|
Навигация
Популярное
|
Публикации «Сигма-Тест» Моделирование волновых процессов 1 2 3 [ 4 ] 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 собственных полей излучателей, точечных и распределенных, так и обратные задачи о восстановлении на экране полей в волноводе по сигналу, принятому на вертикальной сеточной апертуре волновода или горизонтальном сеточном отрезке. Визуализация волновых полей на экране дисплея как в модельных, так и в реальных экспериментах позволяет рассмотреть изменение свойств ПЗК на трассе, исследовать влияние всех параметров (частота, местоположение излзд1ателя, свойства среды, границ и т.п.) на полное звуковое поле, найти и изучить пик-факторы поля вблизи источника, исследовать расплывание сигнала во времени и в пространстве. На экране дисплея можно видеть, как формируется полное акустическое поле в волноводе с одним или двумя каналами, как изменяется уро вень поля на каустиках сложной формы, в тени, в ПЗК с неровными рас сеивающими и поглощающими границами, с переменной по трассе гидрологией, в трехмерном волноводе, как цилиндрическом, так и слоистом Интерес представляет изменение всего поля в зависимости от частоты от местоположения излучателя и его характеристики направленности, Для исследования полей в различных волноводах это, несомненно, очень ценная возможность, а картины полного поля обладают определенным эстетическим содержанием. Полное поле можно вычислять МКР в предположении веерной характеристики направленности излучения волн, наблюдая каждый волновой луч в узком пространственном угле. Такая картина тоже красива и более содержательна, чем просто множество лучей, В с)ацности, с помощью МКР компьютер, сопряженный с дисплеем или графопостроителем, помог увидеть то, что лежало на поверхности, но оставалось невидимым из-за недостаточной вычислительной эффективности ЛМ и МНВ. В предположении слоистости волновода можно для вычисления использовать МНВ, а для визуализации геометрической картины лучей - приближение ЛМ. Однако лзд1и - это только скелет волнового поля. Информация, переносимая ими при решении прямых и обратных задач, сильно ограничена по сравнению с волновой информацией. Если же ддя вычисления полного поля складывать десятки, сотни и тысячи нормальных волн в каждом узле сетки, то соответственно возрастает объем вычислений. Поэтому в МНВ полное поле, как правило, не вычислялось. Ограничивались его разрезами. После того как было показано, что МКР по скорости и универсальности превосходит МНВ, положение изменилось. Стало возможным вводить сетку в волноводе так, чтобы она была адекватна сетке на экране дисплея и обеспечивала необходимую четкость высвечивания поля. При этом можно наиболее эффективно решать задачи визуализации волновых полей и графического моделирования. Высокопроизводительный персональный компьютер, диалоговая графическая система, трехмерная цветная графика для изображения волновых полей в различных масштабах и ракурсах и программы МКР для их вычисления создают зрительную информацию о волновых полях, которая наиболее полно соответствует их всестороннему изучению, дает эстетическую картину восприятия сложного физического явления. При этом, кроме анализа, в работу включается воображение исследователя. Не зря, компьютер, оснащенный трехмерной графикой, называют инструментом воображения. Графический ввдеоиндикатор для персональной ЭВМ - это инстру- мент научной фантазии. Исследователь как бы сливается с предметом своего исследования, а обработка информации осуществляется глазом. Зрительное восприятие всего поля в волноводе дает больше возможностей, чем восприятие одного-двух горизонтальных разрезов, так привившихся в старом традиционном облике акустики океана благодаря отсутствию производительных ЭВМ. В новом облике акустика океана, возможно, представление на видеоиндикаторе сразу нескольких сотен разрезов в виде объемной трехмерной картины поля и одновременной динамики этой картины в зависимости от параметров задачи. Однако старое оказалось таким стойким и привычным, что даже получение большого объема информации и ее графическое представление на экране подвергались критике и не всегда встречали понимание у специалистов, привыкших анализировать разрезы, т.е. одномерные функции. Приведем примерный комплекс программ на основе МКР для графического представления полей на экране дисплея. 1. Регулярные волноводы; разные гидрологии, трассы, различное местоположение излучателя или нескольких излучателей; широкий диапазон частот. 2. Неидеальные волноводы; потери на границах, в среде, на излучеш1и, при рассеянии; перекачка энергии из канала в канал. 3. Различные излзд1атели в волноводе: точечный, точечный с ограниченным пространством спектра, излучатели в среде и на границах, распределенный излзатель в среде и на границах, поршневой излзатель, веерный излучатель. 4. Обратная задача в волноводе; различные размеры и местоположение излучателя, изменение частоты, гидрологии, наличие нескольких излучателей, различные местоположения и размеры сеточного отрезка, на котором задано поле для решения обратных задач, наличие случайного шумового сигнала. 5. Векторное полное поле (поле скорости в волноводе, полученное численным дифференцированием по любому направлению [58]). 6. Демонстрация на экране дисплея применения различных методов и схем повышения и контроля точности в волноводе; стабилизация поля при мельчании шагов сетки и при использовании многоточечных разностных схем. 7. Нерегулярные волноводы; изменение гидрологии по трассе, влияние переменных потерь в среде и на границах, рельефа поверхности и дна, влияние рассения в среде и на границах. 8. Волновод и клин; диаграмма направленности поля в клине; обратные задачи в клине, сопряженном с волноводом; другие неоднородности (горы, впадины и т.п.) . 9. Поля в трехмерных волноводах, их двумерные разрезы, влияние трехмерной неоднородности среды на формирование поля. 10. Частотно-пространственные диаграммы в регулярных и в нерегулярных волноводах. Для вычисления и визуализации поля скоростей можно хранить вычисленное скалярное поле в соответствующей памяти и выводить на экран дисплея его производные по разным направлениям. 2. Зак. 831 17 Высокая скорость МКР и достаточная разрешающая способность дисплея позволяют увидеть на экране полные волновые поля для самых разнообразных волновых задач, как детерминированных, так и статистических. Возможно случайное изменение положения излучателя, свойств среды и границ. Графическое моделирование, трехмерная машинная цветная графика позволила ввести в процесс научного исследования волновых полей критерий очевидности. Он основан на уникальной способности человеческого глаза видеть, анализировать всю картину в целом и сосредоточивать внимание на необходимых деталях. Понятно, что такой общий, созерцательный подход к сложным задачам имеет преимущество перед числовым, где тысячи многозначных чисел скорее скрывают информацию и затрудняют ее использование. Графическая диалоговая система человек-ЭВМ-экран дисплея обладает целым рядом преимуществ перед трудновоспринимае-мыми массивами численного моделирования и кривыми разрезов поля на одномерных графиках. Графическое полномасштабное моделирование в задачах обтекания тел, поведения плазменных волн, распределения напряжений в телах, эволюции звездных систем, динамике процессов горения и взрыва - общепризнанный путь исследования. Для сложных задач лзд1ше один раз увидеть исследуемый объект на экране, чем иметь многие тысячи цифр в памяти ЭВМ или на бумаге. С помощью МКР становится возможным получить изображение волновых полей, акустических полей в океане. Графическое моделирование обеспечивает единый подход к программным и алгоритмическим средствам: Объект, с которым человек работает, появляется на дисплее, а не только обрабатывается где-то там в глубине электронных схем. Создается модель (модель поля, модель акустических волн в океане), имеющая зрительное выражение, и человек ощущает себя находящимся как бы в этом мире... Новый способ - это некое аппаратурное новшество или определенная система программирования, а скорее, смена вех в работе с ЭВМ, новая идеология наших отношений с миром компьютеров... Программирование приобретает дополнительный облик прямой и творческой деятельности . Графическое моделирование удобно при постановке вычислительных экспериментов. МКР обеспечивает при этом все необходимые условия проведения ВЭ: универсальность, быстродействие, ишрокие пределы применения, гибкость ддя широкого класса задач, точность. Когда представляющий интерес эффект обнаружен и его необходимо вычислять и представить точнее, то это несложно сделать, используя разностные схемы повышенной точности на той же самой сетке или уменьшая шаг сетки. Изображение поля на экране дисплея имеет также большое значение при анализе точности вычислений. На экране видна стабилизация результатов в зависимости от точности схемы и шагов сетки. Это особенно удобно, когда компьютерные программы проверяются тестированием некоторых контрольных задач, а не строгим математическим доказательством, которое не всегда возможно и часто дает завышенную оценку ошибки. Программы МКР позволяют вычислять полное поле в волноводе и выводить его на экран. Что дает информация, полу11енная при вычислении и визуализации полного поля? Во-первых, видно сразу все детшти поля - Ершов АЛ. Объект на дисплее Знание - сила. 1986. № 1. 18
|
© 2010 www.sigma-test.ru Санкт-Петербург: +7 (812) 265-34-48, +7 (812) 567-94-10
Разработка и поддержка сайта: +7(495)795-01-39 после гудка 148651, sigma-test.ru(my_love_dog)r01-service.ru Копирование текстовой и графической информации разрешено при наличии ссылки. |