|
Принятые статьи
Generalized Computational Experiment State Analysis Using Three-Dimensional Visual Maps
A.A. Zakharova, D.A. Korostelyov, A.G. Podvesovskii, A.E. Bondarev, V.A. Galaktionov
Принято: 2022-10-06
Аннотация
The paper continues a series of publications of the authors’ research materials in the field of developing an approach to dynamic planning and control of a generalized computational experiment based on visualization methods and visual analytics. A generalized computational experiment involves multiple solution of a numerical simulation problem for different sets of values of model defining parameters, which makes it possible to obtain a solution immediately for a certain class of mathematical modeling problems specified in a multidimensional parameter space. The paper considers an extension of the existing authors’ approach to analysis of a generalized computational experiment state using visual maps, based on visualization metaphors that can display not only individual images but also their relationships. A method is proposed for constructing visual maps of a generalized computational experiment focused on visualizing relationships between single computational experiments in three-dimensional space. The method is based on the mechanism of formalization of the relationships between single computational experiments, as well as the concept of a graph model visualization metaphor that defines a visual map prototype. A description is given of a software system for constructing and analyzing three-dimensional visual maps of a generalized computational experiment. The paper also considers examples of its application in estimating the accuracy of numerical models of the OpenFOAM software platform for a three-dimensional problem of inviscid flow around a cone.
Towards Visualization of Generalized Mental Maps Representations
R.V. Chumakov, K.V. Ryabinin, K.I. Belousov
Принято: 2022-10-06
Аннотация
The paper is devoted to the visualization of generalized digital representations of mental maps. Digital mental map representations (DMMRs) are digital drawings of some certain spaces made by humans, reflecting their spatial experience and distinctive thoughts they have about the considered spatial places. Accordingly, DMMRs can be useful for identifying people’s subjective perception of some space. If there are many DMMRs and their manual analysis is difficult, some generalized representation can be used, which can help identify general patterns or trends in the perception of space by informants.
In addition to the visualization itself, this article also describes some of the issues that arise in the process of creating a generalized representation of the DMMRs and suggests novel methods for solving these issues. However, the proposed solutions do not guarantee full objectivity; they are only an approximation attempt. The methods to assess and increase the approximation quality are the matter of future work.
In previous works, the Creative Maps Studio web application was developed to collect DMMRs. This application is also used in this work. However, now it was been enriched by an analytical module that allows performing various transformations of the DMMRs and related data. This analytical module is based on the concept of data flow visual programming. Particular data processing operators within this module are described by ontologies. This makes that module quite flexible and easy to use. With the help of this module, the visualization of the generalized map is implemented.
One more question considered in the paper is the process of data preparation and visualization. Suggestions are made for the interpretation of the results. The strengths and weaknesses of the proposed data processing and visualization methods are discussed.
Когнитивная ясность графовых моделей: подход к пониманию идеи и способ выявления влияющих факторов с использованием визуального анализа
Р.А. Исаев, А.Г. Подвесовский
Принято: 2022-10-06
Аннотация
В статье описывается новый авторский подход к пониманию идеи когнитивной ясности графовых моделей. Приводится концептуальная схема структурирования понятий, связанных с когнитивной ясностью. В соответствии с данной схемой выделяются: факторы формирования когнитивной ясности, сама когнитивная ясность как набор внутренних характеристик визуального образа модели, а также эффекты ее наличия, проявляющиеся при визуальном анализе модели. Обсуждаются свойства различных компонентов данной схемы, делается вывод, что наибольший интерес, в силу своей конструктивности, представляют именно факторы формирования когнитивной ясности. Описывается детализированная схема подхода к пониманию идеи когнитивной ясности, построенная с учетом двух уровней метафоры визуализации, и обсуждаются отдельные компоненты этой схемы. Предлагается подход к организации экспериментальных исследований, направленных на изучение и оценку влияния различных факторов на когнитивную ясность графовых моделей, посредством измерения различных показателей, характеризующих степень проявления эффектов наличия когнитивной ясности. Идея данного подхода состоит в формировании гипотезы о влиянии некоторых факторов, с последующим проведением эксперимента по решению аналитиком определенной задачи визуального анализа с участием этих факторов. В результате фиксации заданных показателей оценивается достигнутый эффект изменения уровня когнитивной ясности и выявляется характер зависимости или ее отсутствие, что позволяет принять, отвергнуть или уточнить исходную гипотезу. Предлагается обобщенный алгоритм подготовки и проведения эксперимента в рамках описанного подхода, рассматриваются особенности реализации отдельных его этапов. Приводится пример постановки эксперимента, целью которого является изучение зависимости показателей эффективности визуального анализа графовой модели от объема ее визуального образа. В заключении обсуждаются перспективные направления исследований в данной области.
High-speed flow structures detection and tracking in multiple shadow images with matching to CFD using convolutional neural networks
I.A. Doroshchenko, I.A. Znamenskaya, N.N. Sysoev, A.E. Lutsky
Принято: 2022-10-05
Аннотация
Shadowgraph imaging has been widely used to study flow fields in experimental fluid dynamics. Nowadays high-speed cameras allow to obtain millions of frames per second. Thus, it is not possible to analyze and process such large data sets manually and automatic image processing software is required. In the present study a software for automatic flow structures detection and tracking was developed based on the convolutional neural network (the network architecture is based on the YOLOv2 algorithm). Auto ML techniques were used to automatically tune model and hyperparameters and speed-up model development and training process. The neural network was trained to detect shock waves, thermal plumes, and solid particles in the flow with high precision. We successfully tested out software on high-speed shadowgraph recordings of gas flow in shock tube with shock wave Mach number M = 2-4.5. Also, we performed CFD to simulate the same flow. In recent decades, the amount of data in numerical simulations has grown significantly due to the growth in performance of computers. Thus, machine learning is also required to process large arrays of CFD results. We developed another ML tool for experimental and simulated by CFD shadowgraph images matching. Our algorithm is based on the VGG16 deep neural network for feature vector extraction and k-nearest neighbors algorithm for finding the most similar images based on the cosine similarity. We successfully applied our algorithm to automatically find the corresponding experimental shadowgraph image for each CFD image of the flow in shock tube with a rectangular obstacle in the flow channel.
Графовая визуализация терминологического тезауруса евангельского текста Ф.М. Достоевского (на примере биграммных моделей)
В.В. Борисова
Принято: 2022-09-24
Аннотация
Методы и средства научной визуализации посредством графов сегодня активно используется во многих областях, в том числе в гуманитарных науках. Эффективность их использования очевидна и в филологических исследованиях. В статье описана графовая модель терминологического тезауруса евангельского текста Ф.М. Достоевского, основанная на кластеризации биграмм с учетом их принадлежности к разным тематическим дискурсам. Выявление и анализ биграмм как концептуальных точек терминологического тезауруса имеет важное значение для его сетевой визуализации, благодаря которой видно, в каком понятийном сопряжении «работают» ключевые термины, как они распределяются по определенным кластерам. В одном кластере могут быть термины из разных дискурсов. Это важный показатель того, как сопрягаются термины, насколько целостен в данном случае метаязык исследований евангельского текста Ф.М. Достоевского. Т.е. терминологический тезаурус выполняет в данном случае диагностирующую и прогностирующую роль.
Исследование алгоритма построения поверхности второго порядка, заданной девятью точками
А.Л. Хейфец
Принято: 2022-08-18
Аннотация
Приведена экспериментальная реализация исторической задачи о построении квадрики, заданной девятью точками. Рассмотрен известный алгоритм Энгеля (Engel J. H., 1889). Ал-горитм до последнего времени показывал лишь теоретическую возможность построения квадрики. Дана характеристика программного обеспечения, позволившего эксперименталь-но реализовать и исследовать алгоритм. Программы созданы на языке AutoLisp. Экспери-менты проведены в пакете AutoCAD.
Приведены геометрические построения, приводящие к реализации задачи. Подробно рассмотрены этапы построения. Первый и основной из них – от задания девяти точек к по-строению коники на поверхности квадрики. Последующие этапы – задание определителя квадрики из трех коник, построение центра и главных осей квадрики, каркаса и итоговой поверхности. Исследованы особенности построений на всех этапах. Основное внимание уде-лено выявлению и исследованию внутренних взаимосвязей параметров, приводящих к по-явлению действительных или мнимых решений.
Научная новизна работы состоит в определении условий, при которых решение достига-ется без операций с мнимыми параметрами. Определена область точных действительных решений для набора девяти точек. Показано, что эта область имеет вид кривой линии, ко-торая аппроксимируется гиперболой. Предложен алгоритм ее построения.
Предложен и исследован алгоритм построения главных осей квадрики, заключающийся в определении секущей плоскости, для которой основание перпендикуляра, опущенного из центра квадрики, совпадает с центром коники сечения. При этом перпендикуляр принимает положение одной из главных осей квадрики.
Актуальность работы заключается в экспериментальной реализации исторического алго-ритма Энгеля, создании и демонстрации современных геометрических методов решения сложных геометрических задач.
Overview of BSDF Reconstruction Methods for Rough Surfaces
V.G Sokolov, А.G. Voloboy , I.S. Potemin, V.A. Galaktionov
Принято: 2022-08-18
Аннотация
The work provides an overview of methods aimed to the reconstruction of Bidirectional Scattering Distribution Function (BSDF) for rough surfaces. The elements with rough surfaces are permanently present in our life and widely used in modern optical devices, for example, in light guiding plates for display illuminating systems, car dashboards, or luminaires. Light scattering by rough surface is an important component in the visual appearance of many materials including water, glass, skin, etc. The problem of the rough surface visualization is complex and contains many different aspects. Accordingly there are many techniques to provide their realistic rendering. In many lighting simulation and optical design tasks it is sufficient and more effective to replace real geometry of rough surface by a surface optical characteristics expressed via BSDF. So, accurate reconstruction of scattering properties of rough surfaces is a significant factor in visualizations tasks and generation of photorealistic images. In some cases, BSDF can be just measured. However, in many cases direct BSDF measurements are impossible if, for example, it is required to define BSDF inside of the material and neither a measuring device detector nor a light source can be placed inside the material. So this results in the development of many approaches for BSDF reconstruction. It started in the end of the last century with the development of many analytical methods based on microfacet models of rough surface such as the Phong, the Ward reflection, the Cook-Torrance models. Nowadays many direct numerical methods of BSDF reconstruction appear, for example, methods based on normals and heights distribution. As a rule, these methods use ray tracing to calculate BSDF. Sizes of microroughness can be small, sufficient to raise a problem which optics wave or ray is more appropriate here. To answer this and other questions related to BSDF reconstruction, an investigation of well-known and effective reconstruct methods was conducted. This paper also presents the study results for eight real samples with different profile parameters of rough surface. The verification is based on numerical comparison with real measured data and visual comparison of images generated using different reconstructed BSDF. Finally, the general recommendations are presented about what methods and for what applications are more appropriate.
The Role of Subjective Perception in Visualization, Controllability Hypothesis and Abstract Visualization
Alena Zakharova, Aleksey Shklyar, Evgeniya Vekhter
Принято: 2022-07-27
Аннотация
Visual analytics tools are used when interpreting and analyzing weakly formalized or non-formalized data. The paper considers the problem of the influence of subjective factors on efficiency of the visualization tools. Based on the previously proposed and developed semiotic visualization model, a system of initiating factors is formulated that have a significant impact on the effectiveness of visualization tools. A controllability hypothesis is formulated, on the basis of which an assumption is made about limitations of visualization systems It is proposed to take these limitations into consideration when designing new visual analytics tools. Approbation of the assertions presented in the work was carried out on the example of social data.
Visual Management as an Effective Organizational Technology
N.N. Krupina
Принято: 2022-07-25
Аннотация
The article discusses the essence of the concept, characteristics, tasks and evolution of visual management (VM) from the standpoint of the analysis of the subject content of management and the features of organizational technology. The priority groups of production tasks that are successfully solved with the help of VM tools are identified - communications, safety and efficiency («lean production») of the production and technological cycle. Emphasis is placed on the ability of visualization techniques to present important operational information so that the employee «at a glance» can assess the current state of the working system and quickly eliminate detected deviations from the norm. Based on the principle of continuity of the organization's activities, a method for assessing the quality level of VM is proposed and illustrated on a conditional example. It is proposed to use the method of dynamic standards, which are taken as indicators of «labor productivity», «costs» and «net profit». A map of positioning options for the quality level of VM is given and alternative situations are characterized - productive, efficient, allowed and inefficient levels. In the context of the topic, the main aspects of the development of modern software are outlined.
Визуализация цифровой трансформации промышленного производства в образовательный процесс
В.А. Немтинов, А.Б. Борисенко, В.В. Морозов, Ю.В. Немтинова, К.В. Немтинов
Принято: 2022-07-25
Аннотация
В работе рассмотрена технология создания цифрового прототипа промышленного производства, используемого в качестве инструмента на стадиях проектирования и управления его функционированием, а также применения в учебном процессе при подготовке специалистов высшей квалификации технического профиля - при проведении лекций, практических и зачетных занятий со студентами. Создание виртуального производственного пространства осуществлено с использованием программных сред Twinmotion, Bigscreen и 3D Vista Virtual Tour Pro. В программной среде Twinmotion был создан цифровой прототип машиностроительного завода, обеспечивающий иммерсивную архитектурную 3D-визуализацию. Созданный виртуальный тур в среде 3DVista Virtual Tour Pro используется для множества задач: удалённое обсуждение 3D-модели проектируемого оборудования; обучение персонала; отработка действий во время аварийных ситуаций; прохождение образовательных квестов по территории предприятия. Инструмент Live Guided Tours, входящий в 3DVista Virtual Tour Pro. позволяет проводить видеоконференции внутри виртуального тура в режиме реального времени. Применение многопользовательского социального VR-приложения для виртуальной реальности Bigscreen обеспечивает участникам сети возможность встречаться и взаимодействовать через аватары внутри комнат в виртуальной реальности. Таким образом, авторы предложили подход к цифровой трансформации промышленного производства в образовательный процесс. Она позволяет обеспечить условия для повышения качества образования, обмена мнениями, взаимного консультирования. Визуализация цифрового прототипа промышленного производства доступна всем пользователям сети Интернет.
Arithmetic in Functional-Voxel Modeling
Alexey Tolok, Natalya Tolok
Принято: 2022-07-19
Аннотация
The paper considers the claim that the function-voxel model allows arithmetic operations over the space of values of two different functions given by a single domain. At the same time, there are three possible approaches to solving the problem, leading to a similar result: functional approach - when the analytical representation of functions is involved in the calculations; functional voxel approach - when voxel data representing local geometric characteristics are used in the construction of local functions for further use in the calculation; voxel approach - when exclusively voxel data is used for sequential recalculation of local geometric characteristics of the model. The basic arithmetic operations on functional voxel models are considered, including such procedures as: addition, subtraction, modulo, exponentiation, taking root expressions, multiplication and division of functional voxel models. It is shown that the obtained applicability of arithmetic operations to functional voxel models leads to obtaining new complex functional voxel models.
О визуализации функций в многомерном пространстве с помощью канонического разложения
А.К. Алексеев, А.Е. Бондарев, Ю.С. Пятакова
Принято: 2022-07-14
Аннотация
Рассмотрена аппроксимация многомерной функции с помощью тензорных разложений с точки зрения хранения, обработки и визуализации результатов параметрических расчетов в задачах вычислительной аэрогазодинамики. Описан алгоритм расчета канонического разложения с помощью комбинации метода переменных наименьших квадратов и стохастического градиентного спуска. Представлены численные результаты для интерполяции функций в шестимерном пространстве, полученные с использованием канонического разложения, демонстрирующие высокую вычислительную эффективность и качество результатов. Показаны визуальные представления результатов.
Метод визуализации геоинформативных данных: на примере референсных археологических объектов
О.А. Ульчицкий, Е.К. Булатова, Е.К. Подобреева, О.М. Веремей
Принято: 2022-07-13
Аннотация
В статье раскрываются результаты междисциплинарного исследования, направленного на усовершенствование лабораторных методов, по сбору, анализу и синтезу геоданных, необходимых для расширения методологического аппарата по изучению и сохранению объектов культурного наследия на обширных территориях, с применением триангуляции в построении геосетки в привязке к спутниковым картам. Визуализация данных существенно дополняет натурные и инструментальные методы сбора информации, поиска, фиксации, систематизации и инвентаризации на труднодоступных для полевых способов, территориях исследования.
Фиксация и привязка опорных точек к геосетке методом триангуляции, обусловлены рядом преимуществ: точностью построения и фиксации, возможностями масштабирования сетки, алгоритмом триангуляции по наименьшей диагонали четырехугольника.
В результате назначения свойств модификаторов опорным точкам – референсным археологическим объектам, были сформированы слои межобъектных реберных связей, которые, при включении определенных свойств модификаторов отображались на геосетке в виде разноокрашенных ребер, фиксируя инварианты закономерностей этих связей.
В итоговом эксперименте получилась гибридная визуализация слоев по заданным свойствам модификаторов для реберных межобъектных связей на геосетке, что позволило получить наиболее объективные результаты в заданных условиях, чем методами построения линейных связей по координатам, при помощи трассировки и маршрутирования.
В качестве внедрения результатов апробации данного метода, разработан проект интерактивной масштабируемой картографической схемы с визуализацией данных по исследуемым объектам и их связям.
Single Image DnCNN Visibility Improvement (SImDnCNNVI)
Sangita Roy
Принято: 2022-07-13
Аннотация
The presence of fog, haze, or atmospheric particles reduces visibility which is an under-constrained challenging classical problem due to ambiguous scene radiance and transmission. Consequently, digital images captured under such conditions suffer from poor recognition. In this work, a fast single image physics based inversion scattering model is adopted to overcome these limitations. Denoising convolutional neural networks (DnCNNs) model is well suited for blind Gaussian denoising in a learning framework at hidden layers. With the DnCNN blind denoised depth map, high-quality transmission is estimated and finally by inverting scattering image formation model, a clear image is obtained along with tuned haziness factor. The proposed algorithm performs well compared to sixteen state-of-the-art methods qualitatively and quantitatively on Ground Truth (GT) O-Haze dataset. Output images are appealing, halo free, edge preserved, colour balanced, clear.
Программный комплекс визуализации и моделирования на основе BPMN нотации
Н.Д. Баданина, В.А. Судаков, Н.А. Яшин
Принято: 2022-06-27
Аннотация
Статья посвящена созданию программного обеспечения визуализации сложных процессов. Поскольку в научных организациях и бизнес-структурах, существует запрос на анализ и оптимизацию осуществляемых процессов, то задача их эффективного моделирования и визуализации с возможностью интерактивного взаимодействия актуальна. Имеющиеся на рынке программные решения ориентированы либо на статическое представление предметной области, без возможности проведения вычислительных экспериментов и оптимизации решений на их основе, либо на использование не стандартизированных представлений. Разработана программа, которая имеет возможность анимировать визуализацию загруженной BPMN схемы, а также содержит в себе функционал по моделированию процесса, описанного схемой, с возможностью гибкой настройки параметров. Разработанная программа визуализации отображает результат в браузере, причем поверх BPMN модели накладывается слой с анимацией прохождения задействованных ресурсов по схеме. Визуализация позволяет уменьшать вероятность ошибок при моделировании сложных систем. В работе также уделяется внимание аспектам оптимизации, сбору статистик для последующего анализа, моделированию процесса на заданное количество единиц времени. Этот функционал включен в разработанную программу, может быть использован как в консольном режиме, так и в веб-браузере.
Моделирование биологических микрорельефов с использованием метода фотограмметрии (на примере чешуи циклоидного типа)
М.Л. Тягун, Т.А. Ходжер
Принято: 2022-06-10
Аннотация
Для реконструкции биологического рельефного объекта использован метод моделирования с использованием цифровой фотограмметрической системы, анализирующей данные стереопарных снимков, полученных с помощью сканирующей электронной микроскопии. Метод позволяет анализировать принцип организации как сложных, так и простых микрообъектов, конструкция которых требует ясности, либо уточнений.
С помощью данного метода авторам удалось описать принцип организации покровного рельефного слоя чешуи циклоидного типа, характерной для большинства Teleostei (эволюционно поздних рыб). Получение подобных объёмных изображений актуально для понимания конструкции эволюционно различных типов экзоскелета рыб. Также метод существенно облегчит интерпретацию особенностей микрорельефа, формирующегося циклически, что необходимо для точного определения возраста современных видов рыб.
|
|
|
