Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 3 за 2022 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

21. Разработка системы для управления профессиональным развитием студента на основе его цифрового следа [№3 за 2022 год]
Авторы: Боганюк Ю.В., Воробьева М.С., Захарова И.Г.
Просмотров: 1488
Большинство существующих в вузах информационных систем лишено функции глубокого анализа работ студента. Такой анализ должен включать тексты отчетов, реализованные проекты и программный код, в комплексе составляющие цифровой след студента. Авторы разработали интеллектуальную систему, решающую эти задачи и представленную набором модулей для мониторинга, управления и прогнозирования профессионального развития студента как ИТ-специалиста с по-мощью технологий Big Data и Data mining. При разработке были учтены особенности текущего процесса: например, наличие нескольких информационных систем и файловых хранилищ в вузе, наличие различных ролей внутренних и внешних пользователей и учет потребностей и проблем пользователей, с которыми они сталкиваются в процессе работы и обучения. Одним из ключевых элементов системы является разработанное мультиуровневое хранилище данных, состоящее из двух компонентов: реляционной БД и NoSQL-хранилища. Система ориентирована не только на анализ успеваемости, но и на текстовые документы, продуцируемые самими студентами, а также документы, регламентирующие его образовательную траекторию. Разработанная система позволяет расширить возможности принятия решений в управлении образовательным процессом на всех уровнях (студент, преподаватель, администрация университета) за счет применения современных методов и технологий интеллектуального анализа данных к менее изученной части цифрового следа студента. Кроме того, открываются новые возможности для взаимодействия университета с работодателями и абитуриентами.

22. Решение задачи дифракции электромагнитной волны на экранах произвольной формы с использованием технологии CUDA [№3 за 2022 год]
Авторы: Гиниятова Д.Х., Маркина А.Г.
Просмотров: 1953
Рассмотрен алгоритм решения задачи дифракции плоской электромагнитной волны на экранах произвольной формы с применением технологии параллельного программирования CUDA. Задача сформулирована в виде интегро-дифференциального уравнения. Ее численное решение условно разделено на три этапа. На первом этапе построена треугольная сетка, покрывающая поверхность исходной области. На основе этой сетки сформирован массив так называемых RWG-элементов (пар треугольников с общим внутренним ребром) и вычислены дополнительные гео-метрические характеристики. На втором этапе вычислены элементы матрицы моментов и столбца правой части системы линейных алгебраических уравнений, для решения которой на третьем этапе применен метод моментов. В качестве базисных и пробных функций использованы RWG-функции. Для построения соответствующих RWG-элементов на GPU разработан простой и быстрый алгоритм триангуляции области с произвольной границей. Представлены численные результаты решения задачи дифракции для экрана канонической (квадратной) формы и правильного восьми-угольника с разным уровнем дискретизации области. Полученные значения хорошо согласуются с результатами прежних исследований. Проведен сравнительный анализ времени выполнения последовательного и параллельного алгоритмов, который показал, что применение технологии CUDA существенно ускоряет решение задачи дифракции электромагнитной волны на плоских металлических экранах произвольной формы. При заполнении матрицы моментов максимальное 20-кратное ускорение достигнуто при количестве RWG-элементов, превышающем 2 500.

23. Структуризация сущностей естественного текста с использованием нейронных сетей для генерации трехмерных сцен [№3 за 2022 год]
Авторы: Козар Б.А., Кугуракова В.В., Сахибгареева Г.Ф.
Просмотров: 2776
Предметом настоящего исследования является автоматизация с помощью нейронных сетей процесса сборки трехмерной сцены, которая может быть использована как для генерации по текстовому описанию трехмерных сцен или локаций в компьютерных играх, так и для подготовки секвенций трехмерных синтетических данных. Эта тематика актуальна для разработки трехмерной графики, в том числе для интерактивных проектов – игр, тренажеров, AR/VR-приложений. В результате анализа и сравнения результатов, полученных в ряде известных выполненных проектов, выделены те технологии и программные библиотеки, которые позволяют эффективно достичь поставленной цели – предоставить быструю сборку трехмерных сцен, наполненных объектами, согласно текстовому описанию. Благодаря синтезу лучших решений удалось создать оптимальную концепцию, которая позволяет добиться быстрого и качественного результата при верно сформулированных правилах по выстраиванию геометрических отношений между объектами сцены. Сформированы перечень требований к проектируемому инструменту и его архитектура. Входными данными для применения этого инструмента является текст на естественном языке, выходными – сцена с объектами, соответствующими использованному описанию. Основным достигнутым результатом стал готовый программный инструмент для Unreal Engine, разработанный на основе нейронной сети nlp-ue4 и набора библиотек tensorflow, nltk, pandas, gensim, h5py. Готовность инструмента оценена как прототипное решение, которое можно инте-грировать в этап черновой сборки интерактивных проектов с трехмерной графикой. Для объективной оценки эффективности созданного инструмента проведены эксперименты, которые доказали, что его применение даже в текущей версии значительно сокращает время разработки, а также не требует наличия у пользователя навыков программирования или создания трех-мерной графики. Обсуждены также перспективы развития исследований.

24. Тренажер для реабилитации пациентов с проблемами  мобильности руки, построенный с использованием   технологий виртуальной реальности [№3 за 2022 год]
Авторы: Аглямов Ф.Р., Кугураков В.С.
Просмотров: 2680
Рука – одна из самых важных частей человеческого тела, травмы которой серьезно влияют да-же на обычную деятельность. Поэтому восстановление функций и подвижности руки является од-ной из самых сложных проблем, решение которой необходимо для обеспечения нормальной по-вседневной жизни человека. Предметом настоящего исследования является аппаратно-программный тренажерный комплекс для реабилитации пациентов с нарушениями подвижности руки, построенный с использованием технологии виртуальной реальности. Актуальность этой темы обусловлена высоким уровнем заинтересованности и мотивированности пациента, что потенциально может повысить интерес и эффективность реабилитационных процедур. Проанализированы современные методы моделирования движения, а также оценены возможности применения технологии виртуальной реальности для реабилитации и отслеживания изменения двигательных функций пациентов с проблемами когнитивного характера. Результатами проведенного исследования стали прототип перчатки и программное обеспечение для сбора информации о степени сгиба пальцев, а также комплекс упражнений для пациента и записи прогресса реабилитации для дальнейшего анализа. Представлен возможный вариант архитектуры интеграции считывающей перчатки с современными VR-системами. Названные результаты практически использованы в экспериментальном методе реабилитации, апробированном в медицинской практике. Приведены дальнейшие планы развития этого метода и расширения его функционала.

25. Удаленное управление роботизированным устройством с использованием технологий виртуальной реальности [№3 за 2022 год]
Авторы: Кугуракова В.В., Хафизов М.Р., Кадыров С.А., Зыков Е.Ю.
Просмотров: 2937
Предметом исследования является возможность телеуправления роботизированным устройством с использованием технологии виртуальной реальности (VR). Данная концепция разрабатывается с целями создания более нативного способа удаленного управления устройством, а также более удобной передачи изображения для оператора, что особенно актуально в экстремальных ситуаци-ях. Дан анализ технологий интеллектуальных систем управления и рассмотрены примеры реализации использования технологий виртуальной реальности в телеробототехнике, благодаря чему выделены общая структура системы удаленного управления и основные проблемы, стоящие в рамках реализации настоящего проекта. На основе проведенного анализа разработана и реализована универсальная программно-аппаратная платформа телеуправления на платформе Unity. Представлена архитектура приложения и рассмотрены требования, изначально предъявляемые к нему, с целью обойти ограничения беспроводного канала связи в задаче управления роботом в реальном времени при помощи VR-гарнитур. Реализована система управления выбором направления перемещения роботизированной единицы с использованием при этом одного из VR-контроллеров. Подробно рассмотрены реализованные алгоритмы получения качественного стереоскопического зрения в устройствах виртуальной реальности и методика синхронизация удаленного поворота стереопары, а также описана система передачи команд. Проведены эксперименты по использованию реализованной системы для проверки соответствия ее необходимым требованиям с целью получения надлежащего качества. Измерено время отклика системы и произведена минимизация задержек в канале связи. Разработанное программное обеспечение для телеуправления роботизированной единицей при помощи гарнитуры виртуальной реальности обеспечивает возможность устойчивого теле-управления удаленной роботизированной техникой.

26. Фильтрационная модель и параллельные вычисления характеристик кровотока в системе кровообращения при наличии закупоривающего кольцевого тромба [№3 за 2022 год]
Авторы: Конюхов В.М., Храмченков М.Г., Конюхов И.В.
Просмотров: 2259
На основе общих уравнений фильтрации выполнено математическое описание течения крови в системе кровообращения при наличии тромба пористой структуры, сформировавшегося на стенке кровеносного сосуда, с учетом движения флюида внутри тромба и его разрушения под действием гидродинамических сил. В модели учтено, что изменение внутренних нагрузок, возникающих в материале тромба, приводит к формированию неоднородного распределения проницаемости, которая является функцией пространственных координат и времени. В предположении симметричности тороидальной формы тромба рассмотрена плоская двумерная задача в поперечном разрезе сосуда и тромба. Для решения поставленной задачи использованы конечно-разностные методы и разработаны итерационные алгоритмы с применением технологий параллельных вычислений. Распараллеливание расчетов проведено также при визуализации гидродинамических характеристик потоков. Численная и алгоритмическая модели реализованы в программном комплексе, который позволяет проводить вычислительные эксперименты с одновременной визуализацией их результатов. Про-веден анализ влияния формы и структуры кольцевого тромба, образовавшегося у стенки кровеносного сосуда, на основные гидродинамические характеристики, определяющие вероятность отрыва тромба от стенки. Показано, что наиболее опасными являются тромбы с острым углом наклона между внешней границей тромба и стенкой сосуда. Это обусловлено двумя факторами: возникающим вращательным моментом сил, стремящихся оторвать передний край тромба от стенки сосуда, и локальным градиентом давления у основания сгустка, значительно превышающим градиент давления в сосу-де вне тромба. При этом проницаемость тромба влияет на общий перепад давления и максимальный градиент давления, но практически не изменяет направление потока жидкости в кровеносном сосуде.

◄ ← Предыдущая | 1 | 2 | 3