Симуляция — это имитационное представление процесса или системы, которая могла бы существовать в реальном мире . [1] [2] [3] В этом широком смысле моделирование часто можно использовать как синоним модели . [2] Иногда проводится четкое различие между этими двумя терминами, когда моделирование требует использования моделей; модель представляет ключевые характеристики или поведение выбранной системы или процесса, тогда как моделирование представляет собой эволюцию модели с течением времени. [3] Другой способ различать эти термины — определить моделирование как экспериментирование с помощью модели. [4] Это определение включает в себя моделирование, не зависящее от времени. Часто для выполнения моделирования используются компьютеры .
Моделирование используется во многих контекстах, таких как моделирование технологий для настройки или оптимизации производительности , техники безопасности , тестирования, обучения, образования и видеоигр. Моделирование также используется при научном моделировании природных или человеческих систем, чтобы получить представление об их функционировании [5] , как и в экономике. Моделирование может использоваться для демонстрации возможных реальных последствий альтернативных условий и способов действий. Моделирование также используется, когда реальная система не может быть задействована, потому что она может быть недоступна, или ее использование может быть опасным или неприемлемым, или она проектируется, но еще не построена, или она может просто не существовать. [6]
Ключевые проблемы моделирования и симуляции включают приобретение достоверных источников информации о соответствующем выборе ключевых характеристик и поведения, используемых для построения модели, использование упрощающих приближений и допущений в модели, а также точность и достоверность результатов моделирования. Процедуры и протоколы проверки и валидации моделей являются постоянной областью научных исследований, усовершенствований, исследований и разработок в области технологий или практики моделирования, особенно в области компьютерного моделирования.
Исторически моделирование, используемое в различных областях, развивалось в основном независимо, но исследования теории систем и кибернетики 20-го века в сочетании с распространением использования компьютеров во всех этих областях привели к некоторой унификации и более систематическому взгляду на эту концепцию.
Физическое моделирование относится к моделированию, в котором физические объекты заменяются реальными объектами (некоторые круги [7] используют этот термин для компьютерного моделирования, моделирующего выбранные законы физики, но в этой статье это не так). Эти физические объекты часто выбираются потому, что они меньше или дешевле реального объекта или системы.
Интерактивное моделирование — это особый вид физического моделирования, часто называемый моделированием «человек в цикле» , в котором физическое моделирование включает в себя людей-операторов, например, в симуляторе полета , симуляторе парусного спорта или симуляторе вождения .
Непрерывное моделирование — это моделирование, основанное на шагах с непрерывным, а не с дискретным временем , с использованием численного интегрирования дифференциальных уравнений . [8]
Дискретно-событийное моделирование изучает системы, состояния которых меняют свои значения только в дискретные моменты времени. [9] Например, моделирование эпидемии может изменить количество инфицированных людей в те моменты, когда восприимчивые люди заражаются или когда инфицированные люди выздоравливают.
Стохастическое моделирование — это моделирование, в котором некоторая переменная или процесс подвержены случайным изменениям и проецируются с использованием методов Монте-Карло с использованием псевдослучайных чисел. Таким образом, повторные прогоны с одинаковыми граничными условиями будут давать разные результаты в пределах определенного доверительного интервала. [8]
Детерминированное моделирование — это моделирование, которое не является стохастическим: таким образом, переменные регулируются детерминистическими алгоритмами. Таким образом, повторные прогоны с одинаковыми граничными условиями всегда дают идентичные результаты.
Гибридное моделирование (или комбинированное моделирование) соответствует сочетанию непрерывного и дискретного моделирования событий и приводит к численному интегрированию дифференциальных уравнений между двумя последовательными событиями для уменьшения количества разрывов. [10]
Автономное моделирование — это моделирование, выполняемое на отдельной рабочей станции.
Араспределенное моделирование — это моделирование, в котором одновременно используется более одного компьютера, чтобы гарантировать доступ к различным ресурсам или к ним (например, многопользовательское моделирование, работающее с разными системами, или распределенные наборы данных); классическим примером являетсяраспределенное интерактивное моделирование(DIS). [11]
Параллельное моделирование ускоряет его выполнение за счет одновременного распределения рабочей нагрузки между несколькими процессорами, как в высокопроизводительных вычислениях . [12]
Совместимое моделирование — это когда несколько моделей, симуляторов (часто определяемых как федерации) взаимодействуют локально, распределенные по сети; Классический пример — архитектура высокого уровня . [13] [14]
Моделирование и симуляция как услуга — это когда моделирование доступно как услуга через Интернет. [15]
Моделирование, совместимая симуляция и серьезные игры — это случаи, когда серьезные игровые подходы (например, игровые движки и методы взаимодействия) интегрируются с совместимой симуляцией. [16]
Точность моделирования используется для описания точности моделирования и того, насколько близко оно имитирует реальный аналог. Верность в общих чертах классифицируется как одна из трех категорий: низкая, средняя и высокая. Конкретные описания уровней точности подлежат интерпретации, но можно сделать следующие обобщения:
Синтетическая среда — это компьютерное моделирование, которое может быть включено в моделирование с участием человека. [19]
Моделирование при анализе отказов относится к моделированию, в котором мы создаем среду/условия для выявления причины отказа оборудования. Это может быть лучший и самый быстрый способ определить причину сбоя.
Компьютерное моделирование (или «симулятор») — это попытка смоделировать реальную или гипотетическую ситуацию на компьютере, чтобы ее можно было изучить и увидеть, как работает система. Изменяя переменные в моделировании, можно делать прогнозы о поведении системы. Это инструмент для виртуального исследования поведения изучаемой системы. [3]
Компьютерное моделирование стало полезной частью моделирования многих природных систем в физике , химии и биологии , [20] и человеческих систем в экономике и социальных науках (например, вычислительной социологии ), а также в технике, чтобы получить представление о работе этих систем. . Хороший пример полезности использования компьютеров для моделирования можно найти в области моделирования сетевого трафика . В таких симуляциях поведение модели будет меняться при каждой симуляции в соответствии с набором исходных параметров, предполагаемых для окружающей среды.
Традиционно формальное моделирование систем осуществлялось с помощью математической модели , которая пытается найти аналитические решения, позволяющие прогнозировать поведение системы на основе набора параметров и начальных условий. Компьютерное моделирование часто используется в качестве дополнения или замены систем моделирования, для которых простые аналитические решения в замкнутой форме невозможны. Существует множество различных типов компьютерного моделирования, общей чертой которых является попытка создать выборку репрезентативных сценариев для модели, в которой полное перечисление всех возможных состояний было бы непомерно трудным или невозможным.
Существует несколько пакетов программного обеспечения для проведения компьютерного имитационного моделирования (например, моделирование Монте-Карло , стохастическое моделирование, многометодное моделирование), что делает все моделирование практически простым.
Современное использование термина «компьютерное моделирование» может охватывать практически любое компьютерное представление.
В информатике моделирование имеет несколько специализированных значений: Алан Тьюринг использовал термин «симуляция» для обозначения того, что происходит, когда универсальная машина выполняет таблицу переходов состояний (в современной терминологии компьютер запускает программу), которая описывает переходы состояний, входы и выходы. субъекта дискретного автомата. [21] Компьютер моделирует исследуемую машину. Соответственно, в теоретической информатике термин «симуляция» — это отношение между системами перехода состояний , полезное при изучении операционной семантики .
Менее теоретически интересным применением компьютерного моделирования является моделирование компьютеров с помощью компьютеров. В компьютерной архитектуре тип симулятора, обычно называемый эмулятором , часто используется для выполнения программы, которую приходится запускать на каком-то неудобном типе компьютера (например, недавно разработанном компьютере, который еще не был построен, или устаревшем компьютере, который больше не доступен) или в строго контролируемой среде тестирования (см. Симулятор компьютерной архитектуры и Виртуализация платформы ). Например, симуляторы использовались для отладки микропрограммы или иногда коммерческих прикладных программ перед загрузкой программы на целевую машину. Поскольку работа компьютера моделируется, вся информация о работе компьютера напрямую доступна программисту, а скорость и выполнение моделирования можно изменять по своему желанию.
Симуляторы также можно использовать для интерпретации деревьев неисправностей или тестирования логических схем СБИС перед их созданием. Символьное моделирование использует переменные для обозначения неизвестных значений.
В области оптимизации моделирование физических процессов часто используется в сочетании с эволюционными вычислениями для оптимизации стратегий управления.
.pdf/page1-1280px-Commanders_Digest_1974-08-15-_Vol_16_Iss_7_(IA_sim_commanders-digest_1974-08-15_16_7).pdf.jpg)
Моделирование широко используется в образовательных целях. Он используется в тех случаях, когда позволить обучающимся использовать настоящее оборудование в реальном мире непомерно дорого или просто слишком опасно. В таких ситуациях они будут проводить время, изучая ценные уроки в «безопасной» виртуальной среде, но при этом проживая реалистичный опыт (или, по крайней мере, это цель). Часто удобство состоит в том, чтобы допускать ошибки во время обучения работе с критически важной для безопасности системой.
Симуляции в образовании чем-то похожи на обучающие симуляции. Они сосредоточены на конкретных задачах. Термин «микромир» используется для обозначения образовательных симуляций, которые моделируют некоторую абстрактную концепцию, а не реалистичный объект или среду, или в некоторых случаях моделируют среду реального мира упрощенным способом, чтобы помочь учащемуся развить понимание ключевые понятия. Обычно пользователь может создать в микромире какую-то конструкцию, которая будет вести себя в соответствии с моделируемыми концепциями. Сеймур Пейперт был одним из первых, кто пропагандировал ценность микромиров, а среда программирования Logo , разработанная Пейпертом, является одним из самых известных микромиров.
Моделирование управления проектами все чаще используется для обучения студентов и специалистов искусству и науке управления проектами. Использование моделирования для обучения управлению проектами улучшает сохранение знаний и улучшает процесс обучения. [22] [23]
Социальные симуляции могут использоваться в классах социальных наук для иллюстрации социальных и политических процессов в курсах антропологии, экономики, истории, политологии или социологии, обычно на уровне средней школы или университета. Они могут, например, принимать форму гражданских симуляций, в которых участники берут на себя роли в моделируемом обществе, или симуляций международных отношений, в которых участники участвуют в переговорах, формировании альянсов, торговле, дипломатии и применении силы. Такие симуляции могут быть основаны на вымышленных политических системах или на текущих или исторических событиях. Примером последнего может служить серия исторических образовательных игр Barnard College « Reacting to the Past» . [24] Национальный научный фонд также поддержал создание реагирующих игр , посвященных естественным наукам и математическому образованию. [25] В симуляциях социальных сетей участники тренируются общаться с критиками и другими заинтересованными сторонами в частной среде.
В последние годы все чаще используются социальные симуляции для обучения сотрудников агентств по оказанию помощи и развитию. Например, симуляция Carana была впервые разработана Программой развития Организации Объединенных Наций , а теперь в сильно переработанной форме используется Всемирным банком для обучения персонала работе с нестабильными и затронутыми конфликтами странами. [26]
Военное использование моделирования часто предполагает использование самолетов или боевых бронированных машин, но также может быть нацелено на обучение стрелковому оружию и другим системам вооружения. В частности, виртуальные полигоны для огнестрельного оружия стали нормой в большинстве процессов военной подготовки, и имеется значительный объем данных, позволяющих предположить, что это полезный инструмент для профессионалов вооруженных сил. [27]
Виртуальное моделирование — это категория моделирования, в которой используется оборудование для моделирования для создания моделируемого мира для пользователя. Виртуальные симуляции позволяют пользователям взаимодействовать с виртуальным миром . Виртуальные миры функционируют на платформах интегрированных программных и аппаратных компонентов. Таким образом, система может принимать входные данные от пользователя (например, отслеживание тела, распознавание голоса/звука, физические контроллеры) и выдавать пользователю выходные данные (например, визуальный дисплей, звуковой дисплей, тактильный дисплей). [28] Виртуальные симуляции используют вышеупомянутые режимы взаимодействия, чтобы создать у пользователя ощущение погружения .
Существует широкий спектр аппаратных средств ввода, позволяющих принимать вводимые пользователем данные для виртуального моделирования. В следующем списке кратко описаны некоторые из них:
Исследования будущих систем ввода открывают большие перспективы для виртуального моделирования. Такие системы, как интерфейсы «мозг-компьютер» (BCI), предлагают возможность еще больше повысить уровень погружения пользователей виртуального моделирования. Ли, Кейнрат, Шерер, Бишоф, Пфурчеллер [29] доказали, что наивных испытуемых можно относительно легко научить использовать BCI для навигации по виртуальной квартире. Используя BCI, авторы обнаружили, что испытуемые могли свободно перемещаться в виртуальной среде с относительно минимальными усилиями. Вполне возможно, что эти типы систем станут стандартными методами ввода в будущих системах виртуального моделирования.
Существует широкий спектр аппаратных средств вывода, позволяющих стимулировать пользователей при виртуальном моделировании. В следующем списке кратко описаны некоторые из них:
Клинические медицинские симуляторы все чаще разрабатываются и используются для обучения терапевтическим и диагностическим процедурам, а также медицинским концепциям и принятию решений для персонала медицинских профессий. Тренажеры были разработаны для процедур обучения, начиная от базовых процедур, таких как взятие крови , до лапароскопической хирургии [31] и оказания помощи при травмах. Они также важны для помощи в создании прототипов новых устройств [32] для решения задач биомедицинской инженерии. В настоящее время симуляторы применяются для исследований и разработки инструментов для новых методов лечения, [33] лечения [34] и ранней диагностики [35] в медицине.
Многие медицинские симуляторы включают в себя компьютер, подключенный к пластическому моделированию соответствующей анатомии. [ нужна цитата ] Сложные симуляторы этого типа используют манекен в натуральную величину, который реагирует на вводимые наркотики и может быть запрограммирован для создания моделирования опасных для жизни чрезвычайных ситуаций.
В других симуляциях визуальные компоненты процедуры воспроизводятся с помощью методов компьютерной графики , тогда как сенсорные компоненты воспроизводятся с помощью устройств тактильной обратной связи в сочетании с процедурами физического моделирования, вычисляемыми в ответ на действия пользователя. В медицинских симуляциях такого рода часто используются 3D- КТ или МРТ- сканирования данных пациентов для повышения реалистичности. Некоторые медицинские симуляции разрабатываются для широкого распространения (например, симуляции через Интернет [36] и процедурные симуляции [37] , которые можно просматривать через стандартные веб-браузеры), и с ними можно взаимодействовать с использованием стандартных компьютерных интерфейсов, таких как клавиатура и мышь . .
Важным медицинским применением симулятора (хотя, возможно, это означает несколько иное значение термина « симулятор » ) является использование препарата плацебо , препарата, который имитирует активное лекарство в испытаниях его эффективности.
Безопасность пациентов является проблемой в медицинской отрасли. Известно, что пациенты получают травмы и даже умирают из-за ошибок руководства и отсутствия использования лучших стандартов ухода и обучения. Согласно «Разработке национальной программы симуляционного медицинского образования» (Эдер-Ван Хук, Джеки, 2004 г.), «способность поставщика медицинских услуг разумно реагировать в непредвиденной ситуации является одним из наиболее важных факторов в создании положительного результата в медицинской практике». чрезвычайная ситуация, независимо от того, происходит ли она на поле боя, на автостраде или в отделении неотложной помощи больницы». Эдер-Ван Хук (2004) также отметил, что медицинские ошибки уносят жизни до 98 000 человек, при этом предполагаемые затраты составляют от 37 до 50 миллионов долларов США и от 17 до 29 миллиардов долларов США за предотвратимые нежелательные явления в год.
Моделирование используется для изучения безопасности пациентов, а также для обучения медицинских работников. [38] Изучение безопасности пациентов и мер по обеспечению безопасности в здравоохранении является сложной задачей, поскольку отсутствует экспериментальный контроль (т. е. сложность пациентов, различия в системе/процессе), чтобы увидеть, привело ли вмешательство к значимому изменению (Groves & Manges, 2017). [39] Примером инновационного моделирования для изучения безопасности пациентов являются исследования в области сестринского дела. Гроувс и др. (2016) использовали высокоточное моделирование для изучения поведения медсестер, ориентированного на безопасность, в такие моменты, как отчет о смене . [38]
Однако ценность симуляционных вмешательств для их применения в клинической практике все еще остается дискуссионной. [40] Как утверждает Нишисаки, «есть веские доказательства того, что симуляционное обучение повышает самоэффективность и компетентность поставщика и команды при работе с манекенами. Существуют также убедительные доказательства того, что процедурное моделирование улучшает реальные эксплуатационные характеристики в клинических условиях». [40] Однако существует потребность в более надежных доказательствах того, что обучение управлению ресурсами экипажа осуществляется посредством моделирования. [40] Одна из самых больших проблем заключается в том, чтобы доказать, что командное моделирование повышает эффективность работы команды у постели больного. [41] Хотя доказательства того, что обучение на основе моделирования действительно улучшает результаты лечения пациентов, накапливаются медленно, сегодня способность моделирования обеспечить практический опыт, который можно перенести в операционную, больше не вызывает сомнений. [42] [43] [44]
Одним из важнейших факторов, которые могут повлиять на возможность обучения оказывать влияние на работу практикующих врачей у постели больного, является способность расширять возможности непосредственного персонала (Stewart, Manges, Ward, 2015). [41] [45] Еще одним примером попытки повысить безопасность пациентов за счет использования симуляционного обучения является уход за пациентами с целью предоставления услуг «точно в срок» и/или «точно на месте». Это обучение состоит из 20-минутного симуляционного обучения непосредственно перед тем, как работники придут на смену. Одно исследование показало, что своевременная тренировка улучшила переход к постели. Вывод, как сообщается в работе Нишисаки (2008), заключался в том, что симуляционное обучение улучшило участие резидентов в реальных случаях; но не жертвовал качеством обслуживания. Таким образом, можно предположить, что увеличение числа высококвалифицированных ординаторов за счет использования симуляционного обучения действительно повышает безопасность пациентов.
Первые медицинские симуляторы представляли собой простые модели пациентов-людей. [46]
С древности эти изображения из глины и камня использовались для демонстрации клинических особенностей болезненных состояний и их воздействия на человека. Модели были найдены во многих культурах и континентах. Эти модели использовались в некоторых культурах (например, в китайской культуре) в качестве « диагностического » инструмента, позволяющего женщинам консультироваться с врачами-мужчинами, соблюдая при этом социальные законы скромности. Сегодня модели используются, чтобы помочь студентам изучить анатомию опорно -двигательного аппарата и систем органов. [46]
В 2002 году было создано Общество моделирования в здравоохранении (SSH), которое стало лидером в международных межпрофессиональных достижениях в области применения медицинского моделирования в здравоохранении [47].
Необходимость в «едином механизме обучения, оценки и сертификации инструкторов по симуляции для работников здравоохранения» была признана МакГэги и др. в своем критическом обзоре исследований в области медицинского образования, основанных на симуляции. [48] В 2012 году SSH опробовал две новые сертификации, чтобы обеспечить признание преподавателей и удовлетворить эту потребность. [49]
Активные модели, которые пытаются воспроизвести живую анатомию или физиологию, являются недавними разработками. Знаменитый манекен «Харви» был разработан в Университете Майами и способен воссоздать многие физические данные кардиологического обследования , включая пальпацию , аускультацию и электрокардиографию . [50]
Совсем недавно были разработаны интерактивные модели, реагирующие на действия студента или врача. [50] До недавнего времени эти симуляции представляли собой двумерные компьютерные программы, которые действовали скорее как учебник, чем как пациент. Преимущество компьютерного моделирования состоит в том, что оно позволяет учащемуся делать суждения, а также совершать ошибки. Процесс итеративного обучения посредством оценки, принятия решений и исправления ошибок создает гораздо более сильную среду обучения, чем пассивное обучение.
Симуляторы были предложены как идеальный инструмент для оценки клинических навыков студентов. [51] Для пациентов «кибертерапия» может использоваться для сеансов, имитирующих травматические переживания, от страха высоты до социальной тревожности. [52]
Для обучения и оценки широко использовались запрограммированные пациенты и смоделированные клинические ситуации, включая имитационные учения по ликвидации последствий стихийных бедствий. Эти «живые» симуляции дороги и не имеют воспроизводимости. Полнофункциональный симулятор «3Di» станет наиболее конкретным инструментом для обучения и измерения клинических навыков. Игровые платформы были применены для создания этой виртуальной медицинской среды, чтобы создать интерактивный метод обучения и применения информации в клиническом контексте. [53] [54]
Иммерсивное моделирование болезненного состояния позволяет врачу или медицинскому персоналу почувствовать, как на самом деле ощущается болезнь. С помощью датчиков и преобразователей участнику можно оказывать симптоматическое воздействие, позволяя ему ощутить болезненное состояние пациента.
Такой симулятор отвечает целям объективного и стандартизированного экзамена на клиническую компетентность. [55] Эта система превосходит обследования, в которых используются « стандартные пациенты », поскольку она позволяет количественно измерить компетентность, а также воспроизвести те же объективные результаты. [56]
Моделирование в сфере развлечений охватывает многие крупные и популярные отрасли, такие как кино, телевидение, видеоигры (в том числе серьезные ) и аттракционы в тематических парках. Хотя считается, что современное моделирование уходит корнями в обучение и армию, в 20 веке оно также стало каналом для предприятий, которые носили более гедонистический характер.
Первая игра-симулятор, возможно, была создана еще в 1947 году Томасом Т. Голдсмитом-младшим и Эстл Рэй Манн. Это была простая игра, имитирующая запуск ракеты по цели. Кривую полета ракеты и ее скорость можно было регулировать с помощью нескольких ручек. В 1958 году Вилли Хиггинботэм создал компьютерную игру под названием « Теннис для двоих» , которая имитировала теннисную игру между двумя игроками, которые могли играть одновременно, используя ручное управление, и отображалась на осциллографе. [57] Это была одна из первых электронных видеоигр, в которой использовался графический дисплей.
Компьютерные изображения использовались в фильме для моделирования объектов еще в 1972 году в фильме «Компьютерная анимированная рука» , части которого были показаны на большом экране в фильме 1976 года « Мир будущего» . За этим последовал «компьютер наведения», который молодой Скайуокер выключает в фильме 1977 года «Звездные войны» .
Фильм « Трон» (1982) стал первым фильмом, в котором использовались компьютерные изображения продолжительностью более пары минут. [58]
Развитие технологий в 1980-х годах привело к тому, что 3D-симуляция стала более широко использоваться, и она начала появляться в фильмах и компьютерных играх, таких как Battlezone от Atari (1980) и Elite от Acornsoft (1984), одна из первых каркасных игр. Игры с 3D графикой для домашних компьютеров .
Достижения в области технологий в 1980-х годах сделали компьютер более доступным и более функциональным, чем в предыдущие десятилетия, [59] что способствовало развитию таких компьютеров, как игровая приставка Xbox. Первые игровые консоли , выпущенные в 1970-х и начале 1980-х годов, стали жертвами краха индустрии в 1983 году, но в 1985 году Nintendo выпустила Nintendo Entertainment System (NES), которая стала одной из самых продаваемых консолей в истории видеоигр. [60] В 1990-е годы компьютерные игры стали широко популярны благодаря выпуску таких игр, как The Sims и Command & Conquer, а также все возрастающей мощности настольных компьютеров. Сегодня в компьютерные игры-симуляторы, такие как World of Warcraft, играют миллионы людей по всему миру.
В 1993 году фильм « Парк Юрского периода» стал первым популярным фильмом, в котором широко использовалась компьютерная графика, почти плавно интегрировав симулированных динозавров в сцены живых выступлений.
Это событие изменило киноиндустрию; В 1995 году фильм « История игрушек» стал первым фильмом, в котором использовались только компьютерные изображения, а к новому тысячелетию компьютерная графика стала основным выбором для спецэффектов в фильмах. [61]
Появление виртуального кинематографа в начале 2000-х привело к взрывному росту количества фильмов, снимать которые без него было бы невозможно. Классическими примерами являются цифровые двойники Нео, Смита и других персонажей в сиквелах «Матрицы» , а также широкое использование физически невозможных съемок в трилогии «Властелин колец» .
Терминал в Pan Am (сериал) больше не существовал во время съемок этого сериала, вышедшего в эфир в 2011–2012 годах, что не было проблемой, поскольку они создали его в виртуальной кинематографии, используя автоматический поиск и сопоставление точек обзора в сочетании с композицией реальных и смоделированных кадров. который был хлебом с маслом кинохудожника на киностудиях и за их пределами с начала 2000-х годов.
Компьютерные изображения — это «применение области трехмерной компьютерной графики для создания специальных эффектов». Эта технология используется для создания визуальных эффектов, поскольку они высокого качества, управляемы и могут создавать эффекты, которые невозможно реализовать с помощью любой другой технологии ни из-за стоимости, ресурсов, ни из-за безопасности. [62] Компьютерную графику сегодня можно увидеть во многих игровых фильмах, особенно в жанре боевиков. Кроме того, компьютерные изображения почти полностью вытеснили рисованную анимацию в детских фильмах, которые все чаще создаются исключительно компьютером. Примеры фильмов, в которых используются компьютерные изображения, включают « В поисках Немо» , «300 спартанцев» и «Железный человек» .
Игры-симуляторы , в отличие от других жанров видео- и компьютерных игр, точно представляют или моделируют окружающую среду. Более того, они реалистично отображают взаимодействие между игровыми персонажами и окружающей средой. Такие игры обычно более сложны с точки зрения игрового процесса. [63] Симуляторы стали невероятно популярны среди людей всех возрастов. [64] Популярные игры-симуляторы включают SimCity и Tiger Woods PGA Tour . Также есть симуляторы полета и симуляторы вождения .
Симуляторы использовались для развлечения со времен Link Trainer в 1930-х годах. [65] Первым современным аттракционом-симулятором, открывшимся в тематическом парке, был Disney's Star Tours в 1987 году, вскоре за которым последовал Universal's The Funtastic World of Hanna-Barbera в 1990 году, который был первым аттракционом, полностью выполненным с помощью компьютерной графики. [66]
Аттракционы-симуляторы являются потомками военных тренировочных симуляторов и коммерческих симуляторов, но они фундаментально отличаются. В то время как военные тренировочные симуляторы реалистично реагируют на действия обучаемого в реальном времени, симуляторы езды создают ощущение, будто они двигаются реалистично и двигаются в соответствии с заранее записанными сценариями движения. [66] В одном из первых аттракционов-симуляторов Star Tours стоимостью 32 миллиона долларов использовалась кабина с гидравлическим приводом. Движение программировалось джойстиком. Сегодняшние аттракционы-симуляторы, такие как « Удивительные приключения Человека-паука» , включают в себя элементы, повышающие степень погружения гонщиков, такие как: 3D-изображения, физические эффекты (распыление воды или создание запахов) и движение в окружающей среде. [67]
Производственное моделирование представляет собой одно из наиболее важных применений моделирования. Этот метод представляет собой ценный инструмент, используемый инженерами при оценке эффекта капиталовложений в оборудование и физические объекты, такие как заводы, склады и распределительные центры. Моделирование можно использовать для прогнозирования производительности существующей или планируемой системы и для сравнения альтернативных решений конкретной проблемы проектирования. [68]
Другой важной целью моделирования в производственных системах является количественная оценка производительности системы. Общие показатели производительности системы включают следующее: [69]
Автомобильный симулятор дает возможность воспроизвести характеристики реального транспорта в виртуальной среде. Он воспроизводит внешние факторы и условия, с которыми взаимодействует транспортное средство, позволяя водителю почувствовать себя так, будто он сидит в кабине собственного автомобиля. Сценарии и события воспроизводятся с достаточной реалистичностью, чтобы водители полностью погрузились в опыт, а не просто рассматривали его как образовательный опыт.
Симулятор дает возможность начинающему водителю получить полезный опыт и позволяет более опытному водителю выполнять более сложные упражнения. Начинающим водителям симуляторы грузовиков дают возможность начать свою карьеру, применяя передовой опыт. Для опытных водителей моделирование дает возможность улучшить качество вождения или выявить плохую практику и предложить необходимые шаги для исправления ситуации. Для компаний это дает возможность обучать персонал навыкам вождения, что позволяет добиться снижения затрат на техническое обслуживание, повышения производительности и, самое главное, обеспечить безопасность их действий во всех возможных ситуациях.
Симулятор биомеханики — это симуляционная платформа для создания динамических механических моделей, построенных из комбинаций твердых и деформируемых тел, суставов, ограничений и различных силовых приводов. Он специализируется на создании биомеханических моделей анатомических структур человека с целью изучения их функций и, в конечном итоге, оказания помощи в разработке и планировании медицинского лечения.
Симулятор биомеханики используется для анализа динамики ходьбы, изучения спортивных результатов, моделирования хирургических процедур, анализа нагрузок на суставы, проектирования медицинских устройств, а также анимации движений человека и животных.
Нейромеханический симулятор, сочетающий в себе биомеханическое и биологически реалистичное моделирование нейронной сети. Это позволяет пользователю проверять гипотезы на нейронной основе поведения в физически точной трехмерной виртуальной среде.
Симулятор города может быть игрой по градостроительству, но также может быть инструментом, используемым градостроителями для понимания того, как города могут развиваться в ответ на различные политические решения. AnyLogic — это пример современных крупномасштабных городских симуляторов, предназначенных для использования градостроителями. Городские симуляторы, как правило, представляют собой агентские симуляции с явным представлением землепользования и транспорта. UrbanSim и LEAM являются примерами крупномасштабных городских имитационных моделей, которые используются агентствами городского планирования и военными базами для планирования землепользования и транспорта .
Существует несколько рождественских симуляторов, многие из которых сосредоточены вокруг Санта-Клауса . Примером таких симуляций являются веб-сайты, которые утверждают, что позволяют пользователю отслеживать Санта-Клауса. В связи с тем, что Санта — легендарный персонаж, а не реальный, живой человек, невозможно предоставить реальную информацию о его местонахождении, а такие сервисы, как NORAD Tracks Santa и Google Santa Tracker (первый из которых утверждает, что использует радар) и другие технологии для отслеживания Санты) [70] отображают пользователям фальшивую, заранее определенную информацию о местоположении. Другим примером такого моделирования являются веб-сайты, которые утверждают, что позволяют пользователю отправлять электронные письма или сообщения Санта-Клаусу. Такие веб-сайты, как emailSanta.com или бывшая страница Санты на ныне несуществующей платформе Windows Live Spaces от Microsoft , используют автоматизированные программы или сценарии для генерации персонализированных ответов, которые, как утверждается, исходят от самого Санты, на основе пользовательского ввода. [71] [72] [73] [74]
Класс будущего, вероятно, будет содержать несколько видов симуляторов, помимо текстовых и визуальных инструментов обучения. Это позволит студентам поступить на клинические курсы более подготовленными и с более высоким уровнем квалификации. Студенты или аспиранты продвинутого уровня будут иметь более краткий и всеобъемлющий метод переподготовки — или включения новых клинических процедур в свой набор навыков — а регулирующим органам и медицинским учреждениям будет легче оценивать навыки и компетентность отдельных лиц.
Класс будущего также станет основой подразделения клинических навыков для непрерывного обучения медицинского персонала; и точно так же, как периодическое летное обучение помогает пилотам авиакомпаний, эта технология будет помогать специалистам-практикам на протяжении всей их карьеры. [ нужна цитата ]
Тренажер станет больше, чем «живым» учебником, он станет неотъемлемой частью медицинской практики. [ нужна цитата ] Среда симулятора также обеспечит стандартную платформу для разработки учебных программ в медицинских учебных заведениях.
Современные системы спутниковой связи ( SATCOM ) часто бывают большими и сложными, со множеством взаимодействующих частей и элементов. Кроме того, за последние несколько лет резко возросла потребность в широкополосном подключении движущегося транспортного средства как для коммерческих, так и для военных приложений. Чтобы точно прогнозировать и обеспечивать высокое качество обслуживания, разработчики систем SATCOM при планировании должны учитывать рельеф местности, а также атмосферные и метеорологические условия. Чтобы справиться с такой сложностью, проектировщики и операторы систем все чаще обращаются к компьютерным моделям своих систем, чтобы имитировать реальные условия эксплуатации и получить представление об удобстве использования и требованиях до утверждения конечного продукта. Моделирование улучшает понимание системы, позволяя разработчику или планировщику системы SATCOM моделировать реальную производительность, вводя в модели множество гипотетических условий атмосферы и окружающей среды. Моделирование часто используется при обучении гражданского и военного персонала. Обычно это происходит, когда позволить обучающимся использовать настоящее оборудование в реальном мире непомерно дорого или просто слишком опасно. В таких ситуациях они будут проводить время, изучая ценные уроки в «безопасной» виртуальной среде, но при этом проживая реалистичный опыт (или, по крайней мере, это цель). Часто удобство состоит в том, чтобы допускать ошибки во время обучения работе с критически важной для безопасности системой.
Решения для моделирования все чаще интегрируются с компьютерными решениями и процессами ( автоматизированное проектирование или CAD, автоматизированное производство или CAM, автоматизированное проектирование или CAE и т. д.). Использование моделирования на протяжении всего жизненного цикла продукта , особенно на ранних стадиях концепции и проектирования, потенциально может принести существенные преимущества. Эти преимущества варьируются от прямых затрат, таких как сокращение времени создания прототипов и времени вывода на рынок, до более эффективных продуктов и более высокой прибыли. Однако некоторым компаниям моделирование не принесло ожидаемых выгод.
Успешное использование моделирования на ранних стадиях жизненного цикла во многом обусловлено возросшей интеграцией инструментов моделирования со всем набором решений CAD, CAM и управления жизненным циклом продукта. Решения для моделирования теперь могут функционировать на расширенном предприятии в среде с несколькими CAD и включают в себя решения для управления данными и процессами моделирования, а также обеспечения того, чтобы результаты моделирования были частью истории жизненного цикла продукта.
Симуляционное обучение стало методом подготовки людей к стихийным бедствиям. Моделирование позволяет воспроизводить чрезвычайные ситуации и отслеживать реакцию учащихся благодаря реалистичному опыту. Моделирование готовности к стихийным бедствиям может включать в себя обучение тому, как бороться с террористическими атаками, стихийными бедствиями, вспышками пандемий или другими опасными для жизни чрезвычайными ситуациями.
Одной из организаций, которая использовала симуляционное обучение для обеспечения готовности к стихийным бедствиям, является CADE (Центр развития дистанционного образования). CADE [75] использовал видеоигру для подготовки спасателей к различным типам атак. Как сообщает News-Medical.Net, «Эта видеоигра является первой в серии симуляций, посвященных биотерроризму, пандемическому гриппу, оспе и другим стихийным бедствиям, к которым должен быть готов персонал службы экстренной помощи. [76] » Разработано командой из Игра Университета Иллинойса в Чикаго (UIC) позволяет учащимся практиковать свои навыки экстренной помощи в безопасной, контролируемой среде.
Программа моделирования чрезвычайных ситуаций (ESP) в Технологическом институте Британской Колумбии (BCIT), Ванкувер, Британская Колумбия, Канада, является еще одним примером организации, которая использует моделирование для обучения действиям в чрезвычайных ситуациях. ESP использует моделирование для обучения следующим ситуациям: тушение лесных пожаров, реагирование на разливы нефти или химических веществ, реагирование на землетрясение, правоохранительные органы, муниципальные пожаротушения, обращение с опасными материалами, военная подготовка и реагирование на террористическую атаку [77] Одна из особенностей системы моделирования. Это реализация «Динамических часов времени выполнения», которая позволяет моделировать «моделируемые» временные рамки, «ускоряя» или «замедляя» время по желанию» [77] . Кроме того, система позволяет записывать сеансы, изображения -навигация на основе значков, хранение файлов отдельных симуляций, мультимедийных компонентов и запуск внешних приложений.
В Университете Квебека в Шикутими исследовательская группа лаборатории исследований и экспертизы на открытом воздухе (Laboratoire d'Expertise et de Recherche en Plein Air – LERPA) специализируется на использовании моделирования аварий в отдаленных районах для проверки координации реагирования на чрезвычайные ситуации.
С учебной точки зрения преимущества экстренного обучения с помощью моделирования заключаются в том, что успеваемость учащихся можно отслеживать с помощью системы. Это позволяет разработчику вносить необходимые изменения или предупреждать преподавателя о темах, которые могут потребовать дополнительного внимания. Другие преимущества заключаются в том, что учащегося можно направить или обучить тому, как правильно реагировать, прежде чем переходить к следующему сегменту чрезвычайной ситуации — этот аспект может быть недоступен в реальной среде. Некоторые симуляторы обучения чрезвычайным ситуациям также допускают немедленную обратную связь, в то время как другие симуляции могут предоставлять резюме и давать учащемуся указание снова вернуться к изучаемой теме.
В чрезвычайной ситуации спасателям некогда терять время. Симуляционное обучение в такой среде дает учащимся возможность собрать как можно больше информации и практиковать свои знания в безопасной среде. Они могут совершать ошибки, не подвергая опасности жизнь, и иметь возможность исправить свои ошибки, чтобы подготовиться к реальной чрезвычайной ситуации.
Моделирование в экономике и особенно в макроэкономике позволяет судить о желательности последствий предлагаемых политических действий, таких как изменения налогово-бюджетной политики или изменения денежно-кредитной политики . Математическая модель экономики, адаптированная к историческим экономическим данным, используется в качестве показателя реальной экономики; предлагаемые значения государственных расходов , налогообложения, операций на открытом рынке и т. д. используются в качестве входных данных для моделирования модели, а различные представляющие интерес переменные, такие как уровень инфляции , уровень безработицы , торговый дефицит, дефицит государственного бюджета и т. д. являются результатами моделирования. Смоделированные значения этих представляющих интерес переменных сравниваются для различных предлагаемых исходных данных политики, чтобы определить, какой набор результатов является наиболее желательным. [78]
Моделирование — важная функция инженерных систем или любой системы, включающей множество процессов. Например, в электротехнике линии задержки могут использоваться для имитации задержки распространения и фазового сдвига , вызванного реальной линией передачи . Аналогичным образом, фиктивные нагрузки могут использоваться для моделирования импеданса без моделирования распространения и используются в ситуациях, когда распространение нежелательно. Симулятор может имитировать лишь некоторые операции и функции моделируемого им устройства. Сравните с : подражать . [79]
Большинство инженерных симуляций предполагают математическое моделирование и компьютерные исследования. Однако во многих случаях математическое моделирование ненадежно. Моделирование задач гидродинамики часто требует как математического, так и физического моделирования. В этих случаях физические модели требуют динамического подобия . Физическое и химическое моделирование также имеет прямое реалистичное применение, а не исследовательское; Например, в химическом машиностроении моделирование процессов используется для определения параметров процесса, которые сразу же используются для работы химических предприятий, таких как нефтеперерабатывающие заводы. Тренажеры также используются для обучения операторов установок. Он называется «Симулятор обучения операторов» (OTS) и широко применяется во многих отраслях промышленности, от химической до нефтегазовой и энергетической. Это создало безопасную и реалистичную виртуальную среду для обучения операторов плат и инженеров. Mimic способен предоставлять высокоточные динамические модели практически всех химических предприятий для обучения операторов и тестирования систем управления.
Эргономическое моделирование включает анализ виртуальных продуктов или ручных задач в виртуальной среде. В процессе проектирования целью эргономики является разработка и улучшение дизайна изделий и рабочей среды. [80] Эргономическое моделирование использует антропометрическое виртуальное представление человека, обычно называемое манекеном или цифровыми моделями человека (DHM), для имитации поз, механических нагрузок и действий человека-оператора в моделируемой среде, такой как самолет, автомобиль или производственное предприятие. DHM признаны развивающимся и ценным инструментом для проведения упреждающего эргономического анализа и проектирования. [81] В симуляциях используются 3D-графика и физические модели для анимации виртуальных людей. Программное обеспечение для эргономики использует возможности обратной кинематики (IK) для позиционирования DHM. [80]
Программные инструменты обычно рассчитывают биомеханические свойства, включая отдельные мышечные силы, силы суставов и моменты. В большинстве этих инструментов используются стандартные методы эргономической оценки, такие как уравнение подъема мышц NIOSH и быстрая оценка верхних конечностей (RULA). В некоторых симуляциях также анализируются физиологические показатели, включая метаболизм, расход энергии и пределы утомляемости. Исследования времени цикла, проверка конструкции и процессов, комфорт пользователя, доступность и прямая видимость — это другие человеческие факторы, которые можно изучить в пакетах эргономического моделирования. [82]
Моделирование и симуляция задачи могут быть выполнены путем ручного манипулирования виртуальным человеком в моделируемой среде. Некоторые программы для моделирования эргономики позволяют осуществлять интерактивное моделирование и оценку в реальном времени на основе фактического человеческого вмешательства с помощью технологий захвата движения. Однако захват движения для эргономики требует дорогостоящего оборудования и создания реквизита для представления окружающей среды или продукта.
Некоторые применения эргономического моделирования включают анализ сбора твердых отходов, задачи управления стихийными бедствиями, интерактивные игры, [83] сборочную линию автомобилей, [84] виртуальное прототипирование средств реабилитации, [85] и проектирование аэрокосмической продукции. [86] Инженеры Ford используют программное обеспечение для моделирования эргономики для виртуального анализа конструкции продукта. Используя инженерные данные, моделирование помогает оценить эргономику сборки. Компания использует программное обеспечение Siemens Jack and Jill для моделирования эргономики для повышения безопасности и эффективности труда без необходимости создания дорогостоящих прототипов. [87]
В финансах компьютерное моделирование часто используется для планирования сценариев. Например, чистая приведенная стоимость с поправкой на риск рассчитывается на основе четко определенных, но не всегда известных (или фиксированных) исходных данных. Имитируя эффективность оцениваемого проекта, моделирование может обеспечить распределение чистой приведенной стоимости по диапазону ставок дисконтирования и других переменных. Моделирование также часто используется для проверки финансовой теории или возможностей финансовой модели. [88]
Моделирование часто используется в финансовом обучении, чтобы побудить участников пережить различные исторические, а также вымышленные ситуации. Существуют симуляции фондового рынка, портфельные симуляции, симуляции или модели управления рисками и симуляции форекс. Такое моделирование обычно основано на стохастических моделях активов . Использование этих симуляций в программе обучения позволяет применить теорию в чем-то похожем на реальную жизнь. Как и в других отраслях, использование моделирования может быть основано на технологиях или тематических исследованиях.
Моделирование полета в основном используется для обучения пилотов вне самолета. [89] По сравнению с обучением в полете, обучение на основе моделирования позволяет отрабатывать маневры или ситуации, которые могут быть непрактичными (или даже опасными) для выполнения в самолете, сохраняя при этом пилота и инструктора в условиях относительно низкого риска на земле. . Например, отказы электрической системы, отказы приборов, отказы гидравлической системы и даже отказы управления полетом могут быть смоделированы без риска для экипажа или оборудования. [90]
Инструкторы также могут предоставить студентам более высокую концентрацию учебных задач в определенный период времени, чем это обычно возможно в самолетах. Например, выполнение нескольких заходов на посадку по приборам на реальном самолете может потребовать значительных затрат времени на изменение положения самолета, тогда как при моделировании, как только один заход на посадку завершен, инструктор может немедленно переместить моделируемый самолет в место, из которого будет выполнен следующий заход на посадку. можно начинать.
Моделирование полета также дает экономическое преимущество перед обучением на реальном самолете. Если принять во внимание затраты на топливо, техническое обслуживание и страхование, эксплуатационные расходы FSTD обычно существенно ниже, чем эксплуатационные расходы моделируемого самолета. Для некоторых самолетов большой транспортной категории эксплуатационные затраты на FSTD могут быть в несколько раз ниже, чем на реальный самолет. Еще одним преимуществом является снижение воздействия на окружающую среду, поскольку симуляторы не способствуют непосредственно выбросам углерода или шума. [91]
Существуют также «инженерные авиасимуляторы», которые являются ключевым элементом процесса проектирования самолетов . [92] Многие преимущества, которые дает меньшее количество испытательных полетов, такие как повышение стоимости и безопасности, описаны выше, но есть и некоторые уникальные преимущества. Наличие симулятора позволяет ускорить цикл итерации проектирования или использовать больше испытательного оборудования, чем можно поместить в реальный самолет. [93]
Морской тренажер , похожий на авиатренажеры , предназначен для обучения судового персонала. К наиболее распространенным морским симуляторам относятся: [94]
Подобные симуляторы в основном используются в морских колледжах, учебных заведениях и военно-морских силах. Они часто состоят из копии корабельного мостика с управляющей консолью (консолями) и ряда экранов, на которые проецируется виртуальное окружение.
Военные симуляции, неофициально называемые также военными играми, представляют собой модели, в которых теории ведения войны могут быть проверены и усовершенствованы без необходимости проведения реальных боевых действий. Они существуют во многих различных формах, с разной степенью реализма. В последнее время их сфера расширилась и теперь включает не только военные, но и политические и социальные факторы (например, серия стратегических учений Nationlab в Латинской Америке). [96] Хотя многие правительства используют моделирование, как индивидуально, так и совместно, мало что известно о специфике модели за пределами профессиональных кругов.
Сетевые и распределенные системы были тщательно смоделированы, чтобы понять влияние новых протоколов и алгоритмов перед их развертыванием в реальных системах. Моделирование может фокусироваться на разных уровнях ( физический уровень , сетевой уровень , уровень приложений ) и оценивать различные показатели (пропускная способность сети, потребление ресурсов, время обслуживания, отброшенные пакеты, доступность системы). Примеры сценариев моделирования сетевых и распределенных систем:
Методы моделирования также применялись к платежным системам и системам расчетов по ценным бумагам. Среди основных пользователей — центральные банки, которые обычно отвечают за надзор за рыночной инфраструктурой и имеют право способствовать бесперебойному функционированию платежных систем.
Центральные банки используют моделирование платежных систем для оценки таких факторов, как адекватность или достаточность ликвидности, доступной (в виде остатков на счетах и внутридневных кредитных лимитов) участникам (в основном банкам), чтобы обеспечить эффективный расчет платежей. [101] [102] Потребность в ликвидности также зависит от наличия и типа неттинговых процедур в системах, поэтому некоторые исследования сосредоточены на сравнении систем. [103]
Другое применение — оценка рисков, связанных с такими событиями, как сбои в сети связи или неспособность участников отправлять платежи (например, в случае возможного банкротства банка). [104] Этот вид анализа подпадает под концепции стресс-тестирования или сценарного анализа .
Обычным способом проведения такого моделирования является воспроизведение логики расчетов реальных анализируемых систем платежей или расчетов по ценным бумагам, а затем использование реальных наблюдаемых данных о платежах. В случае сравнения или развития системы, естественно, необходимо реализовать и другую логику расчетов.
Для проведения стресс-тестирования и анализа сценариев необходимо изменить наблюдаемые данные, например, отложить или отменить некоторые платежи. Для анализа уровней ликвидности варьируются начальные уровни ликвидности. Сравнение систем (бенчмаркинг) или оценка новых алгоритмов или правил взаимозачета выполняются путем запуска моделирования с фиксированным набором данных и изменением только настроек системы.
Вывод обычно делается путем сравнения результатов эталонного моделирования с результатами измененных настроек моделирования путем сравнения таких показателей, как неурегулированные транзакции или задержки расчетов.
Моделирование управления проектами — это моделирование, используемое для обучения и анализа управления проектами. Его часто используют в качестве учебного моделирования для менеджеров проектов. В других случаях он используется для анализа «что, если» и для поддержки принятия решений в реальных проектах. Часто моделирование проводится с использованием программных средств.
Симулятор робототехники используется для создания встроенных приложений для конкретного (или нет) робота без зависимости от «реального» робота. В некоторых случаях эти приложения можно перенести на реального робота (или пересобрать) без доработок. Симуляторы робототехники позволяют воспроизводить ситуации, которые невозможно «создать» в реальном мире из-за стоимости, времени или «уникальность» ресурса. Симулятор также позволяет быстро создавать прототипы роботов. Многие симуляторы роботов оснащены физическими двигателями для моделирования динамики робота.
Моделирование производственных систем используется главным образом для изучения эффекта улучшений или инвестиций в производственные системы . Чаще всего это делается с помощью статической таблицы со временем обработки и времени транспортировки. Для более сложного моделирования используется дискретное моделирование событий (DES), позволяющее моделировать динамику производственной системы. Производственная система очень динамична и зависит от изменений в производственных процессах, времени сборки, настройки оборудования, перерывов, поломок и небольших простоев. [105] Существует множество программ , обычно используемых для моделирования дискретных событий. Они различаются по удобству использования и рынкам, но часто имеют одну и ту же основу.
Моделирование полезно при моделировании потока транзакций через бизнес-процессы, например, в области проектирования процессов продаж , для изучения и улучшения потока заказов клиентов на различных стадиях выполнения (скажем, от первоначального предложения о предоставлении товаров/услуг до прием и установка заказа). Такое моделирование может помочь предсказать влияние усовершенствования методов на изменчивость, стоимость, рабочее время и количество транзакций на различных этапах процесса. Для изображения таких моделей можно использовать полнофункциональный компьютеризированный симулятор процесса, а также более простые образовательные демонстрации с использованием программного обеспечения для работы с электронными таблицами, перемещение монет между чашками в результате броска игральной кости или погружение черпака в ванну с цветными бусами. [106]
В спорте компьютерное моделирование часто проводится для прогнозирования исхода событий и результатов отдельных спортсменов. Они пытаются воссоздать событие с помощью моделей, построенных на основе статистики. Развитие технологий позволило любому, кто обладает знаниями в области программирования, возможность запускать моделирование своих моделей. Моделирование строится на основе ряда математических алгоритмов или моделей и может варьироваться в зависимости от точности. Accuscore, лицензированная такими компаниями, как ESPN , является известной программой моделирования всех основных видов спорта . Он предлагает подробный анализ игр с помощью смоделированных линий ставок, прогнозируемых сумм очков и общих вероятностей.
С ростом интереса к симуляционным моделям фэнтези-спорта , которые прогнозируют результативность отдельных игроков, приобрели популярность. Такие компании, как What If Sports и StatFox, специализируются не только на использовании своих симуляций для прогнозирования результатов игр, но и на том, насколько хорошо будут выступать отдельные игроки. Многие люди используют модели, чтобы решить, с кого начать свою фэнтезийную лигу.
Еще один способ, которым симуляции помогают спорту, – это использование биомеханики . Модели создаются и симуляции выполняются на основе данных, полученных от датчиков, прикрепленных к спортсменам, и видеооборудования. Спортивная биомеханика с помощью симуляционных моделей отвечает на вопросы, касающиеся методов тренировок, таких как влияние усталости на производительность броска (высота броска) и биомеханические факторы верхних конечностей (индекс реактивной силы; время контакта рук). [107]
Компьютерное моделирование позволяет пользователям брать модели, которые раньше были слишком сложны для запуска, и давать им ответы. Моделирование оказалось одним из лучших способов понять как результативность игры, так и предсказуемость команды.
Моделирование использовалось в Космическом центре Кеннеди (KSC) для обучения и сертификации инженеров космических кораблей во время имитации операций обратного отсчета запуска. Инженерное сообщество космических шаттлов будет участвовать в комплексном моделировании обратного отсчета запуска перед каждым полетом шаттла. Эта симуляция представляет собой виртуальную симуляцию, в которой реальные люди взаимодействуют с моделируемым кораблем космического корабля и оборудованием наземного обеспечения (GSE). Моделирование фазы финального обратного отсчета шаттла, также известное как S0044, включало процессы обратного отсчета, которые должны были объединить многие системы космического корабля «Шаттл» и GSE. Некоторые из систем «Шаттла», интегрированных в моделирование, — это основная двигательная установка РС-25 , твердотопливные ракетные ускорители , наземные жидкий водород и жидкий кислород, внешний бак , средства управления полетом, навигация и авионика. [108] Главными целями моделирования фазы финального обратного отсчета шаттла являются:
Моделирование фазы финального обратного отсчета шаттла проходило в огневых залах Центра управления запуском Космического центра Кеннеди . Зал стрельбы, используемый во время моделирования, представляет собой тот же диспетчерский пункт, где выполняются реальные операции обратного отсчета запуска. В результате задействуется оборудование, используемое для реальных операций обратного отсчета до запуска. Во время моделирования используются командно-контрольные компьютеры, прикладное программное обеспечение, инструменты инженерного построения графиков и тенденций, документы о процедурах обратного отсчета запуска, документы о критериях принятия запуска, документы о требованиях к оборудованию и любые другие элементы, используемые группами инженерного обратного отсчета запуска во время реальных операций обратного отсчета запуска.
Аппаратное обеспечение корабля «Спейс шаттл» и соответствующее оборудование GSE моделируются с помощью математических моделей (написанных на языке моделирования Shuttle Ground Operations Simulator (SGOS) [110] ), которые ведут себя и реагируют как реальное оборудование. Во время моделирования фазы финального обратного отсчета шаттла инженеры управляют оборудованием с помощью реального прикладного программного обеспечения, выполняющегося на консолях управления, так же, как если бы они управляли реальным оборудованием транспортного средства. Однако эти реальные программные приложения не взаимодействуют с реальным оборудованием Shuttle во время моделирования. Вместо этого приложения взаимодействуют с представлениями математических моделей автомобиля и оборудования GSE. Следовательно, моделирование обходит чувствительные и даже опасные механизмы, обеспечивая при этом инженерные измерения, детализирующие реакцию оборудования. Поскольку эти математические модели взаимодействуют с прикладным программным обеспечением управления и контроля, модели и моделирование также используются для отладки и проверки функциональности прикладного программного обеспечения. [111]
Единственный верный способ протестировать приемники GNSS (широко известные в коммерческом мире как спутниковые навигаторы) — использовать симулятор радиочастотного созвездия. Приемник, который может использоваться, например, на самолете, может быть испытан в динамических условиях без необходимости брать его с собой в реальный полет. Условия испытаний могут быть точно повторены, и имеется полный контроль над всеми параметрами испытаний. это невозможно в «реальном мире» с использованием реальных сигналов. Для тестирования приемников, которые будут использовать новую систему Galileo (спутниковая навигация), альтернативы нет, поскольку реальных сигналов пока не существует.
Прогнозирование погодных условий путем экстраполяции/интерполяции предыдущих данных является одним из реальных применений моделирования. Большинство прогнозов погоды используют эту информацию, опубликованную метеорологическими бюро. Этот вид моделирования помогает прогнозировать и предупреждать об экстремальных погодных условиях, таких как путь активного урагана/циклона. Численное предсказание погоды для прогнозирования включает в себя сложные числовые компьютерные модели для точного прогнозирования погоды с учетом многих параметров.
Стратегические игры — как традиционные, так и современные — можно рассматривать как симуляцию абстрактного принятия решений с целью обучения военных и политических лидеров ( пример такой традиции см. в «Истории го» , а более свежий пример — в «Кригшпиле» ).
Многие другие видеоигры представляют собой своего рода симуляторы. Такие игры могут моделировать различные аспекты реальности: от бизнеса до правительства , строительства и пилотирования транспортных средств (см. выше).
Исторически это слово имело негативный оттенок:
... следовательно, общий обычай симуляции (который является этой последней степенью) является пороком, использующим либо естественную ложь, либо боязливость...
— Фрэнсис Бэкон , «О симуляции и притворстве», 1597 г.
... ради различения, обман словами обычно называют ложью, а обман действиями, жестами или поведением называется симуляцией...
- Роберт Саут , Юг, 1697, стр.525.
Однако позже связь между симуляцией и лицемерием сошла на нет и теперь представляет лишь лингвистический интерес. [112]
{{cite news}}: CS1 maint: unfit URL (link)Теперь он предлагает детям и родителям персонализированные сообщения от Санты, которые запускаются на основе сценария ASP, который Керр создал сам.
Единственное, что убедило мою дочь больше всего на свете в том, что Санта реален, — это веб-сайт emailSanta.com.
