№ 5 (2024)

Цель работы – разработка математического аппарата и вычислительных алгоритмов реализации параллельных вычислений в системах геометрического моделирования и автоматизированного проектирования. Выполнен анализ существующих подходов к реализации параллельных вычислений в САПР. В результате установлено, что для большинства систем информационного моделирования и автоматизированного проектирования отсутствует поддержка параллельных вычислений на уровне геометрического ядра. Предложена концепция разработки геометрического ядра САПР, основанного на инвариантах параллельного проецирования геометрических объектов на оси глобальной системы координат, которая объединяет в себе потенциал конструктивных методов геометрического моделирования, способных обеспечить распараллеливание геометрических построений по задачам (message passing), и математического аппарата “Точечное исчисление”, способного реализовать распараллеливание по данным за счет покоординатного расчета (data parallel). Использование покоординатного расчета точечных уравнений позволяет не только распараллелить вычисления по координатным осям, но и обеспечить согласованность вычислительных операций по потокам, что значительно уменьшает простой вычислений и оптимизирует работу процессора для достижения максимального эффекта от использования параллельных вычислений.

Предложен новый метод оценки сложности геометрических фигур (пятен), учитывающий внутреннюю структуру пятен, а не только их внешний контур. Задача по вычислению степени сложности объектов разделена на составляющие: сегментация пятен и оценка сложности изолированных пятен. Новый метод обладает относительно низкой вычислительной сложностью по сравнению с рассмотренными в работе альтернативными методами. С помощью нового метода был создан алгоритм на основе параллельных вычислений языка CUDA для графических ускорителей (видеокарт), что дополнительно повышает быстродействие нашего метода. Проведен качественный и количественный анализ существующих (альтернативных) методов, выявлены их преимущества и недостатки по сравнению с нашим методом и друг с другом. Реализованный на основе нового метода алгоритм апробирован как на искусственных, так и на реальных изображениях.

В настоящее время цифровые технологии моделирования зданий, сооружений и инфраструктуры успешно применяются в международной и российской практике реализации сложных строительных проектов и масштабных программ. Вместе с тем, реализуемый во многих странах переход к машиночитаемым стандартам с целью повышения качества проектной документации и автоматизации ее проверки сталкивается с серьезными методологическими и инструментальными проблемами. Прежде всего они связаны со сложностью самих цифровых моделей, а также с разнообразием требований, формулируемых на естественных языках и предъявляемых к моделям на государственном, региональном, ведомственном и корпоративном уровне. Предпринимаемые попытки создания реестров требований и программных инструментов для их ведения и использования, как правило, носят специализированный характер и не обеспечивают необходимую полноту, нормализацию, согласованность, взаимосвязанность, однозначность, прослеживаемость и проверяемость описаний требований. Конструктивным, в связи с этим, представляется применение формальных методов спецификации и верификации требований, зарекомендовавших себя в системной и программной инженерии. В работе проводится сравнительный анализ программных инструментов для автоматизированной проверки нормативных требований в области строительства. Отмечается возросшая популярность инструментов, ориентированных на международные стандарты IFC (Industry Foundation Classes), IDS (Information Delivery Specification) и обеспечивающих контроль полноты объектного и атрибутного состава моделей, а также уточнение допустимых областей значений. Вместе с тем, стандарт IDS не формализован и не предусматривает задание требований, выражаемых произвольными алгебраическими условиями. Перспективным для формальной спецификации и верификации требований к цифровым моделям в строительстве представляется применение языка моделирования объектно-ориентированных данных EXPRESS, на котором специфицирована и информационная схема IFC. В качестве обоснования показывается представимость IDS спецификаций логическими выражениями и функциями EXPRESS, а также возможность задания произвольных алгебраических условий в виде декларативных правил языка EXPRESS. В качестве иллюстраций предлагаемого подхода приводятся примеры формализации строительных нормативов и сводов правил РФ, предъявляемых к безопасности зданий, сооружений и процессов. Также обсуждаются возможности гармонизации предлагаемого формального подхода со стандартом IDS в результате определения новых паттернов для представления локальных, уникальных и глобальных правил языка EXPRESS.