Upload
others
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Diskrētu un nepārtrauktu sistēmu vizuālās imitācijas modelēšanas
metodikas izstrāde
Rīgas Tehniskā universitāteDatorzinātnes un informācijas tehnoloģijas fakultāte
Modelēšanas un imitācijas katedra
Arnis Lektauers
Zinātniskais vadītājsDr.habil.sc.ing., profesors
Jurijs Merkurjevs
Prezentācijas struktūra
1. Tēmas aktualitāte, darba mērķis un uzdevumi2. Imitācijas modelēšanas un vizualizācijas saikne3. V-DEVS formālisms:
– V-DEVS formālisma definīcija– vizualizācijas konveijers– kvantēto stāvokļu un diskrētā laika modelēšanas
integrācija4. V-DEVS formālisma realizācijas praktiskie piemēri5. Darba rezultāti
2
Tēmas aktualitāte• Trūkst teorētisku pētījumu un praktisku
rezultātu imitācijas modelēšanas un vizualizācijas integrācijas jomā
• Vienotas sistēmpieejas trūkums kopējā imitācijas modelēšanas un vizualizācijas izpētē
• Imitācijas modelēšanas un vizualizācijas sinhronizācijas problēmas
3
• Darba mērķis – izstrādāt integrētas diskrēto notikumu unnepārtrauktu sistēmu vizuālās imitācijas modelēšanasvides izveides metodiku
• Darba uzdevumi:1. Veikt salīdzinošu pētījumu par imitācijas
modelēšanas un vizualizācijas saikni un mijiedarbību2. Izstrādāt formālismu, kas vienotā kontekstā apraksta
imitācijas modelēšanas un vizualizācijas aspektus3. Izstrādāt vizuālās imitācijas modelēšanas sistēmas
arhitektūru4. Izstrādāt V-DEVS programmatūras prototipu un
eksperimentāli nodemonstrēt tā pielietošanas iespējas
4
Prezentācijas struktūra
1. Tēmas aktualitāte, darba mērķis un uzdevumi2. Imitācijas modelēšanas un vizualizācijas saikne3. V-DEVS formālisms:
– V-DEVS formālisma definīcija– vizualizācijas konveijers– kvantēto stāvokļu un diskrētā laika modelēšanas
integrācija4. V-DEVS formālisma realizācijas praktiskie piemēri5. Darba rezultāti
5
Imitācijas modelēšanas un vizualizācijas saikne
6
Imitācijas modelēšanas un vizualizācijas saikne
• Imitācijas modelēšanas un vizualizācijas sinhronizācijas problēmas:
– Diskrētā laika modelēšana:• relatīvi liels nepieciešamo skaitļošanas resursu apjoms• būtisku notikumu neievērošanas risks, palielinot laika
diskretizācijas soli• vizualizācijas dinamikas atkarība no laika diskretizācijas soļa
– Kvantēto stāvokļu (diskrēto notikumu) modelēšana:• vizualizācijas dinamikas atkarība no stāvokļu diskretizācijas
soļa
• Vizuālās imitācijas modelēšanas interaktivitātes trūkums
7
Prezentācijas struktūra
1. Tēmas aktualitāte, darba mērķis un uzdevumi2. Imitācijas modelēšanas un vizualizācijas saikne3. V-DEVS formālisms:
– V-DEVS formālisma definīcija– vizualizācijas konveijers– kvantēto stāvokļu un diskrētā laika modelēšanas
integrācija4. V-DEVS formālisma realizācijas praktiskie piemēri5. Darba rezultāti
8
Visual-DEVS (V-DEVS) formālisms
9
DEVS formālismu salīdzinājums
10
V-DEVS vizualizācijas ietvars
11
V-DEVS formālisma zinātniskais jauninājums
• Diskrēto notikumu un nepārtrauktu sistēmu imitācijas modelēšanas un vizualizācijas integrācija
• Interaktīva vizuālā imitācijas modelēšana:– Imitācijas modelēšanas un vizualizācijas
sinhronizācija– Iespējas rediģēt modeli imitācijas gaitā– Imitācijas modeļu validācijas procesa paātrināšana
• Reālā laika vizuālās imitācijas modelēšanas iespējas
12
- ieeju un izeju kopas
- secīgu stāvokļu kopa
- diskrēto notikumu ārējās pārejas funkcija, kur
- summārā stāvokļu kopa, kur
- laiks kopš pēdējās transakcijas
- nepārtrauktā ārējās pārejas funkcija
- iekšējās pārejas funkcijas
Atomārs V-DEVS modelisint int, , , , , , , , , , ,discr cont discr cont discr cont discr cont
ext extAM X Y S f ta taδ δ δ δ λ λ=
13
{ }, ,discr contX X X= { },discr contY Y Y=
discr contS S S= ×
:discr discrext Q X Sδ × →
( ) ( ){ }, | ,0Q s e s S e ta s= ∈ ≤ ≤
e
:cont context Q X Sδ × →
int : ,discr discrS Sδ → int :cont contS Sδ →
Atomārs V-DEVS modelisint int, , , , , , , , , , ,discr cont discr cont discr cont discr cont
ext extAM X Y S f ta taδ δ δ δ λ λ=
14
: ,discr discr discrS Yλ → - izejas funkcijas
- atvasinājuma (izmaiņu ātruma) funkcija
- laiks kopš pēdējās diskrētās transakcijas
- laiks kopš pēdējās nepārtrauktās transakcijas
, kur - vizualizācijas kopa
- ģeometrijas / topoloģijas datu kopa
- transformācijas kopa
- vizualizācijas atribūtu kopa
: contf Q S→
0,:discr discrta S +∞→
0,:cont contta S +∞→
:cont cont contS Yλ →
,cont cont VS V S −= { }, ,V DS T AP=
DS
T
AP
V-DEVS modeļa dinamika
15
( )( )' , ,discr discrextS s e xδ=
int' ( )discrS Sδ=
( )discr Sλ
( )discrta s
( )( )' , ,cont contextS s e xδ=
int' ( )contS Sδ=
( )cont Sλ
( )contta sf
V-DEVS simulatora arhitektūra
16
contYV ∈
V-DEVS vizualizācijas konveijers
17
SM
Lodes ģenerators
Poligonālo datu kartētājs
Vizuālais objekts Renderētājs Renderēšanas
logs
CENTRS
IZŠĶIRTSPĒJA
Attēlojums / lietotāja mijiedarbība
V-DEVS simulators
POZĪCIJA
ROTĀCIJASKALĀRU
REDZAMĪBA
- ieejas ports ip- izejas ports op- ieejas / izejas ports iop
AM AM AM AM AMRenderēt Renderēt Renderēt Renderēt
SM - saistītais modelis
AM - atomārais modelis
( ){ }, , ipX ip v ip IP v X= ∈ ∈
( ){ }, , opY op v op OP v Y= ∈ ∈
V-DEVS kvantēto stāvokļu un diskrētā laika modelēšanas integrācija
18
qΔ tΔ
tΔ
qΔ
tΔ
Prezentācijas struktūra
1. Tēmas aktualitāte, darba mērķis un uzdevumi2. Imitācijas modelēšanas un vizualizācijas saikne3. V-DEVS formālisms:
– V-DEVS formālisma definīcija– vizualizācijas konveijers– kvantēto stāvokļu un diskrētā laika modelēšanas
integrācija4. V-DEVS formālisma realizācijas praktiskie piemēri5. Darba rezultāti
19
V-DEVS simulatora piemērs:pa kāpnēm lejupripojošas bumbas modelis
• Pa kāpnēm lejupripojošas bumbas modeļa formāla definīcija:
20
xx v= ax x
bv vm
= − ⋅
yy v= ( )( )int 1ay y w y
b b kv g v s v y h xm m m
⎡ ⎤= − − ⋅ − ⋅ + − + −⎢ ⎥⎣ ⎦
ab- bumbas masa- gaisa pretestības koeficients- berzes koeficients- bumbas elastības koeficients
b
m
k
g - gravitācijas konstante- pakāpiena augstumsh
01ws ⎧
= ⎨⎩
- bumba gaisā- bumba uz zemes
V-DEVS simulatora piemērs:pa kāpnēm lejupripojošas bumbas modelis
21
V-DEVS simulatora piemērs:pa kāpnēm lejupripojošas bumbas modelis
Modeļa darbības precizitāte atkarībā no dQ parametra un kvantizētās / diskrētā laika integrēšanas pielietošanas
22
dQ = 0.001 dQ = 0.00001
• Automatizētās ražošanas sistēmas modeļa struktūra:– imitācijas transakciju ģenerators– ražošanas produkcijas montāžas darbstacijas– konveijeri produkcijas transportēšanai starp
darbstacijām– imitācijas transakciju savācējs
23
V-DEVS simulatora piemērs:automatizētās ražošanas sistēmas modelis
24
V-DEVS simulatora piemērs:automatizētās ražošanas sistēmas modelis
Prezentācijas struktūra
1. Tēmas aktualitāte, darba mērķis un uzdevumi2. Imitācijas modelēšanas un vizualizācijas saikne3. V-DEVS formālisms:
– V-DEVS formālisma definīcija– vizualizācijas konveijers– kvantēto stāvokļu un diskrētā laika modelēšanas
integrācija4. V-DEVS formālisma realizācijas praktiskie piemēri5. Darba rezultāti
25
Darba rezultāti• Pamatota diskrēto notikumu un nepārtrauktu sistēmu
imitācijas modelēšanas un vizualizācijas integrācijas nepieciešamība
• Izstrādāts V-DEVS formālisms vizuālai interaktīvai diskrēto notikumu un nepārtrauktu sistēmu modelēšanai:– Izstrādāta metodika V-DEVS formālisma praktiskajai
realizācijai– Piedāvāta kombinēta pieeja nepārtrauktu procesu
imitācijas modelēšanas un vizualizācijas sinhronizācijai
• Realizēts V-DEVS imitācijas modelēšanas sistēmas prototips un nodemonstrētas tā iespējas
26
Secinājumi• Izstrādātais V-DEVS formālisms definē vienotu
matemātisko koncepciju interaktīvu vizuālo diskrēto notikumu un nepārtrauktu sistēmu imitācijas modelēšanai
• Uz V-DEVS formālisma bāzes izstrādātais vizuālās imitācijas modelēšanas sistēmas prototips praktiski realizē darbā paustās teorētiskās nostādnes un ir pielietojams dažādu sistēmu vizuālajai imitācijas modelēšanai
• V-DEVS sistēmas prototipa eksperimentālā pārbaude apliecina diskrētā laika integratora izmantošanas efektivitāti vizualizācijas nolūkiem nepārtrauktu sistēmu kvantēto stāvokļu imitācijas modelēšanā
27
Zinātniskās publikācijas1. A. Lektauers, Imitācijas modeļu vizualizācijas tehnoloģija. RTU
zinātniskie raksti, Rīga, 20012. A. Lektauers, Imitācijas modeļu izveide virtuālā 3D vidē. RTU zinātniskie
raksti, Rīga, 20023. A. Lektauers, 3D-Projektierung von Simulationsmodellen in einer VR-
Umgebung. Proceedings der Tagung "Simulation und Visualisierung '2003" der Otto-von-Guericke Universität Magdeburg, 2003
4. A. Lektauers, Developing a 3D Graphical User Interface for Object-Oriented Simulation Modelling. RTU zinātniskie raksti, Rīga, 2003
5. A. Lektauers, A Virtual 3D Environment for Logistics Modelling. Proceedings of HMS2003, Riga, Latvia, September 18-20, 2003
6. A. Lektauers, A Mixed Reality Framework for Visualization and Execution of DEVS-based Simulation Models. Proceedings of the 19th European Conference on Modelling and Simulation, Riga, Latvia, June 1-4, 2005
7. A. Lektauers, Y. Merkuryev, 3D Visual Framework for Modelling and Simulation of Supply Chain Systems. Scientific Proceedings of the eLOGMAR-M Project, Riga, Latvia, 2006
28
Zinātniskās konferences1. RTU 42. Starptautiskā zinātniskā konference. Rīga, 11-13.oktobris,
2001
2. RTU 43. Starptautiskā zinātniskā konference. Rīga, 10-14.oktobris, 2002
3. Tagung "Simulation und Visualisierung '2003" der Otto-von-Guericke Universität Magdeburg, Magdeburg, Germany, 6-7 März 2003
4. HMS2003, Riga, Latvia, September 18-20, 2003
5. RTU 44. Starptautiskā zinātniskā konference. Rīga, 9-11.oktobris, 2003
6. RTU 45. Starptautiskā zinātniskā konference. Rīga, 13-14.oktobris, 2004
7. 19th European Conference on Modelling and Simulation, Riga, Latvia, June 1-4, 2005
8. eLOGMAR-M Workshop, Riga, Latvia, September 22, 200629