Использование элементов имитационного
Министерство образования и науки Украины
ГВУЗ “Донецкий национальный технический университет”
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
“МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ”
Донецк,
ГВУЗ “ДонНТУ” 2011
Министерство образования и науки Украины
Донецкий национальный технический университет
Кафедра компьютерных систем мониторинга
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
“МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ”
Часть 2
(для студентов специальности 7.080407
«Компьютерный эколого-экономический мониторинг»,
«Программирование медиасистем и компьютерный дизайн»)
Рассмотрены на заседании
кафедры Компьютерных
систем мониторинга
Направление подготовки – 0804 “Компьютерные науки”
Протокол № 6 от «11» февраля 2011 г.
Утверждено на заседании
учебно-издательского совета
Протокол № __ от «__» ____________ 2011 г.
УДК 502.5:004.358(076.5)
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине “Моделирование систем”, часть 2 (для студентов специальности 7.080407 «Компьютерный эколого-экономический мониторинг», «Программирование медиасистем и компьютерный дизайн»).
Составители: д.т.н., проф. Аверин Г.В., к.т.н., доц. Звягинцева А.В. – Донецк: ДонНТУ, 2011. – 74 с.
Составители: д.т.н., проф. Аверин Г.В.
к.т.н., доц. Звягинцева А.В.
© Кафедра КСМ, ГВУЗ “ДонНТУ”
Лабораторная работа №1
Исследование особенностей и построение моделей сложных объектов и явлений
Цель работы: приобретение навыков в исследовании сложных объектов и явлений и построении моделей.
Порядок выполнения работы
1. Изучить согласно варианту особенности объекта (явления), установить его природу, построить описательную модель и указать основные принципы и особенности его моделирования.
2. Дать характеристику условий формирования, функционирования, особенностей поведения, эволюции системы и т.д. Расписать наиболее существенные факторы (с указанием диапазонов их изменения), влияющие на его формирование и дальнейшее развитие (угасание).
а) для группы ПКД – графического образа объекта (явления) с использованием 3ds max, photoshop, Adobe Flash, HTML5, Illustrator, Corel, CorelDraw, AutoCAD и т.п.
Изучить графический образ объекта и явления. Построить простейшую структурную модель объекта на основе линий, окружностей, овалов, точек и т.д. Предложить способы описания данного графического объекта геометрическими уравнениями. Например, линии: 
; окружности: 
, крупной точки 
и т.д.
Предложить способы нанесения формы, цвета, теней и т.д. на простейшие геометрические объекты.
Предусмотреть возможность анимации и движения данного объекта (явления) во времени (пространстве).
Описать возможный алгоритм перемещения объекта. Результаты работы оформить в виде словесного алгоритма (блок-схемы) и динамической картинки изображения на компьютере.
б) для группы КЭМ – абстрактной модели с использованием Statistica, Matlab и Simulink, MathCAD, Delphi, C++, C Sharp и т.п.
Построение простейшей математической модели объекта, например, модель физического маятника следует основывать на уравнении колебаний; моделирование преломления света в линзе – с учетом уравнений оптики; подпрыгивание мяча – используя уравнения кинематики; биение сердца – на основе экспериментальных данных о изменении сердечного ритма; нашествия саранчи – путем оценки случайного перемещения объекта к источнику пищи; перетаскивания гусеницы – путем определения равнодействующей действующих сил и т.д.
3.1 Построение статистического образа.
3.2 На его основе сделать
а) динамическую анимацию, визуализацию движения объекта в пространстве и времени (для группы ПКД);
б)
3.1. Построить простейшую математическую (имитационную, статистическую, стохастическую, детерминированную и т.п.) модель объекта (КЭМ).
3.2 Осуществить анализ поведения объекта моделирования.
3. С использованием презентационных средств Power Point или flash подготовить доклад о проделанной работе продолжительностью 5 – 7 минут. Обработанный материал представить в виде отчета, в приложениях которого поместить текст доклада и презентацию. К бумажному отчету приложить магнитный носитель с записью электронного варианта самого отчета (реферата), доклада и презентации к нему.
Варианты заданий
Пользуясь литературой и источниками Интернет, осуществить поиск информации по одной из нижеперечисленных тем согласно варианту задания. Обработанный материал представить в виде отчета о проделанной работе и подготовить соответствующий доклад с использованием презентационных средств. Список тем для поиска информации представлен в таблице 1.1.
Таблица 1.1. – Перечень тем для поиска, обработки и систематизации информации
| Для группы ПКД | Для группы КЭМ | ||
| Вариант | объект (явление, процесс) | Вариант | объект (явление, процесс) |
| Природные объекты (явления): | Физические системы: | ||
| молния | маятник | ||
| прибой | часы с кукушкой | ||
| гроза | движение жидкости в сужающейся трубке | ||
| возгорание и распространение огня (пожар) | подпрыгивание мяча | ||
| капель (таяние снега весной) | выстрел снаряда под углом | ||
| паводки-половодье-наводнение (и межень). Структура поверхности реки при её обмелении и поднятия уровня воды | гравитационная система “Земля-Луна” | ||
| снежинка | обращение спутника вокруг Земли | ||
| иней в виде рисунка на окне | преломление света в линзе | ||
| солнечное затмение | движение тела по горке “Мертвая петля” (“Чертова петля”) | ||
| образование и исчезновение радуги | движение подводной лодки под водой и её всплывание | ||
| северное сияние | процесс горения лампочки от батарейки | ||
| образование и исчезновение тумана | полет “Бумажного змея” | ||
| кольца Сатурна | вращающийся “волчок” | ||
| вихри | пружинные весы - кантер | ||
| галактики | качели | ||
| шторм | компас | ||
| образование пустыни (засуха) | парашют | ||
| горная гряда | передача звука. Колокол | ||
| выпадение и окончание дождя | бинокль | ||
| стоки рек | таяние кубика льда в стакане воды | ||
| рельеф и береговые линии | поведение дольки шоколада в бакалее шампанского | ||
| изморозь на траве | чашечные весы | ||
| падение метеоритов | модель состояния газа в баллоне | ||
| снеговая лавина | вода при подъеме в капиллярах разных диаметров | ||
| колебания уровня воды в водоемах | модель “Барометр Гетте” | ||
| буря (торнадо) | передача тепла через стенку | ||
| штормовые волны | воздушный шар (подъем, полет, опускание) | ||
| извержение вулканов | солнечные часы | ||
| град | Биологические и экологические системы: | ||
| тайфуны | процесс роста подснежника | ||
| метель | процесс цветения воды | ||
| наводнение | модель “Хищник-жертва” | ||
| процесс перетаскивания гусеницы муравьями | |||
| отражение объектов в реке (“Мир из-под воды”) | процесс поиска меда пчелой | ||
| звездное небо | движение крови по сосудам | ||
| фазы луны (полнолуние, молодой месяц и т.д.) | биение сердца | ||
| восход и заход солнца | колебание дерева на ветру | ||
| протуберанцы на солнце | планирование птицы | ||
| водопад | нашествие саранчи | ||
| рост кристаллов | Чрезвычайные ситуации и опасные явления: | ||
| метеоритный дождь | наводнение | ||
| Техногенные системы и изобретения человека: | засуха | ||
| “переливание” на свету разлитой нефти (масла) | метель | ||
| цветомузыка | ураган | ||
| калейдоскоп | изменение климата на Земле | ||
| построение рисунка спичками | загрязнение реки | ||
| динамические заставки Windows (плавающие рыбки, падающий снег и т.д., их периодическая смена) | лесной пожар | ||
| нанотехнологии | землетрясение | ||
| глобус | Социально-экономические системы: | ||
| вязание узора одной нитью | рост численности населения | ||
| сборка кубика-рубика (головоломка, пятнашка) | динамика курса доллара | ||
| озерные ландшафты, водохранилища | динамика изменения потребления энергии и выброс парниковых газов | ||
| горизонт | оценка потенциала человеческого развития | ||
| броуновское движение газа в цилиндре с поршнем | распространение эпидемии | ||
| Биологические системы: | заболеваемость населения | ||
| набухание почек | Информационные системы: | ||
| бабочка | процесс записи информации на винчестер | ||
| процесс считывания музыки с медиаплеера | |||
| рост грибов | модель сети Интернет | ||
| рост ветвей деревьев (пределы роста, засыхание ветвей, вид крон деревьев) | хранение информации в оперативной памяти | ||
| рост цветка во времени, его распускание и увядание (в сжатом (ускоренном) промежутке времени) | модели передачи информации через Интернет-почту | ||
| ДНК | моделирование процесса набора информации на клавиатуре | ||
| геометрия артерий и вен. Кровообращение | модель работы устройства “мышь” | ||
| бронхи | модель считывания информации при сканировании | ||
| Фантастические рисунки: | модель вывода информации на ксерокс | ||
| подводный мир | Химические системы: | ||
| НЛО | процесс горения углеродного топлива | ||
| футбол роботов | процесс горения дымного пороха | ||
| водяная планета | хлорирование воды | ||
| огненная планета | взаимодействие соляной кислоты с раствором хлорида натрия | ||
| дизайн машины будущего | каталитическое окисление аммиака кислородом воздуха – “Огненная метель” | ||
| машина времени | получение кислорода из перманганата калия | ||
| мир разумных кристаллов | получение водорода в лаборатории | ||
| гашение извести | |||
| вытеснение кислорода из воды хлором | |||
| космические станции | покрытие металлических предметов никелем и золотом | ||
| Винни-Пух | периодическая система Менделеева | ||
| заяц и волк (из мультфильма “Ну погоди!”) | модель атома | ||
| Дюймовочка и крот | модель молекул | ||
| полет в поясе астероидов | Техногенные системы и изобретения человека: | ||
| Стиль живописи и абстрактные рисунки: | игра в бильярд | ||
| живопись Китая | игра в боулинг | ||
| живопись эпохи Возрождения | система управления холодильником | ||
| живопись эпохи Просвещения | стабилизатор напряжения | ||
| живопись эпохи Барокко | источник бесперебойного питания | ||
| живопись эпохи Классицизма | модель ртутного градусника | ||
| живопись эпохи Романтизма | фейерверк | ||
| живопись эпохи Палеолита | модель “светофор” (с дополнительной стрелкой, ручного управления, обычный) | ||
| живопись эпохи Мезолита | аэрозольный баллончик | ||
| абстрактные рисунки | модель сливного бочка | ||
| икебана | работа и конструкция ледокола |
Требования к заданию.
Рекомендуемая литература
1. Б. Мандельброд. Фрактальная геометрия природы. Пер. с англ. А.Р. Логунова. М.: Институт компьютерных исследований. 2002. 666 с.
2. Я.И. Перельман. Занимательная физика. Книга 1. М.: Наука, 1979. – 126 с.
3. Я.И. Перельман. Занимательная физика. Книга 2. М.: Наука, 1983. – 153 с.
4. Я.И. Перельман. Знаете ли вы физику? М: Наука, 1992. – 275 с.
5. Я.И. Перельман. Занимательные задачи и опыты. 1959. –529 с.
6. Я.И. Перельман. Занимательная астрономия. М.: Технико-теоретическая литература, 1954. – 212 с.
7. Занимательная биология и химия найти
8. Я.И. Перельман. Занимательная математика. Ленинград.: Время, 1927. – 97 с.
9. Я.И. Перельман. Занимательная алгебра. М.: Наука, 1967. – 200 с.
10. Я.И. Перельман. Живая математика. М.: Наука, 1967. – 160 с.
11. Гультяев А.К. MATLAB 5.2. Имитационное моделирование в среде Windows: Практическое пособие. – 286 с.
12. Тудор Оприш. Занимательная бионика. Бухарест: Альбатрос., 1986. – 163 с.
13. Л.В. Тарасов. Физика в природе. М.: Просвещение, 1988. – 351 с.
Лабораторная работа №2
Использование элементов имитационного