Diskrētu un nepārtrauktu sistēmu vizuālās imitācijas ... of Methodology for...Diskrētu un nepārtrauktu sistēmu vizuālās imitācijas modelēšanas metodikas izstrāde Rīgas

Diskrētu un nepārtrauktu sistēmu vizuālās imitācijas modelēšanas

metodikas izstrāde

Rīgas Tehniskā universitāteDatorzinātnes un informācijas tehnoloģijas fakultāte

Modelēšanas un imitācijas katedra

Arnis Lektauers

Zinātniskais vadītājsDr.habil.sc.ing., profesors

Jurijs Merkurjevs

Prezentācijas struktūra

1. Tēmas aktualitāte, darba mērķis un uzdevumi2. Imitācijas modelēšanas un vizualizācijas saikne3. V-DEVS formālisms:

– V-DEVS formālisma definīcija– vizualizācijas konveijers– kvantēto stāvokļu un diskrētā laika modelēšanas

integrācija4. V-DEVS formālisma realizācijas praktiskie piemēri5. Darba rezultāti

2

Tēmas aktualitāte• Trūkst teorētisku pētījumu un praktisku

rezultātu imitācijas modelēšanas un vizualizācijas integrācijas jomā

• Vienotas sistēmpieejas trūkums kopējā imitācijas modelēšanas un vizualizācijas izpētē

• Imitācijas modelēšanas un vizualizācijas sinhronizācijas problēmas

3

• Darba mērķis – izstrādāt integrētas diskrēto notikumu unnepārtrauktu sistēmu vizuālās imitācijas modelēšanasvides izveides metodiku

• Darba uzdevumi:1. Veikt salīdzinošu pētījumu par imitācijas

modelēšanas un vizualizācijas saikni un mijiedarbību2. Izstrādāt formālismu, kas vienotā kontekstā apraksta

imitācijas modelēšanas un vizualizācijas aspektus3. Izstrādāt vizuālās imitācijas modelēšanas sistēmas

arhitektūru4. Izstrādāt V-DEVS programmatūras prototipu un

eksperimentāli nodemonstrēt tā pielietošanas iespējas

4





5

Imitācijas modelēšanas un vizualizācijas saikne

6

Imitācijas modelēšanas un vizualizācijas saikne

• Imitācijas modelēšanas un vizualizācijas sinhronizācijas problēmas:

– Diskrētā laika modelēšana:• relatīvi liels nepieciešamo skaitļošanas resursu apjoms• būtisku notikumu neievērošanas risks, palielinot laika

diskretizācijas soli• vizualizācijas dinamikas atkarība no laika diskretizācijas soļa

– Kvantēto stāvokļu (diskrēto notikumu) modelēšana:• vizualizācijas dinamikas atkarība no stāvokļu diskretizācijas

soļa

• Vizuālās imitācijas modelēšanas interaktivitātes trūkums

7





8

Visual-DEVS (V-DEVS) formālisms

9

DEVS formālismu salīdzinājums

10

V-DEVS vizualizācijas ietvars

11

V-DEVS formālisma zinātniskais jauninājums

• Diskrēto notikumu un nepārtrauktu sistēmu imitācijas modelēšanas un vizualizācijas integrācija

• Interaktīva vizuālā imitācijas modelēšana:– Imitācijas modelēšanas un vizualizācijas

sinhronizācija– Iespējas rediģēt modeli imitācijas gaitā– Imitācijas modeļu validācijas procesa paātrināšana

• Reālā laika vizuālās imitācijas modelēšanas iespējas

12

- ieeju un izeju kopas

- secīgu stāvokļu kopa

- diskrēto notikumu ārējās pārejas funkcija, kur

- summārā stāvokļu kopa, kur

- laiks kopš pēdējās transakcijas

- nepārtrauktā ārējās pārejas funkcija

- iekšējās pārejas funkcijas

Atomārs V-DEVS modelisint int, , , , , , , , , , ,discr cont discr cont discr cont discr cont

ext extAM X Y S f ta taδ δ δ δ λ λ=

13

{ }, ,discr contX X X= { },discr contY Y Y=

discr contS S S= ×

:discr discrext Q X Sδ × →

( ) ( ){ }, | ,0Q s e s S e ta s= ∈ ≤ ≤

e

:cont context Q X Sδ × →

int : ,discr discrS Sδ → int :cont contS Sδ →

Atomārs V-DEVS modelisint int, , , , , , , , , , ,discr cont discr cont discr cont discr cont

ext extAM X Y S f ta taδ δ δ δ λ λ=

14

: ,discr discr discrS Yλ → - izejas funkcijas

- atvasinājuma (izmaiņu ātruma) funkcija

- laiks kopš pēdējās diskrētās transakcijas

- laiks kopš pēdējās nepārtrauktās transakcijas

, kur - vizualizācijas kopa

- ģeometrijas / topoloģijas datu kopa

- transformācijas kopa

- vizualizācijas atribūtu kopa

: contf Q S→

0,:discr discrta S +∞→

0,:cont contta S +∞→

:cont cont contS Yλ →

,cont cont VS V S −= { }, ,V DS T AP=

DS

T

AP

V-DEVS modeļa dinamika

15

( )( )' , ,discr discrextS s e xδ=

int' ( )discrS Sδ=

( )discr Sλ

( )discrta s

( )( )' , ,cont contextS s e xδ=

int' ( )contS Sδ=

( )cont Sλ

( )contta sf

V-DEVS simulatora arhitektūra

16

contYV ∈

V-DEVS vizualizācijas konveijers

17

SM

Lodes ģenerators

Poligonālo datu kartētājs

Vizuālais objekts Renderētājs Renderēšanas

logs

CENTRS

IZŠĶIRTSPĒJA

Attēlojums / lietotāja mijiedarbība

V-DEVS simulators

POZĪCIJA

ROTĀCIJASKALĀRU

REDZAMĪBA

- ieejas ports ip- izejas ports op- ieejas / izejas ports iop

AM AM AM AM AMRenderēt Renderēt Renderēt Renderēt

SM - saistītais modelis

AM - atomārais modelis

( ){ }, , ipX ip v ip IP v X= ∈ ∈

( ){ }, , opY op v op OP v Y= ∈ ∈

V-DEVS kvantēto stāvokļu un diskrētā laika modelēšanas integrācija

18

qΔ tΔ

tΔ

qΔ

tΔ





19

V-DEVS simulatora piemērs:pa kāpnēm lejupripojošas bumbas modelis

• Pa kāpnēm lejupripojošas bumbas modeļa formāla definīcija:

20

xx v= ax x

bv vm

= − ⋅

yy v= ( )( )int 1ay y w y

b b kv g v s v y h xm m m

⎡ ⎤= − − ⋅ − ⋅ + − + −⎢ ⎥⎣ ⎦

ab- bumbas masa- gaisa pretestības koeficients- berzes koeficients- bumbas elastības koeficients

b

m

k

g - gravitācijas konstante- pakāpiena augstumsh

01ws ⎧

= ⎨⎩

- bumba gaisā- bumba uz zemes


21


Modeļa darbības precizitāte atkarībā no dQ parametra un kvantizētās / diskrētā laika integrēšanas pielietošanas

22

dQ = 0.001 dQ = 0.00001

• Automatizētās ražošanas sistēmas modeļa struktūra:– imitācijas transakciju ģenerators– ražošanas produkcijas montāžas darbstacijas– konveijeri produkcijas transportēšanai starp

darbstacijām– imitācijas transakciju savācējs

23

V-DEVS simulatora piemērs:automatizētās ražošanas sistēmas modelis

24

V-DEVS simulatora piemērs:automatizētās ražošanas sistēmas modelis





25

Darba rezultāti• Pamatota diskrēto notikumu un nepārtrauktu sistēmu

imitācijas modelēšanas un vizualizācijas integrācijas nepieciešamība

• Izstrādāts V-DEVS formālisms vizuālai interaktīvai diskrēto notikumu un nepārtrauktu sistēmu modelēšanai:– Izstrādāta metodika V-DEVS formālisma praktiskajai

realizācijai– Piedāvāta kombinēta pieeja nepārtrauktu procesu

imitācijas modelēšanas un vizualizācijas sinhronizācijai

• Realizēts V-DEVS imitācijas modelēšanas sistēmas prototips un nodemonstrētas tā iespējas

26

Secinājumi• Izstrādātais V-DEVS formālisms definē vienotu

matemātisko koncepciju interaktīvu vizuālo diskrēto notikumu un nepārtrauktu sistēmu imitācijas modelēšanai

• Uz V-DEVS formālisma bāzes izstrādātais vizuālās imitācijas modelēšanas sistēmas prototips praktiski realizē darbā paustās teorētiskās nostādnes un ir pielietojams dažādu sistēmu vizuālajai imitācijas modelēšanai

• V-DEVS sistēmas prototipa eksperimentālā pārbaude apliecina diskrētā laika integratora izmantošanas efektivitāti vizualizācijas nolūkiem nepārtrauktu sistēmu kvantēto stāvokļu imitācijas modelēšanā

27

Zinātniskās publikācijas1. A. Lektauers, Imitācijas modeļu vizualizācijas tehnoloģija. RTU

zinātniskie raksti, Rīga, 20012. A. Lektauers, Imitācijas modeļu izveide virtuālā 3D vidē. RTU zinātniskie

raksti, Rīga, 20023. A. Lektauers, 3D-Projektierung von Simulationsmodellen in einer VR-

Umgebung. Proceedings der Tagung "Simulation und Visualisierung '2003" der Otto-von-Guericke Universität Magdeburg, 2003

4. A. Lektauers, Developing a 3D Graphical User Interface for Object-Oriented Simulation Modelling. RTU zinātniskie raksti, Rīga, 2003

5. A. Lektauers, A Virtual 3D Environment for Logistics Modelling. Proceedings of HMS2003, Riga, Latvia, September 18-20, 2003

6. A. Lektauers, A Mixed Reality Framework for Visualization and Execution of DEVS-based Simulation Models. Proceedings of the 19th European Conference on Modelling and Simulation, Riga, Latvia, June 1-4, 2005

7. A. Lektauers, Y. Merkuryev, 3D Visual Framework for Modelling and Simulation of Supply Chain Systems. Scientific Proceedings of the eLOGMAR-M Project, Riga, Latvia, 2006

28

Zinātniskās konferences1. RTU 42. Starptautiskā zinātniskā konference. Rīga, 11-13.oktobris,

2001

2. RTU 43. Starptautiskā zinātniskā konference. Rīga, 10-14.oktobris, 2002

3. Tagung "Simulation und Visualisierung '2003" der Otto-von-Guericke Universität Magdeburg, Magdeburg, Germany, 6-7 März 2003

4. HMS2003, Riga, Latvia, September 18-20, 2003



7. 19th European Conference on Modelling and Simulation, Riga, Latvia, June 1-4, 2005

8. eLOGMAR-M Workshop, Riga, Latvia, September 22, 200629

Documents

Diskrētu un nepārtrauktu sistēmu vizuālās imitācijas ... of Methodology for...Diskrētu un nepārtrauktu sistēmu vizuālās imitācijas modelēšanas metodikas izstrāde Rīgas