Компьютерное моделирование систем мониторинга водных ресурсов и визуализации в VTK

Август 22, 2022

Главная
Информатика
Компьютерное моделирование систем мониторинга водных ресурсов и визуализации в VTK

Содержание

2. Реферат Объем работы: дипломная работа состоит из 45 страниц машинописного текста и 46 рисунков, содержит введение,
3. Введение Новизна. Новизна работы заключается в разработке визуализации для конкретного водоема. Цель. Цель дипломной работы –
4. Мониторинг. Мониторинг водных ресурсов Мониторинг – система постоянного наблюдения за явлениями и процессами, проходящими в окружающей
5. Характеристика водных ресурсов Водные ресурсы – поверхностные и подземные воды, которые находятся в водных объектах и
6. Мониторинг водных ресурсов Мониторинг водных ресурсов состоит из: мониторинга поверхностных водных объектов с учетом данных мониторинга,
7. VTK Visualization Toolkit (VTK) – это открытая кроссплатформенная система для трехмерной визуализации, моделирования, обработки изображений, научной
8. VTK Базовая модель данных VTK имеет возможность представить почти любую реальную физическую проблему. Базовые структуры данных
9. Пример визуализации в VTK
10. Архитектурные особенности VTK
11. Архитектурные особенности VTK Источник – это источник входных данных для последующей обработки. Существует два вида источников:
12. Qt Qt – это кроссплатформенный фреймворк для разработки программного обеспечения на языке программирования C++. Есть также
13. Отличительные особенности Qt Наличие системы плагинов, благодаря которым возможно расширить привычный функционал виджетов, связанной с размещением
14. Озеро Мичиган Мичиган (англ. Lake Michigan) — пресноводное озеро в США, одно из североамериканских Великих озёр.
15. Данные для визуализации значения месяца собраны в 12 часов дня 15 числа каждого месяца с 2006
16. Интерфейс приложения В исходной папке есть файл LakeMichigan с разрешением ui. Файл с таким разрешением, при
17. Интерфейс приложения
18. Интерфейс приложения Пример создания переключателя: QRadioButton*tempRadioDataMonth=this->ui-tempRadioDataMonth; QRadioButton*tempRadioDataDay=this->ui->tempRadioDataDay; QRadioButton*tempRadioDataHour=this->ui->tempRadioDataHour; Пример создания поля со списком: QComboBox *tempComboBox1_1 =
19. Анализ распределения температуры На поверхности температура воды ведет себя циклично в зависимости от времени года. Рассмотрим,
20. Анализ распределения температуры Рисунок с видом сверху показывает распределение температуры в июле 2006 года. Участки, выраженные
21. Анализ скорости водных потоков Течения с наибольшей скоростью зафиксированы на поверхности воды С вида сбоку четко
22. Анализ влияния ветра на водные потоки В некоторых случаях заметна корреляция между направлением ветра и течением
23. Анализ влияния ветра на водные потоки В других случаях не наблюдается никакой корреляции между направлением ветра
24. Анализ влияния ветра на водные потоки Также, при анализе, было зафиксировано, что при высокой скорости ветра,
26. Скачать презентацию

Слайд 2

Реферат
Объем работы: дипломная работа состоит из 45 страниц машинописного текста и

46 рисунков, содержит введение, основную часть, состоящую из 3 глав, в которой описана основная часть проделанной работы, заключение и список использованной литературы.
Глава 1 объясняет термин «мониторинг», дает описание водных ресурсов, объясняет зачем нужен мониторинг водных ресурсов.
Глава 2 содержит описание инструментов визуализации: библиотеки VTK, Qt, CMake и сферы, в которых они могут быть применены.
Глава 3 описывает процесс визуализации озера Мичиган с анализом полученных результатов.

Слайд 3

Введение
Новизна. Новизна работы заключается в разработке визуализации для конкретного водоема.
Цель.

Цель дипломной работы – использовать VTK как инструмент визуализации научных данных, продемонстрировать возможности VTK на примере озера Мичиган.
Задачи дипломной работы – визуализация нетривиального объекта, такого как водоем и анализ полученных результатов. Для решения этих задач нужно иметь ясное понимание о данных, о принципе работы инструментов визуализации, с которыми приходится работать.

Слайд 4

Мониторинг. Мониторинг водных ресурсов
Мониторинг – система постоянного наблюдения за явлениями и

процессами, проходящими в окружающей среде и обществе, результаты которого служат для обоснования управленческих решений по обеспечению безопасности людей и объектов экономики. В рамках системы наблюдения происходит оценка, контроль объекта, управление состоянием объекта в зависимости от воздействия определенных факторов.

Слайд 5

Характеристика водных ресурсов
Водные ресурсы – поверхностные и подземные воды, которые находятся

в водных объектах и используются или могут быть использованы. В более широком смысле – воды в жидком, твердом и газообразном состоянии и их распределение на Земле.
Водные ресурсы – это все воды гидросферы, то есть воды рек, озер, каналов, водохранилищ, морей и океанов, подземные воды, почвенная влага, вода (льды) горных и полярных ледников, водяные пары атмосферы.
Общий объём (единовременный запас) водных ресурсов составляет 1390 млн. куб. км, из них около 1340 млн. куб. км — воды Мирового океана. Менее 3 % составляют пресные воды, из них технически доступны для использования — всего 0,3 %.
Водные ресурсы считаются возобновляемыми, хотя до сих пор неясно, с какой скоростью водные ресурсы возобновляются после использования и как сильно их нехватка угрожает экосистеме Земли. Тем не менее, существуют технологии по опреснению солёных морских вод.

Слайд 6

Мониторинг водных ресурсов
Мониторинг водных ресурсов состоит из:
мониторинга поверхностных водных объектов

с учетом данных мониторинга, осуществляемого при проведении работ в области гидрометеорологии и смежных с ней областях;
мониторинга состояния дна и берегов водных объектов, а также состояния водоохранных зон;
мониторинга подземных вод с учетом данных государственного мониторинга состояния недр;
наблюдений за водохозяйственными системами, в том числе за гидротехническими сооружениями, а также за объемом вод при водопотреблении и водоотведении.

Слайд 7

VTK
Visualization Toolkit (VTK) – это открытая кроссплатформенная система для трехмерной визуализации,

моделирования, обработки изображений, научной графики, а также для построения двумерных графиков. VTK поддерживает широкий спектр алгоритмов визуализации, а также дает возможность использовать продвинутые методы визуализации и техники моделирования. Главными достоинствами VTK является его возможность использования параллельной обработки как потоковой, так и распределенной памяти для скорости и масштабируемости.
VTK не привередлив к платформе, т.е. VTK работает на Linux, Windows, Mac.

Слайд 8

VTK
Базовая модель данных VTK имеет возможность представить почти любую реальную физическую

проблему. Базовые структуры данных великолепно подходят при визуализации медицинских данных, а также данных полученных в ходе решения инженерных задач, посредством конечно – разностных и конечно – элементных методов.
VTK поддерживает взаимодействие данных. Взаимодействие помогает для понять значение данных. Такие элементы как виджеты, интеракторы и интерфейсы к библиотекам, таким как Qt, позволяют достичь всестороннего взаимодействия пользователя и приложения.
VTK активно используется в коммерческих приложениях, в научной отрасли, а также служит базисом в таких продвинутых инструментах визуализации как ParaView, VisIt, MOOSE, 3DSlicer, MayaVi и OsiriX.

Слайд 9

Пример визуализации в VTK

Слайд 10

Архитектурные особенности VTK

Слайд 11

Архитектурные особенности VTK
Источник – это источник входных данных для последующей обработки.

Существует два вида источников: reader, которые читают данные непосредственно из файлов и независимые источники, которые генерируют данные по входным параметрам без чтения из файлов.
Фильтр – это компонент, позволяющий модифицировать данные каким-либо способом, например: сабсэмплинг (подвыбока из общего массива данных), интерполяция, объединять данные с нескольких источников или, наоборот, делить массив данных на части.
Отображение – преобразование данных в графические примитивы. Это своего рода абстракция того, что нужно отобразить.
Регулирование – компонент, регулирующий визуальные свойства, например: прозрачность, цвет, освещение.
Визуализация или рендеринг – компонент, создающий видовое окно или, другими словами, окно с картинкой, которое видит пользователь.

Слайд 12

Qt
Qt – это кроссплатформенный фреймворк для разработки программного обеспечения на языке

программирования C++. Есть также «привязки» ко многим другим языкам программирования: Python – PyQt, PySide; Ruby – QtRuby; Java – Qt Jambi; PHP – PHP – Qt и др.
Комплектуется визуальной средой разработки графического интерфейса QtDesigner, позволяющей создавать диалоги и формы в режиме WYSIWYG. В поставке Qt есть Qt Linguist — графическая утилита, позволяющая упростить локализацию и перевод программы на многие языки; и Qt Assistant — справочная система Qt, упрощающая работу с документацией по библиотеке, а также позволяющая создавать кроссплатформенную справку для разрабатываемого на основе Qt программного обеспечения.

Слайд 13

Отличительные особенности Qt
Наличие системы плагинов, благодаря которым возможно расширить привычный функционал

виджетов, связанной с размещением их на экране, отображением, перерисовкой при изменении размеров окна (технология WoC — widgets on canvas).
Наличие качественной документации. Статьи документации снабжены большим количеством примеров. Исходный код самой библиотеки хорошо форматирован, подробно комментирован и легко читается, что также упрощает изучение Qt.

Слайд 14

Озеро Мичиган
Мичиган (англ. Lake Michigan) — пресноводное озеро в США, одно

из североамериканских Великих озёр. Единственное из Великих озёр, полностью находящееся на территории США, самое крупное из находящихся полностью в США.
Площадь Мичигана — около 57 750 км² (третье по площади среди Великих озёр), длина около 500 км, ширина около 190 км. Высота поверхности над уровнем моря — 177 м (как и у Гурона), глубина до 281 м. Покрыто льдом около четырёх месяцев в году

Слайд 15

Данные для визуализации
значения месяца собраны в 12 часов дня 15 числа

каждого месяца с 2006 по 2010 года;
значения дней также были собраны в 12 часов дня каждый день в течение вышеуказанного периода;
значения часов собирались каждые 3 часа;
данные скорости ветра получены с Great Lakes Environmental Research Laboratory;
значения скорости ветра собирались с пяти городов – Чикаго, Мичиган, Милуоки, Маскекгон и Саут – Хейвен.

Слайд 16

Интерфейс приложения
В исходной папке есть файл LakeMichigan с разрешением ui. Файл

с таким разрешением, при визуализации посредством VTK и Qt, нужно открыть с помощью QtDesigner. С помощью QtDesigner можно создавать визуальные компоненты приложения, посредством которых можно будет смотреть на изображение более детально. Под визуальными компонентами имеются ввиду кнопки, переключатели, флажки, выпадающие списки и скроллбары.

Слайд 17

Интерфейс приложения

Слайд 18

Интерфейс приложения
Пример создания переключателя:
QRadioButtontempRadioDataMonth=this->ui-tempRadioDataMonth;
QRadioButtontempRadioDataDay=this->ui->tempRadioDataDay;
QRadioButtontempRadioDataHour=this->ui->tempRadioDataHour;
Пример создания поля со списком:
QComboBox tempComboBox1_1 = this->ui->tempComboBox1_1;
QComboBox

*tempComboBox2_1 = this->ui->tempComboBox2_1;
QComboBox *tempComboBox1_2 = this->ui->tempComboBox1_2;
QComboBox *tempComboBox2_2 = this->ui->tempComboBox2_2;
Пример инициализации:
tempComboBox1_1->addItem("January");
tempComboBox1_1->addItem("February");

Слайд 19

Анализ распределения температуры
На поверхности температура воды ведет себя циклично в зависимости

от времени года. Рассмотрим, для примера, распределение температуры в январе с 2006 по 2010 и июле с 2006 и 2010.

Слайд 20

Анализ распределения температуры
Рисунок с видом сверху показывает распределение температуры в июле

2006 года. Участки, выраженные красным цветом, указывают на более высокую температуру, в то время как бледные участки на низкую соответственно.
Вид на озеро сбоку четко показывает, что вода на поверхности намного теплее, нежели на глубине: на глубине температура, в целом, постоянна.

Слайд 21

Анализ скорости водных потоков
Течения с наибольшей скоростью зафиксированы на поверхности воды
С

вида сбоку четко видно, что течения с наибольшей скоростью сосредоточены на поверхности озера

Слайд 22

Анализ влияния ветра на водные потоки
В некоторых случаях заметна корреляция между

направлением ветра и течением воды.

Слайд 23

Анализ влияния ветра на водные потоки
В других случаях не наблюдается никакой

корреляции между направлением ветра и течением воды.

Слайд 24

Анализ влияния ветра на водные потоки
Также, при анализе, было зафиксировано, что

при высокой скорости ветра, скорость течений на поверхности озера также была высокой.

Компьютерное моделирование систем мониторинга водных ресурсов и визуализации в VTK

Содержание

РефератОбъем работы: дипломная работа состоит из 45 страниц машинописного текста и

ВведениеНовизна. Новизна работы заключается в разработке визуализации для конкретного водоема. Цель.

Мониторинг. Мониторинг водных ресурсовМониторинг – система постоянного наблюдения за явлениями и

Характеристика водных ресурсовВодные ресурсы – поверхностные и подземные воды, которые находятся

Мониторинг водных ресурсов Мониторинг водных ресурсов состоит из:мониторинга поверхностных водных объектов

VTKVisualization Toolkit (VTK) – это открытая кроссплатформенная система для трехмерной визуализации,

VTKБазовая модель данных VTK имеет возможность представить почти любую реальную физическую

Пример визуализации в VTK

Архитектурные особенности VTK

Архитектурные особенности VTKИсточник – это источник входных данных для последующей обработки.

QtQt – это кроссплатформенный фреймворк для разработки программного обеспечения на языке

Отличительные особенности QtНаличие системы плагинов, благодаря которым возможно расширить привычный функционал

Озеро МичиганМичиган (англ. Lake Michigan) — пресноводное озеро в США, одно

Данные для визуализациизначения месяца собраны в 12 часов дня 15 числа

Интерфейс приложенияВ исходной папке есть файл LakeMichigan с разрешением ui. Файл