Многооконный графический редактор VolSUGraph 1.0 для визуализации результатов моделирования

Визуальное представление научных данных является важнейшим компонентом научно-исследовательской работы. Создание специализированных пакетов прикладных программ является условием эффективного внедрения вычислительной техники в практику, выступая в качестве важного инструмента реализации критических технологий по направлению «Технологии обработки, хранения, передачи и защиты информации» (Перечень критических технологий РФ от 21 мая 2006 года).

Была поставлена задача создания программного обеспечения (ПО), которое, с одной стороны, было бы более легким и простым для конфигурирования и программирования, по сравнению, например, с пакетами MathLab, FreeMat, Scilab, CorelDRAW, R Project, Maple, Mathematica, Mathcad, LabVIEW, Maxima, Giac/Xcas, КОМПАС, AutoCAD, nanoCAD и других САПР, с другой – обеспечивало рабо- ту по обработке данных на профессиональном уровне, являясь свободно распространяющимся программным продуктом, легким и функциональным приложением [6]. В данной работе описаны характерные особенности созданного программного комплекса VolSUGraph 1.0 (рис. 1). По своим функциональным возможностям в плане визуализации численных данных редактор VolSUGraph близок к Grapher (Golden Software, Inc.), Advanced Grapher, Golden Software Grapher, RLPlot, SMath Studio, Origin, Extrema (Physica), OpenDX, Inkscape, MayaVi, HARVARD GRAFICS и заметно превосходит ZyukaGraphik, Gnuplot (2D), Microsoft Excel, Open Office, Dia, MultyGraphiX (2D), MS WORD, Fityk. Обсуждаются средства разработки и структура ПО, кратко описаны функциональные возможности, компоненты интерфейса, атрибуты созданных классов. Важной особенностью представляется многодокументный интерфейс работы с графиками, реализованный в VolSUGraph, и наличие широкого набора растровых графических форматов png, gif, jpg, tif, bmp и векторного EMF.

Указанные возможности по преобразованию растровых изображений в векторные форматы (векторизации) позволяют использо- вать VolSUGraph для задач обработки данных [4; 9] и формирования входных параметров для геоинформационных систем [8]. Процесс преобразования регулируется гибким набором настроек для каждого типа изображений.

Информационная модель и реализация

Для создания моделей и структурных диаграмм VolSUGraph использовался Microsoft Office Visio 2007 [5]. Разрабатываемое приложение имеет сложную структуру, благодаря которой обеспечивает оптимальную скорость работы и качество диаграмм. Основной функционал приложения составляет набор классов (схема взаимодействия показана на рисунке 2): Графическое полотно (Polotno), Bar-График (BarG), График функции (Function), Линии и точки (LineOrSymbols), Rout (набор часто используемых функций), Размер документа (SizeFrm),

Координаты (SymbolS), SelectGraph (редактирование, транспонирование данных), Propertis (параметры документа), GraphCollect (массивы графиков).

В основе проектирования ПО лежат разработанные диаграмма вариантов использования и диаграмма компонентов приложения VolSUGraph.

Структурная часть приложения состоит из самого приложения и подключаемых к нему библиотек:

• 1)    ParserFunc.dll, которая предоставляет набор методов для разбора строки функции, с помощью которой можно работать с математическими функциями, переводя их из строковой формы инфиксной записи в обработанное представление;

• 2)    KIAGraph.dll, которая играет роль графического движка, содержит методы вывода графиков.

  

  Рис. 1. Общий вид панели VolSUGraph

  
  

  Propertis

  
  

  +Radius : Целое число +lsSelectedG : булев

  
  

  GraphCollect

  
  

  LineOrSymbols

  
  

  SelectGraph

  +MAS : объект(1б1)

  -transpon()

  -Print()

  -createB()

  
  

  +AutoColor: булев +Legenda : строка +ColorGraph : объект __ +WidthLine : двойной | +SmootTens : двойной ¹ +ShowPoint: булев

  +Showl_ine : булев

  -Check()

  -Parse()

  
  

  +SymbolTypes : строка +FillPoint: объект +SizePoint: Целое число +FillTypes : объект -Width : Двойной -SmootTens : двойной -ShowLine : булев -Legenda : строка +LoadFile()

  -Parse()

  
  

  Symbols

  
  

  +X : Объект

  +Y : Объект

  +TypeGraph : Целое число

  -IsEdit: булев

  +AddSymb() +EditSymb() +DelSymb() -Parse()

  -Sellndex()

  
  

  Polotno

  
  

  -width : Целое число -Height: Целое число +Description : строка +Legend : Строка +FON : Объект +XY : Целое число +OSX() +Сору() +CancelScaleO +DoPrint() +SaveAs()

  
  
  

  0..1

  
  

  Документ

  

  Function

  
  

  +Width : Целое число +Height: Целое число -Func()

  -CG()

  -FYnc()

  
  

  +ColorGraph : Объект +WidthStup : Целое число +Legenda : строка +Position : булев +lsVisSymbl_abel: булев +ShowBoard : булев +BorderColor : Объект +RndColor: булев

  +3агрузить таблицу из файла() -Parse()

  
  

  +Pix : Целое число +Step : Целое число +Col : объект

  
  

  -Item : Строка

  -Index : Целое число

  
  

  PositionFile

  +YPOS

  +Transpone

  
  

  • - ar: объект

  • - key : объект

  -nameop : объект

  • - rez : объект

  -Stand()

  -MedSredQ

  -MAX()

  -MIN()

  -SRED()

  -SUMQ

  
  

  StatRez

  
  

  -ar: объект

  -key: объект

  -nameop : объект

  -rez: объект

  -Load()

  
  

  +CreateMDI() +Save() +SaveAs() +Savelmage() +Close() +CG() -ActivForm()

  
  

  +Width : Целое число +Height: Целое число -SizeForm_()

  
  

  +SymbType : строка +SymbType : объект +SizePoint : Целое число +FType : объект +XY : Объект

  +Stepm : Целое число +Func : булен

  - ~ +У= : строка +Х= : строка +G(T)= : строка +SmoothTens : двойной +М(Х)= : строка +Func3 : строка +Legend :строка

  -Parse()

  -CreateG()

  
  

Рис. 2. Диаграмма классов VolSUGraph

Тестирование происходило на машинах с разной аппаратной конфигурацией. Функциональное тестирование приложения осуществлялось вместе со следующими видами тестирования графического интерфейса пользователя: тестирование на соответствие стандартам графических интерфейсов [1], тестирование с различными разрешениями экрана, тестирование в ограниченных условиях нехватки памяти.

Весь код пакета VolSUGraph был написан в среде разработки программного обеспечения Microsoft Visual Studio 2008 [7]. При создании редактора для работы с графиками VolSUGraph были учтены различные недостатки имеющихся программных продуктов.

Графический движок для визуализации диаграмм выполнен в виде подключаемой биб- лиотеки, содержит атрибуты и функции вывода графиков. Содержит собственную графическую область с разметкой, позволяя масштабировать и менять область отображения диаграмм. Предусмотрена возможность полного редактирования атрибутов графического полотна и диаграмм, включая выбор параметров цветов, заливки, толщины и типа линий, задание сетки, уровня сглаживания, отображение всплывающей подсказки и многое другое. Для сглаживания графиков функций был выбран метод интерполяции B-cплайнами с помощью алгоритма де Бора.

При написании модуля экспорта графиков в растровый формат были использованы алгоритмы RLE (Run Length Encoding), LZW (Lempel-Ziv-Welch), LZ-Huffman [10]. В инфор- мационной системе реализованы базы данных для хранения и обработки внешней информации и параметров настройки проекта, которые основаны на специально разработанных двух классах хранилища данных.

Функциональные возможности

Перечислим основные наиболее характерные особенности созданного программного продукта:

• -    Возможность масштабирования графических объектов.

• -    Возможность сохранения графика в растровые и векторные форматы.

• -    Вывод построенных графиков на печать, в том числе создание PS- и EPS-файлов.

• -    Многофункциональное редактирование и настройка графического полотна и графиков.

• -    Многодокументный дружественный интуитивно понятный интерфейс [3].

• -    Интерактивный режим – при наведении указателя мыши на график появляется подсказка с данными выбранной точки. Создана система быстрого вызова элементов меню.

• -    Множество параметров дизайна координатной плоскости (параметры осей, сетки, фона, надписей, цветовая палитра).

• -    Поддержка большого числа видов графиков.

• -    Большой набор параметров, определяющих свойства графиков (цветовая палитра, типы линий и точек, их заполнений, градиентный цвет и др.), возможности интерполяции, функции редактирования и настройки легенд [6].

• -    Имеется список истории создания графических объектов.

  

  Длина штрихов

  Длина пропусков

  Длина пропусков

  РлавниЬ^{1 1 1}

  (Графическое полотно

  | Главная сетка по X

  Длина пропусков 5

  I__| Главная сетка по

  Длина штрихов 10

  □ Дополнительная сетка по X

  Длина штрихов

  Длина пропусков 5

  I__| Дополнительная сетка по'

  Длина штрихов

  0 Легенда     | Г рафик О

  Цвет графика

  Толщина графика

  0 Сглаживание 14

  □

  Заполнение

  Круг

  ■

  0 Показать точки I Построить |

  0 Показать линии [ Отмена ]

  Копировать

  Показать значения точек

  Отобразить историю

  Отображать значения под курсором

  Alt+C Ctrl+G Ctrl+H Ctrl+Z

  0 Выделение графика при нажатии Радиус области видимости графика 3|

  Ctrl+N

  График!

  Открыть

  » М еню документа

  и

  Сохранить проект

  Ctrl+S

  Сохранить массив точек

  Реестр_Р

  Параметры страницы

  М

  Предварительный просмотр

  Ctrl+P

  Печать

  Выход

  Настройки | Справка

  Alt+S

  ® X - первый столбец

  &

  Alt+P

  [0 Транспонировать |      [ Далее |

  Параметры программы Alt+O

  оз _

  НастройгйТ

  Пределы

  п

  CtrkM

  Настройки программы

  Формат таблицы Файла © Y - первый стобец

  Ctrl+Q Ctrl+V

  X ’t-

  сохранить проект как

  Сохранить изображение

  | Применить |

  [ Отмена |

  Удалить график

  Редактировать график

  Редактировать массив точек

  о Массив графиков

  Кривая

  Ваг график

  Название графика

  Q ОсьХ

  Размер

  Настройки полотна

  * .8 @ ■чК П

  Файл i Правка У Создать

  Г рафик   Настройки Cnpai

  ■ 1 » * »i ij *041 х

  Параметрический график Ctrl+O

  Правка | График Настройки Справка в -

  уд Загрузить график из файла Ctrl+A

  X Удалить график t Редактировать график ^ Редактровать массив точек

  Заголовок Цвет Фона [ Цвет легенды ■

  VolsuGraph

  Файл Правка График Настройки Справка

  1фик | Настройки Справка

  Массив кривых

  Кривая

  Ваг график

  Функция

  •TtStSS

  Применит

  □ Авто

  Отмена

  Построить

  Отмена

  ДопоЛнитёлкйые

  Шрифт | Arial, 16. Bold |

  Размер промежуточных точек 2,5 П Рамка

  Толщина линий полотна 1

  Т олщина 2

  I ] Вывешить значения точек @ Над ступенями . ¹ Внутри ступеней

  0 Легенда      График О

  0 Градиентный цвет

  Цвет графика £

  Тип заполнения | GradientByZ ^

  Тип графика | Cluster к |

  [ о Горизонтально

  О Вертикально

  Рис. 3. Структура документа, графические формы управления и примеры графических полотен

  
  
  
  
  
  
  
  

• - Реализован редактор матриц данных.

На рисунке 3 показаны в качестве примеров некоторые формы и панели VolSUGraph.

Заключение

Созданный программный пакет VolSUGraph является достаточно мощным и в то же время легким в освоении средством для построения графиков и диаграмм числовых зависимостей. Легкость настройки и продуманный дизайн позволит легко и быстро построить нужный график или диаграмму, а возможность глубокой настройки графического полотна и параметров диаграммы добавит графикам оригинальность. Созданный программный комплекс (ПК) может являться элементом системы моделирования и обработки данных на основе сервисно-ориентированной архитектуры [2].