劉惠芬 包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院

計算機仿真技術(shù)的原理及其應(yīng)用

劉惠芬 包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院

近年來，隨著計算機技術(shù)的蓬勃發(fā)展，計算機技術(shù)與控制理論和仿真技術(shù)的進一步融合，使得計算機仿真技術(shù)成為一門各行各業(yè)都在深入研究的一門學(xué)科，是建立系統(tǒng)模型，模擬系統(tǒng)運行規(guī)律，揭示系統(tǒng)運動動態(tài)的一門重要技術(shù)，本文主要在介紹計算機仿真技術(shù)的發(fā)展，原理及運行步驟的基礎(chǔ)上，談?wù)動嬎銠C仿真技術(shù)的應(yīng)用實例和發(fā)展前景。

計算機仿真技術(shù) 原理 應(yīng)用

計算機仿真技術(shù)，是以計算機技術(shù)為載體，根據(jù)研究對象的實際工作情況，建立針對研究對象的真實可靠的數(shù)學(xué)模型并將其轉(zhuǎn)化為仿真模型從而進行模擬研究對象的動態(tài)實驗。計算機仿真技術(shù)是建立在計算機技術(shù)和傳統(tǒng)仿真技術(shù)的基礎(chǔ)上的，其中包括數(shù)據(jù)處理技術(shù)，計算機技術(shù)，現(xiàn)代控制理論等等，人類社會進入以計算機為核心的信息化時代以來，仿真技術(shù)飛速發(fā)展，計算機仿真技術(shù)在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域得到了廣泛的運用。

1.計算機仿真技術(shù)的工作原理

由于計算機不能與研究對象建立直接的聯(lián)系，這就需要一個數(shù)學(xué)模型充當(dāng)媒介，這個數(shù)學(xué)模型必須能夠被計算機所識別處理，而且還要真實準(zhǔn)確的反應(yīng)研究對象的實質(zhì)。數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確的代表了研究對象的實質(zhì)，再由計算機分析處理這些數(shù)學(xué)模型，通過輸入與研究對象相關(guān)的數(shù)據(jù)來展現(xiàn)研究對象在不同環(huán)境下的實際情況。隨著計算機技術(shù)的進一步發(fā)展，空間多維技術(shù)的運用，使得計算機仿真技術(shù)更為直觀真實可靠。數(shù)學(xué)建模與研究系統(tǒng)和計算機之間的關(guān)系如圖1.1.。

圖1.1 計算機仿真的三要素和基本關(guān)系圖

通過圖1.1可以看出，計算機仿真技術(shù)的一般步驟為：建立數(shù)學(xué)模型——數(shù)學(xué)模型的程序化---仿真實驗，建立能準(zhǔn)確反映出系統(tǒng)本質(zhì)的數(shù)學(xué)模型且能被計算機語言所識別是保證仿真結(jié)果真實可靠的關(guān)鍵。

2.計算機仿真技術(shù)的應(yīng)用

計算機仿真技術(shù)首先是在軍事領(lǐng)域得到廣泛運用的，隨著計算機仿真技術(shù)越來越成熟，計算機仿真技術(shù)早已滲透到國民經(jīng)濟中的方方面面，以下是其應(yīng)用的幾個主要的方面。

2.1 軍事領(lǐng)域和航空航天領(lǐng)域

早期的仿真技術(shù)在軍事上的運用主要體現(xiàn)在武器和相應(yīng)技術(shù)裝備的開發(fā)上，現(xiàn)代的計算機仿真技術(shù)在軍事上的應(yīng)用更加廣泛，甚至可以建立虛擬的戰(zhàn)場并以此來模擬戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練，進行戰(zhàn)場評估和武器對抗效果的評估。目前國內(nèi)在虛擬軍事方面比較有名的是神州普惠的DWK。在航空航天領(lǐng)域，計算機仿真技術(shù)主要起到對火箭發(fā)現(xiàn)，載人航天，太空行走等做虛擬仿真，初步驗證其可行性。

2.2 機械制造領(lǐng)域

計算機仿真技術(shù)是現(xiàn)代機械加工的一個重要前提，通過計算機仿真技術(shù)，可以形象的展現(xiàn)出機械的運動機理，分析組成機構(gòu)的不同零件在不同條件下運動的優(yōu)缺點，為進一步提高機械性能提供了理論依據(jù)。

2.3 氣象預(yù)測

傳統(tǒng)的氣象預(yù)測主要依靠氣象學(xué)，統(tǒng)計學(xué)，空氣動力學(xué)的方法和原理來對某一區(qū)域進行天氣預(yù)測，需要進行大量的數(shù)學(xué)分析。計算機仿真技術(shù)可以通過建立數(shù)學(xué)模型，運用計算機強大的運算分析能力對實際環(huán)境進行模擬，大大節(jié)省了人力物力，提高了氣象預(yù)測的精準(zhǔn)度。

2.4 社會系統(tǒng)仿真

可以利用計算機仿真技術(shù)可以對人口流動給社會帶來的影響進行模擬，以便政府制定相應(yīng)的政策使社會結(jié)構(gòu)更加合理化。

3.計算機仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢

進入二十一世界后，計算機技術(shù)飛快發(fā)展，計算機仿真技術(shù)在國民經(jīng)濟中扮演著重要的角色。隨著人類對仿真技術(shù)的要求越來越高，如今的計算機仿真技術(shù)致力于更加自然的抽取研究對象的自然特征，使仿真技術(shù)越來越形象直觀，精確可靠。未來的計算機仿真技術(shù)會更加智能化，可視化，虛擬化。

計算機仿真技術(shù)經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜，由模糊到直觀的發(fā)展過程。計算機技術(shù)與多媒體技術(shù)，人工智能，可視化技術(shù)，虛擬現(xiàn)實等新技術(shù)的結(jié)合，使系統(tǒng)仿真技術(shù)散發(fā)出新的活力，隨著新技術(shù)的進一步發(fā)展，計算機仿真技術(shù)會有越來越大應(yīng)用及發(fā)展空間。

[1]肖田云，張燕云，陳加棟編著1系統(tǒng)仿真導(dǎo)論[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.

[2]李云峰1適用于線性病態(tài)系統(tǒng)的通用快速仿真方法[j].計算機技術(shù)與自動化，94，VOL 113 NO121.

[3]白方周，定性仿真技術(shù)導(dǎo)論[M].合肥：中國科技大學(xué)出版社，1998.

劉惠芬，1966.7.16，女，漢，河北省安國市，高級實驗師，包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，計算機應(yīng)用方面。