計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展概述及認(rèn)識(shí)

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展概述及認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展概述及認(rèn)識(shí)

摘

要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展，使人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入了信息時(shí)代，計(jì)算機(jī)作為后期新秀滲入到人們生活中的每一個(gè)領(lǐng)域，給人們的生活帶來(lái)了前所未有的變化。作為新興的技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)在人類(lèi)研究的各個(gè)領(lǐng)域起到了只管至關(guān)重要的作用，幫助人類(lèi)解決了許多技術(shù)難題。在科研領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)技術(shù)與仿真技術(shù)相結(jié)合，形成了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，作為人們科學(xué)研究的一種新型方法，被人們應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，用來(lái)解決人們用純數(shù)學(xué)方法或者現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)無(wú)法解決的問(wèn)題，對(duì)科研領(lǐng)域技術(shù)成果的形成有著積極地促進(jìn)作用。

本文在計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的理論思想基礎(chǔ)上，分析了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)產(chǎn)生的基本原因，也就是人們用計(jì)算機(jī)模擬解決問(wèn)題的優(yōu)點(diǎn)所在，討論了模擬、仿真、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)仿真之間的聯(lián)系和區(qū)別，介紹了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展歷程，并查閱相關(guān)資料介紹了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，分析并預(yù)測(cè)了計(jì)算機(jī)仿真的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。經(jīng)過(guò)查閱大量數(shù)據(jù)資料并加以分析對(duì)比，這對(duì)于初步認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)仿真；模擬；仿真技術(shù)；發(fā)展

一、

引言

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是以多種學(xué)科和理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)及其相應(yīng)的軟件為工具，通過(guò)虛擬試驗(yàn)的方法來(lái)分析和解決問(wèn)題的一門(mén)綜合性技術(shù)。計(jì)算機(jī)仿真（模擬）早期稱(chēng)為蒙特卡羅方法，是一門(mén)利用隨機(jī)數(shù)實(shí)驗(yàn)求解隨機(jī)問(wèn)題的方法。其原理可追溯到1773年法國(guó)自然學(xué)家G.L.L.Buffon為估計(jì)圓周率值所進(jìn)行的物理實(shí)驗(yàn)。根據(jù)仿真過(guò)程中所采用計(jì)算機(jī)類(lèi)型的不同，計(jì)算機(jī)仿真大致經(jīng)歷了模擬機(jī)仿真、模擬－數(shù)字混合機(jī)仿真和數(shù)字機(jī)仿真三個(gè)大的階段。20世紀(jì)50年代計(jì)算機(jī)仿真主要采用模擬機(jī)；60年代后串行處理數(shù)字機(jī)逐漸應(yīng)用到仿真之中，但難以滿(mǎn)足航天、化工等大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)對(duì)仿真時(shí)限的要求；到了70年代模擬－數(shù)字混合機(jī)曾一度應(yīng)用于飛行仿真、衛(wèi)星仿真和核反應(yīng)堆仿真等眾多高技術(shù)研究領(lǐng)域；80年代后由于并行處理技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字機(jī)才最終成為計(jì)算機(jī)仿真的主流?，F(xiàn)在，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)已經(jīng)在機(jī)械制造、航空航天、交通運(yùn)輸、船舶工程、經(jīng)濟(jì)管理、工程建設(shè)、軍事模擬以及醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

二、

基本概念

模擬：（Simulation）應(yīng)用模型和計(jì)算機(jī)開(kāi)展地理過(guò)程數(shù)值和非數(shù)值分析。不是去求系統(tǒng)方程的解析解，而是從系統(tǒng)某初始狀態(tài)出發(fā)，去計(jì)算短暫時(shí)間之后接著發(fā)生的狀態(tài)，再以此為初始狀態(tài)不斷的重復(fù)，就能展示系統(tǒng)的行為模式。模擬是對(duì)真實(shí)事物或者過(guò)程的虛擬。模擬要表現(xiàn)出選定的物理系統(tǒng)或抽象系統(tǒng)的關(guān)鍵特性。模擬的關(guān)鍵問(wèn)題包括有效信息的獲取、關(guān)鍵特性和表現(xiàn)的選定、近似簡(jiǎn)化和假設(shè)的應(yīng)用，以及模擬的重現(xiàn)度和有效性?？梢哉J(rèn)為仿真是一種重現(xiàn)系統(tǒng)外在表現(xiàn)的特殊的模擬。

仿真：（Emulation）利用模型復(fù)現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)中發(fā)生的本質(zhì)過(guò)程，并通過(guò)對(duì)系七、

前景展望

近年來(lái),

由于問(wèn)題域的擴(kuò)展和仿真支持技術(shù)的發(fā)展,

系統(tǒng)仿真方法學(xué)致力于更自然地抽取事物的屬性特征,

尋求使模型研究者更自然地參與仿真活動(dòng)的方法,

等等。在這些探索的推動(dòng)下,

生長(zhǎng)了一批新的研究熱點(diǎn):

1.面向?qū)ο蠓抡?

從人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界模式出發(fā),

使問(wèn)題空間和求解空間相一致,

提供更自然直觀,

且具可維護(hù)性和可重復(fù)性的系統(tǒng)仿真框架。

2.定性仿真:

用于復(fù)雜系統(tǒng)的研究,

由于傳統(tǒng)的定量數(shù)字仿真的局限,

仿真領(lǐng)域引入定性研究方法將拓展其應(yīng)用。定性仿真力求非數(shù)字化,

以非數(shù)字手段處理信息輸入、建模、分析和結(jié)果輸出,

通過(guò)定性模型推導(dǎo)系統(tǒng)定性行為描述。

3.智能仿真:

是以知識(shí)為核心和人類(lèi)思維行為作背景的智能技術(shù),

引入整個(gè)建模與仿真過(guò)程,

構(gòu)造各處基本知識(shí)的仿真系統(tǒng),

即智能仿真平臺(tái)。智能仿真技術(shù)的開(kāi)發(fā)途徑是人工智能(如專(zhuān)家系統(tǒng)、知識(shí)工程、模式識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等)

與仿真技術(shù)(如仿真模型、仿真算法、仿真語(yǔ)言、仿真軟件等)

的集成化。因此,

近年來(lái)各種智能算法,

如模糊算法、神經(jīng)算法、遺傳算法的探索也形成了智能建模與仿真中的一些研究熱點(diǎn)。

4.分布交互仿真:

是通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將分散在各地的仿真設(shè)備互連,

構(gòu)成時(shí)間與空間互相偶合的虛擬仿真環(huán)境。實(shí)現(xiàn)分布交互仿真的關(guān)鍵技術(shù)是:

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、支撐環(huán)境技術(shù)、組織和管理。其中:

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)分布交互仿真的基礎(chǔ),

支撐環(huán)境技術(shù)是分布交互仿真的核心,

組織和管理是完善分布交互仿真的信號(hào)。

5.可視化仿真:

用以為數(shù)值仿真過(guò)程及結(jié)果增加文本提示、圖形、圖象、動(dòng)畫(huà)表現(xiàn),

使仿真過(guò)程更加直觀,

結(jié)果更容易理解,

并能驗(yàn)證仿真過(guò)程是否正確。近年來(lái)還提出了動(dòng)畫(huà)仿真,

主要用于系統(tǒng)仿真模型建立之后動(dòng)畫(huà)顯示,

所以原則上仍屬于可視化仿真。

6.多媒體仿真:

它是在可視化仿真的基礎(chǔ)上再加入聲音,

就可以得到視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)媒體組合的多媒體仿真。

7.虛擬現(xiàn)實(shí)仿真:

是在多媒體仿真的基礎(chǔ)上強(qiáng)調(diào)三維動(dòng)畫(huà)、交互功能,

支持觸、嗅、味知覺(jué),

就得到了VR

仿真系統(tǒng)。

八、

結(jié)論

與傳統(tǒng)數(shù)學(xué)方法和物理實(shí)驗(yàn)方法相比，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)具有自己獨(dú)特的優(yōu)越性，面對(duì)復(fù)雜并且不宜用傳統(tǒng)方法解決的問(wèn)題，人們可以利用計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)際系統(tǒng)物理模型或數(shù)字模型進(jìn)行試驗(yàn),通過(guò)這樣模型實(shí)驗(yàn)來(lái)對(duì)一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)的性能和工作狀態(tài)進(jìn)行分析和研究。當(dāng)在實(shí)際系統(tǒng)中進(jìn)行試驗(yàn)研究比較困難或者根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí),

仿真技術(shù)就成為必然選擇。因此，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)必定因?yàn)樗莫?dú)特魅力而不斷被人們所認(rèn)識(shí)和發(fā)展。

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