Визуализация программного обеспечения на базе средств виртуальной реальности геопространственных данных. Обзор и перспективы разработки

Abstract

Актуальность. В условиях глобальной цифровизации, когда становятся актуальными такие проекты, как цифровая земля, компьютерная визуализация является важным элементом компьютерного моделирования как в научных исследованиях, так и в технике, в частности, в областях геоинформатики, природо- и недропользования, исследования георесурсов. Также компьютерная визуализация необходима при представлении «больших данных», например, накопленных в результате геологических исследований больших пространств. Компьютерная визуализация как самостоятельная дисциплина развивается уже более тридцати лет. В настоящее время в компьютерной визуализации активно используются средства виртуальной реальности, которые и оперируют геопространственными данными. Виртуальная реальность может использоваться при представлении данных о Земле. Возможно создание трёхмерных отображений графических объектов, представляющих элементы ландшафта. Одной из подобластей компьютерной визуализации является визуализация программного обеспечения (Software Visualization). Визуализация программного обеспечения необходима при представлении сложных программных комплексов, связанных с проектированием и разработкой в различных областях техники, включая энергоэффективные технологии. Объекты. Работа посвящена исследованиям и разработкам в области визуализации программного обеспечения на базе виртуальной реальности. Эти исследования могут применяться в целом ряде областей, связанных с геоинформатикой, а также в области исследования георесурсов. Методы: методы теории компьютерной визуализации, а именно элементы теории метафоры визуализации. Цель: поиск подходов, позволяющих эффективно использовать виртуальную реальность для решения сложных проблем, встающих перед специалистами в области программного обеспечения, связанного с большими объёмами сложно структурированных данных, в том числе больших геопространственных данных. Результаты. Проведен обзор развития визуализации программного обеспечения и описаны проекты в данном направлении, разработанные за последние десятилетия. Приводятся разработанные авторами проекты систем визуального программирования и визуализации программного обеспечения на базе виртуальной реальности с использованием метафор космического пространства и расширенной метафоры города. Рассматриваются психологические аспекты человеческого фактора в разработке систем визуализации программного обеспечения с использованием виртуальной реальности, включая использование теории деятельности. Возникает проблема описания деятельности программиста в качестве пользователя систем визуализации программного обеспечения. Разработка программного обеспечения для реальных технических задач, например для нужд инженерной геологии или прогнозирования георесурсов, требует специализации, а то и персонализации визуальных систем. В результате проведенного анализа можно заключить, что мы находимся на первых этапах важных исследований.

The relevance of the research. In the time of global digitalization, when such projects as Digital Earth become relevant, computer visualization is a key element of computer modelling both in academic research and in technology, especially in the fields of natural and mineral resources management, and geo-resources exploration. Computer visualization is also necessary for presenting the «big data», for instance, data accumulated in geological research of large spaces. Computer visualization as an independent branch of science has been developing for over thirty years now. Now, Virtual Reality is actively used in computer visualization. Virtual Reality can be used in the presentation of Earth Resources Data. It is possible to create three-dimension displays of graphic objects representing the elements of the landscape. One of its subbranches is software visualization. Software visualization is essential in presenting complex software systems related to design and development in different fields of technology, including energy efficient technologies. Objects. The paper is dedicated to research and development in the field of software visualization based on virtual reality. These researches can be applied in a number of areas related to Geoinformatics, as well as in the field of exploration of georesources. Methods: methods of computer visualization theory, in particular, the elements of visualization metaphor theory. The aim of the research and development is to find those approaches that will enable efficient use of virtual reality in solving complex problems that software specialists face. This software may be related to large volumes of geospatial data. Results. The paper provides a survey of the development of software visualization and description of projects in this field, developed over the past decades. It describes the projects of visual programming and software visualization systems, developed by the authors on the basis of virtual reality with the use of cosmic space metaphors and an expanded city metaphor. It reviews the psychological aspects of the human factor in the development of software visualization systems with the use of virtual reality, including the use of activity theory. The paper arises a problem of describing the activity of a software developer acting as a user of software visualization systems. Software development for real-life technical problems (for example, for geological engineering or geo-resources forecasting) requires specialization and personalization of visualization systems. The results of the conducted analysis allow us to conclude that we are now at the early stages of crucial research.