浅谈现代仿真技术

来源:用户上传      作者: 李　爽　姬　婧　刘志贺

　　［摘要］仿真技术是以多种学科和理论为基础，以计算机及相应的软件为工具，通过虚拟实验的方法来分析和解决问题的一门综合性技术。目前，仿真技术已被广泛应用于大部分的科学技术领域。
　　［关键词］仿真理论 仿真技术 仿真应用
　　随着计算机科学技术的高速发展，系统仿真技术和计算机技术紧密的融合在一起。目前，有的高校采用多媒体技术和虚拟现实技术进行系统仿真的教学。
　　仿真技术是利用计算机并通过建立模型进行科学实验的技术。它具有经济、可靠、实用、安全、可多次重用的优点，是利用模型对系统进行研究的一门多学科综合性技术。
　　现代仿真技术的发展是与控制工程、系统工程及计算机技术的发展密切相关联的。控制工程和系统工程的发展促进了仿真技术的广泛应用，而计算机技术则为仿真提供了强有力的手段和工具。因此，计算机仿真在仿真中占有越来越重要的地位。
　　
　　一、仿真学科的理论体系
　　
　　1.相似理论
　　相似理论是研究事物之间相似规律及其应用的科学，是仿真科学的基本理论。其基本内容包括相似定义、相似定理、相似类型和相似方法。
　　2.模型论
　　模型论是以各应用领域内的科学理论为基础，建立符合仿真应用要求的、通用的、各领域专用的各种模型的理论和方法。
　　3.仿真系统理论
　　研究和论述构建符合应用需求的仿真系统理论和技术。包括仿真系统的体系结构和构成，仿真系统的设计及其公共关键技术，仿真系统的研制和运用仿真系统的规范、标准等。
　　4.仿真方法论
　　结合各应用领域的不同要求，研究仿真基本思想和方法，包括定量仿真方法和理论、面向对象仿真方法；智能仿真方法等。
　　5.仿真的可信性理论
　　表述仿真过程及结果评价、控制的概念和方法的基本理论、研究仿真环境和真实环境的相似性理论和方法，研究提高仿真可信性的各种方法、技术和规范。
　　6.仿真科学和技术的应用理论
　　论述仿真运行实验设计、仿真管理、仿真过程的可视化、仿真及其结果综合分析的理论。
　　
　　二、几种主要的仿真技术
　　
　　1. 仿真建模
　　仿真建模是一门建立仿真模型并进行仿真实验的技术。建模活动是在忽略次要因素及不可测量变量的基础上，用物理或数学的方法对实际系统进行描述，从而获得实际系统的简化或近似反映。
　　2.面向对象的仿真
　　面向对象仿真是当前仿真研究领域中最引人关注的研究方向之一，面向对象仿真就是将面向对象的方法应用到计算机仿真领域中，以产生面向对象的仿真系统。
　　3.智能仿真
　　智能仿真是把以知识为核心、人类思维行为作背景的智能技术引入整个建模与仿真过程，构造智能仿真平台。智能仿真技术的开发途径是人工智能与仿真技术的集成化。仿真技术与人工智能技术的结合，即所谓的智能化仿真；仿真模型中知识的表达。
　　4.虚拟现实技术
　　虚拟现实技术是现代仿真技术的一个重要研究领域，是在综合仿真技术、计算机图形技术、传感技术等多种学科技术的基础之上发展起来的，其核心是建模与仿真，通过建立模型，对人、物、环境及其相互关系进行本质的描述，并在计算机上实现。
　　5.分布仿真技术
　　分布仿真技术作为仿真技术的最新发展成果，它在高层体系结构上(HLA，high level architecture)，建立了一个在广泛的应用领域内分布在不同地域上的各种仿真系统之间实现互操作和重用的框架及规范。HLA的基本思想就是使用面向对象的方法设计，开发及实现系统不同层次和粒度的对象模型，来获得仿真部件和仿真系统高层次上的互操作性与可重用性。
　　
　　三、仿真的一般步骤
　　
　　仿真过程的三个主要活动是“系统建模”、“仿真建模”、“仿真实验”，而联系这些活动的要素是“系统”、“模型”、“计算机”。其中：系统是研究的对象，模型是系统的抽象，仿真是通过对模型进行实验来达到研究的目的。
　　要对一个系统或对象实施计算机仿真，首先必须把握系统的基本特征，抓住主要的因素，引入必要的参量，提出合理的假设，进行科学的抽象，分析各参量间的相互关系，选择恰当的数学工具，然后在此基础上建立相应的数学模型。仿真建模的过程是在已有的一些先验知识的基础上，试探地写出研究对象所满足的或近似满足的数学规律，再结合实际的研究目的，对猜测性的数学关系进行反复修改和优化，从而得到既符合客观实际又易于在计算机上实现的数学模型。
　　
　　四、仿真技术的应用及发展
　　
　　仿真技术来自于军事领域，但它不仅用于军事领域，在许多非军事领域也到了广泛的应用。例如：在军事领域中的训练仿真；商业领域中的商业活动预测、决策、规划、评估；工业领域中的工业系统规划、研制、评估及模拟训练；农业领域中的农业系统规划、研制、评估，灾情预报、环境保护；在交通领域中的驾驶模拟训练和交通管理中的应用；医学领域中的临床诊断及医用图像识别等。
　　随着现代信息技术的高速发展，仿真技术也得到了飞速的发展，在军用和民用领域中更深更广的应用也促进了仿真技术的进步。分布仿真技术作为仿真技术发展的最新成果，在国民经济建设和国防建设中发挥了更大的作用。目前，国际上许多国家在“仿真是迄今为止最有效的综合集成方法，是推动科技进步的战略性技术”这一观点上已达成了共识。21世纪仿真技术的研究与应用将取得更大的发展。
　　
　　参考文献:
　　［1]贾连兴:仿真技术与软件[M].北京:国防国业出版社,2006
　　［2]康凤举:现代仿真技术与应用[M].北京:国防国业出版社,2006
　　［3]周明:计算机仿真原理及其应用[M].武汉:华中理工大学出版社,2005
　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。

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