Введение к работе
Актуальность проблемы. Распределённые системы машинной графики являются тем инструментом, который поддерживает интерактивный доступ пользователя к вычислительным ресурсам и обеспечивают создание и функционирование систем гибридного интеллекта, объединяющих творческий потенциал человека с информационными, вычислительными и изобразительными возможностями ЭВМ.
При развертывании таких систем должны быть проработаны проблемы создания и разделения графического программного обеспечения между ЭВМ сети, проблемы обеспечения графического взаимодействия и, наконец, проблемы построения функционально- и проблемно-ориентированных модулей. В связи с интенсивным развитием методов и средств вычислительных технологий и расширяющейся информатизацией общества решение этих вопросов является постоянно новой и актуальной задачей.
Исследования и разработки, положенные в основу диссертации, проводились в Институте прикладной физики и Новосибирском государственном университете, в том числе в рамках 15 НИР и ОКР, утверждённых высшими директивными органами страны, ("Контур", № ГР Х-23178; "Обь"'. № ГР Х-68290; ^Черта", № ГР Я-65442; "Топаз", JV- ГР Х-67849: "Яхонт" , Хг ГР Х-31187: "Сеть-2", № ГР Х-69172; "Мальта", № ГР Я-66673; "Призма'*, X: ГР Х-29719: "Фасад"; "Радуга'. № ГР Х-33305; "Заводіїло-ММ", X ГР Х-33595: "Гамма"; 'Тамма-7.1": "Озон'', "Гамма-Т").
Цель работы заключалась в исследовании, разработке и создании распределённых систем интерактивной машинной графики, удовлетворяющих широкой области приложений, включающей в себя комплексы компьютерного моделирования, комплексы выполнения научно-технических и проектировочных расчётов, системы автоматизации проектирований и подготовки производства, системы видеографики реального времени.
Основные задачи исследований:
-
Разработка многоуровневого сетевого графического протокола, обеспечивающего как эффективную работу графического оборудования, подключенного к различным терминальным ЭВМ, так и высокую эффективность программ конечных пользователей.
-
Исследования методов построения и оптимизации показателей распределённых систем интерактивной машинной графики, удовлетворяющих экстремальным требованиям приложений.
-
Исследования и разработка форм и методов представления графической информации для растровых устройств.
-
Разработка программного обеспечения машинной графики главных и терминальных ЭВМ сети, включающего в себя аппаратио-ориентирован-ные и переносимые, аппаратно-независимые пакеты графических подпрограмм (графпакеты), а. также функционально-ориентированные средства и прикладные системы.
-
Разработка средств графического взаимодействия и визуализации для комплексов компьютерного моделирования нестационарных процессов механики сплошной среды.
-
Разработка диалоговых графических языков и систем автоматизации конструирования машиностроительного направления.
-
Разработка подсистем интегрированной САПР, связанных с автоматизацией технологической подготовки производства.
-
Исследования методов генерации телевизионных эффектов и разработка прикладных систем телевизионной видеографики реального времени.
Научная новизна состоит в разработке оригинальной организации распределённых систем интерактивной машинной графики, базирующихся на иерархических управляемых сетевых графических протоколах; разработке архитектуры и реализации системы ДИГРАФ, состоящей из логически связанных многоязыковых оригинальных графпакетов и локального программного обеспечения терминальных ЭВМ сети, впервые в стране предоставившей возможности работы с растровыми графическими устройствами; в разработке состава и средств системы массовой интерактивной машинной графики; в разработке инструментальных средств поддержки систем математического моделирования, обеспечивающих широкое внедрение вычислительной технологии в процессы исследований и разработки новых изделий; в разработке методов компьютерного моделирования программно-управляемого оборудования, послуживших основой создания средств автоматизации подготовки производства и изготовления; в исследовании методов и разработке модели генерации телевизионных эффектов реального времени. с
Практическая ценность. Автором предложены и обоснованы архитектура и состав распределённых систем интерактивной машинной графики, базирующихся на иерархических управляемых сетевых графических протоколах; исследована передача данных результатов компьютерного моделирования в сети, предложены, обоснованы и экспериментально подтверждены способы повышения скоростей передачи; предложено и обосновано использование методов поэлементного сжатия для представления результатов моделирования; предложен способ построения функционально-ориентированных средств ввода, базирующихся на процедурном расширении входного языка с независимостью построения и исполнения сценария диалога. На основе исследований, выводов и рекомендаций, представленных в диссертации, автором создано и внедрено программное обеспечение интерактивной машинной графики, служащее основой для создания комплексов математического моделирования и включающее в себя иерархию графпакетов системы ДИГРАФ, управляющие программы терминальных комплексов, систему массовой интерактивной машинной графики, функционально-ориентированные средства, прикладные графические системы; автор руководил и принимал личное участие в разработках систем автоматизации проектирования, им предложены подходы автоматизации технологической подготовки производства, основанные на компьютерном моделировании работы оборудования,
реализованные впервые в стране; автор разработал и реализовал конвейерные системы генерации телеэффектов реального времени, а также необходимые инструментальные и поддерживающие средства.
Грлфнакеты системы ДИГРАФ обеспечивают работу с графическим оборудованием из задач пользователей с выбором наиболее аффективной границы разделения функций между главными и терминальными ЭВМ сети и поддержкой аппаратной независимости и переносимости прикладных программ.
Управляющие программы терминальных комплексов обеспечивают использование самых различных графических устройств ввода, вывода и документирования на терминальных ЭВМ с поддержкой их работы в качестве как сателлитов в сети, так и автономных рабочих мест.
Система массовой интерактивной графики предоставляет средства графического взаимодействия в обычной терминальной сети, использующей алфавитно-цифровые дисплеи.
Функционально-ориентированные средства ввода позволяют строить диалоговые программы с языком диалога в виде иерархического меню директив с предоставлением средств диалогового, диалогово-пакетного и пакетного исполнения программ.
Прикладные графические системы обеспечивают формирование, ('охранение, оперативное отображение и документирование машинных фильмов, подготовку различного рода иллюстративных материалов.
Системы автоматизации конструирования обеспечивают выполнение требуемых конструктивных расчётов, подготовку и перевьшуск комплектов документации, полностью удовлетворяющих отечественным индустриальным стандартам ЕСКД.
Системы автоматизации технологической подготовки производства обеспечивают высокоэффективную подготовку, отладку и конвертирование управляющих программ для оборудования с ЧПУ.
Инструментальные и поддерживающие средства телевизионной видеографики позволяют разрабатывать прикладные телевизионные системы для панщш ГАММА-Т, формировать на её основе вычислительные комплексы. Прикладные системы обеспечивают оснащение телепередач художественными текстовыми титрами и выполнение нелинейного блочного монтажа.
Создаште it внедрение указанного программного обеспечения позвонило развернуть ряд систем компьютерного .моделирования, автоматизации конструирования и технологической подготовки производства, в том .числе т-< темы СЛОЙ. СТЕРЕО. СТЕРЕО-ПС (Б.П. Крюков, А.А. Ландин и др.), ПОТОК-ЕС (В.А. Агурейкпн, О.Н. Кульков и др.), ПЛАСТ-ЕС (А.В. Сохо-делов), НЕРИ. МАКРО (А.И. Селезнёв, В.Л. Фрумин и др.), НЕЙМ, ЛАКС (П.В. Вельтмандер), МОНО (Б.В. Манчук, А.И. Марков и др,), ТЕХНОЛОГ (П.В. Вельтмандер, Г.В.Жуков и др.) и целый ряд других.
Работы автора в области телевизионных приложений способствовали развертыванию в рамках как России, так и бывшего СССР нового направления
в отечественном телевидении — телевизионной видеографики.
Различные компоненты разработанного программного обеспечения внедрены во многих организациях различных отраслей и ведомств и широко используются в системах математического моделирования, автоматизации научных исследований и проектирования, в задачах анализа и обработки экспериментальной информации и способствуют решению важных народнохозяйственных задач. Как указанное программное обеспечение (в составе комплекса ГАММА), так и одна из прикладных систем, использующих его (расчёт защиты космических аппаратов ВЕГА), были отмечены наградами ВДНХ.
На основе исследований и разработок диссертационной работы подготовлен и в течение двух лет читается курс "Машинная графика и САПР" на физическом факультете НГУ, подготовлен и прочитан курс инженерной графики в Высшем колледже информатики НГУ, выпушены учебные и методические пособия.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на семинарах ИПФ, ВЦ СО РАН, Новосибирского филиала ИТМ и ВТ, ИПУ (Москва), ИППИ (Москва), ИПМ (Тбилиси), СЭИ СО РАН (Иркутск), ИАиПУ (Владивосток), ЙАЭ (Москва), ИФВЭ (Протвино); докладывались на Всесоюзных научно-технических конференциях по автоматизации проектирования: АСП-75 (Новосибирск, 1975), АСП-77 (Пермь, 1977), АСП-79 (Железнодорожный, 1979); на Всесоюзных конференциях "Диалог человек — ЭВМ": "Диалог-82" (Ленинград, 1982), "Диалог 82-микро" (Пушино, 1982), "Диалог-83" (Протвино, 1983); на Всесоюзной конференции по проблемам машинной графики, (Новосибирск, 1982); на 7-й Всесоюзной школе-семинаре по вычислительным сетям, (Цахкадзор, 1982); на семинаре "Графические диалоговые системы" (Киев, 1983); на 5-й школе-семинаре "Интерактивные системы" (Кутаиси, 1983); на региональной научно-технической конференции "Комплексные аэрокосмические и наземные исследования динамики природных ресурсов Сибири" (Иркутск, 1983); на школе-семинаре "Создание программного обеспечения вычислительных комплексов и систем новой архитектуры" (Новосибирск, 1984); на 3-й Всесоюзной конференции по проблемам машинной графики и цифровой обработки изображений (Владивосток, 1985); на межотраслевой конференции "Математическое моделирование нестационарных процессов механики сплошной среды" (Новосибирск, 1986); на семинаре "Проблемы автоматизации проект-но-конструкторских работ" (Сетунь, 1986); на Всесоюзной школе-семинаре "Информатика и интерактивная компьютерная графика" (Цахкадзор, 1987); на Всесоюзной научно-технической конференции "Микропроцессорные системы автоматизации технологических процессов" (Новосибирск,-1987); на 4-й Всесоюзной конференции по проблемам машинной графики (Протвино, 1987); на 5-й Всесоюзной конференции по машинной графике (Новосибирск, 1989); на 2-й Всесоюзной научно-практической конференции по применению вычислительной техники в средствах массовой информации (Москва, 1990);
на 1-й Всесоюзной школе "Автоматизация исследований, конструирования и производства"' (Обнинск. 1991)". на Международной научно-методической конференции "Новые информационные технологии в ушшерситетиком образовании" (Новосибирск, 1995); на 4-й и 5-й Международных конференциях по компьютерной графике и визуализации "Графикой. 94" (Н. Новгород, 1991; и "Графикой 95" (Саикт Петербург, 1995).
На основе исследований и разработок автором диссертационной работы были подготовлены и прочитаны лекции на школе "Автоматизация и эффективность научных исследований" (Протвино, 1933); на школе-семинаре "Создание программного обеспечения вычислительных комплексов н систем новой архитектуры" (Новосибирск, 1984); на Всесоюзной школе-семинаре "Информатика и интерактивная компьютерная графика" (Цгхкадзор, 1987); на ряде школ НГУ для преподавателей вузов, начиная с 1987 г.; на 1-й Всесоюзной школе "Автоматизация исследований, конструирования и производства (Обнинск, 1991); на летних школах ВКИ НГУ (Новосибирск, 1993 и 1995); на 4-й и 5-й Международных конференциях по компьютерной графике и визуализации (Н. Новгород, 1994 и Санкт-Петербург, 1995).
За работы, имеющие важное народнохозяйственное значение, автор в-1988 г. был награжден бронзовой медалью ВДНХ, а в 1990 г. в составе коллектива отмечен Премией Совета Министров СССР в области механики.
Публикации. Результаты диссертации опубликованы з 58 основных работах.
