計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用

崔勝

摘 要 計(jì)算機(jī)與仿真技術(shù)相結(jié)合，形成計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的新方法。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)被廣泛應(yīng)用。文章通過(guò)介紹計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展以及計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，探討了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展方向和趨勢(shì)。

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

1 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)簡(jiǎn)介

計(jì)算機(jī)的仿真技術(shù)是一門(mén)新興的綜合性的技術(shù)，它運(yùn)用專門(mén)的軟件，再通過(guò)數(shù)字作為傳播的介體傳達(dá)給人們。因此，當(dāng)人們通過(guò)計(jì)算機(jī)媒體進(jìn)行瀏覽觀賞時(shí)就能夠有身臨其境的感覺(jué)，可以自由選擇角度。一方面，仿真技術(shù)的應(yīng)用得益于控制工程和系統(tǒng)工程的發(fā)展，在控制工程和系統(tǒng)工程中逐步探索計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)；另一方面，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以逐步縮短開(kāi)發(fā)周期，在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)減少損失，并大大降低人工成本，工作效率逐步提高，在節(jié)約經(jīng)費(fèi)開(kāi)支等方面發(fā)揮巨大的作用。

2 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)原理

一般情況下計(jì)算機(jī)是不能夠直接認(rèn)知和處理的，所以就要求能夠建立一個(gè)能夠反映研究又容易被計(jì)算機(jī)處理的數(shù)學(xué)模型。

2.1 模型的建立

把我們所抽出來(lái)的系統(tǒng)用數(shù)學(xué)的表達(dá)方式表示出來(lái)。

2.2 模型的轉(zhuǎn)換

模型轉(zhuǎn)換就是針對(duì)上一步抽象出來(lái)的數(shù)學(xué)表達(dá)方式通過(guò)各種適合的算法以及計(jì)算機(jī)語(yǔ)言轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠處理的形式，這就是通常所說(shuō)的仿真模型。

2.3 模型仿真實(shí)驗(yàn)

將之前得到的仿真模型輸入計(jì)算機(jī)內(nèi)，按照之前設(shè)置好的方案來(lái)進(jìn)行仿真模型，獲得仿真的結(jié)果。

3 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用

現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)成為我們生活的一部分，計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用改變著傳統(tǒng)的生活方式和交流方式，計(jì)算機(jī)加速了每個(gè)行業(yè)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用為我們的生活提供了便利。

3.1 交通領(lǐng)域

交通是一個(gè)復(fù)雜的人機(jī)系統(tǒng)，交通安全仿真以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的方法為基礎(chǔ)。評(píng)價(jià)體系先建立虛擬環(huán)境，然后在這個(gè)虛擬環(huán)境中加入各種可以誘發(fā)事故的因素，最后再對(duì)某路段和某區(qū)域的交通安全水平施行全程的跟蹤與評(píng)價(jià)。計(jì)算機(jī)的仿真過(guò)程是交通安全仿真及評(píng)價(jià)系統(tǒng)的核心。該仿真過(guò)程是一種可視化的仿真，與傳統(tǒng)的數(shù)值仿真不同。

3.2 制造領(lǐng)域

汽車(chē)制造是機(jī)械行業(yè)的重要組成部分。大多實(shí)驗(yàn)課題具有難度大、實(shí)地成本高的特點(diǎn)。引入計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，可以有效緩解上述問(wèn)題。針對(duì)碰撞實(shí)驗(yàn)，浙江大學(xué)研究所的詹樟松博士建立了乘員動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。在其他方面，汽車(chē)工程學(xué)院的熊堅(jiān)利用仿真技術(shù)對(duì)汽車(chē)的制動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了研究，一汽大眾公司的姚革等通過(guò)仿真技術(shù)研究了汽車(chē)轉(zhuǎn)向的輕便性問(wèn)題。

3.3 教育領(lǐng)域

計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)是這幾年在計(jì)算機(jī)多媒體教學(xué)中增加的新領(lǐng)域，還可以根據(jù)需要瞬間建立模擬實(shí)驗(yàn)室。計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)了實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)驗(yàn)方法，打破了教與學(xué)、理論與實(shí)踐、課內(nèi)與課外的界限，更加強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)者的主動(dòng)性。通過(guò)計(jì)算機(jī)的模擬，加深學(xué)生對(duì)思想、方法、儀器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)原理的理解，還可以練習(xí)實(shí)驗(yàn)技能，鞏固知識(shí)，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)的興趣和實(shí)驗(yàn)水平。

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

4.1.1 網(wǎng)絡(luò)化仿真

隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用與發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)也在不斷的提高。目前的仿真系統(tǒng)存在開(kāi)發(fā)時(shí)間長(zhǎng)、成本高、不能兼容，共享困難，可移植性差等問(wèn)題。其次要利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)共享。系統(tǒng)共享在仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中及其重要。實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)共享，就可以避免社會(huì)資源的重復(fù)開(kāi)發(fā)，還可以適當(dāng)收費(fèi)來(lái)補(bǔ)充開(kāi)發(fā)成本。

4.1.2 虛擬制造技術(shù)

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)發(fā)展的另一方向是虛擬制造技術(shù)。虛擬制造技術(shù)是一種領(lǐng)先的制造技術(shù)。它運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，借助計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的管理、控制一條龍。

4.2 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

突飛猛進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)帶動(dòng)了仿真技術(shù)的飛速發(fā)展。近幾年，仿真技術(shù)領(lǐng)域的新技術(shù)、新成果展示了良好的發(fā)展前景。

4.2.1 面向?qū)ο蟮姆抡娼?/p>

與傳統(tǒng)的人工建模相比有了很大的進(jìn)步，它最大限度地調(diào)動(dòng)了計(jì)算機(jī)的符號(hào)處理能力，加快了人們認(rèn)識(shí)和轉(zhuǎn)換仿真對(duì)象的速度。

4.2.2 分布式仿真

分布式仿真是通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)分散在各地的仿真設(shè)備，構(gòu)成空間與時(shí)間互相耦合的虛擬仿真環(huán)境。分布式仿真系統(tǒng)可以理解為由多個(gè)子模型組成的仿真模型。

4.2.3 智能仿真

運(yùn)用智能仿真可以及時(shí)修正、維護(hù)輔助模型，實(shí)現(xiàn)更好的智能化人機(jī)界面，使計(jì)算機(jī)與人之間的溝通變得人性化，增加自動(dòng)推理學(xué)習(xí)機(jī)制，從而增強(qiáng)仿真系統(tǒng)自身的尋優(yōu)能力。

4.2.4 其他仿真

可視化仿真更加形象直觀地顯示仿真全過(guò)程，有效辨別仿真過(guò)程的真實(shí)性和正確性，而且結(jié)果也簡(jiǎn)單，方便理解。近期出現(xiàn)的動(dòng)畫(huà)仿真本質(zhì)上也屬于可視化仿真。將聲音加入可視化仿真，就同時(shí)得到了視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)的多媒體仿真。而在多媒體仿真的基礎(chǔ)上，植入三維動(dòng)畫(huà)，強(qiáng)調(diào)交互功能，又可以得到支持觸覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真。隨著科技的不斷發(fā)展，仿真技術(shù)將為人類更好的服務(wù)。

5 結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是在實(shí)際需要的引導(dǎo)下，在不斷進(jìn)步的計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的支持下，融合了新的建模與仿真方法而逐漸進(jìn)步發(fā)展起來(lái)的。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展從簡(jiǎn)單的原型到物理模型逐漸發(fā)展到動(dòng)態(tài)顯示仿真結(jié)果再到現(xiàn)在的可視化交互仿真。以后隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能、面向?qū)ο蠓?、可視化與圖形界面等方面對(duì)仿真技術(shù)的顯著影響，仿真技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用都會(huì)取得優(yōu)異的成績(jī)。我們完全相信，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在我們的生活中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)社會(huì)各行業(yè)的發(fā)展起到很好的促進(jìn)作用，給生活帶來(lái)更多的便利。

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作者單位

長(zhǎng)江大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院 湖北省荊州市 434102endprint