Desenvolvimento de uma Interface Gráfica para o Programa FastComp

Transcrição

1 MESTRADO EM MÉTODOS M COMPUTACIONAIS EM CIÊNCIAS E ENGENHARIA de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia C. T. Gonçalves Licenciada em Física/Matemática Aplicada (Astronomia) Orientador João Manuel R. S. Tavares Professor Auxiliar do Departamento de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Co-orientador Pedro Manuel P. R. C. Camanho Professor Auxiliar do Departamento de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

2 Principais objectivos Proporcionar um modo agradável, eficaz e seguro de introdução dos dados de entrada do Visualizar adequadamente os grandes volumes de informação que constituem os resultados obtidos pelo Utilizar o wrapper para a plataforma.net, detectando possíveis erros e limitações 2/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

3 Estrutura da apresentação 1. Aplicações e fundamentos do 2. Ferramentas utilizadas no desenvolvimento a) Plataforma.NET b) Linguagem de programação C# c) Biblioteca gráfica VTK d) Wrapper VTK/C# 3. a) Interacção homem/computador b) Triangulação de Delaunay 3/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

4 Estrutura da apresentação 4. a) Apresentação da interface b) Alteração ao wrapper 5. a) Teste desenvolvido b) Análise de resultados 6. trabalho futuro 4/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

5 Apresentação O analisa uma junta compósita dupla de um só parafuso sujeita a cargas aplicadas Esquematização de uma junta de ligação dupla com um só parafuso. Tem por objectivo calcular os campos de tensões e de deformações em torno do furo do parafuso, bem como a carga e o modo de ruptura da junta 5/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

6 Arquitectura Dados de entrada (1 ficheiro ascii): propriedades dos materiais estrutura do laminado geometria das placas cargas aplicadas critério de ruptura : Campo de tensões Teoria Anisotrópica de Placas Campo de deformações Teoria Clássica das Placa Laminadas 6/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

7 Arquitectura (cont.): Modo e carga de ruptura Critério de ruptura Curva característica Dados de saída (3 ficheiros ascii): distribuição das tensões em torno do furo para o parafuso da ligação distribuição das deformações em torno do furo para o parafuso da ligação modo e carga de ruptura da junta 7/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

8 .NET Objectivos: interligar sistemas, dispositivos e utilizadores Desenvolvida sobre os protocolos mais usuais, permite que sistemas e aplicações interajam independentemente do dispositivo, sistema operativo ou linguagem de programação usados 8/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

9 .NET Framework.NET Função: traduzir os sistemas operativos Dependências entre componentes e aplicações de um sistema computacional. 9/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

10 .NET Framework.NET Componentes principais: Common Language Runtime ambiente de execução de aplicações que disponibiliza serviços ao código executado sobre a plataforma.net (gestão de memória, segurança de código, integração entre linguagens) biblioteca de classes conjunto de classes utilizáveis por qualquer linguagem compatível com a.net Framework 10/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

11 Visual Studio.NET.NET Ambiente de desenvolvimento que suporta várias linguagens de programação Desenvolvido sobre a.net Framework, possui a mesma fiabilidade e segurança Integra o desenhador de Windows Forms que permite a rápida criação de aplicações Windows Inclui controlo de sintaxe, IntelliSense Integra um debugger que permite encontrar erros e executar o código de forma controlada 11/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

12 C# Linguagem de programação criada especificamente para a plataforma.net Baseada na sintaxe da linguagem C++ Algumas particularidades: boxing delegates dados do tipo decimal operador. ciclo foreach switch pode ser usada com strings 12/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

13 VTK Conjunto de classes que proporciona a leitura/escrita, processamento e mapeamento de técnicas de visualização de diversos tipos de dados: pontos, polígonos, imagens, volumes e grelhas rectilíneas, estruturadas ou não Contém importadores e exportadores para troca de dados com outras aplicações Tem disponíveis centenas de filtros de processamento de dados Pode renderizar dados 2D, polígonos, volumes e texturas 13/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

14 Arquitectura VTK Duas grandes componentes: um núcleo compilado em C++ e uma interface para linguagens interpretadas Arquitectura do VTK. 14/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

15 Pipeline de visualização VTK Transforma informação em dados gráficos Exemplo de uma pipeline de visualização. Fontes leitura de um ficheiro, construção implícita de um objecto geométrico (ex: vtkcubesource, VtkArrowSource) Objectos de dados tabelas de dados (arrays) Filtros criam novos objectos de dados (ex: vtkdelaunay2d) 15/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

16 Pipeline gráfico VTK Transforma dados gráficos em imagens Exemplo de uma pipeline de visualização. Mapeador transforma dados em objectos gráficos Actor representa os objectos a visualizar Renderer coordena todo o processo de visualização Janela de renderização integra o renderer Interacção permite controlar a câmara e os actores através do rato e/ou do teclado 16/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

17 Wrapper Milan Frank desenvolveu um tradutor que permite às linguagens.net utilizar as classes VTK escritas em C++ O maior problema na criação de um wrapper é a conversão entre tipos de dados: código em C# é gerido, código em C++ usado no VTK não Dados de tipo simples (int, float, ) em código gerido têm equivalente directo em código não gerido Otipovoid* não foi convertido 17/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

18 Interacção homem/computador 18/33 Pontos-chave no desenvolvimento de uma interface: a) finalidade b) utilizadores alvo Procedimentos básicos no processo de desenvolvimento de uma interface: i. identificar necessidades ii. idealizar interfaces que respondam a essas necessidades iii. construir versões interactivas dessas interfaces iv. avaliar continuamente o trabalho desenvolvido de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

19 Usabilidade Interacção homem/computador "Usabilidade: a extensão a que um produto pode ser usado por determinados utilizadores de modo a alcançar objectivos específicos com eficácia, eficiência e satisfação num determinado contexto de uso. [ISO , 1994] 19/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

20 Usabilidade Interacção homem/computador Componentes de qualidade: a) facilidade de aprendizagem b) facilidade de memorização c) eficiência d) segurança e) satisfação f) eficácia g) utilidade 20/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

21 Usabilidade Interacção homem/computador Componentes de design: a) visibilidade b) feedback c) restrições d) consistência e) atribuição correcta 21/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

22 Interacção homem/computador Razões para avaliar: a) ter percepção do mundo real b) comparar designs c) atingir um objectivo d) verificar a conformidade com um padrão Métodos: a) observação da utilização b) recolha de opiniões c) interpretação d) previsão 22/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

23 Triangulação de Delaunay Triangulação: interpolação de pontos constituída por elementos (triângulos ou tetraedros) que não se intersectam, mas partilham vértices, arestas e/ou faces Triangulação de Delaunay: a circunferência de qualquer elemento n-dimensional contém apenas os n+1 pontos que o definem Triangulação de Delaunay inválida. Triangulação de Delaunay válida. 23/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

24 Triangulação de Delaunay No VTK (vtkdelaunay2d) 24/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

25 Apresentação da interface 25/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

26 Teste desenvolvido 24 questões: 1-10: definir e caracterizar o utilizador 11-15: avaliar as dificuldades com que o utilizador se deparou na utilização de cada um dos separadores da janela de introdução dos dados de entrada do 16-17: avaliar a utilidade das imagens presentes na janela de introdução de dados na compreensão dos dados requisitados 18-20: avaliar a visualização dos resultados 21-23: avaliar a interface de um modo geral 24: sugestões/críticas 26/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

27 Resultados Oito utilizadores: dois têm mais de 30 anos todos do sexo masculino todos trabalham na área da engenharia mecânica cinco têm bons conhecimentos teóricos sobre materiais compósitos, mas desses apenas quatro possuem experiência de trabalho com estes materiais todos utilizam frequentemente computadores, bem como interfaces gráficas 27/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

28 Resultados Janela de introdução de dados: a) dois dos utilizadores apresentaram algumas dificuldades, mas não especificaram quais b) três utilizadores são de opinião de que a utilidade das imagens incluídas nos separadores Joint geometry e Load case não é relevante, mas não explicam porquê c) de um modo geral, a janela de introdução dos dados de entrada para o programa parece satisfazer todos os avaliadores 28/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

29 Resultados Visualização dos resultados: a) três utilizadores dizem não compreender inteiramente a visualização dos resultados apresentada, mas sem especificarem as suas razões. No entanto, um dos avaliadores sugere o aumento das janelas de visualização, pois diz ter dificuldade em perceber os valores apresentados b) a dois dos utilizadores não agrada a presença dos eixos cartesianos na visualização gráfica das distribuições das tensões/deformações 29/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

30 Resultados A interface: a) dois utilizadores admitiram ter-se deparado com algumas dificuldades na utilização da interface de um modo geral b) estética: 4.75 / 5 c) geral: 4.63 / 5 Algumas sugestões: a) possibilidade de seleccionar materiais predefinidos no separador Materials b) descrever o modo de interacção dos botões do rato com as imagens representadas c) identificar as siglas s11, s22, etc., do menu Output 30/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

31 Conclusões A interacção VTK/C# revelou-se capaz de originar programas de visualização adequados e eficazes O wrapper para a plataforma.net permitiu a correcta utilização da biblioteca VTK com a linguagem C#, apesar da não conversão dos dados do tipo void* No desenvolvimento da interface foram tidos em conta aspectos relativos à segurança, eficácia e eficiência A avaliação obtida da interface desenvolvida foi globalmente muito positiva 31/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

32 Trabalho futuro Fazer as alterações detectadas na análise da avaliação efectuada e sugeridas pelos avaliadores: i. hipótese de selecção de materiais predefinidos ii. descrever o modo de interacção do rato com as imagens iii. tornar a visualização dos eixos cartesianos como opcional iv. permitir a visualização de cada uma das superfícies de resultados em janelas independentes v. identificar as siglas do menu Output 32/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves

33 Trabalho futuro Visualizar as superfícies de resultados segundo um dado plano Possibilidade de escolha da gama e do número de cores da escala usada na representação das superfícies de resultados Impressão dos dados de entrada e das superfícies de resultados Implementar a visualização do envelope de ruptura Após as alterações, realizar nova recolha de opiniões, entrevistas e avaliação por observação 33/33 de uma Interface Gráfica para o Programa Patrícia Gonçalves