計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

王振澤

摘 要 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和仿真技術(shù)的發(fā)展，仿真技術(shù)很好地解決了各學(xué)科發(fā)展中的問(wèn)題，提高了工作效率，可以更加形象直觀地進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，節(jié)約了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，降低了開(kāi)發(fā)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活中，并取得了較好的效益。本文通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行分析，進(jìn)而對(duì)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探究，最后對(duì)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用進(jìn)行了闡述，以期提高仿真技術(shù)對(duì)生產(chǎn)生活水平提高的推動(dòng)作用。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī) 仿真技術(shù) 發(fā)展 應(yīng)用

1 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)簡(jiǎn)介

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真成為可能，使用專(zhuān)門(mén)的軟件，借助多媒體技術(shù)可以給人身臨其境的感覺(jué)。仿真技術(shù)的發(fā)展，很大程度上得益于控制工程技術(shù)的發(fā)展，在控制工程中需要使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用能夠加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高工作效率，減少經(jīng)費(fèi)開(kāi)支。

2 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)原理

通常情況下，計(jì)算機(jī)不能夠?qū)ν饨缧畔⑦M(jìn)行認(rèn)知，因此需要建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型來(lái)反映事物的本質(zhì)特點(diǎn)。

通過(guò)數(shù)學(xué)模型能夠清楚地反映出研究對(duì)象的特點(diǎn)，通過(guò)模型轉(zhuǎn)換，使用計(jì)算機(jī)算法等將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)能夠處理的形式，也即建立仿真模型。仿真模型是計(jì)算機(jī)仿真的關(guān)鍵，再進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)之前設(shè)置好的模型進(jìn)行模擬，獲得仿真結(jié)果。對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)通常采用反向驗(yàn)證和置信通道法。

3 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，改變著傳統(tǒng)的生產(chǎn)生活方式。計(jì)算機(jī)仿真在交通工程、制造領(lǐng)域、教育領(lǐng)域等都得到了較好的應(yīng)用。

3.1 交通領(lǐng)域

人和車(chē)輛是交通的主要組成部分，要考慮安全的前提下，提高交通效果。交通安全仿真通過(guò)虛擬技術(shù)，增加各種誘發(fā)因素，進(jìn)而對(duì)某一路段的交通安全情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

計(jì)算機(jī)仿真可以有效地對(duì)交通安全進(jìn)性評(píng)價(jià)。仿真過(guò)程能夠?qū)崿F(xiàn)可視化操作，能夠更加直觀地進(jìn)行分析，不同于傳統(tǒng)的數(shù)值仿真。比如，對(duì)某路段進(jìn)行交通安全評(píng)價(jià)時(shí)，傳統(tǒng)的絕對(duì)數(shù)和事故率方法可以進(jìn)行評(píng)價(jià)， 還可以在虛擬環(huán)境中設(shè)置不同的交通工具，考慮人的行為感知的情況下，進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.2 制造領(lǐng)域

制造業(yè)是國(guó)家的第二產(chǎn)業(yè)，對(duì)各行各業(yè)影響深遠(yuǎn)，汽車(chē)制造是制造業(yè)的重要組成部分。實(shí)驗(yàn)課題難度大，成本高。計(jì)算機(jī)仿真可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題，比如對(duì)碰撞試驗(yàn)來(lái)說(shuō)，通過(guò)建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，可以對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行模擬。

3.3 教育領(lǐng)域

使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬仿真分析已經(jīng)成為當(dāng)前重要的研究方法，在教學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)中，采用多媒體可以很好地提高教學(xué)水平。計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛟谙嚓P(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想和方法的指導(dǎo)下，改變傳統(tǒng)教與學(xué)、理論與實(shí)踐的關(guān)系，發(fā)揮研究人員的主動(dòng)性。計(jì)算機(jī)仿真模擬可以加深對(duì)相關(guān)理論的理解，提高實(shí)驗(yàn)水平。

3.4 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)不僅僅在交通、制造、教育領(lǐng)域得到大量應(yīng)用，在軍事領(lǐng)域、消防、音樂(lè)等領(lǐng)域均有較廣泛的應(yīng)用。通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真，可以使用模擬駕駛器進(jìn)行模擬，從而降低戰(zhàn)機(jī)、戰(zhàn)車(chē)、燃油的損耗，在進(jìn)行軍事武器研發(fā)時(shí)，可以縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。計(jì)算機(jī)仿真在消防中的應(yīng)用，可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的溫度、空氣流動(dòng)速度、火荷載、逃生路線等進(jìn)行模擬，從而提高應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力，提高設(shè)計(jì)科學(xué)性。

4 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展方向和趨勢(shì)

4.1 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)發(fā)展方向

網(wǎng)絡(luò)化仿真。仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)兼容性不強(qiáng)、開(kāi)始周期長(zhǎng)，費(fèi)用昂貴，難以實(shí)現(xiàn)信息共享，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)取得了較大水平的提高。利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)共享。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)共享能夠提高資源的利用效率，避免不必要的重復(fù)開(kāi)發(fā)，減少科研經(jīng)費(fèi)。

虛擬制造技術(shù)。虛擬制造技術(shù)發(fā)揮計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使用計(jì)算機(jī)完成對(duì)產(chǎn)品的管理和控制，虛擬制造技術(shù)已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)發(fā)展的重要方向。

4.2 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和仿真技術(shù)的發(fā)展，仿真技術(shù)很好地解決了各學(xué)科發(fā)展中的問(wèn)題，很大程度上提高了工作效率，更加形象直觀地進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，節(jié)約了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，降低了開(kāi)發(fā)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。計(jì)算機(jī)軟硬件性能得到了較大水平的提高，進(jìn)一步促進(jìn)了仿真技術(shù)的發(fā)展。仿真技術(shù)主要朝著面向?qū)ο蟮姆抡娼！⒎植际椒抡?、智能仿真等方向發(fā)展。

4.2.1 面向?qū)ο蠓抡娼?/p>

發(fā)揮計(jì)算機(jī)的符號(hào)處理能力，可以提高人們對(duì)仿真對(duì)象的認(rèn)知速度，與傳統(tǒng)的人工建模有著較大的進(jìn)步。面向?qū)ο蟮姆抡娼?，可以最大程度提高系統(tǒng)的建模能力。此外，面向?qū)ο蟮姆抡娼２僮麟y度小，更容易使用，可以發(fā)揮仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

4.2.2 分布式仿真

分布式仿真將不同分布位置的計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，形成時(shí)間空間相互禍合虛擬仿真環(huán)境。分布式仿真系統(tǒng)由幾個(gè)子模型組成。部分是仿真系統(tǒng)中，主要有動(dòng)態(tài)、靜態(tài)數(shù)據(jù)分割技術(shù)、功能分割技術(shù)等。

4.2.3 智能仿真

在仿真的不同階段引入知識(shí)表達(dá)和處理技術(shù)，可以縮短仿真建模時(shí)間，提高模型效率，幫助用戶(hù)做出最優(yōu)決策，及時(shí)修正模型，界面更加智能化，增加仿真系統(tǒng)的尋優(yōu)能力。

4.2.4 其他仿真

一些仿真可以實(shí)現(xiàn)高度的可視化，對(duì)仿真過(guò)程進(jìn)行形象展示，便于研究人員真實(shí)地對(duì)仿真過(guò)程進(jìn)行分析，易于理解。動(dòng)畫(huà)仿真能夠?qū)⒙曇?、視圖等元素加入其中，交互性更強(qiáng)。

5 結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)仿真伴隨著其他學(xué)科的發(fā)展而快速發(fā)展，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)很好滴解決了其他學(xué)科的問(wèn)題。計(jì)算機(jī)仿真經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單的原型到物理模型，再到今天的動(dòng)態(tài)顯示仿真過(guò)程，并可實(shí)現(xiàn)可視化操作。多媒體技術(shù)、人工智能、可視化等技術(shù)同仿真技術(shù)的結(jié)合，仿真技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用將更加廣泛。在不遠(yuǎn)的將來(lái)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在生產(chǎn)生活中會(huì)發(fā)揮更大的作用，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

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作者單位

公安海警學(xué)院 浙江省寧波市 315801