-вид (visual) (рис 5
2. Контрастная заливка (рис 6):
рис 6.
3. Сечение по X (команда plainy с параметром 20) (рис7):
 |
рис 7.
1-30.
Проверим теперь взаимодействие с C++ программой:
#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <stdlib.h>
#define UBI 20
#define UBJ 20
FILE* f;
char str[12];
float M[UBI][UBJ];
int i,j;
void main()
{
for (i=0;i<UBI;i++)
for (j=0;j<UBJ;j++)
if (i<19) M[i][j]=(float)i+sin((float)j)
else M[i][j]=0;
f=fopen("out.txt","w+t");
for (i=0;i<UBI;i++)
for (j=0;j<UBJ;j++) {
sprintf(str, "%12.5E", M[i][j]);
fputs(str,f);
fprintf(f,”\n”);
}
fclose(f);
}
Здесь формируется массив M[20]][20] (необходимо помнить, что в C массивы начинаются с 0) и заполняется функцией M[i][j]=i+sin(j). Pre-файл для него такой же как и в предыдущем примере.
 |
Результаты вывода программы console:
1. 3D-вид (рис 8):
рис 8.
2. Контрастная заливка (рис 9):
рис 9.
3. Сечение по X (команда plainy) (рис 10):
рис 10.
Мы рассмотрели все виды и варианты работы программы, протестировали ее во всех режимах. Программа прекрасно согласуется как с Fortran-программами, так и с C/C++ программами. Помимо этих тестов программа была протестирована на результатах вычисления параметров полупроводниковых приборов и показала хорошие результаты.
Системные требования.
Работа программы тестировалась на системах Windows 98, Windows 2000 и Windows XP. Минимальные системные требования – Pentium 166 MMX, 32Mb RAM, 1Mb Video. Как видим поддержка OpenGL не обязательна, хотя желательна. Размер программы, вместе с пакетом Compaq Array Visualizer v1.5 – 16Mb.
Заключение
Разработанная программа, использующая AV, является своеобразным гейтвеем (от англ. gateway) с командной оболочкой, позволяющим передавать данные из рассчитывающей программы инженера в пакет графического отображения информации. Она предоставляет более простой интерфейс для передачи данных. К тому же данные сохраняются в файл и нет необходимости в переносе программы, достаточно переносить только результаты.
Помимо этого, за счет скриптового режима программа позволяет устраивать презентации и показы. Несложная командная система не требует длительного изучения и освоения. Программу можно освоить за 30-40 минут.
Разработанную программу можно использовать на лабораторных работах студентов, для отображения полученных ими результатов. Она может использоваться сотрудниками институтов или предприятий для отображения результатов моделирования как в процессе программирования и отладки моделирующей программы, так и в процессе демонстрации результатов. Таким образом программа console имеет университетский уровень.
Раздел 2.
Технология разработки программного обеспечения для визуализации инженерных расчетов
Введение
Десять - пятнадцать лет назад ЭВМ либо не имели возможности графического вывода, либо графические дисплеи были очень слабы и не подходили для качественного вывода информации. Печатающие устройства существовали только для символьного вывода. Поэтому все результаты расчетов выводились в виде числовых распечаток, по которым проводился анализ, строились графики и т.д. Пять – десять лет назад графические системы позволяли выводить графики с приемлемым качеством изображения, но только для одномерных случаев. Вывод двухмерных случаев в виде поверхностей требовал огромных вычислительных затрат, с которыми не справлялись процессоры тех лет.
В наше время, когда высокого быстродействия достигли не только ЦП и математические сопроцессоры, но и графические сопроцессоры вывод результатов в графическом виде ускорился в сотни раз, построение трехмерных изображений и их преобразование заметно упростилось. Поэтому для всех современных САПР и инженерных программ необходимо представление результатов в виде графиков, поверхностей и т.д. Как и всякий процесс, написание программ обработки результатов для последующего графического вывода и вывод имеет свою технологию. В данном разделе и будет рассмотрена такая технология.
2.1 Этапы разработки программного обеспечения для визуализации инженерных расчетов.
Для начала выделим основные этапы создания ПО для визуализации инженерных расчетов (далее просто ПО).
1. Постановка задачи. Формирование требований к выводимой информации.
2. Создание структуры данных и интерфейса с рассчитывающими программами.
3. Построение математической модели отображаемой информации (2 подхода):
Использование готовых библиотек OpenGL или DirectX, а также готовых компонент ActiveX.
Построение собственных математических моделей.
Похожие работы
... системам линейных алгебраических уравнений с более чем одной неизвестной; MATLAB решает такие уравнения без вычисле-ния обратной матрицы. Хотя это и не является стандартным математическим обозначением, система MATLAB использует терминологию, связанную с обычным делением в одномерном случае, для описания общего случая решения совместной системы нескольких линейных уравнений. Два символа деления / ...
... концентрических окружностей с уменьшающимся радиусом по мере затухания колебаний скорости и момента. Аналогичная картина наблюдается при ступенчатом набросе нагрузки. 5. РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНОЙ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ НА БАЗЕ ВИРТУАЛЬНОЙ АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ Иную возможность анализа АД представляет специализированный раздел по электротехнике Toolbox Power System Block. В его библиотеке имеются блоки ...
... - в группе переменных, «зажатых в кулак», но этот «кулак», как мы уже отмечали, легко разжать, выводя на дисплей найденные значения с «первородной» размерностью массы (kg), длины (m) и времени (sec): пакет MathCAD «разжимает» и сам вектор, м составные размерности, приписывая к числам комбинации основных физических единиц. Но не только этим хороша размерность в задачах. Главное то , что она ...
... де-факто, чему способствовала и их большая универсальность). Таким образом, именно Microsoft Excel был выбран мной для разработки средства автоматизации расчетов в лабораторной работе «Предварительные вычисления в триангуляции». Поэтому другие средства построения электронных таблиц здесь не рассматриваются, но зато уделяестся внимание некоторым специфичным средствам Excel. Возможности EXCEL ...
0 комментариев