Модификация алгоритма Space Colonization для задач имитационного моделирования процесса роста лесной растительности Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Программные средства и информационные технологии

всех пользователей системы; таким образом, информация о разрабатываемом изделии появится в базе данных ещё до того, как само изделие начнёт проектироваться. Как следствие, наполнение базы данных параметрами об изделиях произойдёт автоматически, в процессе осуществления поисковых запросов, проводимых специалистами конструкторского отделения, при соблюдении ими несложной процедуры регистрации.

При возникновении необходимости внесений изменений в схему систематизации изделий - классификацию, наборы атрибутов - система сама будет являться инструментом для систематизации, предоставив возможность администраторам посредством поисковых запросов по уже имеющимся в базе значениям атрибутов делать выборки, находить схожие по характеристикам изделия, объединять их в общие классы.

Автоматизированная подборка изделий со схожими характеристиками поможет при принятии решений об унификации.

Также следует отметить, что применение предлагаемой регистрационно-поисковой системы не препятствует использованию штатного поискового функционала СЛО-систем при возникновении такой необходимости: описанные принципы не исключают воз-

можность получения из неё таблиц параметров типовых изделий, которые можно затем экспортировать в формат системы или передать напрямую, обеспечив тем самым синхронизацию данных с используемой CAD-системой.

Библиографические ссылки

1. ГОСТ 23945.0-80. Унификация изделий GOST 23945.0-80 UNIFIKATCIIAIZDELII'.

2. Стандартные изделия : корпоративный справочник. URL: http://machinery.ascon.ru/software/tasks/ items/?prcid = 167&prpid = 891 Korporativny'i' spravochnik Standartny'e Izdeliia.

3. Корпоративная система управления НСИ Semantic. URL: http://www.sdi-solution.ru/index.php/ products/ korporativnaya-sistema-upravleniya-nsi-seman Korporativnaia sistema upravleniia NSI «Semantic».

4. Введение в информационно-поисковые системы. Тверской государственный технический университет, 2005; сост. : В. К. Иванов, К. В. Иванов. Ч. 2; с. 30; (Vvedenie v informatcionno-poiskovy'e sistemy' Tverskoi' GosudarstvennyT Tekhnicheskii' Universitet, 2005; Kafedra «Informatcionny'e sistemy'»; Sostaviteli: V. K. Ivanov, K. V. Ivanov. Chast' 2).

© Темляков А. В., 2013

УДК 004.942

МОДИФИКАЦИЯ АЛГОРИТМА SPACE COLONIZATION ДЛЯ ЗАДАЧ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА РОСТА ЛЕСНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ

А. А. Ткачева

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Россия, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 Е-mail: tkacheva@mail.sibsau.ru

Для создания моделей лесной растительности используются особые методы и алгоритмы. Рассматривается возможность применения алгоритма Space Colonization для решения подобных задач, приведены полученные результаты для различных исходных данных, получены трехмерные модели, произведена визуальная оценка реалистичности полученных моделей.

Ключевые слова: имитационное моделирование, 3D-модели, алгоритм Space Colonization, моделирование растительности.

MODIFICATION OF SPACE COLONIZATION ALGORITHM TO SIMULATE THE GROWTH PROCESS OF FOREST VEGETATION

A. A. Tkacheva

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, "Krasnoyarsky Rabochy" Av., Krasnoyarsk, 660014, Russia. E-mail: tkacheva@mail.sibsau.ru

The special methods and algorithms for creation models offorest vegetation are used. The possibility of application of Space Colonization algorithm for solving such problems is considered, the results obtained for a variety of input data are described, a three-dimensional model is obtained, a visual assessment of the realism of the obtained models are given.

Keywords: simulation modeling, 3d-models, Space Colonization algorithm, plant modeling.

Моделирование растительности для систем САПР -нетривиальная задача, при их моделировании в данных системах возникают особые трудности, связанные со сложной ветвящейся структурой деревьев и

кустарников. Соответственно, для создания моделей лесной растительности используются особые методы и алгоритмы. Для решения подобных задач широко используются Ь-системы, для каждого типа ветвле-

Решетневскуе чтения. 2013

ния: моноподиальное, симподиальное и тернарное, в данном случае разработаны собственные L-системы, содержащие свои уникальные правила ветвления и исходные параметры (углы ветвления, радиусы ветвей и т. п.) [1]. Однако для получения модели с заданными внешними характеристиками (тип ветвления, породы дерева, достаточность освещенности, наличие преград, возраст растения) необходимы специальные экспертные знания биологических процессов роста растений (фотосинтез, гелиотропизм и др.). Алгоритмы, альтернативные L-системам, в той или иной мере основываются на фракталах, соответственно, для их описания можно также использовать грамматику L-систем.

Рассмотрим иной подход к моделированию растительности - использование алгоритма Space Colonization.

Несмотря на то, что изначально данный алгоритм применялся для предсказания движения пешеходов в толпе, его можно применить и для моделирования растительности, так как нетрудно заметить, что для определения возможной траектории движения пешехода строится некая ветвящаяся структура, подобная растениям.

Основная идея алгоритма Space Colonization заключается в итеративном добавлении новых элементов (ветвей) к существующей геометрической структуре объекта (дерева), сформированного на предыдущих шагах [2].

Данный алгоритм является адаптивным, т. е. процесс роста зависит от следующих параметров: близлежащее присутствие объектов окружающего мира, соседство с другими деревьями. Изначально задается «облако» из N точек (листьев), их суммарное количество обычно составляет сотни или тысячи, соответст-

венно, на этом этапе можно задать некие препятствия роста дерева, причем точки, выходящие за заданные границы, будут отбрасываться. Также на этом этапе задается начальная точка ствола, с которой начинается итеративное построение «скелета» дерева, на каждой итерации воспроизводится ветвь в направлении ближайшей точки кроны дерева.

Приведем примеры различных исходных «облаков» точек. Для детального построения геометрии дерева необходимо задавать «облака» точек, содержащих сотни элементов, также немаловажным является и распределение точек по всей области облака (рис. 1).

Математическая постановка задачи заключается в следующем: пусть имеется некоторая «корневая» точка v, из этой точки может выходить несколько ветвей, т. е. в окрестности данной точки имеется множество точек S(v), находящихся на расстоянии меньшем, чем di - параметр, задаваемый пользователем (параметр управления).

Если множество S(v) не пустое, то новая точка V присоединяется к общей структуре дерева путем построения сегмента (v, v'). Причем новая точка V находится на расстоянии D от исходной точки v в направлении средненормированного вектора по отношению ко всем источникам.

Данный процесс заканчивается при прохождении всех точек кроны дерева (N) либо при выполнении заданного пользователем количества итераций. Некоторые узловые точки удаляются, т. е. при построении нового сегмента происходит проверка: все точки, находящиеся на расстоянии dk (dk - kill distance, входной параметр) от точки v', удаляются. Полученные результаты, приближенные к реальности, представлены на рис. 2 (модель дерева и модель кустарника).

а б в г

Рис. 1. Результаты первых этапов работы алгоритма Space Colonization для различных «облаков» точек: а, б - «облако» точек с элементами, сосредоточенными ближе к границе / центральной оси; в, г - концентрация элементов «облака» в верхних и нижних частях соответственно

Программные редктва и информационные технологии

Рис. 2. Модели дерева и кустарника, полученные с помощью алгоритма Space Colonization

Одна из наиболее важных особенностей данного алгоритма заключается в возможности моделирования деревьев и кустарников различной формы, связанной с воздействием окружающей среды: освещенность, расположенность моделируемых объектов вдоль стены или иных преград, соседство рядом с другой растительностью.

Библиографические ссылки

1. Boudon F., Pradal C., Cokelaer T., Prusinkiewicz P., Godin C. L-Py: an L-System simulation framework for modeling plant development based on a dynamic language // Frontiers in technical advances in plant science. 2012. C. 1-20.

2. de Lima Bicho A., Rodrigues R., Musse S., Jung C., Paravisi M. Simulating crowds based on a space colonization algorithm // Computers and Graphics. 2012. № 36. C. 70-79.

References

1. Boudon F., Pradal C., Cokelaer T., Prusinkiewicz P., Godin C. L-Py: an L-System simulation framework for modeling plant development based on a dynamic language. Frontiers in technical advances in plant science, 2012, pp. 1-20.

2. de Lima Bicho A., Rodrigues R., Musse S., Jung C. ,Paravisi M. Simulating crowds based on a space colonization algorithm. Computers and Graphics, 2012, pp. 70-79.

© Ткачева А. А., 2013

УДК 004.422.81

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАБОЧЕГО МЕСТА ДЕКАНА

В. А. Ушаков

Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения 190000, Россия, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 67 E-mail: Mr.vitaly.ushakov@yandex.ru

Описывается проблема повышения эффективности деятельности деканата путем разработки автоматизированного рабочего места декана.

Ключевые слова: автоматизация рабочего места, декан, информатизация, учебная часть.