Отчет гнс омвт ифвэ, профессора Клименко С. В. за 2001 год
| Вид материала | Отчет |
- В. В. Клименко Клименко В. В. Оглавных климатических ритмах голоцена // Доклад, 412.85kb.
- Евгений Викторович Петров, 12.9kb.
- Отчет вто за 2002 год, 107.02kb.
- Атомная наука и промышленность, 1676.69kb.
- Отчет по теме самообразования за 2001-2002 учебный год учителя изобразительного искусства, 44.57kb.
- Ліна Костенко Біобібліографічний покажчик укладач А. І. Мартинюк відповідальна за випуск, 296.71kb.
- Отчёт о прибылях и убытках 6 За год, закончившийся 31 декабря 2002 года, 590.69kb.
- М. С. Каган. Перспективы развития гуманитарных наук в XXI веке // «Методология гуманитарного, 97.74kb.
- Всероссийская государственная налоговая академия, 482.96kb.
- Должностная инструкция профессора кафедры фио, 79.26kb.
Отчет ГНС ОМВТ ИФВЭ, профессора Клименко С.В.
за 2001 год
<Нас ... — а мы крепчаем»
О.И.Михайлов, экс-вице-директор ИФВЭ
Введение
В начале 2001 года последовательно проводимая против меня господином НЕТ в течение более десяти лет кампания травли, построенная на интриге и лжи, привела к расформированию возглавляемой мной Лаборатории системного анализа — одной из лучших и наиболее активных лабораторий по информатике в Советском Союзе.
Несмотря на это, работы по текущим проектам не были приостановлены и велись1 по следующим основным направлениям:
1. Исследование и разработка систем виртуального окружения для задач математики и физики
— грант РФФИ 99-01-00451
2. Применение цифровых устройств с программируемой архитектурой в экспериментальной физике высоких энергий (нейросетевые технологии)
— грант РФФИ 00-01-00607
3. Системы виртуальной реальности низкой стоимости в медицине
— грант РФФИ 00-07-90165
4. VEonPC — разработка и создание системы виртуального окружения на кластере персональных компьютеров
— грант РФФИ 01-07-90327
5. Создание Городской компьютерной сети с выходом в Интернет и предоставление сотрудникам ИФВЭ (Гражданам Протвино) телематических услуг
— грант «Подмосковье–РФФИ» 01-07-97061
6. Обучение студентов и аспирантов, (не)прикомандированных к ИФВЭ
7. Участие в Международном сотрудничестве по программе Минпромнауки и Минобразования
8. Подготовка и проведение конференций, издание трудов
9. Участие в Международных конференциях и профессиональных обществах
10. Экспертиза конкурсных проектов РФФИ, рецензирование научных работ
11. Оппонирование диссертаций и участие в работе диссертационного Совета
Некоторые из перечисленных направлений относятся к так называемым критическим технологиям двойного назначения, которые могут иметь большое значение для обороноспособности нашей страны.
1 Исследование и разработка систем виртуального окружения для задач математики и физики
Эта работа2 выполняется в рамках международного сотрудничества с Фраунгоферовским институтом медиакоммуникаций (Санкт Августин, Германия) Полученные за истекший год результаты были доложены на международных конференциях VEonPC’2001 [, ] в России, в Финляндии [] и в Китае [].
Проект направлен на исследование и разработку систем виртуального окружения для изучения сложных физических явлений в теоретической (классической и квантовой) физике, а также на разработку математического и программного обеспечения средств численного моделирования, визуализации и анализа сложных математических и физических объектов и явлений с использованием технологии виртуального окружения.
1.1 Виртуальный планетарий
Выполнены исследования и разработки текущего этапа: сформирован прототип системы виртуального окружения и проведены исследования его применения для всего спектра рассматриваемых задач, разработана аппаратура для реализации технологии прямого манипулирования данными в виртуальном окружении, разработано программное обеспечение для новых устройств трекинга. На созданной системе разработано интересное и практически полезное с образовательной точки зрения приложение — Виртуальный Планетарий, предназначенный для демонстрации и обучения основам Астрономии. Виртуальный Планетарий включает трехмерные модели 30 объектов Солнечной Системы и 3200 наиболее ярких звезд. Все эти объекты хранятся в большой базе данных, содержащей текстуальные описания всех небесных объектов с точными астрономическими координатами, а также их принадлежность к традиционным созвездиям. Разработаны программно-аппаратные инструменты для навигации по Солнечной Системе и взаимодействия с картой созвездий. Разработаны методы визуализации астрономически разномасштабных объектов и навигации в пространстве Солнечной Системы в реальном масштабе времени сеанса демонстрации. Подготовлены 2 компьютерных фильма, в которых продемонстрированы характерные свойства разработанного приложения.
Установка Virtual Planetarium in CyberStage постоянно представлена в демонстрационном центре Фраунгоферовского института медиакоммуникаций в Германии. Упрощенный вариант установки ранее демонстрировался на выставке ZeitReise/TimeJourney в Берлине и нашел высокую оценку у посетителей и специалистов. Доклад Virtual Planetarium in CyberStage был также представлен в Наньянгском Технологическом Университете Сингапура, где он был высоко оценен в академических кругах как увлекательное и содержательное учебное пособие по астрономии.
Таким образом, в результате выполнения данного этапа проекта было создано программное обеспечение для визуализации объектов виртуального планетария, включающих планеты и их спутники в Солнечной Системе, а также наиболее яркие звезды и образуемые ими созвездия. Используя стандартные астрономически базы данных и доступные через Интернет фотоснимки, созданы реалистичные сцены Солнечной Системы, как они виделись летающему на звездолете астронавту. В процессе решения этой задачи были разработаны нелинейные модели представления небесных существенно разномасштабных объектов в рамках одной виртуальной сцены. Была решена проблема как бы реалистичного перемещения наблюдателя астронавта в Солнечной Системе в реальном масштабе времени сеанса виртуального полета с помощью нелинейных преобразований расстояний и скоростей. Была решена проблема планирования полета без столкновений с планетами с помощью эффективного алгоритма детектирования столкновений. Был создан программно-аппаратный инструментарий поиска и навигации полета наблюдателя-астронавта. Была создана реалистичная модель освещенности поверхностей планет и спутников и соответствующее преобразование текстур с учетом данной модели освещенности. Была создана база данных с текстурными описаниями более 3 тысяч астрономических объектов и было реализовано художественное представление созвездий на основе средневековых гравюр. Было разработано программное обеспечение синтеза звукового сопровождения сеанса полета виртуального астронавта. Была разработана аппаратура для реализации технологии прямого манипулирования данными в виртуальном окружении, разработано программное обеспечение для новых устройств работы с данными. Подготовлены два демонстрационных видеофильма: «Виды Солнечной Системы» и «Виртуальный Планетарий в CyberStage».
Основные результаты получены впервые. Проведенные исследования по визуализации в астрономии и теоретической физике соответствуют современному мировому уровню.
Разработанная оригинальная методология визуализации астрономических объектов, включающая реалистичное изображение планет и других космических тел, в том числе, модель звездолета, не имеет мировых аналогов. Оригинальными и эффективными показали себя простые приемы нелинейных преобразований, которые использовались для решения проблемы существенно разномасштабных объектов, с которыми приходится иметь дело при создании Виртуального Планетария и имитации интерактивно-управляемого полета в сеансе демонстрации. В процессе выполнения проекта были также решены задачи гладкого отображение цвета и текстуры, которые крайне необходимы для создания стабильных стерео-изображений в технологии виртуального окружения. В последнее время в связи с повышением физической реалистичности математического моделирования особенно на установках виртуального окружения проявился большой интерес к точному изображению сложных объектов. Разработанные нами подходы к интерактивной визуализации позволяют эффективно решать широкий круг задач в физике, математике, медицине и промышленности.
Результаты были представлены на выставке Hannover Industrial Messe, 24-25 апреля, 2001. На нашем стенде побывали представители Правительства Российской Федерации и Москвы.
Результаты работы также представлены на сайтах Интернет
d.de/nikitin/stars и ep.su
1.2 Структура трехмерных решений в электродинамике Уилера-Фейнмана
В текущем году были продолжены исследования, связанные с численными методами решения задачи об одномерном ультра-релятивистском рассеянии двух тождественных заряженных частиц в классической электродинамике с запаздывающим и опережающим взаимодействием. Были разработаны два численных метода для решения дифференциальных уравнений с отклоняющимися аргументами, описывающих трехмерное финитное движение двух тел в электродинамике Уилера-Фейнмана [].
Первый метод использует экстраполяционную формулу Штюрмера с шагом интегрирования, равным шагу световой лестницы, что ограничивает область ее применения малыми энергиями.
Второй метод основан на улучшенной итеративной схеме Андерсена – фон Байера, в которую мы внесли изменения для усиления сходимости, после чего она стала применимой в области высоких энергий. Проведенный численный анализ с использованием данных методов показывает, что множество решений трехмерной финитной задачи двух тел в электродинамике Уилера-Фейнмана обладает следующей структурой.
В коротких временнх интервалах, размер которых сравним с шагом световой лестницы, система обладает бесконечным числом степеней свободы, соответствующих бесконечному числу собственных значений в спектре линеаризованной задачи, исследованной ранее Андерсеном и фон Байером. Эти степени свободы, в частности, включают моды, нарушающие зеркальную симметрию и планарность решений, а также моды, приводящие к кратковременным эффектам опережающего ускорения, вызванным распространением сигнала из настоящего в прошлое. Вклад таких мод в эволюцию системы экспоненциально ослабевает со временем, поэтому на протяжении временнх интервалов в несколько шагов световой лестницы большая часть степеней свободы исчезает. Только конечное число степеней свободы дает вклад в эволюцию на длительных временнх интервалах. Эти степени свободы соответствуют вещественным собственным значениям в спектре линеаризованной задачи и при низких энергиях представляет только зеркально-симметричные плоские решения без опережающих ускорений. Число таких степеней свободы совпадает с числом степеней свободы нерелятивистской кулоновской задачи.
Эта картина наблюдается на временнх интервалах оборотов частиц ( шагов световой лестницы), отвечающих максимальному времени интегрирования в нашем численном анализе. Не исключена принципиальная возможность того, что на более длительных интервалах интегрирования обнаружатся новые эффекты, такие как арнольдовская диффузия, которые могут изменить структуру асимптотического фазового пространства.
При высоких энергиях используемые методы позволяют рассматривать более короткие интервалы интегрирования ( T=5..10 шагов световой лестницы). Расчеты показывают, что при энергии, большей E2.7 кулоновских единиц, некоторые из степеней свободы, нарушающих зеркальную симметрию, начинают распространяться на длительные временне интервалы, приводя одновременно к потере зеркальной симметрии решений и возрастанию размерности фазового пространства.
Эти эффекты соответствуют бифуркации (преобразованию пары комплексно сопряженных собственных значений в спектре линеаризованной задачи в пару вещественных), найденной Андерсеном и фон Байером в рамках теории возмущений первого порядка.
1.3 Структура сингулярностей на мировых листах релятивистских струн
Используя технологию визуализации, нами была проведена классификация особых точек на мировых листах релятивистских струн открытого и замкнутого типов [].
Локальная структура особенностей описана в рамках нескольких стандартных классификационных схем, использующих стратификацию мирового листа по вырождению ряда первого дифференциала (-классификация Тома), определение идеала отображения в пространстве струй (символ Бордмана), а также прямое вычисление нормальных форм особенностей, верных с точностью до лево-правых диффеоморфизмов.
Доказан ряд теорем, характеризующих глобальную структуру особенностей на мировых листах открытого и замкнутого типов, в частности, введено понятие топологического заряда особенности, обладающего глобальным законом сохранения.
Исследованы процессы разрыва струн. Обнаружена взаимосвязь между особенностями на струнах и процессами разрыва, в частности, показано, что гладкие мировые листы могут возникать только в результате распада сингулярных мировых листов по одной из особых точек.