Методология объектно ориентированного моделирования. Объектно-ориентированный подход к моделированию информационных систем. Объектная модель бизнеса
Понятие объектно- ориентированного подхода (ООП) ООП ООП – подход, использующий объектную декомпозицию В ООП статическая структура системы описывается в терминах объектов и связей между ними Динамическая структура объекта описывается в терминах обмена сообщениями между объектами От структурного подхода ООП отличает способ декомпозиции системы
Объект Объект – осязаемая реальность, имеющая четко определенное поведение. Объект обладает состоянием, поведением, индивидуальностью Структура и поведение схожих объектов определяют общий для них класс => Объект = экземпляр класса Объект = экземпляр класса"> Объект = экземпляр класса"> Объект = экземпляр класса" title="Объект Объект – осязаемая реальность, имеющая четко определенное поведение. Объект обладает состоянием, поведением, индивидуальностью Структура и поведение схожих объектов определяют общий для них класс => Объект = экземпляр класса"> title="Объект Объект – осязаемая реальность, имеющая четко определенное поведение. Объект обладает состоянием, поведением, индивидуальностью Структура и поведение схожих объектов определяют общий для них класс => Объект = экземпляр класса">
Свойства объекта Состояние объекта – перечень всех возможных (статических) свойств объекта и текущими (динамическими) значениями каждого из этих свойств Поведение – воздействие объекта на другой объект и наоборот, а также относительное изменение состояний этих объектов и передачу сообщений между ними Индивидуальность – это свойство объекта, отличающее его от других объектов
Различие между классом и объектом Множество объектов со схожими свойствами (состояние, поведение, индивидуальность) = КЛАСС => Каждый объект = экземпляр класса Каждый объект = экземпляр класса"> Каждый объект = экземпляр класса"> Каждый объект = экземпляр класса" title="Различие между классом и объектом Множество объектов со схожими свойствами (состояние, поведение, индивидуальность) = КЛАСС => Каждый объект = экземпляр класса"> title="Различие между классом и объектом Множество объектов со схожими свойствами (состояние, поведение, индивидуальность) = КЛАСС => Каждый объект = экземпляр класса">
Иерархия классов: Родительский класс обладает фи" title="Принципы ООП. Наследование Наследование – принцип, в соответствии с которым знание о более общей категории разрешается применять для более частной категории Наследованиеиерархия классов Наследование -> иерархия классов: Родительский класс обладает фи" class="link_thumb"> 7 Принципы ООП. Наследование Наследование – принцип, в соответствии с которым знание о более общей категории разрешается применять для более частной категории Наследованиеиерархия классов Наследование -> иерархия классов: Родительский класс обладает фиксированным набором свойств => производный от него класс содержит тот же набор свойств + дополнительные свойства, характеризующие его уникальность иерархия классов: Родительский класс обладает фи"> иерархия классов: Родительский класс обладает фиксированным набором свойств => производный от него класс содержит тот же набор свойств + дополнительные свойства, характеризующие его уникальность"> иерархия классов: Родительский класс обладает фи" title="Принципы ООП. Наследование Наследование – принцип, в соответствии с которым знание о более общей категории разрешается применять для более частной категории Наследованиеиерархия классов Наследование -> иерархия классов: Родительский класс обладает фи"> title="Принципы ООП. Наследование Наследование – принцип, в соответствии с которым знание о более общей категории разрешается применять для более частной категории Наследованиеиерархия классов Наследование -> иерархия классов: Родительский класс обладает фи">
Принципы ООП. Инкапсуляция Инкапсуляция – это сокрытие отдельных деталей внутреннего устройства классов от внешних по отношению к нему объектов или пользователей. Инкапсуляция ведет свое происхождение от деления модулей на 2 части: интерфейс и реализация.
Принципы ООП. Полиморфизм Полиморфизм (греч. poly – много, morfos – форма) - это свойство некоторых объектов принимать различные внешние формы в зависимости от обстоятельств. Действия, выполняемые одноименными методами, могут отличаться в зависимости от того, к какому из классов относится тот или иной метод.
Другие принципы ООП Типизация – ограничения, накладываемые на класс объектов и препятствующие взаимозаменяемости различных классов (или сильно сужающие эту возможность). Параллелизм – это свойство объектов находиться в активном или пассивном состоянии и различать активные или пассивные состояния между собой. Устойчивость – свойство объекта существовать во времени (вне зависимости от процесса, породившего данный объект) и/ или пространстве (при перемещении объекта из пространства, в котором он был создан).
Универсальный язык моделирования UML. Предыстория В начале 90-х гг. 20 века – создание новых объектно-ориентированных языков программирования (Smalltalk, C++, Java) Разработано огромное количество методов проектирования объектно-ориентированного ПО Результат – разработка UML, с целью объединения достоинств различных подходов в один независимый от производителей язык моделирования.
Универсальный язык моделирования UML UML – Unified Modeling Language – унифицированный язык моделирования, который предназначен для визуализации и документирования объектно-ориентированных систем и бизнес-процессов с ориентацией на их последующую реализацию в виде программного обеспечения.
Универсальный язык моделирования UML Авторы – Гради Буч (G. Booch), Джим Румбах (или Рамбо, D. Rumbaugh), Айвар Джекобсон (I. Jacobson). Первая версия языка появилась в 1996 г. В настоящее время все вопросы дальнейшей разработки UML сконцентрированы в рамках консорциума OMG. В 2004 г. – UML 2.0.
Диаграммы UML UML включает в себя 8 типов диаграмм: 1) диаграммы вариантов использования; 2) диаграммы классов; 3) диаграммы состояний; 4) диаграммы деятельности; 5) диаграммы кооперации; 6) диаграммы последовательности; 7) диаграммы компонентов; 8) диаграммы развертывания. Диаграммы взаимодействия Диаграммы реализации
Некоторые программные продукты (UML tools) IBM Rational Software Architect (IBM) IBM Rational Rose (IBM) ARIS UML Designer (IDS Sheer) Enterprise Architect (SPARX Software) Altova Umodel KUml, Dia, PowerDesigner И т.д. Подробнее:
Задание Самостоятельно изучить статью «UML basics: An introduction to the Unified Modeling Language»: /library/769.html?S_TACT=105AGX15&S_ CMP=EDU
ArCon. Дизайн интерьеров и архитектурное моделирование для всех Кидрук Максим Иванович
Объектно-ориентированное моделирование
Общепринятой философией в большинстве современных графических систем при создании чертежей на компьютере является использование наипростейших геометрических примитивов: точек, отрезков и дуг. С помощью различных комбинаций перечисленных примитивов, посредством присвоения их геометрическим свойствам определенных значений (имеются в виду координаты характерных точек, длины, радиусы и т. п.), а также с помощью заложенных в программу команд редактирования пользователь может создавать сколь угодно сложное изображение. Вы можете возразить, что практически в любой графической системе присутствует также еще множество команд для построения, скажем, кривых Безье или NURBS-кривых. Однако пускай это не вводит вас в заблуждение: на аппаратном уровне все эти кривые и сплайны все равно переводятся в последовательный набор отрезков, аппроксимирующих реальную кривую (то есть максимально приближенных к действительному положению кривой). Примерно таков же подход в трехмерном твердотельном моделировании: сложный объемный объект создается посредством последовательных комбинаций различных базовых трехмерных фигур (куба, сферы, конуса, тора и т. п.), а также с использованием базовых формообразующих операций (выдавливание, вращение, булева операция и пр.).
В большинстве случаев такой подход вполне устраивает пользователей, поскольку позволяет формировать изображения и модели фактически любых форм. Однако за это приходится расплачиваться временем, потраченным на освоение функциональных возможностей графической системы, в равной степени как и временем на создание каждого такого чертежа или трехмерной модели. Плата, в сущности, не так и велика, однако в скором времени такой подход перестал устраивать пользователей. Причиной тому в первую очередь следует считать тот факт, что при проектировании пользователь создает модель или изображение реального (пускай еще и не существующего) материального объекта. Любой такой объект реального мира наделен вполне определенными свойствами, которые не всегда можно передать через изображение обычного чертежа или 3D-модель. Надо заметить, что такая возможность с развитием средств, а соответственно и требований в проектировании была бы далеко не лишней. Именно это и послужило толчком, заставившим отдельных разработчиков пойти немного другим путем, в результате чего и был придуман объектный подход.
При объектно-ориентированном моделировании пользователь оперирует не простейшими геометрическими примитивами, а конкретными объектами. К примеру, при построении плана этажа какого-либо здания теперь вместо точек, отрезков и дуг используются стены, окна, двери, отдельные помещения и т. п. Каждый такой объект наделен определенным набором свойств, которые задаются (или же присваиваются по умолчанию) при создании объекта и хранятся в файле документа вместе с изображением чертежа или геометрией трехмерной модели. Для окон эти свойства могут включать габаритные размеры и описание формы окна (прямоугольное, полукруглое, в форме арки или любой другой формы), оптические свойства застекления, материал и текстура рамы. Для стен – толщина, длина и высота стены, материал стены, текстура внешней и внутренней поверхности, факт наличия окон или дверей на данной стене, а также ссылки на объекты, соответствующие этим окнам или дверям.
При трехмерном моделировании 3D-сцена также строится из отдельных объектов, которые система предлагает пользователю на выбор. К примеру, если определенная программа предназначается для моделирования дизайна жилых комнат или коммерческих помещений, то база данных такой программы может быть представлена набором различной мягкой или офисной мебели, шкафов, столов и пр. Каждый трехмерный объект интерьера также владеет специфическими свойствами, позволяющими модифицировать его в определенных пределах (изменять цвет, конфигурацию, подбирать материал и другие свойства).
Применение объектного подхода дает множество преимуществ.
На порядок возрастает скорость создания планов и чертежей.
Чертеж или модель становятся более информативными: при выделении (или редактировании) того или иного объекта вы можете легко определить (заменить) его свойства, причем большинство этих свойств, как правило, на обычном чертеже или модели не смогут быть отображены.
База данных объектов иногда наполняется не просто произвольными, ранее заготовленными, а вполне реальными объектами (к примеру, реально существующие экземпляры мебели от различных фирм, материалы от конкретных производителей и т. п.). В таких случаях в программе обязательно приводятся адреса фирм-поставщиков и производителей, по которым вы сразу после завершения проработки проекта можете обратиться и заказать необходимые материалы и прочие объекты.
Объекты легко изменять и модифицировать, при этом программа отслеживает правильность задания значений определенных свойств (к примеру, вы не сможете создать окно, больше, чем габариты стены, на которой оно размещено). Это облегчает работу и позволяет избегать неумышленных ошибок.
Построенная модель (чертеж) может быть представлена в виде иерархического дерева (рис. 1.1), что облегчает навигацию по проекту, поиск и редактирование его отдельных частей.
Рис. 1.1. Пример иерархического представления строительного плана, созданного на основе объектного подхода
Примечание
Иерархическое представление – далеко не новость в автоматизированном проектировании. Однако в данном случае узлами дерева являются не отдельные части графического изображения, которые, как правило, неинформативны и не несут никакой смысловой нагрузки, а конкретные объекты, разделенные по определенному признаку.
Одним из главных, но вовсе не очевидных преимуществ объектно-ориентированного подхода при создании графических изображений является возможность быстрого и полностью автоматического перехода к трехмерному изображению (другими словами, возможность автоматической генерации трехмерной модели спроектированного объекта). С учетом того, что набор объектов, которыми может оперировать пользователь, в любом случае ограничен, а также учитывая то, что в свойствах каждого объекта можно заложить достаточно информации, чтобы получить полное представление о его форме, становится возможным реализация «поднятия» графического изображения в 3D без каких-либо усилий со стороны пользователя (именно такой подход и реализован в системе ArCon). В итоге пользователь почти мгновенно получает трехмерное представление своего проекта, при этом не затратив практически никаких усилий. Полученную трехмерную модель далее можно будет визуализировать и получить реалистичную картинку или передать в другую систему для дальнейшего редактирования или проведения инженерных расчетов. Более того, в таком случае пользователю вообще не нужно никаких специальных навыков трехмерного моделирования.
Примечание
На это свойство следует обратить больше внимания, поскольку генерация трехмерной модели по чертежам давно является камнем преткновения для всех разработчиков инженерных графических систем. В действительности на практике реализован прямо противоположный принцип – генерация чертежа (по существу – проекции 3D-модели) по готовой модели. Попытка реализовать обратное действие (переход из двухмерного изображения в 3D) имела место в некоторых известных CAD-системах (в частности, в SolidWorks), однако успешной ее назвать сложно. На двухмерное изображение налагаются слишком жесткие ограничения, что не позволяет применять заявленный функционал повсеместно. Объектный подход предоставляет возможность получения завершенной трехмерной модели, конечно, с учетом специфики конкретных объектов.
Несмотря на большое количество преимуществ, перечисленных выше, объектно-ориентированный подход имеет и недостатки.
В первую очередь (и это очевидно) это ограниченность набора готовых объектов, а также невозможность произвольного их изменения. Это отбирает гибкость у программы, из чего следует, что принцип объектного проектирования может быть применен только в специализированных системах (таких, к примеру, как ArCon, Professional Home Design Platinum и пр.). Разработчикам таких систем необходимо основательно учитывать специфику отрасли, для автоматизации и решения задач которой предназначается программный продукт, а также максимально расширять возможность настройки свойств предлагаемых объектов.
Здесь на первый план выходит вопрос стоимости и функционала системы. Если вы на 100 % уверены в том, что та или иная специализированная программа подходит для ваших целей, сомнений при ее покупке не должно возникать. В противном случае вам необходимо более подробно изучить функционал, чтобы убедиться, можно ли будет решать поставленные задачи или же, в худшем случае, придется потратить деньги на «обычный» и дорогой CAD-редактор.
Вторым недостатком объектно-ориентированных графических инженерных систем является проблема интеграции с другими графическими системами. Речь идет не о каких-либо проблемах при передаче данных – обмен как двухмерной, так и трехмерной информацией давно уже считается стандартом для любых коммерческих программ. Суть проблемы заключается как раз в потере значений свойств объектов, а также всех иерархических связей, выстроенных между объектами. Причина понятна: система, в которую планируется экспортировать проект, может не поддерживать объектного подхода или же иметь у собственных объектов список свойств, отличный от данного. По этой причине при сохранении проекта из программы ArCon в какой-либо другой формат (не ArCon-объект) экспортируется только графическое изображение.
Примечание
Забегая наперед, скажу, что проекты ArCon+ 2005 можно экспортировать в различные как двухмерные, так и трехмерные форматы, используя группу команд Файл? Экспортировать в формате (рис. 1.2). Важно отметить, что в программе поддерживаются такие известные форматы обмена данных, как VRML, DXF, формат системы 3ds Max, а также возможность сохранения проекта в выполнимый EXE-файл (подробнее об этом написано далее).
Рис. 1.2. Поддерживаемые форматы для экспорта проектов из ArCon
Еще хуже дело обстоит с импортом данных из других систем. Если они не приведены к определенному формату, «взять» их внутрь объектной специализированной системы невозможно. Скажем, при импорте чертежа из AutoCAD в ArCon может быть загружено лишь изображение. При этом ArCon никак самостоятельно не сможет распознать, где в открытом изображении окна, двери, стены и т. п., и тем более присвоить отдельным объектам вполне разумные свойства. Это значит, что дальнейшее редактирование чертежа в ArCon, как и «поднятие» его в 3D, невозможно. Импортирование, по существу, становится бессмысленным, поэтому преимущественное большинство объектно-ориентированных проектных систем не имеют функций для чтения графических данных извне.
Однако, несмотря на такие существенные недостатки, легкость в работе, а главное – скорость и наглядность выполнения проектов берут верх. Как следствие, в последнее время системы, подобные рассматриваемой в этой книге программе ArCon, нашли широкое применение при решении различных задач проектирования.
Из книги Питон - модули, пакеты, классы, экземпляры. автора Бройтман ОлегОбъектно-ориентированное программирование Питон - объектно-ориентированный язык со множественным наследованием. Можно сказать, что Питон поддерживает классическую ОО-модель с некоторыми особенностями. Классы в Python могут иметь статические переменные, разделяемые
Из книги 3ds Max 2008 автора Верстак Владимир АнтоновичОбъектно-ориентированное моделирование 3ds Max 2008 – объектно-ориентированная программа, то есть все, что создается в программе, является объектами. Геометрия, камеры и источники света на сцене – это объекты. Объектами также являются модификаторы, контроллеры, растровые
Из книги Эффективное использование C++. 55 верных способов улучшить структуру и код ваших программ автора Мейерс СкоттГлава 6 Наследование и объектно-ориентированное проектирование Объектно-ориентированное программирование (ООП) существует почти 20 лет, поэтому, вероятно, вы имеете некоторое представление о наследовании, производных классах и виртуальных функциях. Даже если вы
Из книги Основы объектно-ориентированного программирования автора Мейер БертранОбъектно-ориентированное конструирование ПО У нас уже накоплено достаточно оснований, чтобы попытаться определить ОО-конструирование ПО. Это будет лишь первый набросок, более конкретное определение последует в следующей лекции.ОО-конструирование ПО (определение 1)
Из книги Программирование на языке Ruby [Идеология языка, теория и практика применения] автора Фултон ХэлКонструирование объектно-ориентированного ПО Мы уже давали определение конструирования ОО-ПО: будучи весьма общим, оно представляет метод следующим образом: "основывать архитектуру всякой программной системы на модулях, полученных из типов объектов, с которыми
Из книги VBA для чайников автора Каммингс Стив1.1. Введение в объектно-ориентированное программирование Прежде чем начать разговор о самом языке Ruby, неплохо было бы потолковать об объектно-ориентированном программировании вообще. Поэтому сейчас мы вкратце рассмотрим общие идеи, лишь слегка касаясь
Из книги Программирование для карманных компьютеров автора Волков Владимир Борисович Из книги Основы программирования на Java автора Сухов С. А.11.1. Рутинные объектно-ориентированные задачи Of his quick objects hath the mind no part, Nor his own vision holds what it doth catch… Вильям Шекспир. Сонет 113 Если вы вообще не знакомы с ООП, то эта глава вас ничему не научит. А если вы понимаете, что такое ООП в языке Ruby, то, наверное, ее и читать не стоит.
Из книги C++ для начинающих автора Липпман СтенлиОбъектно-ориентированное программирование и VBA В результате своей эволюции Visual Basic превратился в (почти) объектно-ориентированный язык программирования. Хотя освоение приемов работы с объектами и представляет некоторую трудность в начале знакомства с VBA, ожидаемая
Из книги автораГлава 12. Объектно-ориентированное программирование. В этой главе...~ Концептуализация объектов~ Понимание свойств, методов и событий - главных компонентов VBA-объектов~ Работа с объектными моделями~ Использование форм как объектов~ Выяснение и установка свойств объектов~
Из книги автораОбъектно-ориентированное программирование Абстракция, наследование, полиморфизм, инкапсуляцияГоворя об ООП (объектно-ориентированном программировании), нельзя обойти стороной эти четыре базовых понятия. Поэтому ниже будет приведено их краткое описание.Абстракция –
Из книги автораОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ НА JAVA 7. КЛАССЫ Базовым элементом объектно-ориентированного программирования в языке Java является класс. В этой главе Вы научитесь создавать и расширять свои собственные классы, работать с экземплярами этих классов. Напомним,
Из книги автора2.4. Объектно-ориентированный подход Вспомним спецификацию нашего массива в предыдущем разделе. Мы говорили о том, что некоторым пользователям может понадобиться упорядоченный массив, в то время как большинство, скорее всего, удовлетворится и неупорядоченным. Если
Из книги автораПроцедурно-ориентированное программирование В части II были представлены базовые компоненты языка С++: встроенные типы данных (int и double), типы классов (string и vector) и операции, которые можно совершать над данными. В части III мы увидим, как из этих компонентов строятся
Из книги автораV. Объектно-ориентированное программирование Объектно-ориентированное программирование расширяет объектное программирование, вводя отношения тип-подтип с помощью механизма, именуемого наследованием. Вместо того чтобы заново реализовывать общие свойства, класс
Из книги автора17.1.1. Объектно-ориентированное проектирование Из чего складывается объектно-ориентированное проектирование четырех рассмотренных выше видов запросов? Как решаются проблемы их внутреннего представления?С помощью наследования можно определить взаимосвязи между
Наиболее очевидная формализация системного подхода к исследованию сложных систем осуществляется на основе понятия “объект ” как базового элемента системы. Объектным подходом будем называть системный подход, формализованный на основе понятия объект. Технологии, построенные на базе объектного подхода, будем называть объектно-ориентированными технологиями (ООТ).
Объектно-ориентированное моделирование (ООМ) обеспечивает ряд существенных преимуществ:
1. Использование объектного подхода существенно повышает уровень унификации разработки и пригодность для повторного использования уже созданных и подтвердивших свою работоспособность моделей.
2. Использование ООМ приводит к построению систем на основе стабильных промежуточных описаний, что упрощает процесс внесения изменений. Это дает возможность системе развиваться постепенно и не приводит к полной ее переработке даже в случае существенных изменений исходных требований.
3. Объектно-ориентированные модели часто получаются более компактными. Это означает не только уменьшение объема кода программ, но и удешевление проекта за счет использования предыдущих разработок, что дает выигрыш в стоимости и во времени.
4. Объектная модель снижает риск разработки сложных систем за счет четко определенных этапов проектирования и интеграции процесса создания модели, который растягивается на все время разработки, а не превращается в единовременное событие.
5. Объектная модель позволяет в полной мере использовать выразительные возможности современных объектно-ориентированных языков программирования.
Сравнение определений объекта в литературе позволило выявить важные моменты ООМ:
Объектный анализ выявляет для объектов поведение и структуру;
Неоднозначность в представлении разрешается путем закрепления за понятиями термина «класс» , а за конкретными физическими объектами термина «объект» .
Таким образом, ООМ предполагает поддержку классов и экземпляров (статических и динамических) объектов, инкапсуляцию, наследование и полиморфизм. Понятия класс и экземпляр поддерживаются явно или неявно практически всеми языками имитационного моделирования. В противном случае достаточно сложно моделировать системы с множеством однотипных блоков и невозможно моделировать системы с динамической структурой.
Более сложными понятиями ООМ являются наследование и полиморфизм. Наследование позволяет перенести в описание нового класса элементы описания уже имеющегося класса с добавлением новых. Полиморфизм означает возможность использования вместо экземпляра блока некоторого базового класса экземпляра любого его производного класса.
Еще один принцип ООМ является принцип модульности , подразумевающий разбиение системы на части, называемые модулями, каждый из которых содержит группы классов. Наличие широких библиотек классов является серьезным преимуществом той или иной системы имитационного моделирования. В этом случае модель может строиться механически из экземпляров стандартных классов с их параметрической настройкой. На основе разработанных библиотек классов создаётся банк блоков для конструирования имитационных моделей различных предметных областей.
Объектная форма представления наилучшим образом отвечает задачам имитационного моделирования, так как позволяет поставить в однозначное соответствие каждому предмету, явлению или процессу реального мира и их отношениям соответствующий информационный аналог.
В настоящее время признанным стандартом моделирования сложных систем является унифицированный язык моделирования UML (Unified Modeling Language ). Язык UML был разработан компанией Rational Software и ее партнерами. Он является преемником языков моделирования, основанных на методах объектного анализа и проектирования Буча, OOSE Якобсона, OMT Рэмбо и др.
Визуальные модели обеспечивают ясность представления выбранных архитектурных решений и позволяют понять исследуемую или разрабатываемую систему во всей ее полноте. Сложность систем и проектов продолжает увеличиваться, и поэтому возрастает актуальность создания моделирующих комплексов, использующих технологию визуального моделирования.
Одним из немногих инструментальных средств ИМ, использующих в качестве основы структурные диаграммы UML, является AnyLogic , которое применяется в основном для исследования динамических непрерывных систем, за счет использования «гибридных» карт состояний и активных объектов UML-RT, созданных специально для представления динамических систем реального времени. Система Model Vision Studium является упрощенным (лабораторным) вариантом системы AnyLogic .
7. Геометрическое моделирование. Виды систем моделирования. Внутреннее представление моделей.
Геометрическое моделирование.
Можно выделить 2 задачи:
1.Построение геометрической модели уже существующего тела.
2.Синтез геометрической модели нового объекта.
При решении 1-ой задачи требуется задание большого количества точек, принадлежащих поверхности объекта. При решении 2-ой задачи геометрическое моделирования, выполняемого в интерактивном режиме основное требование к средствам формирования и представления геометрической модели – удобство манипулирования моделью. Выделяют 3 вида геометрических моделей: каркасные, поверхностные, твёрдотельные.
Каркасная модель представляет собой мн-во вершин и мн-во рёбер, объединяющих данные вершины.
Поверхностная модель: вначале создается трёхмерный каркас, на который затем “натягиваются” различные виды математических поверхностей. Системы поверхностного моделирования поддерживают различные виды поверхностей: линейчатые поверхности, кинематические поверхности и скульптурные поверхности. Над поверхностями можно проводить следующие операции: обрезание пов-сти другой пов-стью или пространственной кривой на поверхности, построение гладких переходов или скруглений между пов-стями.
Преимущество поверхностного моделирования: можно создавать геом. объекты любой степени сложности.
Недостаток: пов-сти не имеют толщины, а реальные объекты представляют собой некий замкнутый объём.
Поверхностная модель объекта представляет собой “скорлупу”, внутри которой пустота, из-за этого возникают проблемы при разбиении объекта на конечные элементы при просчёте масс-инерционных хар-к и при контроле взаимопроникновения деталей в сборке. Поверхностного моделирование явл. Кропотливым процессом – требует знаний по начерт.геом. и развитого пространственного мышления.
Твёрдотельная модель строится из базовых элементов с использованием соответствующих операций: булевы операции, выталкивание, вращение, лофтинг, разделение твёрдых тел. САПР допускает следующие доп. операции:
построение скруглений, построение отверстий на гранях, построение рёбер жёсткости, построение фасок.
Твёрдотельная модель хранится в САПР в виде дерева построения.
Преимущество твёрдотельного моделирования:
1.Простота параметризации.
2.Возможность расчёта масс-инерционных хар-к и разбивка на сетку конечных элементов.
3.Относительная простота моделирования.
Недостаток: ограниченность конструктивных форм создаваемых моделей.
Стр-ры данных, используемые для описания объемных тел, обычно делятся на три типа в зависимости от того, какие тела ими описываются.
1 стр-ра представляет собой дерево , опис-щее историю прим-я булевских операций к примитивам. Журнал операций называется конструктивным представлением объемной геометрии (Constructive Solid Geometry – CSG representation ). Дерево называется деревом CSG (GSG tree ).
2 стр-ра содержит сведения о границах объема (вершинах, ребрах, гранях и их соединении друг с другом). Это представление называется граничным представлением (boundary representation – В- rep ), а структура данных – структурой B - rep (B - rep data structure ).
Третья структура представляет объем в виде комбинации элементарных объемов (например, кубов). Можно придумать множество моделей разложения, выбирая разные элементарные объемы, но ни одна из них не может точно описать объемное тело.
Моделирование - один из основных методов познания, который очается в выделении из сложного явления (объекта) некоторых чаcтей и нении их другими объектами, более понятными и удобными для ания, объяснения и разработки.
Модель - реальный физический объект или процесс, теоретическое х>ение, упорядоченный набор данных, которые отражают некоторые енты или свойства изучаемого объекта или явления, существенные с и зрения моделирования.
Математическая модель модель объекта, процесса пли явления. ставляющая собой математические закономерности, с помощью которых аны основные характеристики моделируемого объекта, процесса или
Геометрическое моделирование раздел математического
моделирования позволяет решать разнообразные задачи в двумерном, трехмерном и. в общем случае, в многомерном пространстве.
Геометрическая модель включает в себя системы уравнений и алгоритмы их реализации. Математической основой построения модели являются уравнения, описывающие форму и движение объектов. Все многообразие геометрических объектов является комбинацией различных примитивов ■ простейших фигур, которые в свою очередь состоят из графических элементов - точек, линий и поверхностей.
В настоящее время геометрическое моделирование успешно используется в управлении и других областях человеческой деятельности. Можно выделить две основные области применения геометрического моделирования; проектирование и научные исследования.
Геометрическое моделирование может использоваться при анализе числовых данных. В таких случаях исходным числовым данным ставится в соответствие некоторая геометрическая интерпретация, которая затем анализируется, а результаты анализа истолковываются в понятиях исходных данных.
Этапы геометрического моделирования:
Постановка геометрической задачи, соответствующая исходной прикладной задаче или ее части:
Разработка геометрического алгоритма решения поставленной задачи;
Реализация алгоритма при помощи инструментальных средств:
Анализ и интерпретация полученных результатов. Методы геометрического моделирования:
Аналитический:
Графический;
Графический, с использованием средств машинной графики:
Графоаналитические методы.
Графоаналитические методы основываются на разделах вычислительно!! геометрии, таких как теория R-функций. теория поверхностей Кунса. теория кривых Безье, теория сплайнов и др.
Для современных научных исследований характерно использование, наряду с двумерными и трехмерными, многомерных геометрических моделей (физика элементарных частиц, ядерная физика и т.д.).
8. Графические языки высокого уровня.
Имеется два подхода к построению систем программирования с языками машинной геометрии и графики высокого уровня. Первый подход состоит в создании автономного языка, второй – в необходимой модификации того или иного исходного алгоритмического языка.
Первый подход позволяет создать язык, наиболее соответствующий специфике работы с графической и геометрической информацией, но только в том классе приложений, для которых предназначался язык. Исторически основная область приложений таких языков:
автоматизация программирования для оборудования с ЧПУ;
системы автоматизации проектно-конструкторских работ, требующие средств работы с данными, отсутствующих в широко распространенных алгоритмических языках;
системы геометрического моделирования.
Одним из первых проблемно-ориентированных языков, имеющих средства для описания геометрической информации, явился язык АРТ (AUTOMATED PROGRAMMING TOOLS). Этот язык послужил основой для разработки разнообразных систем автоматизации программирования для станков с ЧПУ.
В качестве примеров систем с автономным языком высокого уровня могут также служить системы геометрического моделирования трехмерных тел – COMPAC и СИМАК-Д.
Система COMPAC (COMPUTER ORIENTED PART CODING) предназначена для формирования описания объемных тел из объемных элементов формы – (метод конструктивной геометрии). Кроме трех базовых объемных элементов (кубы, цилиндры, конусы), могут использоваться профилированные детали, получаемые перемещением замкнутого контура вдоль прямой или дуги, а также тела вращения, получаемые вращением замкнутого контура вокруг оси. Элементы задаются, позиционируются и оразмериваются языковыми конструкциями, напоминающими АРТ. Составление детали из объемных элементов производится с помощью операций объединения, вычитания и отсечения.
Отличия СИМАК-Д от COMPAC состоят в несколько ином входном языке и ином наборе базовых элементов формы, включающем в себя точку, плоскость, прямоугольный параллелепипед, круговые цилиндры и конус.
Автономные графические языки, как всякая специализированная разработка, обладают высокой эффективностью в своей области приложений, однако разработка и использование таких языков сопряжена с рядом проблем:
довольно значительные затраты на создание языка и транслятора с него;
затраты на внедрение, на включение языка в работающую систему программирования и на обучение пользователей, которые не всегда охотно берутся за изучение еще одного языка, а предпочитают пользоваться процедурными расширениями известных им алгоритмических языков: ALGOL, FORTRAN, PL-1, PASCAL и т.д.;
трудности с последующим расширением языка;
известные в настоящее время языки машинной геометрии и графики, в отличие от процедурных расширений, как правило, не обеспечивают интерактивного режима, а предназначены для написания пассивных программ;
затруднено объединение в рамках одной прикладной программы графических и геометрических действий и обычных вычислений, которое легко реализуется в случае процедурных расширений.
9. Объектно-ориентированное моделирование.
Объектно-ориентированное моделирование (feature - based modeling ) позволяет конструктору создавать объемные тела, используя привычные элементы форм (features ). Созданное тело несет в себе информацию об этих элементах в дополнение к информации об обычных геометрических элементах (вершинах, ребрах, гранях и др.). Например, конструктор может давать команды типа «сделать отверстие такого-то размера в таком-то месте» или «сделать фаску такого-то размера в таком-то месте», и получившаяся фигура будет содержать сведения о наличии в конкретном месте отверстия (или фаски) конкретного размера. Набор доступных в конкретной программе элементов формы зависит от спектра применения этой программы.
Большинством систем объектно-ориентированного моделирования поддерживаются такие элементы, которые используются при изготовлении деталей: фаски, отверстия, скругления, пазы, выемки и т. д. Такие элементы называются производственными , поскольку каждый из них может быть получен в результате конкретного процесса производства. Например, отверстие создается сверлением, а выемка – фрезерованием. Следовательно, на основании сведений о наличии, размере и расположении производственных элементов можно попытаться автоматически сформировать план технологического процесса. Автоматическое планирование технологического процесса, если оно будет разработано на практическом уровне, перебросит мост между CAD и САМ, которые в настоящий момент существуют отдельно друг от друга. Таким образом, в настоящий момент лучше моделировать объекты, подобные изображенному на рис. 5.20, с использованием команд объектно-ориентированного моделирования «Выемка» и «Отверстие», а не просто булевских операций. Модель, созданная при помощи таких команд, облегчит планирование технологического процесса, если не сделает его полностью автоматическим. Использование производственных элементов в моделировании иллюстрирует рис. 5.21.
Один из недостатков объектно-ориентированного моделирования заключается в том, что система не может предоставить все элементы, нужные для всех возможных приложений. Для каждой задачи может потребоваться свой набор элементов. Чтобы исключить этот недостаток, большинство систем объектно-ориентированного моделирования поддерживают какой-либо язык, на котором пользователь при необходимости может определять свои собственные элементы. После определения элемента необходимо задать параметры, указывающие его размер. Элементы, как и примитивы, могут быть разного размера, а задаются размеры параметрами в момент создания элемента. Создание элементов разного размера путем присваивания различных значений соответствующим параметрам является разновидностью параметрического моделирования.
Дисциплина «Лингвистическое и программное обеспечение САПР» (Беспалов В.А.)
Понятие автоматизации проектирования и его лингвистического обеспечения
Базовое и управляющее лингвистическое обеспечение.
Организация диалога в САПР, средства обеспечения диалогового режима.
Принципы организации трансляторов.
Обобщенная структура компилятора.
Синтаксический анализатор.
Языки проектирования и программирования.
Основы теории языков и формальных грамматик.
Способы записи синтаксиса языка. Организация лексического анализа.
Принципы работы лексических и синтаксических анализаторов.
Понятие автоматизации проектирования и его лингвистического обеспечения.
Автоматизация проектирования характеризует любую деятельность в рамках которой ЭВМ находит применение для выполнения трудоемких расчетов, организации поиска и хранения информации, геометрического моделирования и графического отображения результатов, а так же редактирования документации с целью разработки анализа и видоизменения изделий и процессов. Автоматизация проектирования реализуется с помощью САПР.
ЛО САПР – совокупность языков, терминов, определений, необходимых для выполнения автоматизированного проект-я. ЛО имеет место наряду с: техническим, математическим, информационным, программным, методическим и организационным обеспечением САПР. Основу ЛО САПР составляют спец. языковые средства (языки проектирования), предназначенных для описания процедур автоматизир. пр-я и проектных решений. Обычно они наз-ся проблемно-ориентированными языками (ПОЯ). 2 вида построения ПОЯ:
1. Описание любой задачи путем применения терминов физического и функционального содержания. Переход к программам реализуется с помощью транслятора.
2. ПОЯ соединяет в себе средства алгоритмического языка со специальными языковыми средствами моделирования геометрических объектов.
ПОЯ представляет из себя комплексы лингвистических и программных средств, кот. должны включать след. элементы:
набор терминальных символов ПОЯ
интерпретатор ПОЯ
средства синтаксического анализа
средства пакетирования директив
библиотеки базовых функций ПОЯ
интерфейс для связи с СУБД
Интерпритатор- программа или устройство, осуществляющее пооператорную трансляцию и выполнение исходной программы.
Макропроцессор- программа, обеспечивающая замену одной последовательности символов другой.
Базовое и управляющее лингвистическое обеспечение.
Лингвистическое обеспечение хорошо развитых САПР можно разделить на две относительно обособленные части – базовую и управляющую , связь между которыми осуществляется при помощи специализированных языковых процессоров-компиляторов, интерпретаторов и т. п.
Базовое лингвистическое обеспечение является языковой основой программного обеспечения САПР и состоит в основном из действующих языков программирования, с помощью которых в комплексе средств САПР, реализуются вычислительные и моделирующие процедуры обобщенного алгоритма проектирования, а также обеспечивается решение сервисных задач.
Управляющее лингвистическое обеспечение состоит из специализированных проблемно-ориентированных языков, которые описывают обобщенный алгоритм проектирования в терминах проектных операций, процедур и задач. В этих языках формируются словарь, синтаксис и семантика, существенно связанные с конкретной предметной областью проектирования. Создание и применение проблемно-ориентированных языков позволяет организовать высокоэффективный и эргономичный процесс управления автоматизированным проектированием. В частности, появляется возможность для осуществления диалогового взаимодействия проектировщика и комплекса технических средств САПР, приближенного к естественному речевому запрос-ответному режиму проектирования.
Как правило, запросы обобщенного алгоритма проектирования, даже на уровне проектных операций с их промежуточными результатами, требуют комплексного осуществления разнообразных вычислительных и моделирующих процедур, т. е. системного приведения в действие целого ряда элементов и фрагментов базового лингвистического и программного обеспечения САПР. Таким образом, языкам управляющей части лингвистического обеспечения должна соответствовать определенная система агрегирования
... » Рассматриваются вопросы построения подсистемы САПР метеорологической поддержки (МП... практических занятий по дисциплине «концепции современного... интеллектуального анализа данных. Интеллектуальный анализ, параллельные алгоритмы, интеллектуальный ...
Курс лекций по дисциплине «Теория информационных процессов и систем» для студентов ВлГУ, обучающихся по направлению 230400. 62 Информационные системы и технологии
ДокументРядом САПРов , которые... Подсистема контроля качества 2. Подсистема управления технологическим процессом 3. Подсистема ... развития естественнонаучных дисциплин (таковы дифференциальное... осуществляющим информационную и интеллектуальную поддержку выработки...
Аннотация к рабочей программе дисциплины «Математическая логика и теория алгоритмов» по направлению 230100. 62 Информатика и вычислительная техника
ДокументФайлов. 11. Программы САПР , их графические возможности. ... программных средств интеллектуальных систем. Краткое содержание дисциплины . Искусственный интеллект... . Функциональные подсистемы АСОИУ: структура функциональной подсистемы , функциональные...
Учебное пособие по дисциплине 1722 «Проектирование асоиу» по специальности 230102 Автоматизированные системы обработки информации и управления Факультет ит
АнализСистемы имитируют интеллектуальные процессы обработки... проектирования (САПР ) - предназначены... Подсистема маркетинга Производственные подсистемы Финансовые и учетные подсистемы Подсистема ... поддерживать удобную дисциплину сопровождения, модификации...
В настоящее время в практику разработки сложных информационных систем всё шире внедряется концепция объектно-ориентированного моделирования. Эта концепция явилась результатом развития концептуального и онтологического моделирования
Концептуальное моделирование. Процесс, целью которого является выявление, анализ и описание релевантных его целям сущностей предметной области, взаимосвязей между ними, ограничений, которым они должны удовлетворять, а также их поведения (в смысле изменения их состояния во времени), называют концептуальным моделированием . По существу, концептуальное моделирование представляет структуру знаний о предметной области системы, являющихся необходимой предпосылкой для квалифицированного проектирования таких систем.
Моделирование на базе онтологий. Понятие концептуального моделирования удалось уточнить и расширить, используя понятие онтологии. Онтология - это структурная спецификация некоторой предметной области, ее формализованное представление, которое включает словарь (или имена) указателей на термины предметной области и логические выражения, которые описывают, как они соотносятся друг с другом. Смена терминологии привела к появлению таких понятий, как онтологическое моделирование и онтологический инжиниринг .
Онтологический инжиниринг – это процесс проектирования и разработки онтологий. Он является ядром концепции «управления (менеджмента) знаниями» и технологий инженерии знаний, охватывающих широкий круг методов – от извлечениязнаний до их структурирования и формализации.
Онтологический инжиниринг возник в середине 90-ых годов в крупных корпорациях, где проблемы обработки информация приобрели особую остроту и стали критическими. Стало очевидным, что основным узким местом в технологиях корпоративного управления является обработка знаний , накопленных специалистами компании, так как именно знания обеспечивают преимущество перед конкурентами. Так появился термин «Управление Знаниями» или «Менеджмент Знаний» (МЗ). МЗ трактуется как совокупность процессов, которые управляют созданием, распространением, обработкой и использованием информации внутри предприятия.
Объектно-ориентированное моделирование. Онтологическое моделирование легло также в основу методологий объектно-ориентированного моделирования (ООМ), которая ориентирована, прежде всего, на создание больших и сложных систем, коллективную их разработку, последующее активное сопровождение при эксплуатации и регулярные модификации. В ООМ включают:
· объектно-ориентированный анализ (Object-Oriented Analysis, OOA),
- объектно-ориентированное проектирование (Object-Oriented Design, OOD),
· объектно-ориентированное программирование (Object-Oriented Programming, OOР).
Методология ООA – это методология анализа сущностей реального(или идеального ) мира на основе понятий класса (как типа объектов) и объекта (как экземпляра класса). Объекты и их отношения, представленные в диаграммах классов, относит эту методологию к категории онтологического моделирования .
Для реализации ОО-моделей разработан объектно-ориентированный унифицированный язык моделирования (Unified Modeling Language, UML). Он используется для спецификации, визуализации и документирования компонентов объектно-ориентированных информационных (программных) систем во время разработки.
Для моделирования таких систем UML предоставляет свыше десятка типов диаграмм, моделирующих структуру и функционирование («поведение») объектных систем с разных точек зрения. Моделирование начинается с анализа и моделирования предметной области программной системы и разработки требований её пользователей. Разработанный список требований представляется Use-Case-диаграмами UML. Затем моделируется структура системы в форме «структурных» диаграмм:
Диаграмм классов (Class Diagram),
Диаграмм программных компонентов (Component) и
Диаграмм развёртывания программных компонентов на программно-аппаратной платформе (Deployment Diagram).
Динамические свойства системы моделируются набором диаграмм «поведенческих» типов, определяющих
Алгоритмы взаимодействия программных объектов (Sequential- и Collaboration-диаграммы),
Поведение дискретных объектов (Statechart-диаграммы),
Процессы, протекающие в объектной системе (Activity-диаграммы.
В качестве примера на рис. 36 представлены требования пользователей к электронному книжному магазину (в форме Use-Case-диаграмм системы Rational Rose).
Рис 36. Use Case-диаграммы Rose-проекта eBookShop
Рис. 37. Диаграмма классов предметной области Rose-проекта eBookShop
Рис. 38. Полная статическая модель Rose-проекта eBookShop (в форме UML-диаграммы Классов)
В основе этой модели лежит модель предметной области книжного магазина, показанная на рис. 37. Полная статическая модель электронного книжного магазина, удовлетворяющая всем требованиям пользователей, показана на рис. 38.
Методики объектно-ориентированного моделирования совершили коренной переворот в архитектуре современных информационных систем. На смену традиционной архитектуры алгоритмической обработки данных пришла архитектура, базирующаяся на (объектных) моделях (Model-Driven Architecture, MDA).
