計算機仿真技術發(fā)展趨勢

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摘要：計算機與仿真技術相結(jié)合，形成計算機仿真技術的新方法。隨著計算機技術的不斷發(fā)展，計算機仿真技術被廣泛應用。文章通過介紹計算機仿真技術的發(fā)展以及計算機仿真技術在各個領域的應用，探討了計算機仿真技術的發(fā)展方向和趨勢。

關鍵詞：計算機仿真；技術；應用；發(fā)展

1計算機仿真技術簡介

計算機的仿真技術是一門新興的綜合性的技術，它運用專門的軟件，再通過數(shù)字作為傳播的介體傳達給人們。因此，當人們通過計算機媒體進行瀏覽觀賞時就能夠有身臨其境的感覺，可以自由選擇角度。一方面，仿真技術的應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)工程中逐步探索計算機仿真技術；另一方面，計算機仿真技術可以逐步縮短開發(fā)周期，在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時減少損失，并大大降低人工成本，工作效率逐步提高，在節(jié)約經(jīng)費開支等方面發(fā)揮巨大的作用。

2計算機仿真技術原理

一般情況下計算機是不能夠直接認知和處理的，所以就要求能夠建立一個能夠反映研究又容易被計算機處理的數(shù)學模型，可以用下圖來表示：通過了解觀察，可以更加清楚地認識到我們所要研究的對象，我們還可以看出，首先，模型的建立。把我們所抽出來的系統(tǒng)用數(shù)學的表達方式表示出來。其次，模型的轉(zhuǎn)換。模型轉(zhuǎn)換就是針對上一步抽象出來的數(shù)學表達方式通過各種適合的算法以及計算機語言轉(zhuǎn)換成計算機能夠處理的形式，這就是通常所說的仿真模型。模型是計算機仿真的關鍵地方，實現(xiàn)了這個過程。再次，模型仿真實驗。將之前得到的仿真模型輸入計算機內(nèi)，按照之前設置好的方案來進行仿真模型，獲得仿真的結(jié)果。仿真實驗是一個很簡單的事情。但是，如何對仿真的結(jié)果進行評價，需要分析仿真的可靠性。有的專家在文章中提出了檢驗仿真結(jié)果可靠性的兩種方法：仿真過程的反向驗證法和置信通道法。

3計算機仿真技術應用

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

（1）交通領域。

交通是一個復雜的人機系統(tǒng)，交通是否安全，要充分考慮上述四個因素的作用和影響。交通安全仿真以虛擬現(xiàn)實技術的方法為基礎。評價體系先建立虛擬環(huán)境，然后在這個虛擬環(huán)境中加入各種可以誘發(fā)事故的因素，最后再對某路段和某區(qū)域的交通安全水平施行全程的跟蹤與評價。計算機的仿真過程是交通安全仿真及評價系統(tǒng)的核心。該仿真過程是一種可視化的仿真，與傳統(tǒng)的數(shù)值仿真不同。例如，評價某路段的交通安全時，不僅用傳統(tǒng)的絕對數(shù)法和事故率法來評價，還要考慮交通者的感知與行為。我們可以在這個虛擬的環(huán)境中，選擇不同的交通工具，設置不同的交通環(huán)境，分別從交通者和第三者的角度進行事故的可能性實驗及分析，最終實現(xiàn)對該路段的安全性評價。同時也是交管部門建設和完善交通設施的依據(jù)，是一種分析交通事故的新方法。

（2）制造領域。

汽車制造是機械行業(yè)的重要組成部分。大多實驗課題具有難度大、實地成本高的特點。引入計算機仿真技術，可以有效緩解上述問題。針對碰撞實驗，浙江大學研究所的詹樟松博士建立了乘員動力學響應的數(shù)學模型。在其他方面，汽車工程學院的熊堅利用仿真技術對汽車的制動過程進行了研究，一汽大眾公司的姚革等通過仿真技術研究了汽車轉(zhuǎn)向的輕便性問題。

（3）教育領域。

計算機模擬實驗是這幾年在計算機多媒體教學中增加的新領域，還可以根據(jù)需要瞬間建立模擬實驗室。計算機模擬實驗強調(diào)了實驗的設計思想和實驗方法，打破了教與學、理論與實踐、課內(nèi)與課外的界限，更加強調(diào)實驗者的主動性。通過計算機的模擬，加深學生對思想、方法、儀器的結(jié)構(gòu)和設計原理的理解，還可以練習實驗技能，鞏固知識，提高學生實驗的興趣和實驗水平。現(xiàn)在，模擬實驗已經(jīng)變成現(xiàn)代化實驗的重要手段。計算機模擬實驗系統(tǒng)充分運用人工智能、控制理論和教師專家系統(tǒng)建立內(nèi)在模型，利用可操作的仿真方式，實現(xiàn)了實驗教學的各個環(huán)節(jié)。

4計算機仿真技術的發(fā)展方向和趨勢

4.1計算機仿真技術發(fā)展方向

（1）網(wǎng)絡化仿真。

隨著計算機和網(wǎng)絡的應用與發(fā)展，計算機仿真技術也在不斷的提高。目前的仿真系統(tǒng)存在開發(fā)時間長、成本高、不能兼容，共享困難，可移植性差等問題。其次要利用網(wǎng)絡技術實現(xiàn)仿真系統(tǒng)共享。系統(tǒng)共享在仿真系統(tǒng)的開發(fā)中及其重要。實現(xiàn)了網(wǎng)絡共享，就可以避免社會資源的重復開發(fā)，還可以適當收費來補充開發(fā)成本。

（2）虛擬制造技術。

計算機仿真技術發(fā)展的另一方向是虛擬制造技術。虛擬制造技術是一種領先的制造技術。它運用計算機仿真技術和虛擬現(xiàn)實技術，借助計算機實現(xiàn)對產(chǎn)品的管理、控制一條龍。

4.2計算機仿真技術發(fā)展趨勢

突飛猛進的計算機軟硬件技術帶動了仿真技術的飛速發(fā)展。近幾年，仿真技術領域的新技術、新成果展示了良好的發(fā)展前景。

（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步，它最大限度地調(diào)動了計算機的符號處理能力，加快了人們認識和轉(zhuǎn)換仿真對象的速度。這種方法可以充分提升系統(tǒng)的建模能力。最重要的是，仿真技術容易掌握和使用，實際操作的技術人員可以利用仿真技術更好地為系統(tǒng)服務。

（2）分布式仿真。

分布式仿真是通過計算機網(wǎng)絡聯(lián)結(jié)分散在各地的仿真設備，構(gòu)成空間與時間互相耦合的虛擬仿真環(huán)境。分布式仿真系統(tǒng)可以理解為由多個子模型組成的仿真模型。在分布式仿真系統(tǒng)中，這方面的現(xiàn)有技術包括：動態(tài)、靜態(tài)數(shù)據(jù)分割技術，功能分割技術，避免通訊閉鎖技術等。

（3）智能仿真。

在建模、仿真模型設計、仿真結(jié)果的分析和處理階段，引入知識表達及處理技術，使仿真、建模的時間縮短，在分析中提高模型知識的描述能力，引入專家知識和推理幫助用戶做出優(yōu)化決策；運用智能仿真可以及時修正、維護輔助模型，實現(xiàn)更好的智能化人機界面，使計算機與人之間的溝通變得人性化，增加自動推理學習機制，從而增強仿真系統(tǒng)自身的尋優(yōu)能力。

（5）其他仿真。

可視化仿真更加形象直觀地顯示仿真全過程，有效辨別仿真過程的真實性和正確性，而且結(jié)果也簡單，方便理解。近期出現(xiàn)的動畫仿真本質(zhì)上也屬于可視化仿真。將聲音加入可視化仿真，就同時得到了視覺和聽覺的多媒體仿真。而在多媒體仿真的基礎上，植入三維動畫，強調(diào)交互功能，又可以得到支持觸覺、嗅覺、味覺的虛擬現(xiàn)實仿真。隨著科技的不斷發(fā)展，仿真技術將為人類更好的服務。

5結(jié)語

計算機仿真技術是在實際需要的引導下，在不斷進步的計算機技術、多媒體技術等相關技術的支持下，融合了新的建模與仿真方法而逐漸進步發(fā)展起來的。計算機仿真技術的發(fā)展從簡單的原型到物理模型逐漸發(fā)展到動態(tài)顯示仿真結(jié)果再到現(xiàn)在的可視化交互仿真。以后隨著計算機科學技術的迅猛發(fā)展，以及多媒體、虛擬現(xiàn)實、人工智能、面向?qū)ο蠓?、可視化與圖形界面等方面對仿真技術的顯著影響，仿真技術的發(fā)展與應用都會取得優(yōu)異的成績。我們完全相信，計算機仿真技術在我們的生活中應用越來越廣泛，對社會各行業(yè)的發(fā)展起到很好的促進作用，給生活帶來更多的便利。

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作者：候彥慶 單位：曲阜師范大學信息科學與工程學院