МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ

Лекция 7

Подходы и практические методы наглядного

 представления результатов моделирования

Лабораторная работа № 2

Словарь модуля

Литература модуля

Содержание лекции

1. Место наглядного представления результатов в комплексе работ по моделированию систем

2. Обзор технических средств наглядного представления результатов

3. Обзор стандартных методов наглядного представления результатов

4. Методы представления совокупности результатов, зависящих от одного параметра

5. Традиционные способы наглядного представления результатов, зависящих от двух параметров

6. Использование новых информационных технологий для представления результатов в объемной форме

7. Представление результатов, зависящих от трех и более параметров

1. Место наглядного представления результатов в комплексе работ по моделированию систем

В комплексе работ по моделированию систем представление результатов в форме удобной для восприятия (наглядной форме) занимает важное место, т.к. результаты должны быть не просто получены, но и правильно восприняты пользователем, в т.ч. и в условиях дефицита времени.

Наглядность представления результатов особенно важна для:

- постоянно действующих моделей и моделей, предназначенных для систематического использования;

- тиражируемых программных продуктов, предназначенных для широкого применения без участия разработчиков.

В ряде случаев необходимо представлять не только результаты моделирования, но и используемые расчетные схемы, алгоритмы. Для представления алгоритмов может быть целесообразным применение специальных блок-схем, в т.ч.:

- укрупненных;

- отдельных фрагментов общих блок-схем и пр.

Традиционно блок-схемы представляются в виде монохромных изображений, но в некоторых случаях может быть целесообразным и использование цвета.

Вывод результатов моделирования в количественной форме из программы моделирования может производиться:

* в отдельный файл или набор файлов на магнитный носитель (обычно винчестер) - для целей последующей обработки, визуализации с помощью автономной программы и пр.;

* непосредственно на монитор;

* непосредственно на принтер или плоттер (минуя вывод на экран или магнитный носитель).

В конкретных программах моделирования эти варианты могут комбинироваться друг с другом.

Ранее осуществлялся вывод результатов моделирования (включая промежуточные результаты) и на такие носители информации как:

- магнитная лента;

- перфолента;

- обычные 80-колоночные перфокарты;

- перфокарты с краевой перфорацией и др.

Сейчас эти носители практически вышли из употребления (накопители на магнитной ленте в качестве устройств резервного копирования иногда еще используются).

Быстрое увеличение объемов памяти флэш-накопителей позволяет рассматривать их как носители информации для записи результатов моделирования.

Результаты моделирования по своему содержанию обычно включают в себя числовой материал (иногда вместе с текстом) и графику (графические объекты).

Для наглядного представления числовой материал необходимо расположить в удобной для восприятия форме (возможно табличной), обеспечив рациональные шрифтовые и цветовые выделения.

Графика должна содержать все необходимые обозначения и текстовые пояснения, нужные для ее однозначного понимания.

Итоговые (отчетные) результаты моделирования обычно могут быть представлены в виде следующих компонент:

* специального отчета (в электронной форме и/или на бумаге);

* в виде слайд-презентации;

* в форме специального стенда (на выставках и пр.);

* в виде аналогичном "сайту" (в формате *.html) и др.

Последний вариант позволяет (за счет использования гиперссылок) удобно разместить функционально различающуюся информацию в разных html-файлах.

2. Обзор технических средств наглядного представления результатов

В типичных случаях результаты моделирования могут отображаться в следующих формах:

* на дисплее компьютера (либо в виде единственной "экранной формы", либо в виде совокупности экранных форм, между которыми возможны переключения);

* автоматически вставляться в шаблоны некоторых "отчетов" в электронной форме, предназначенных для отображения на мониторе;

* выводиться на принтер;

* выводиться на плоттер;

* выводиться на проекционное устройство.

В начальный период компьютеризации широко использовались монохромные алфавитно-цифровые дисплеи, на которых имелось фиксированное количество "знакомест", а набор символов был довольно ограниченным. При этом графические изображения создавались, обычно, путем комбинации различных символов с использованием различной "плотности заполнения" ими знакомест.

Аналогичный подход применялся и при выводе графических изображений на черно-белые матричные принтеры. Они были двух основных типов:

- алфавитно-цифровые печатающие устройства с фиксированным набором литер (на "колесе" или шаровидной головке);

- с формированием (синтезом) печатаемых символов на некоторой "матрице точек печати" с использованием специальных иголок.

В первом варианте количество литер было достаточно небольшим. Для второго варианта возможности синтеза знаков определялись в значительной мере "количеством иголок" принтера (были типичны варианты "9" и "24" игольчатых принтеров).

В настоящее время абсолютное большинство дисплеев компьютеров являются цветными и "графическими" (т.е. изображение на них формируется как совокупность отдельных пикселей), причем разрешение экрана может регулироваться в достаточно широких пределах. Высокое разрешение при приемлемом качестве изображения дает возможность разместить на экране значительное количество текста и графики – особенно на мониторах с диагональю экрана 19" и более.

Графический образ экрана можно запомнить в "буфер обмена" при помощи нажатия клавиши "PrintScreen" (для запоминания только "активного окна" применяется комбинация клавиш "Alt+PrintScreen"). Затем запомненное изображение из буфера можно будет вставлять в различные документы, включая отчеты по результатам моделирования (например, в виде документов WinWord).

Особым классом оборудования являются управляемые компьютером проекционные устройства, которые позволяют показать изображение на большом экране.

Струйные принтеры предназначены, как правило, для цветной печати на бумаге, реже на специальной пленке. Для получения графических изображений высокого качества в струйных принтерах необходимо использовать специальную бумагу (фотобумагу), т.к. на большинстве обычных типов бумаги чернила расплываются.

Плоттеры сейчас фактически представляют собой широкоформатные струйные принтеры. Однако на начальном этапе компьютеризации плоттеры рисовали либо "графитовыми стержнями", либо "капиллярными пишущими узлами", либо "шариковыми пишущими узлами". При этом изображения выводились как совокупности последовательно рисуемых линий различного вида (но, обычно, одинаковой толщины), а лист бумаги, на который выводилось изображение, многократно перемещался в плоттере "вперед-назад" во время рисования.

Существуют также режущие плоттеры (каттеры), используемые преимущественно в рекламных фирмах. Каттеры механически (специальным ножиком) прорезают изображение в используемом материале (например металлизированной фольге, нанесенной на носитель в виде тонкого пластика). Эти устройства может быть целесообразным использовать для изготовления крупноформатных наглядных стендов с результатами моделирования, предназначенных для массового восприятия.

На лазерных принтерах можно выводить как текст, так и графику. Среди лазерных принтеров сейчас преобладают черно-белые формата А4 (формат А3 – распространен мало в силу высокой стоимости и меньшей практической потребности).

Цветные лазерные принтеры в силу высокой стоимости распространены пока слабо. Обычно качество передачи цвета графических объектов на них несколько ниже, чем на струйных принтерах.

Лазерные принтеры также могут выводить изображение не только на бумагу, но и на специальную пленку. Причем требования к пленке в этом случае достаточно высоки, т.к. пленка будет проходить через "печку" лазерного принтера (блок термического закрепления изображения).

3. Обзор стандартных методов наглядного представления результатов

Как правило, результаты моделирования представляются в "статической" форме, но могут "прокручиваться" по экрану. Обычно это делает сам пользователь, но иногда такой процесс осуществляется в автоматическом режиме.

В ряде случаев для моделей процессов, происходящих во времени, результаты моделирования представляются в виде "видеороликов", анимированных изображений и пр.

Типичными объектами наглядного представления результатов в графической форме могут являться:

* графики различных типов;

* диаграммы;

* комбинации диаграмм и графиков;

* системы изолиний и пр.

При этом для повышения наглядности изображений широко применяются:

- цвет;

- штриховки;

- наложение (комбинирование) изображений,

- квазитрехмерные (объемные) представления, в т.ч. в аксонометрии;

- возможности "вращения" изображений пользователем (чтобы посмотреть их с разных сторон);

- задание различных источников освещения;

- использование полутеней для создания объемных эффектов (включая рельеф);

- применение "текстур" для различных поверхностей;

- возможность "взглянуть" на объемную модель с различных точек зрения;

- рендеринг в архитектурно-строительных моделях и пр.

Далее часть этих методических подходов будет рассмотрена несколько более подробно.

4. Методы представления совокупности результатов, зависящих от одного параметра

Эти результаты фактически являются взаимосвязанными парами значений в виде "аргумент-функция" (обычно обозначаются как "х-у" или "t-y", если речь идет о зависимости от времени).

При этом результаты могут быть получены либо на равномерной сетке значений аргумента, либо на неравномерной. Особыми случаями могут являться:

* квазиравномерная сетка (шаг наращивается постепенно и по определенному закону);

* значения аргумента расположены на равномерной сетке, но некоторые из пар "х-у" отсутствуют, т.е. есть пропуски в данных.

Типичным способом представления рассматриваемых в этом пункте результатов является построение графиков. В простейшем случае речь идет о единственном графике. Он может быть представлен путем соединения экспериментальных точек (в том числе и полученных путем имитационного моделирования) прямолинейными отрезками или в виде "сглаженной линии" (сплайн-аппроксимация).

Такие графики помимо наглядного представления результатов могут быть использованы и для:

* интерполяции (получения значений "у" для промежуточных значений аргумента);

* экстраполяции (получения значений "у" для значений аргумента вне интервала значений аргумента в таблице исходных данных);

* сравнения поведения функции по табличным данным с графиком, построенным для регрессионного уравнения, построенного по тем же данным.

В общем случае на одной (общей) оси аргумента может быть построено два и более графиков функций по таблицам типа "х-у₁-у₂…у_n". При этом возникает проблема различения графиков - как на экране монитора, так и при печати на принтерах, особенно черно-белых.

При представлении графиков на экране монитора удобным способом их различения является задание различных цветов. К сожалению, при печати на черно-белом принтере эти разные цвета воспроизводятся как оттенки серого цвета различной плотности, что обычно затрудняет различение графиков (для цветного принтера или плоттера такой проблемы нет).

На практике количество уверенно различимых градаций серого цвета для графиков обычно не может превышать 3-4.

В качестве альтернатив различения графиков по цвету (или в виде комбинации с этим приемом) могут быть использованы:

* задание для графиков различных толщин линий;

* использованием для графиков различных типов линий (сплошная, пунктирная, штрих-пунктирная, точечно-пунктирная и пр.).

Термин "диаграммы" в отношении наглядного представления результатов моделирования обычно используется как собирательный (обобщающий). Существует несколько основных типов диаграмм, которые будут рассмотрены в рамках лабораторной работы для модуля, соответствующего данной лекции.

Наиболее популярны из них "столбчатые диаграммы" (вертикальные столбики), "гистограммы" (горизонтальные столбики), круговые диаграммы. Для диаграмм в целях различения значений для разных "функций" широко применяются:

- разные типы заштриховки (реже градиентной заливки);

- различные цвета (иногда в комбинации с заштриховкой).

Для повышения наглядности диаграмм они могут представляться в "объемном виде" - в том числе и с изменением "точек зрения", с которых они рассматриваются.

В некоторых случаях бывает целесообразным совместить на одних осях диаграмму (или несколько диаграмм) и график.

Для диаграмм (впрочем, как и для графиков) обычно может быть задан фон изображений. Однако он не должен отвлекать от основной информации, которую несут диаграммы. Если вывод графических объектов предполагается на черно-белый принтер, то от фона лучше отказаться, т.к. он может мешать восприятию диаграмм (графиков) в случае низкого контраста между фоном и диаграммами.