Сайт о телевидении

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).

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

" Объектно-ориентированное моделирование на основе UML "

Студент: Филатов Р.Д.

Липецк 2015

Введение

В данной контрольной работе разработана объектно-ориентированная модель информационной подсистемы для учета валютных операций с вкладами физических лиц. Данная модель разработана с помощью программного продукта Rational Rose 2000, с помощью языка UML.

Rational Rose 2000 имеет достаточно простой и интуитивно понятный интерфейс пользователя, позволяющий создавать модели сложных программных продуктов с помощью унифицированного языка программирования UML

Унифицированный язык моделирования UML (Unified Modeling Language) представляет собой язык для определения, представления, проектирования и документирования программных систем, информационных систем, организационно-экономических систем, технических систем и других систем различной природы.

Разработка языка UML преследовала несколько различных целей. Прежде всего, UML создавался как язык моделирования общего характера. UML не является частной собственностью, он основан на соглашении большинства специалистов в компьютерной области. В него были включены основные понятия из наиболее известных методологий, поэтому он может использоваться совместно с ними. UML разрабатывался для поддержки таких ценных наработок проектирования, как инкапсуляция, разделение сущностей и выявление сути конструкции модели. UML отвечает требованиям современной разработки программного обеспечения, в том числе таким, как крупномасштабность, параллелизм, распределенность, возможность использования образцов и удобство при командной работе.

Создание диаграммы прецедентов

Диаграмма прецедентов (использования) называется диаграмма, на которой показана совокупность прецедентов и актеров, а также отношения (зависимости, обобщения и ассоциации) между ними. Диаграммы прецедентов применяются для моделирования вида системы с точки зрения прецедентов (или вариантов использования). Чаще всего это предполагает моделирование контекста системы, подсистемы или класса либо моделирование требований, предъявляемых к поведению указанных элементов. Этот вид диаграммы позволяет создать список операций, которые выполняет система. Диаграмма этого вида представляет важную информацию - это одно из основных преимуществ ее применения. Взглянув на варианты использования, можно понять, какие функциональные возможности будут заложены в систему. Рассматривая действующих лиц можно выяснить, кто конкретно будет с ней взаимодействовать. Изучая все множество вариантов использования и действующих лиц, определятся сфера применения системы (что она будет делать). Это помогает узнать также, что она не будет делать, и внести коррективы. На диаграмме нашей объектно-ориентированной модели (рисунок А.1) показаны два действующих лица (актера): банковский работник и клиент, а также семь основных действий, выполняемых моделируемой системой: открыть вклад, закрыть вклад, совершить операцию по покупке валюты, отказ по покупке валюты, совершить операцию по продаже валюты, начислить проценты, касса.

Создание диаграммы последовательности

Взаимодействие объектов в системе происходит посредством приема и передачи сообщений объектами-клиентами и обработки этих сообщений объектами-серверами. При этом в разных ситуациях одни и те же объекты могут выступать и в качестве клиентов, и в качестве серверов. Данный тип диаграммы позволяет отразить последовательность передачи сообщений между объектами, акцентирует внимание на временной упорядоченности сообщений. Диаграммы последовательности отражают поток событий, происходящих в рамках варианта использования. Например, вариант использования "Открыть вклад" предусматривает несколько возможных последовательностей, таких как вести вариант вклада или вести неправильный вариант вклада. Ввод данных о открытие вклада представлен на данной диаграмме последовательностей. Под сценарием понимается конкретный экземпляр потока событий. Эта диаграмма последовательности отображает поток событий в рамках варианта использования "Открыть вклад" (рисунок А.2). Проанализировав составные части системы, наглядно видно, что наиболее главная задача работы банковского работника - это ввод данных о вкладах. Получив всю нужную информацию, составляем описание сценариев: Банковский работник создает новый вклад. Банковский работник вводит данные в базу данных. Банковский работник вводит данные в базу данных, но при ее сохранении в базе данных возникает ошибка. Действующее лицо на диаграмме - Банковский работник. Т.к. все взаимодействие в объектно-ориентированных системах осуществляется при помощи сообщений между объектами, то классы должны позволять отправку или прием сообщений. При обмене сообщениями одни классы являются клиентами и принимают сообщения, а другие - серверами и отправляют сообщения. информационный прецедент программный

Создание диаграммы сотрудничества

Диаграммы сотрудничества - второй тип диаграмм взаимодействия -Collaboration Diagram - Г. Буч называет диаграммой объектов. Эта диаграмма не акцентирует внимание на последовательности передачи сообщений, она отражает наличие взаимосвязей вообще, то есть на этой диаграмме отражается наличие сообщений от клиентов к серверам. Диаграмма показывает взаимодействие между объектами, а не классами, то есть является мгновенным снимком объектов системы в некотором состоянии. Ведь объекты, в отличие от созданных на этапе проектирования классов, создаются и уничтожаются на всем протяжении работы программы. И в каждый момент имеется конкретная группа объектов, с которыми осуществляется работа. В связи с этим появляются такие понятия, как время жизни и область видимости объектов, которые будут рассмотрены далее.

Создание диаграммы классов

Class diagram (диаграммы классов) позволяет создавать логическое представление системы, на основе которого создается исходный код описанных классов. На диаграммах классов отображаются некоторые классы и пакеты системы. Это статические картины фрагментов системы и связей между ними. Объединять классы можно как угодно, однако существует несколько наиболее распространенных подходов.

Во-первых, можно группировать классы по стереотипу. В таком случае получается один пакет с классами-сущностями, один с пограничными классами, один с управляющими классами и так далее. Этот подход может быть полезен с точки зрения размещения готовой системы, поскольку все находящиеся на клиентских машинах пограничные классы уже оказываются в одном пакете.

Второй подход заключается в объединении классов по их функциональности. Например, в пакете Security (Безопасность) будут содержаться все классы, отвечающие за безопасность приложения. Преимущество этого метода заключается в возможности повторного использования пакетов. Если внимательно подойти к группированию классов, можно получить практически не зависящие друг от друга пакеты. Например, пакет Security можно использовать и в других приложениях.

Наконец, применяют комбинацию двух указанных подходов. Для дальнейшей организации классов разрешается вкладывать пакеты друг в друга. На высоком уровне абстракции можно сгруппировать классы по функциональности, создав пакет Security. Внутри него можно создать другие пакеты, сгруппировав отвечающие за безопасность классы по функциональности или по стереотипу. Ознакомившись с классами модели, объединим эти классы в пакеты по стереотипу. Были созданы следующие пакеты: Entities (Сущности), Boundaries (Границы) и Control (Управление). В эти пакеты были помещены советующие им классы (рисунок А.4).

Классы-сущности (entity classes) отражают основные понятия (абстракции) предметной области и, как правило, содержат хранимую информацию. В данный пакет были добавлены класса Вклад и ВкладВалюты.

Управляющие классы (control classes) отвечают за координацию действий других классов. Обычно у каждого варианта использования имеется один управляющий класс, контролирующий последовательность событий этого варианта использования. Управляющий класс отвечает за координацию, но сам не несет в себе никакой функциональности - остальные классы не посылают ему большого количества сообщений. Вместо этого он сам посылает множество сообщений. Управляющий класс просто делегирует ответственность другим классам, по этой причине его часто называют классом-менеджером. В данном проекте данную функцию выполняет класс Control.

Граничные классы (boundary classes) - позволяют действующему лицу взаимодействовать с системой. Каждому взаимодействию между действующим лицом и вариантом использования должен соответствовать по крайней мере один граничный класс.

Граничные классы (boundary classes) - это классы, которые расположены на границе системы и окружающей среды. Они включают все формы, отчеты, интерфейсы с аппаратурой (такой, как принтеры или сканеры) и интерфейсы с другими системами.

В данной модели была создана диаграмма классов (рисунок А.4) для сценария "Открыть новый вклад".

Проектируя класс Вклад, видно, что за его поведением нужно наблюдать. Многие требования к классу значительно изменяются при изменении состояния его экземпляра. Чтобы убедиться, что проект удовлетворяет всем требованиям, создается диаграмма состояний для класса Вклад. С ее помощью в проекте была создана диаграмма состояния

Создание диаграммы состояний для классов и диаграммы компонентов

Диаграммы состояний (State) предназначена для отображения состояний объектов системы, имеющих сложную модель поведения. Состоянием (state) называется одно из возможных условий, в которых может существовать объект.

Находясь в конкретном состоянии, объект может выполнять определенные действия. Например, может генерировать отчет, осуществлять некоторые вычисления или посылать событие другому объекту. С состоянием можно связывать действия пяти типов: деятельность, входное действие, выходное действие, событие и история состояния.

Литература

1. Боггс У., Боггс М.. UML и Rational Rose: Пер. с англ. - М.: Издательство "Лори", 2009.- 581 с, ил.

2. Буч Г., Рамбо Д., Джекобсон А. Язык UML для пользователя: Пер. с англ. - М.: ДМК, 2009.- 432 е., ил. (Серия "для программистов").

3. Ларман К. применение UML и шаблонов проектирования: Пер. с англ. - М.: Издательский дом "Вильяме", 2012. - 496 с, ил.

4. Кураев Е.А. Банковские системы: Издательский дом "Глория", 2013.-225 с.,ил (Валютные операции с вкладами)

5. Родионова В.М. Банковские операции: Под ред. Родионовой В.М.,2011 .- 112с, ил (Валютные операции с вкладами)

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Использование программы Rational Rose 2000 для моделирования информационной подсистемы учета валютных операций с вкладами физических лиц. Создание диаграмм прецедентов, последовательности и сотрудничества. Основные добавленные атрибуты класса "Вклад".

курсовая работа , добавлен 23.06.2011


Этапы разработки объектно-ориентированной модели информационной подсистемы приемной комиссии для учета абитуриентов. Создание диаграмм для моделирования процесса обмена сообщениями между объектами. Порядок генерации программного кода на языке С++.

курсовая работа , добавлен 29.06.2011


Методика разработки объектно-ориентированной модели информационной подсистемы необходимой для учета успеваемости студентов факультета, которая спроектирована с помощью программного продукта Rational Rose 2003 и унифицированного языка моделирования UML.

курсовая работа , добавлен 25.06.2011


Разработка объектно-ориентированной подсистемы складского учета для фирмы "КавказЮгАвто". Краткая характеристика предметной области. Построение диаграмм размещения, прецедентов, последовательности, компонентов и классов. Генерация программного кода C++.

курсовая работа , добавлен 26.06.2011


Унифицированный язык моделирования. Методы объектно-ориентированного анализа и проектирования. Создание диаграммы последовательности и диаграммы сотрудничества. Главная диаграмма классов. Добавление связей между классами. Зависимость между пакетами.

курсовая работа , добавлен 23.06.2011


Общая характеристика склада как объекта хозяйственной деятельности. Создание диаграммы прецедентов и последовательности. Построение корпоративной диаграммы сотрудничества. Предназначение диаграммы классов и компонентов. Генерация программного кода C++.

курсовая работа , добавлен 23.06.2011


Разработка модели информационной подсистемы для учета заказов клиентов автосервиса с применением языка UML. Создание диаграммы прецедентов, последовательности, сотрудничества и классов, используя методы Rational Rose 2000. Генерация программного кода C++.

курсовая работа , добавлен 22.06.2011


Особенности объектно-ориентированного проектирования. Основные понятия объектно-ориентированного подхода. Основы языка UML, варианты его использования. Диаграммы классов и взаимодействия. Разработка диаграммы прецедентов (вариантов использования).

курсовая работа , добавлен 13.05.2014


Разработка объектно-ориентированной модели информационной подсистемы учета студентов университета во время экзаменационной сессии с помощью программы Rational Rose 2000, с использованием языка UML. Порядок генерации программного кода на языке С++.

курсовая работа , добавлен 21.06.2011


Построение диаграмм, добавление деталей к описаниям операций, определение атрибутов классов и порядок генерации программного кода на языке С++ объектно-ориентированной модели информационной подсистемы, автоматизирующей работу регистратуры поликлиники.

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

Документ

Рядом 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

Документ

Файлов. 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

Анализ

Системы имитируют интеллектуальные процессы обработки... проектирования (САПР ) - предназначены... Подсистема маркетинга Производственные подсистемы Финансовые и учетные подсистемы Подсистема ... поддерживать удобную дисциплину сопровождения, модификации...

В технологии ООП взаимоотношения данных и алгоритма имеют более регулярный характер: во-первых, класс (базовое понятие этой технологии) объединяет в себе данные (структурированная переменная) и методы (функции). Во-вторых, схема взаимодействия функций и данных принципиально иная. Метод (функция), вызываемый для одного объекта, как правило, не вызывает другую функцию непосредственно. Для начала он должен иметь доступ к другому объекту (создать, получить указатель, использовать внутренний объект в текущем и т.д.), после чего он уже может вызвать для него один из известных методов. Таким образом, структура программы определяется взаимодействием объектов различных классов между собой. Как правило, имеет место иерархия классов, а технология ООП иначе может быть названа как программирование "от класса к классу".

Любое программирование осуществляется по одному из четырех принципов:

· принцип модульности

· принцип «от общего к частному»

· принцип пошаговости

· принцип структурирования

Модульное программирование. Принцип модульности формулируется как требование разработки программы в виде совокупности модулей (функций). При этом разделение на модули должно носить не механический характер, а исходить из логики программы:

1. размер модуля должен быть ограничен;

2. модуль должен выполнять логически целостное и завершенное действие;

3. модуль должен быть универсальным, то есть по возможности параметризованным: все изменяемые характеристики выполняемого действия должны передаваться через параметры;

4. входные параметры и результат модуля желательно передавать не через глобальные переменные, а через формальные параметры и результат функции.

Еще одной, но уже физической единицей программы является текстовый файл, содержащий некоторое количество функций и определений типов данных и переменных. Модульное программирование на уровне файлов - это возможность разделить полный текст программы на несколько файлов. Принцип модульности распространяется не только на программы, но и на данные: любой набор параметров, характеризующих логический или физический объект, должен быть представлен в программе в виде единой структуры данных (структурированной переменной).

Олицетворением принципа модульности является библиотека стандартных функций. Она, как правило, обеспечивает полный набор параметризованных действий, используя общие структуры данных. Библиотеки представляют собой аналогичные программы, независимо оттранслированные и помещенные в каталог библиотек.

Нисходящее программирование. Нисходящее проектирование программы заключается в том, что разработка идет от общей неформальной формулировки некоторого действия программы на естественном языке, "от общего к частному": к замене ее одной из трех формальных конструкций языка программирования:

· простой последовательности действий;

· конструкции выбора или оператора if;

· конструкции повторения или цикла.

В записи алгоритма это соответствует движению от внешней (объемлющей) конструкции ко внутренней (вложенной). Эти конструкции также могут содержать в своих частях неформальное описание действий, то есть нисходящее проектирование по своей природе является пошаговым. Отметим основные свойства такого подхода:

· первоначально программа формулируется в виде некоторого неформального действия на естественном языке;

· первоначально определяются входные параметры и результат действия;

· очередной шаг детализации не меняет структуру программы, полученную на предыдущих шагах;

· если в процессе проектирования получаются идентичные действия в различных ветвях, то это означает необходимость оформления этого действия отдельной функцией;

· необходимые структуры данных проектируются одновременно с детализацией программы.

Пошаговое программирование. Нисходящее проектирование по своей природе является пошаговым, ибо предполагает каждый раз замену одной словесной формулировки на единственную конструкцию языка. Но в процессе разработки программы могут быть и другие шаги, связанные с детализацией самой словесной формулировки в более подробную.

То, что этот принцип выделен отдельно, говорит о необходимости предотвратить соблазн детализации программы сразу от начала до конца и развивать умение выделять и сосредоточивать внимание на главных, а не второстепенных деталях алгоритма.

Вообще нисходящее пошаговое проектирование программы не дает гарантии получения "правильной" программы, но позволяет возвратиться при обнаружении тупиковой ситуации к одному из верхних шагов детализации.

Структурное программирование. При нисходящей пошаговой детализации программы необходимые для работы структуры данных и переменные появляются по мере перехода от неформальных определений к конструкциям языка, то есть процессы детализации алгоритма и данных идут параллельно. Однако это касается, прежде всего, отдельных локальных переменных и внутренних параметров. С самой же общей точки зрения предмет (в нашем случае - данные) всегда первичен по отношению к выполняемым с ним действиям (в нашем случае - алгоритм). Поэтому на самом деле способ организации данных в программе более существенно влияет на ее структуру алгоритма, чем что-либо другое, и процесс проектирования структур данных должен опережать процесс проектирования алгоритма их обработки.

Структурное программирование - модульное нисходящее пошаговое проектирование алгоритма и структур данных.

Объектно-ориентированный подход к программированию включает в себя 3 основные компоненты:

· объектно-ориентированный анализ (ООА),

· объектно-ориентированное проектирование (ООД),

· объектно-ориентированное программирование (ООП).

В любой инженерной дисциплине под проектированием обычно понимается некий унифицированный подход, с помощью которого мы ищем пути решения определенной проблемы, обеспечивая выполнение поставленной задачи. В контексте инженерного проектирования цель проектирования определяется как создание системы, которая

· удовлетворяет заданным (возможно, неформальным) функциональным спецификациям;

· согласована с ограничениями, накладываемыми оборудованием;

· удовлетворяет явным и неявным требованиям по эксплуатационным качествам и потреблению ресурсов;

· удовлетворяет явным и неявным критериям дизайна продукта;

· удовлетворяет требованиям к самому процессу разработки, таким, например, как продолжительность и стоимость, а также привлечение дополнительных инструментальных средств.

Проектирование подразумевает учет противоречивых требований. Его продуктами являются модели, позволяющие нам понять структуру будущей системы, сбалансировать требования и наметить схему реализации.

Программа - это числовая модель проектируемой системы.(рис. 1.3.1.)

Рис. 1.3.1.

Важность построения модели. Моделирование широко распространено во всех инженерных дисциплинах, в значительной степени из-за того, что оно реализует принципы декомпозиции, абстракции и иерархии. Каждая модель описывает определенную часть рассматриваемой системы, а мы в свою очередь строим новые модели на базе старых, в которых более или менее уверены. Модели позволяют нам контролировать наши неудачи. Мы оцениваем поведение каждой модели в обычных и необычных ситуациях, а затем проводим соответствующие доработки, если нас что-то не удовлетворяет.

Элементы программного проектирования. Ясно, что не существует такого универсального метода, который бы провел инженера-программиста по пути от требований к сложной программной системе до их выполнения. Проектирование сложной программной системы не сводится к слепому следованию некоему набору рецептов. Скорее это постепенный и итеративный процесс. И, тем не менее, использование методологии проектирования вносит в процесс разработки определенную организованность. Инженеры-программисты разработали десятки различных методов, которые мы можем классифицировать по трем категориям. Несмотря на различия, эти методы имеют что-то общее. Их, в частности, объединяет следующее:

· условные обозначения - язык для описания каждой модели;

· процесс - правила проектирования модели;

· инструменты - средства, которые ускоряют процесс создания моделей, и в которых уже воплощены законы функционирования моделей. Инструменты помогают выявлять ошибки в процессе разработки.

Хороший метод проектирования базируется на прочной теоретической основе и при этом дает программисту известную степень свободы самовыражения.

Объектно-ориентированные модели. Полезнее всего создавать такие модели, которые фокусируют внимание на объектах, найденных в самой предметной области, и образуют то, что называется объектно-ориентированной декомпозицией.

Объектно-ориентированный анализ и проектирование - это метод, логически приводящий к объектно-ориентированной декомпозиции. Применяя объектно-ориентированное проектирование, создаются гибкие программы, написанные экономными средствами. При разумном разделении пространства состояний мы добиваемся большей уверенности в правильности нашей программы. В итоге, мы уменьшаем риск при разработке сложных программных систем.

Так как построение моделей крайне важно при проектировании сложных систем, объектно-ориентированное проектирование предлагает богатый выбор моделей, (представлены на рис. 1.3.2) Объектно-ориентированные модели проектирования отражают иерархию и классов, и объектов системы. Эти модели покрывают весь спектр важнейших конструкторских решений, которые необходимо рассматривать при разработке сложной системы, и таким образом вдохновляют нас на создание проектов, обладающих всеми пятью атрибутами хорошо организованных сложных систем.

Рис. 1.3.2

ООП -- идеология программирования, основанная на объединении данных и процедур, которые могут работать с этими данными в совокупности, называемые классами.

Сутью ООП является использование привычной в обыденной жизни объектной модели. Каждый объект имеет свои свойства и с ним можно совершить характерные для него действия. Класс -- это тип объекта. Класс описывает и реализует те самые свойства и действия. Объект в нашем понимании будет являться переменной, типом который и будет являться какой-то класс. Полями класса мы будем называть его свойства, а методами -- действия, которые можно совершить с экземпляром этого класса (объектом).

Под примером реализации класса рассмотрим реализацию понятия книги с использованием класса для того, чтобы определить представление книги TBook и множества функций для работы с переменными этого типа:

PagesCount: integer;

function CompareWithBook(OtherBook: TBook): integer;

procedure ShowTitle;

constructor Create(NewTitle, New

Познавательные способности человека ограничены; мы можем раздвинуть их рамки, используя декомпозицию, выделение абстракций и создание иерархий.

Сложные системы можно исследовать, концентрируя основное внимание либо на объектах, либо на процессах; имеются веские основания использовать объектно-ориентированную декомпозицию, при которой мир рассматривается как упорядоченная совокупность объектов, которые в процессе взаимодействия друг с другом определяют поведение системы.

Объектно-ориентированный анализ и проектирование - метод, использующий объектную декомпозицию; объектно-ориентированный подход имеет свою систему условных обозначений и предлагает богатый набор логических и физических моделей, с помощью которых мы можем получить представление о различных аспектах рассматриваемой системы.

· Процедурные языки , которые представляют собой последовательность выполняемых операторов. Если рассматривать состояние ПК как состояние ячеек памяти, то процедурный язык – это последовательность операторов, изменяющих значение одной или нескольких ячеек. К процедурным языкам относятся FORTRAN, C, Ada, Pascal, Smalltalk и некоторые другие. Процедурные языки иногда также называются императивными языками. Код программы на процедурном языке может быть записан следующим образом:

оperator1; operator2; operator3;

· Аппликативные языки , в основу которых положен функциональный подход. Язык рассматривается с точки зрения нахождения функции, необходимой для перевода памяти ПК из одного состояния в другое. Программа представляет собой набор функций, применяемых к начальным данным, позволяющий получить требуемый результат. К аппликативным языкам относится язык LISP. Код программы на аппликативном языке может быть записан следующим образом:

· function1(function2(

· function3(beginning_date)));

· Языки системы правил , называемые также языками логического программирования, основываются на определении набора правил, при выполнении которых возможно выполнение определенных действий. Правила могут задаваться в виде утверждений и в виде таблиц решений. К языкам логического программирования относится язык Prolog.

Код программы на языке системы правил может быть записан следующим образом:

if condition1 then operator1;

if condition2 then operator2;

if condition3 then operator3;

· Объектно-ориентированные языки , основанные на построении объектов как набора данных и операций над ними. Объектно-ориентированные языки объединяют и расширяют возможности, присущие процедурным и аппликативным языкам. К объектно-ориентированным языкам относятся C++, Object Pascal, Java.

В настоящий момент наибольшее распространение получили языки, основанные на объектно-ориентированной модели. Они, реализуя процедурную модель построения языка, поддерживают аппликативность конструкций, позволяя представлять блок-схему выполнения структурированной программы как некоторый набор аппликативных функций.

ППО - это комплекс прикладных программ, с помощью которых выполняются конкретные задания: производственные, творческие, развлекательные и т. д.

Классификация ПП средств

Текстовые редакторы - основные их функции - ввод и редактирование текстовых данных.

Графические редакторы - обширный класс программ, предназначенных для создания и обработки графических изображений.

Модель визуальная, если она позволяет визуализировать отношения и связи моделируемой системы, особенно в динамике.

Модель натурная, если она есть материальная копия оригинала.

Модель геометрическая, если она представима геометрическими образами и отношениями между ними.

Модель имитационная, если она построена для испытания или изучения, проигрывания возможных путей развития и поведения объекта путем варьирования некоторых или всех параметров модели.

Есть и другие типы моделей.

Примеры моделей

Алгоритмической моделью вычисления суммы бесконечного убывающего ряда чисел может служить алгоритм вычисления конечной суммы ряда до некоторой заданной степени точности.

Правила правописания – языковая, структурная модель. Глобус – натурная географическая модель земного шара. Макет дома является натурной геометрической моделью строящегося дома. Вписанный в окружность многоугольник дает визуальную геометрическую модель окружности на экране компьютера.

Тип модели зависит от связей и отношений его подсистем и элементов, окружения, а не от его физической природы.

Основные свойства любой модели:

· целенаправленность;

· конечность;

· упрощенность;

· приблизительность;

· адекватность;

· информативность;

· полнота;

· замкнутость и др.

Современное моделирование сложных процессов и явлений невозможно без компьютера, без компьютерного моделирования.

Компьютерное моделирование – основа представления знаний как в компьютере, так и с помощью компьютера и с использованием любой информации, которую можно обрабатывать с помощью ЭВМ.

Разновидность компьютерного моделирования – вычислительный эксперимент, осуществляемый экспериментатором над исследуемой системой или процессом с помощью орудия эксперимента – компьютера, компьютерной технологии. Вычислительный эксперимент позволяет находить новые закономерности, проверять гипотезы, визуализировать события и т. д.

Компьютерное моделирование от начала и до завершения проходит следующие этапы.

1. Постановка задачи.

2. Предмодельный анализ.

3. Анализ задачи.

4. Исследование модели.

5. Программирование, проектирование программы.

6. Тестирование и отладка.

7. Оценка моделирования.

8. Документирование.

9. Сопровождение.

10. Использование (применение) модели.

При моделировании систем ПО выделяют два подхода: структурное моделирование и объектно-ориентированное моделирование. Каждый из этих подходов использует свои методы и средства. Язык моделирования должен включать: элементы модели , т. е. функциональные концепции моделирования и их семантику, нотацию , т. е. визуальное представление элементов моделирования и руководство по использованию . При моделировании широко используются инструментальные средства, называемые Case -средствами. Case -средство – это технология использования и эксплуатации систем ПО. Case -средство – это программное средство, которое поддерживает процессы жизненного цикла ПО . ЖЦ любого ПО – это период времени от принятия решения о необходимости создания ПО до изъятия ПО из эксплуатации. Все процессы ЖЦ ПО делятся на три группы: основные (5), вспомогательные (8), организационные (4). Для разработки моделей ЖЦ используется стандарт (ISO/IEC 12207). Стадия создания ПО – это часть процесса создания ПО, ограниченная временными рамками и заканчивающаяся выпуском конкретного продукта (модели, программы или документации). В состав ЖЦ ПО включают стадии :

1. Формирование требований к ПО

2. Проектирование

3. Реализация

4. Тестирование

5. Ввод в действие

6. Эксплуатация и сопровождение

7. Снятие с эксплуатации.

Сущность структурного подхода к разработке ПО заключается в его декомпозиции на автоматизируемые функции : система разбивается на функциональные подсистемы, которые в свою очередь делятся на подфункции, те – на задачи и т. д. до конкретных процедур. Все компоненты автоматизируемой системы взаимоувязаны. В структурном подходе используются две группы средств, которые описывают функциональную структуру системы и отношения между данными. Каждой группе средств соответствуют определенные виды моделей, самые распространенные среди них:

DFD – диаграмма потоков данных – основное средство моделирования функциональных требований к проектируемой системе. Требования к системе представляются в виде иерархии функциональных компонент (процессов), связанных потоками данных. Главная цель такого представления – показать, как каждый процесс преобразует свои входные данные в выходные, а также выявить отношения между этими процессами. Основными компонентами диаграммы потоков данных являются внешние сущности, системы и подсистемы, процессы, накопители данных и потоки данных.

SADT – метод структурного анализа и проектирования – совокупность правил и процедур, предназначенных для построения функциональной модели объекта какой-либо предметной области. Функциональная модель SADT отображает функциональную структуру объекта, т. е. производимые объектом действия и связи между ними.

ERD – диаграммы сущность – связь . Это самое распространенное средство моделирования данных, которые в процессе проектирования и реализации будут отображены в базу данных. Базовыми понятиями данного средства моделирования являются: сущность, связь и атрибут .

Принципиальное отличие между структурным и объектно-ориентированном подходом при моделировании систем ПО заключается в способе декомпозиции системы. Объектно-ориентированный подход использует объектную декомпозицию. При этом статическая структура системы описывается с помощью объектов и связей между ними , а поведение объектов системы описывается сообщениями , которыми объекты обмениваются между собой. Основой объектно-ориентированного подхода является объектная модель . Элементами (свойствами) этой модели являются: абстрагирование, инкапсуляция, модульность, иерархия , типизация, параллелизм, устойчивость.

Абстракция – это процесс выявления основных характеристик какой-либо сущности, которые отличают ее от других сущностей.

Инкапсуляция – это процесс отделения друг от друга отдельных элементов объекта, которые определяют устройство и поведение объекта. Инкапсуляция служит для того, чтобы изолировать интерфейс объекта, который отражает внешнее поведение объекта от его внутренней реализации.

Модульность – это свойство системы, связанное с возможностью ее декомпозиции на ряд внутренне связных, но слабо связанных между собой модулей.

Иерархия – это ранжирование или упорядочивание системы абстракций. Виды иерархических структур – это структура классов и структура объектов.

Типизация – это ограничение, которое накладывается на класс объектов, она препятствует взаимозаменяемости различных классов.

Параллелизм – это свойство объектов находиться в активном или пассивном состоянии и различать активные и пассивные объекты между собой.

Устойчивость – свойство объекта существовать во времени и/или пространстве.

Основные понятия , используемые при объектно-ориентированном моделировании: объект и класс .

Объект – это предмет или явления, которое имеет четко определяемое поведение. Класс – это множество объектов, которые имеют общую структуру и поведение. Объект является экземпляром класса. Важными понятиями в объектно-ориентированном моделировании являются полиморфизм и наследование . Полиморфизм – это способность класса принадлежать более чем одному типу. Наследование – это построение новых классов на основе уже существующих, при этом можно добавлять или переопределять данные и методы.

Языки моделирования

Язык визуального моделирования – это формальный язык, который имеет графическую нотацию, язык предназначен для визуального моделирования и спецификации программных и аппаратных средств.

VRML – формальный язык для создания трехмерных изображений. В 1994 году был создан язык VRML для организации виртуальных трехмерных интерфейсов в Интернете. Он позволяет описывать в текстовом виде различные трехмерные сцены, освещение и тени, текстуры (покрытия объектов), создавать свои миры, путешествовать по ним, «облетать» со всех сторон, вращать в любых направлениях, масштабировать, регулировать

Унифицированный язык моделирования UML – формальный язык визуального моделирования, который предназначен для проектирования и построения моделей сложных программных систем.

Объектно-ориентированное программирование

Одной из альтернатив директивному (императивному) программированию является объектно-ориентированное программирование , которое действительно помогает справиться с нелинейно растущей сложностью программ при увеличении их объема.

Основные концепции ООП

(основные идеи объектно-ориентированного проектирования и объектно-ориентированного программирования одинаковы, т. к. разработанный проект реализуется на одном из объектно-ориентированных языков программирования)

Объектно-ориентированное программирование или ООП - методология программирования, основанная на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является реализацией определенного типа, использующая механизм пересылки сообщений и классы, организованные в иерархию наследования.

Центральный элемент ООП - абстракция . Данные с помощью абстракции преобразуются в объекты , а последовательность обработки этих данных превращается в набор сообщений, передаваемых между этими объектами. Каждый из объектов имеет свое собственное уникальное поведение. С объектами можно обращаться как с конкретными сущностями, которые реагируют на сообщения, приказывающие им выполнить какие-то действия.

ООП характеризуется следующими принципами (по Алану Кею):

· все является объектом;

· вычисления осуществляются путем взаимодействия (обмена данными) между объектами, при котором один объект требует, чтобы другой объект выполнил некоторое действие; объекты взаимодействуют, посылая и получая сообщения; сообщение - это запрос на выполнение действия, дополненный набором аргументов, которые могут понадобиться при выполнении действия;

· каждый объект имеет независимую память , которая состоит из других объектов;

· каждый объект является представителем класса, который выражает общие свойства объектов данного типа;

· в классе задается функциональность (поведение объекта); тем самым все объекты, которые являются экземплярами одного класса, могут выполнять одни и те же действия;

· классы организованы в единую древовидную структуру с общим корнем, называемую иерархией наследования; память и поведение, связанное с экземплярами определенного класса, автоматически доступны любому классу, расположенному ниже в иерархическом дереве.

Абстрагирование (abstraction) - метод решения задачи, при котором объекты разного рода объединяются общим понятием (концепцией), а затем сгруппированные сущности рассматриваются как элементы единой категории.

Абстрагирование позволяет отделить логический смысл фрагмента программы от проблемы его реализации, разделив внешнее описание (интерфейс) объекта и его внутреннюю организацию (реализацию).

Инкапсуляция (encapsulation) - техника, при которой несущественная с точки зрения интерфейса объекта информация прячется внутри него.

Наследование (inheritance) - свойство объектов, посредством которого экземпляры класса получают доступ к данным и методам классов-предков без их повторного определения.

Наследование позволяет различным типам данных совместно использовать один и тот же код, приводя к уменьшению его размера и повышению функциональности.

Полиморфизм (polymorphism) - свойство, позволяющее использовать один и тот же интерфейс для различных действий; полиморфной переменной, например, может соответствовать несколько различных методов.

Полиморфизм перекраивает общий код, реализующий некоторый интерфейс, так, чтобы удовлетворить конкретным особенностям отдельных типов данных.

Класс (class) - множество объектов, связанных общностью структуры и поведения; абстрактное описание данных и поведения (методов) для совокупности похожих объектов, представители которой называются экземплярами класса.

Объект (object) - конкретная реализация класса, обладающая характеристиками состояния, поведения и индивидуальности, синоним экземпляра.

При объектно-ориентированном подходе программа представляет собой описание объектов, их свойств (или атрибутов), совокупностей (или классов), отношений между ними, способов их взаимодействия и операций над объектами (или методов). Основными концепциями, характеризующими объектно-ориентированное программирование, являются наследование (сохранение производными объектами свойств базовых объектов) и инкапсуляция (изоляция определений объектов от методов управления ими), а также уже упомянутое понятие полиморфизма

Основы представления графических данных

Виды компьютерной графики

Существует специальная область информатики, изучающая методы и средства создания и обработки изображений с помощью программно-аппаратных вычисли­тельных комплексов, - компьютерная графика . Она охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человеком либо на экране монитора, либо в виде копии на внешнем носителе (бумага, кинопленка, ткань и прочее). Виды компьютерной графики: полиграфия, 2D графика, 3D графика и анимация, САПР и деловая графика, Web дизайн , мультимедиа, видеомонтаж.

В зависимости от способа формирования изображений компьютерную 2D-графику принято подразделять на растровую, векторную и фрактальную .

Отдельным предметом считается трехмерная (3D) графика , изучающая приемы и методы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве. Как правило, в ней сочетаются векторный и растровый способы формирования изображений.

Особенности цветового охвата характеризуют такие понятия, как черно-белая и цветная графика . На специализацию в отдельных областях указывают названия некоторых разделов: инженерная гра­фика, научная графика, Web-графика, компью­терная полиграфия и прочие.

На стыке компьютерных, телевизионных и кино­технологий зародилась и стремительно развива­ется сравнительно новая область компьютерной графики и анимации .

Хотя компьютерная графика служит всего лишь инструментом, ее структура и методы основаны на передовых достижениях фундаментальных и прикладных наук: математики, физики, химии, биологии, статистики, программирования и мно­жества других. Это замечание справедливо как для программных, так и для аппаратных средств создания и обработки изображений на компью­тере. Поэтому компьютерная графика является одной из наиболее бурно развивающихся отрас­лей информатики и во многих случаях выступает «локомотивом», тянущим за собой всю компью­терную индустрию.

Растровая графика	Векторная графика
Трехмерная графика	Инженерная графика

Растровая графика

Для растровых изображений, состоящих из точек, особую важность имеет понятие разрешения , выра­жающее количество точек, приходящихся на еди­ницу длины. При этом следует различать:

Разрешение оригинала;

Разрешение экранного изображения;

Разрешение печатного изображения.

Разрешение оригинала. Разрешение оригинала измеряется в точках на дюйм (dots per inch - dpi ) и зависит от требований к качеству изображения и размеру файла, способу оцифровки или методу создания исходной иллюстрации, избранному формату файла и другим параметрам. В общем случае действует правило: чем выше требования к качеству, тем выше должно быть разрешение оригинала.

Разрешение экранного изображения. Для экранных копий изображения элемен­тарную точку растра принято называть пикселом . Размер пиксела варьируется в зависимости от выбранного экранного разрешения (из диапазона стандартных зна­чений), разрешения оригинала и масштаба отображения.

Мониторы для обработки изображений с диагональю 20-21 дюйм (профессионального класса), как правило, обеспечивают стандартные экранные разрешения 640x480, 800x600, 1024x768, 1280x1024, 1600x1200, 1600x1280, 1920x1200, 1920x1600 точек. Расстояние между соседними точками люминофора у качественного монитора состав­ляет 0,22-0,25 мм.

Для экранной копии достаточно разрешения 72 dpi, для распечатки на цветном или лазерном принтере 150-200 dpi, для вывода на фотоэкспонирующем устройстве 200-300 dpi. Установлено эмпирическое правило, что при распечатке величина разрешения оригинала должна быть в 1,5 раза больше, чем линиатура растра устрой­ства вывода. В случае, если твердая копия будет увеличена по сравнению с ориги­налом, эти величины следует умножить на коэффициент масштабирования.

Разрешение печатного изображения и понятие линиатуры. Размер точки растро­вого изображения как на твердой копии (бумага, пленка и т. д.), так и на экране зависит от примененного метода и параметров растрирования оригинала. При растри­ровании на оригинал как бы накладывается сетка линий, ячейки которой образуют элемент растра . Частота сетки растра измеряется числом линий на дюйм (lines per inch - Ipi ) и называется линиатурой .

Размер точки растра рассчитывается для каждого элемента и зависит от интенсив­ности тона в данной ячейке. Чем больше интенсивность, тем плотнее заполняется элемент растра. То есть, если в ячейку попал абсолютно черный цвет, размер точки растра совпадет с размером элемента растра. В этом случае говорят о 100% заполняемости. Для абсолютно белого цвета значение заполняемости составит 0%. На практике заполняемость элемента на отпечатке обычно составляет от 3 до 98%. При этом все точки растра имеют одинаковую оптическую плотность, в идеале при­ближающуюся к абсолютно черному цвету. Иллюзия более темного тона создается за счет увеличения размеров точек и, как следствие, сокращения пробельного поля между ними при одинаковом расстоянии между центрами элементов растра (рис. 1). Такой метод называют растрированием с амплитудной модуляцией (AM).

Полиграфическое оборудование" href="/text/category/poligraficheskoe_oborudovanie/" rel="bookmark">полиграфического оборудования ; он применяется в основном для художествен­ных работ, при печати с числом красок, превышающим четыре.

Рис.2. Пример использования стохастического растра

Связь между параметрами изображения и размером файла. Средствами растровой графики принято иллюстрировать работы, требующие высокой точности в пере­даче цветов и полутонов. Однако размеры файлов растровых иллюстраций стре­мительно растут с увеличением разрешения. Фотоснимок, предназначенный для домашнего просмотра (стандартный размер 10x15 см, оцифрованный с разрешени­ем 200-300 dpi, цветовое разрешение 24 бита), занимает в формате TIFF с вклю­ченным режимом сжатия около 4 Мбайт. Оцифрованный с высоким разрешением слайд занимает 45-50 Мбайт. Цветоделенное цветное изображение формата А4 занимает 120-150 Мбайт.

Масштабирование растровых изображений. Одним из недостатков растровой гра­фики является так называемая пикселизация изображений при их увеличении (если не приняты специальные меры). Раз в оригинале присутствует определенное коли­чество точек, то при большем масштабе увеличивается и их размер, становятся заметны элементы растра, что искажает саму иллюстрацию (рис 3). Для противодействия пикселизации принято заранее оцифровывать оригинал с разрешением, достаточ­ным для качественной визуализации при масштабировании. Другой прием состоит в применении стохастического растра, позволяющего уменьшить эффект пикселиза­ции в определенных пределах. Наконец, при масштабировании используют метод интерполяции, когда увеличение размера иллюстрации происходит не за счет мас­штабирования точек, а путем добавления необходимого числа промежуточных точек. При масштабировании растровой графики возможны потери в изображении.

Рис.3. Эффект пикселезации при масштабировании растрового изображения

Векторная графика

Если в растровой графике базовым элементом изображения является точка, то в векторной графике - линия . Линия описывается математически как единый объект, и потому объем данных для отображения объекта средствами векторной графики существенно меньше, чем в растровой графике.

Линия - элементарный объект векторной графики. Как и любой объект, линия обладает свойствами: формой (прямая, кривая), толщиной, цветом, начертанием (сплошная, пунктирная). Замкнутые линии приобретают свойство заполнения . Охватываемое ими пространство может быть заполнено другими объектами (тек­стуры, карты ) или выбранным цветом.

Простейшая незамкнутая линия Ограничена двумя точками, именуемыми узлами. Узлы также имеют свойства, параметры которых влияют на форму конца линии и характер сопряжения с другими объектами.

Все прочие объекты векторной графики составляются из линий. Например, куб можно составить из шести связанных прямоугольников, каждый из которых, в свою очередь, образован четырьмя связанными линиями. Возможно представить куб и как двенадцать связанных линий, образующих ребра.

Рис. 4. Объекты векторной графики

Математические основы векторной графики

Рассмотрим подробнее способы представления различных объектов в векторной графике.

Точка. Этот объект на плоскости представляется двумя числами (х, у), указываю­щими его положение относительно начала координат.

Прямая линия. Ей соответствует уравнение у = kx + b. Указав параметры k и b, всегда можно отобразить бесконечную прямую линию в известной системе коор­динат, то есть для задания прямой достаточно двух параметров.

Отрезок прямой. Он отличается тем, что требует для описания еще двух парамет­ров - например, координат x1 и х2 начала и конца отрезка.

Кривая второго порядка. К этому классу кривых относятся параболы, гиперболы, эллипсы, окружности, то есть все линии, уравнения которых содержат степени не выше второй. Кривая второго порядка не имеет точек перегиба . Прямые линии являются всего лишь частным случаем кривых второго порядка. Формула кривой второго порядка в общем виде может выглядеть, например, так:

x2+a1y2+a2xy+a3x+a4y+а5 = 0.

Таким образом, для описания бесконечной кривой второго порядка достаточно пятя; параметров. Если требуется построить отрезок кривой, понадобятся еще два параметра.

Кривая третьего порядка. Отличие этих кривых от кривых второго порядка состоит в возможном наличии точки перегиба. Например график функции у = x3 имеет точ­ку перегиба в начале координат (рис. 15.5). Именно эта особенность позволяет сде­лать кривые третьего порядка основой отображения природных объектов в век­торной графике. Например линии изгиба человеческого тела весьма близки к кривым третьего порядка. Все кривые второго порядка, как и прямые, являются частными случаями кривых третьего порядка.

В общем случае уравнение кривой третьего порядка можно записать так:

x3 + а1у3 + а2x2у + a3xy2 + a4x2 + а5y2 + а6xy + a7x + а8y + а9 = 0

Таким образом, кривая третьего порядка описывается девятью параметрами. Опи­сание ее отрезка потребует на два параметра больше.

Рис.5. Кривая третьего порядка (слева) и кривая Безье (справа)

Кривые Безье. Это особый, упрощенный вид кривых третьего порядка (с. рис. 5). Метод построения кривой Безье (Bezier ) основан на использовании пары касатель­ных, проведенных к отрезку линии в ее окончаниях. Отрезки кривых Безье описы­ваются восемью параметрами, поэтому работать с ними удобнее. На форму линии влияет угол наклона касательной и длина ее отрезка. Таким образом, касательные играют роль виртуальных «рычагов», с помощью которых управляют кривой.

Отрезками кривых Безье можно аппроксимировать сколь угодно сложный контур. Наряду с линией другим основным элементом векторной графики является узел (опорная точка). Линии и узлы используются для построения контуров. Каждый контур имеет несколько узлов. Форма контуров в векторных редакторов изменяется путем манипуляции узлами. Это можно сделать одним из следующих способов: перемещением узлов, изменением свойств узлов, добавлением или удалением узлов. В основе всех процедур связанных с редактированием контуров лежит работа с узлами. При выделении узловой точки криволинейного сегмента у нее появляются одна или две управляющие точки, соединенные с узловой точкой касательными линиями. Управляющие точки изображаются черными закрашенными точками. Расположение касательных линий и управляющих точек определяет длину и форму криволинейного сегмента, а их перемещение приводит к изменению формы контура.