Розробка програмного забезпечення для моделювання та візуалізації мікроструктури матеріалу методом клітинних автоматів

Abstract

Мікроструктури, як організація та розташування матеріалів на мікроскопічному рівні, мають суттєвий вплив на властивості та поведінку матеріалів, тому відіграють важливу роль для багатьох наукових і технічних галузях. Важливість синтезу внутрішньої структури полягає в можливості аналізу та вивчення взаємодії між елементами матеріалу, а також визначення оптимальних параметрів для досягнення бажаних властивостей. Дослідження та відтворення мікроструктур сприяють розробці нових матеріалів з унікальними властивостями в різних галузях, включаючи електроніку, авіацію, медицину та енергетику. Одним із ключових напрямків розвитку технології є візуалізація мікроструктур, яка дозволяє перетворити складні дані про внутрішню будову на зрозумілі візуальні моделі, спрощуючи аналіз та інтерпретацію. У роботі описано інформаційну систему "MaterialViz", яка дозволяє детально вивчати структуру матеріалу. Вона включає зручний інструментарій для аналізу та дослідження структурних характеристик матеріалів, а також можливість тривимірної візуалізації даних, що покращує розуміння структури та взаємодії його елементів. Користувачам надається можливість збереження та завантаження результатів досліджень, що сприяє зручності роботи та співпраці з іншими дослідниками. Використання додатку можливе в різних галузях, включаючи матеріалознавство, металургію, енергетику, електроніку та біомедицину, допомагаючи дослідникам оптимізувати та розробляти нові матеріали з покращеними характеристиками. Загалом, комп'ютерний застосунок "MaterialViz", є потужним інструментом для аналізу та вивчення структури матеріалів, що допомагає здійснювати глибокий аналіз та отримувати цінні візуальні висновки. Розроблена інформаційна система, призначена для комп'ютерного моделювання мікроструктур матеріалу за допомогою ряду методів імовірнісних клітинних автоматів. Реалізовані чотири типи алгоритми росту кристалів, що вирішує поставлені завдання та відповідає всім вимогам.

Microstructures, as the organization and arrangement of materials at the microscopic level, have a significant impact on the properties and behavior of materials, thus playing a crucial role in various scientific and technical fields. The importance of synthesizing internal structures lies in the ability to analyze and study the interactions between material elements and determine optimal parameters to achieve desired properties. Researching and replicating microstructures contribute to the development of new materials with unique characteristics in diverse fields, including electronics, aviation, medicine, and energy. One of the key directions in technological advancement is microstructure visualization, which transforms complex data about internal structures into understandable visual models, simplifying analysis and interpretation. The work describes the information system "MaterialViz," enabling a detailed study of material structure. It includes a convenient toolkit for analyzing and investigating structural characteristics of materials, as well as the capability of three-dimensional data visualization, enhancing the understanding of the structure and interactions of its elements. Users are provided with the ability to save and load research results, promoting ease of work and collaboration with other researchers. The application of this system is possible in various domains, such as materials science, metallurgy, energy, electronics, and biomedicine, assisting researchers in optimizing and developing new materials with improved characteristics. Overall, the computer application "MaterialViz" is a powerful tool for analyzing and studying material structures, facilitating in-depth analysis, and obtaining valuable visual insights. The developed information system is intended for computer modeling of material microstructures using a range of probabilistic cellular automaton methods. Four types of crystal growth algorithms have been implemented, addressing set tasks and meeting all requirements.