Часть 3. Rational Unified Process
ациональный унифицированный процесс (Rational Unified Process, RUP) — одна из спиральных методологий разработки программного обеспечения. Методология поддерживается компанией Rational Software, обновление продукта происходит примерно дважды в год. В качестве языка моделирования в общей базе знаний используется язык Unified Modelling Language (UML).
Итерационная разработка программного обеспечения в RUP предполагает разделение проекта на несколько мелких проектов, которые выполняются последовательно, и каждая итерация разработки четко определена набором целей, которые должны быть достигнуты в конце итерации. Конечная итерация предполагает, что набор целей итерации должен в точности совпадать с набором целей, указанных заказчиком продукта, то есть все требования должны быть выполнены.
RUP достаточно хорошо формализован, и наибольшее внимание уделяется начальным стадиям разработки проекта — анализу и моделированию. Таким образом, эта методология направлена на снижение коммерческих рисков (risk mitigating) посредством обнаружения ошибок на ранних стадиях разработки. Технические риски (assesses) оцениваются и «расставляются» согласно приоритетам на ранних стадиях цикла разработки, а затем пересматриваются с течением времени и с развитием проекта в течение последующих итераций. Новые цели появляются в зависимости от приоритетов данных рисков. Релизы версий распределяются таким образом, что наиболее приоритетные риски устраняются первыми.
Процесс предполагает эволюционирование моделей; итерация цикла разработки однозначно соответствует определенной версии модели программного обеспечения. Каждая из итераций (workflow) содержит элементы управления жизненным циклом программного обеспечения: анализ и дизайн (моделирование), реализация, интегрирование, тестирование, внедрение. В этом смысле RUP является реализацией спиральной модели, хотя довольно часто изображается в виде графика-таблицы. Ниже мы приведем основные компоненты процесса.
Для успешного процесса разработки необходимы три составляющие (рис. 1): процесс (process), нотация (notation) и набор утилит (tools). Процесс описывает, что мы делаем, в каком порядке и каким образом; нотация является средством общения; набор утилит помогает автоматизировать процесс и управлять им.
Рис. 1. Треугольник успеха
В RUP представлены все три компонента. Сначала рассмотрим функции нотации, которые производят следующие действия:
• осуществляет «склеивание» процесса в единое целое;
• является языковым средством принятия решений, которые не очевидны из исходного кода;
• предоставляет семантику для отображения важных стратегических и тактических решений;
• предлагает форму, достаточную для того, чтобы размышлять, а потом принимать решения и средства автоматизации процесса для того, чтобы манипулировать формализованными данными.
Фактически нотация охватывает разработку программного обеспечения, начиная с анализа и заканчивая внедрением продукта. Нотация в случае RUP–UML — формальное языковое средство описания процесса (об UML речь пойдет ниже). Далее рассмотрим структуру процесса, а также приведем набор утилит, используемых в процессе управления разработкой проекта согласно RUP.
Методы реализации программ. Интерпретация (схема получения результата из исходного кода, преимущества и недостатки, сравнительная таблица).
Интерпретация — процесс непосредственного покомандного выполнения программы без предварительной компиляции, «на лету»; в большинстве случаев интерпретация намного медленнее работы уже скомпилированной программы, но не требует затрат на компиляцию, что в случае небольших программ может повышать общую производительность.
Простой интерпретатор анализирует и тут же выполняет (собственно интерпретация) программу покомандно (или построчно), по мере поступления её исходного кода на вход интерпретатора. Его достоинство — мгновенная реакция. Недостаток — такой интерпретатор обнаруживает ошибки в тексте программы только при попытке выполнения команды (или строки) с ошибкой.
Интерпретатор компилирующего типа — это система из компилятора, переводящего исходный код программы в промежуточное представление, например, в байт-код или p-код, и собственно интерпретатора, который выполняет полученный промежуточный код (так называемая виртуальная машина). Его достоинство – большее быстродействие выполнения программ (за счёт выноса анализа исходного кода в отдельный, разовый проход, и минимизации этого анализа в интерпретаторе). Недостатки — большее требование к ресурсам и требование на корректность исходного кода.
Алгоритм работы простого интерпретатора
проанализировать инструкцию и определить соответствующие действия;
выполнить соответствующие действия;
если не достигнуто условие завершения программы, прочитать следующую инструкцию и перейти к пункту 2.
Конспект урока «Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере»
· основные этапы компьютерного моделирования;
· построение компьютерной модели.
XXI век – это век информационных технологий. И естественно компьютер используется для разработки и исследования моделей. Компьютерное исполнение информационных моделей, очень удобно, так как становится возможным проведение вычислительного эксперимента и осуществление прогнозирования.
Компьютерная модель – это компьютерная программа, работающая на отдельном компьютере, суперкомпьютере или множестве взаимодействующих компьютеров, реализующая представление объекта, системы или понятия в форме, отличной от реальной, но приближенной к алгоритмическому описанию, включающей и набор данных, характеризующих свойства системы и динамику их изменения со временем.
На сегодняшний день компьютерные модели стали обычным инструментом математического моделирования и применяются в физике, астрофизике, механике, химии, биологии, экономике, социологии, метеорологии, других науках и прикладных задачах в различных областях радиоэлектроники, машиностроения, автомобилестроения и прочих.
Компьютерные модели используются для получения новых знаний о моделируемом объекте или для приближенной оценки поведения систем, слишком сложных для аналитического исследования.
Компьютерное моделирование незаменимо:
1. когда реальные объекты очень сложные. Число факторов, которые относятся к решаемой проблеме, выходит за пределы человеческих возможностей.
2. необходимость проведения экспериментов. На практике встречается много ситуаций, когда экспериментальное исследование объектов ограничено высокой стоимостью или вовсе невозможно (опасно или вредно).
3. необходимость прогнозирования. Важное достоинство моделей состоит в том, что они позволяют «заглянуть в будущее», дать прогноз развития ситуации и определить возможные последствия принимаемых решений.
Компьютерное моделирование состоит из двух этапов.
1. для исследования объекта или процесса, составляется описательная информационная модель. Что это значит? Здесь необходимо определить цель исследования. И в зависимости от цели, выделить главные (существенные) свойства модели, необходимые для данного исследования.
2. создаётся формализованная модель. Разберёмся что это значит.
Формализованная модель – это перевод описательной информационной модели на формальный язык. Формальный значит специальный, то есть язык формул, уравнений, неравенств. Здесь мы устанавливаем формальные взаимосвязи между начальными и конечными значениями свойств объектов, а также задаём некоторые ограничения на допустимые значения этих свойств.
То есть чем больше значимых свойств будет выявлено и перенесено на компьютерную модель – тем более приближенной она окажется к реальной модели, тем большими возможностями сможет обладать система, использующая данную модель.
Компьютерное же моделирование заключается в проведении серии вычислительных экспериментов на компьютере, целью которых является анализ, истолкование и сопоставление результатов моделирования с реальным поведением изучаемого объекта и, при необходимости, последующее уточнение модели.
Выделим основные преимущества компьютерного моделирования.
Компьютерное моделирование даёт возможность:
· расширить круг исследовательских объектов — становится возможным изучать не повторяющиеся явления, явления прошлого и будущего, объекты, которые не воспроизводятся в реальных условиях;
· визуализировать объекты любой природы, в том числе и абстрактные;
· исследовать явления и процессы в динамике их развёртывания;
· управлять временем (ускорять или замедлять);
· совершать многоразовые испытания модели, каждый раз возвращая её в первичное состояние;
· получать разные характеристики объекта в числовом или графическом виде;
· находить оптимальную конструкцию объекта, не изготовляя его пробных экземпляров;
· проводить эксперименты без риска негативных последствий для здоровья человека или окружающей среды.
Современные компьютеры позволяют строить весьма сложные модели, достаточно полно отражающие реальные объекты или процессы.
Рассмотрим основные этапы компьютерного моделирования
1. Постановка задачи: описание объекта и определение цели моделирования.
На этом этапе необходимо выяснить, с какой целью создаётся модель. Определить, какие исходные данные нужны для создания модели и что ожидается получить в результате.
2. Построение информационной модели.
Здесь необходимо определить параметры модели и выявить взаимосвязь между ними. Оценить, какие из параметров важны для данной задачи, а какими можно пренебрегать. А также математически описать зависимость между параметрами модели.
3. Разработка метода и алгоритма реализации компьютерной модели.
То есть нужно выбрать или разработать метод получения исходных результатов. Составить алгоритм получения результатов по избранным методам. И проверить правильность алгоритма.
4. Разработка компьютерной модели.
Здесь выбираются средства программной реализации алгоритма на компьютере. Разрабатывается компьютерная модель. Проверяется правильность созданной компьютерной модели.
5. Проведение эксперимента.
На этом этапе разрабатывается план исследования. Проводится эксперимент на базе созданной компьютерной модели. Анализируются полученные результаты. И в конце делают выводы.
Рассмотрим основные этапы компьютерного моделирования на примере.
Лесной участок оценивается в 200000 кубометров древесины. Ежегодно этот объём увеличивается на 7% за счёт естественного прироста. Начиная с четвёртого года на хозяйственные нужды вырубается 20 000 кубометров ежегодно.
· наступит ли уменьшение объёма древесины на участке до 100 000 кубометров и на каком году.
· что произойдёт, если, начиная с седьмого года естественный прирост уменьшится до 6%.
· какой может быть максимально вырубка леса, чтобы объём древесины на участке не сокращался.
Итак, первый этап. Постановка задачи: описание объекта и определение цели моделирования.
Для нашей задачи объектом моделирования является лесной участок. Наша цель – сделать прогноз, на каком году наступит уменьшение объёма древесины на участке до ста тысяч.
Второй этап. Построение информационной модели.
Построим математическую модель.
Пусть V0 – это начальный объём древесины на участке. P – процент естественного прироста леса. Ri – это объём вырубки леса в i-том году. Vi – объём древесины в i-том году.
В нашей задаче мы будем учитывать естественный прирост древесины и пренебрегать остальными свойствами объекта, например, влияние погодных условий.
Третий этап. Разработка метода и алгоритма реализации компьютерной модели.
Аналогично будем поступать далее, пока не ответим на поставленные вопросы.
Четвёртый этап. Разработка компьютерной модели
Решим эту задачу с помощью электронных таблиц, например, Microsoft Excel.
Назовём нашу модель: Вырубка леса. Заполним исходные данные.
Теперь приступим к разработке компьютерной модели. То есть нам нужно заполнить Расчётную таблицу.
В столбец «Год» введём числа от 0 до 30. Мы увеличим количество лет, если это понадобится при решении задачи.
Начнём заполнять столбец «Объём древесины в начале года». В ячейку B9 необходимо ввести начальный объём древесины, то есть: =A3. Далее нам известно, что на следующий год объём древесины увеличится на 7% за счёт естественного прироста. Значит, в ячейку B10 вводим формулу: =B9+$A$4*B9-C10.
Заполним столбец «Вырубка». Мы знаем, что, начиная с четвёртого года на хозяйственные нужды вырубается двадцать тысяч кубометров древесины ежегодно, значит первых три года вырубка не производилась, ставим нули, а далее заполняем столбец до конца значением двадцать тысяч.
То есть в ячейку C13 запишем формулу: =$A$5.
Теперь скопируем её в диапазон ячеек C14; C39.
Вернёмся к столбцу «Объём древесины в начале года». Скопируем формулу в диапазон ячеек B11; B39.
Теперь проверим правильность скопированных данных. Проверим данные для второго года. Объём древесины в начале второго года равен значению в ячейке B10. То есть формула записана правильно.
Проверим правильность созданной компьютерной модели.
Мы построили модель в соответствии с условием задачи.
Ответим на первый вопрос нашей задачи. Уменьшение объёма древесины до 100000 кубометров наступит на 25 году, то есть в начале 26 года объём древесины будет уже меньше 100000 кубометров.
Пятый этап компьютерного моделирования. Проведение эксперимента.
В задаче необходимо ответить ещё на два вопроса:
Итак, для того чтобы выяснить, что произойдёт, если, начиная с седьмого года естественный прирост уменьшится до 6% введём в электронную таблицу ещё одно исходное значение. Теперь необходимо в ячейке B15 изменить формулу, то есть теперь у нас будет ссылка на ячейку A6, причём ссылка абсолютная. Скопируем формулу в диапазон B16; B39.
Обратите внимание, теперь уменьшение объёма древесины до 100000 кубометров наступит на 20 году, то есть в начале 21 года объём древесины будет меньше 100000 кубометров.
То есть чем меньше естественный прирост древесины, тем быстрее происходит вырубка леса.
Чтобы ответить на последний вопрос нашей задачи, необходимо заметить, что для того чтобы объём древесины на участке не сокращался максимальная вырубка леса должна быть равна естественному приросту.
Проведём эксперимент для начальных условий.
Нам нужно изменить значение в ячейке C13. Естественный прирост составляет 7% от начального объёма. Значит запишем формулу: =B12*$A$4.
Обратите внимание, для того чтобы объём древесины на участке не сокращался максимальная вырубка леса должна быть равна 17150,602 кубометра.
Пришло время подвести итоги урока.
Компьютерная модель – это компьютерная программа, работающая на отдельном компьютере, суперкомпьютере или множестве взаимодействующих компьютеров, реализующая представление объекта, системы или понятия в форме, отличной от реальной, но приближенной к алгоритмическому описанию, включающей и набор данных, характеризующих свойства системы и динамику их изменения со временем.
К основным этапам компьютерного моделирования относятся:
Первый. Постановка задачи: описание объекта и определение цели моделирования.
Второй. Построение информационной модели
Третий этап. Разработка метода и алгоритма реализации компьютерной модели
Четвёртый этап. Разработка компьютерной модели
И пятый этап. Проведение эксперимента.
Также сегодня на уроке мы с вами рассмотрели пример построения компьютерной модели.
Потоки и параллелизм
Поток (нить, thread) – это ход исполнения программы. Он также имеет свой program counter, переменные, стек.
Потоки одной программы могут работать с одними данными, а взаимодействовать между собой через код.
Поток – это легковесный процесс. Вместе они обеспечивают производительность приложений и ОС за счет параллелизма на уровне программы.
Каждый поток относится к какому-то процессу и не может существовать без него. Сегодня потоки широко применяются в работе серверов и многопроцессорных устройств с общей памятью.
Чем хороши потоки:
- Они минимизируют время переключения контекста (процессора).
- Их использование обеспечивает параллелизм процесса.
- Они эффективно общаются между собой.
- Потоки позволяют использовать многопроцессорные архитектуры в большем масштабе.
Потоки имеют два уровня реализации:
- Пользовательский уровень, то есть потоки, управляемые приложениями;
- Уровень ядра, то есть потоки, управляемые ядром операционной системы.
В первом случае ядро управления потоками ничего не знает о существовании потоков вообще. А библиотека потоков просто содержит код для создания и уничтожения потоков, а также передачи сообщений и данных между ними для планирования выполнения потоков и сохранения (восстановления) контекстов потоков.
Во втором случае ядро выполняет создание потоков, а ещё планирование и управление в пространстве ядра. Заметим, что потоки ядра обычно медленнее, чем потоки пользователей.
Нюансы компьютерной анимации в играх
Перед разработчиками стоит еще более сложная задача, ведь для каждого персонажа надо предусмотреть несколько вариантов поведения для разных условий. Например, в Assassin’s Creed следовало бы просчитать все углы наклона руки, которой персонаж тянется к уступу. Это требует огромного количества времени, поэтому придуманы технологии RagDoll и Inverse Kinematics (IK).
Зарегистрируйся на интенсив StandUp «Путь в IT»
с Павлом Волей и получи подборку
полезных документов от Geekbrains
до . $mondayDate->format(d) . . $month[$mondayDate->format(n) — 1] .
37 500 ₽ Бесплатно —> Только до 26 мая
Бесплатно
Мы вместе с экспертами по построению карьеры подготовили документы, которые помогут не ошибиться с выбором и определить, какая профессия в IT подходит именно вам.
Благодаря этим гайдам 76% наших студентов смогли найти востребованную профессию своей мечты!
Скоро мы уберем их из открытого доступа, успейте скачать бесплатно:
Женщины в IT: мифы и перспективы в карьере
Как прокачать свою технику речи
100 тыс. руб за 100 дней с новой профессией
Список из 6 востребованных профессий с заработком от 100 тыс. руб
Критические ошибки, которые могут разрушить карьеру
Собрали 7 типичных ошибок, четвертую должен знать каждый!
Гайд по профессиям в IT
5 профессий с данными о навыках и средней заработной плате
4,7 MB
Они позволяют при создании анимации компьютерных игр упростить работу над перемещением героев. RagDoll («тряпичная кукла») основан на определении границ каждой движущейся части тела, для которых задаются параметры изменения положения. В результате компьютер выдает сотни уникальных вариантов анимации в конкретных игровых условиях. Например, персонаж получил удар и реагирует именно так, как это бывает в реальности при такой силе и направлении движения противника. В отдельных играх RagDoll используется как основа перемещений всех героев.
Персонажи должны достоверно произносить свои реплики, а значит, необходимо задать правильное положение губ для базовых фонем. Фраза Геральта из «Ведьмака» «Don’t be afraid» включает английские звуки o, e, a, f, a, d. Для упрощения работы разработчики используют набор нескольких анимаций для фонем, аналогичных по артикуляции. То есть для звуков c, d, k, n, r достаточно одного положения губ.
Ведьмак 3 создан на базе REDengine, где, как и в Unreal Engine, предусмотрено совмещение двух анимаций для получения новой. Предположим, для персонажа предусмотрены такие движения, как ходьба и приветственный жест. Программа позволяет объединить их, чтобы он мог махать рукой при движении.
Нюансы компьютерной анимации в играх
В кат-сценах использован диалоговый инструментарий, специально созданный для Witcher 3. Именно в этой части путем чередований анимаций, звуков и положений камеры на движке игры можно создавать мини-фильмы.
Прыжки, ходьба, бег, перекаты, удары по противникам реализуются благодаря анимациям на основе скелета, причем разные персонажи созданы по одной и той же модели, что значительно упрощает работу по созданию игры.
Что такое цифровые технологии и как они появились?
Основы современной двоичной системы счисления заложил математик Карл Лейбниц в XVII веке. В ХХ веке ее начали применять для программных вычислений: в 1941 году появился первый компьютер, а в 1948-м — первая программа для ЭВМ.
Тогда, в середине XX века, под цифровыми технологиями понимались те, где информация преобразуется в прерывистый (дискретный) набор данных, состоящий из 0 (нет сигнала) и 1 (есть сигнал). Их противопоставляли аналоговым, где данные — это непрерывный поток электрических ритмов разной амплитуды с неограниченным числом значений.
Но позже на смену этому пришло другое определение: цифровые технологии — это те, где информация «оцифровывается», то есть представляется в универсальном цифровом виде. Другой вариант — это все технологии, которые позволяют создавать, хранить и распространять данные. В свою очередь, аналоговые теперь — это те, где информация не унифицирована, а хранится и передается в разных форматах, под каждый тип носителя. К примеру, стационарный телефон — это аналоговая технология, а смартфон с интернетом — уже цифровая.
Говоря самым простым языком, к цифровым технологиям относят все то, что связано с электронными вычислениями и преобразованием данных: гаджеты, электронные устройства, технологии, программы. По сравнению с аналоговыми, цифровые технологии лучше подходят для хранения и передачи больших массивов данных, обеспечивают высокую скорость вычислений. При этом информация передается максимально точно, без искажений. Среди главных недостатков — высокая энергоемкость и негативное воздействие на климат.
Сейчас на долю дата-центров приходится около 0,3% мировых выбросов углерода. Они потребляют около 200 ТВтч в год — это больше, чем годовое потребление энергии в развивающихся странах. Однако к 2030 году этот показатель может вырасти до 20% от всего мирового спроса, что приведет к существенному увеличению выбросов.
Цифровые технологии часто путают с информационными, но на самом деле одно является частью другого. К информационным относят все технологии, связанные с обменом информацией, даже с помощью аналоговых устройств. Например, светофор, сообщающий нам, когда можно идти — это информационное аналоговое устройство, а сервис, где мы отслеживаем пробки — тоже информационное, но уже цифровое.
По данным на 2021 год, через пять лет рынок технологий цифровой трансформации достигнет $3,7 трлн.
