［摘要］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)及相應(yīng)的軟件為工具，通過(guò)虛擬實(shí)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)。目前，仿真技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于大部分的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

［關(guān)鍵詞］仿真理論 仿真技術(shù) 仿真應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，系統(tǒng)仿真技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密的融合在一起。目前，有的高校采用多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)仿真的教學(xué)。

仿真技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)并通過(guò)建立模型進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的技術(shù)。它具有經(jīng)濟(jì)、可靠、實(shí)用、安全、可多次重用的優(yōu)點(diǎn)，是利用模型對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行研究的一門(mén)多學(xué)科綜合性技術(shù)。

現(xiàn)代仿真技術(shù)的發(fā)展是與控制工程、系統(tǒng)工程及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)聯(lián)的?？刂乒こ毯拖到y(tǒng)工程的發(fā)展促進(jìn)了仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用，而計(jì)算機(jī)技術(shù)則為仿真提供了強(qiáng)有力的手段和工具。因此，計(jì)算機(jī)仿真在仿真中占有越來(lái)越重要的地位。

一、仿真學(xué)科的理論體系

1.相似理論

相似理論是研究事物之間相似規(guī)律及其應(yīng)用的科學(xué)，是仿真科學(xué)的基本理論。其基本內(nèi)容包括相似定義、相似定理、相似類型和相似方法。

2.模型論

模型論是以各應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的科學(xué)理論為基礎(chǔ)，建立符合仿真應(yīng)用要求的、通用的、各領(lǐng)域?qū)Ｓ玫母鞣N模型的理論和方法。

3.仿真系統(tǒng)理論

研究和論述構(gòu)建符合應(yīng)用需求的仿真系統(tǒng)理論和技術(shù)。包括仿真系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和構(gòu)成，仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其公共關(guān)鍵技術(shù)，仿真系統(tǒng)的研制和運(yùn)用仿真系統(tǒng)的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等。

4.仿真方法論

結(jié)合各應(yīng)用領(lǐng)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論、面向?qū)ο蠓抡娣椒?；智能仿真方法等?/p>

5.仿真的可信性理論

表述仿真過(guò)程及結(jié)果評(píng)價(jià)、控制的概念和方法的基本理論、研究仿真環(huán)境和真實(shí)環(huán)境的相似性理論和方法，研究提高仿真可信性的各種方法、技術(shù)和規(guī)范。

6.仿真科學(xué)和技術(shù)的應(yīng)用理論

論述仿真運(yùn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、仿真管理、仿真過(guò)程的可視化、仿真及其結(jié)果綜合分析的理論。

二、幾種主要的仿真技術(shù)

1. 仿真建模

仿真建模是一門(mén)建立仿真模型并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的技術(shù)。建?；顒?dòng)是在忽略次要因素及不可測(cè)量變量的基礎(chǔ)上，用物理或數(shù)學(xué)的方法對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行描述，從而獲得實(shí)際系統(tǒng)的簡(jiǎn)化或近似反映。

2.面向?qū)ο蟮姆抡?/p>

面向?qū)ο蠓抡媸钱?dāng)前仿真研究領(lǐng)域中最引人關(guān)注的研究方向之一，面向?qū)ο蠓抡婢褪菍⒚嫦驅(qū)ο蟮姆椒☉?yīng)用到計(jì)算機(jī)仿真領(lǐng)域中，以產(chǎn)生面向?qū)ο蟮姆抡嫦到y(tǒng)。

3.智能仿真

智能仿真是把以知識(shí)為核心、人類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)途徑是人工智能與仿真技術(shù)的集成化。仿真技術(shù)與人工智能技術(shù)的結(jié)合，即所謂的智能化仿真；仿真模型中知識(shí)的表達(dá)。

4.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是現(xiàn)代仿真技術(shù)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域，是在綜合仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、傳感技術(shù)等多種學(xué)科技術(shù)的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來(lái)的，其核心是建模與仿真，通過(guò)建立模型，對(duì)人、物、環(huán)境及其相互關(guān)系進(jìn)行本質(zhì)的描述，并在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。

5.分布仿真技術(shù)

分布仿真技術(shù)作為仿真技術(shù)的最新發(fā)展成果，它在高層體系結(jié)構(gòu)上(HLA，high level architecture)，建立了一個(gè)在廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)分布在不同地域上的各種仿真系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)互操作和重用的框架及規(guī)范。HLA的基本思想就是使用面向?qū)ο蟮姆椒ㄔO(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)不同層次和粒度的對(duì)象模型，來(lái)獲得仿真部件和仿真系統(tǒng)高層次上的互操作性與可重用性。

三、仿真的一般步驟

仿真過(guò)程的三個(gè)主要活動(dòng)是“系統(tǒng)建?！薄ⅰ胺抡娼！薄ⅰ胺抡鎸?shí)驗(yàn)”，而聯(lián)系這些活動(dòng)的要素是“系統(tǒng)”、“模型”、“計(jì)算機(jī)”。其中：系統(tǒng)是研究的對(duì)象，模型是系統(tǒng)的抽象，仿真是通過(guò)對(duì)模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來(lái)達(dá)到研究的目的。

要對(duì)一個(gè)系統(tǒng)或?qū)ο髮?shí)施計(jì)算機(jī)仿真，首先必須把握系統(tǒng)的基本特征，抓住主要的因素，引入必要的參量，提出合理的假設(shè)，進(jìn)行科學(xué)的抽象，分析各參量間的相互關(guān)系，選擇恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具，然后在此基礎(chǔ)上建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。仿真建模的過(guò)程是在已有的一些先驗(yàn)知識(shí)的基礎(chǔ)上，試探地寫(xiě)出研究對(duì)象所滿足的或近似滿足的數(shù)學(xué)規(guī)律，再結(jié)合實(shí)際的研究目的，對(duì)猜測(cè)性的數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行反復(fù)修改和優(yōu)化，從而得到既符合客觀實(shí)際又易于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的數(shù)學(xué)模型。

四、仿真技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展

仿真技術(shù)來(lái)自于軍事領(lǐng)域，但它不僅用于軍事領(lǐng)域，在許多非軍事領(lǐng)域也到了廣泛的應(yīng)用。例如：在軍事領(lǐng)域中的訓(xùn)練仿真；商業(yè)領(lǐng)域中的商業(yè)活動(dòng)預(yù)測(cè)、決策、規(guī)劃、評(píng)估；工業(yè)領(lǐng)域中的工業(yè)系統(tǒng)規(guī)劃、研制、評(píng)估及模擬訓(xùn)練；農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)規(guī)劃、研制、評(píng)估，災(zāi)情預(yù)報(bào)、環(huán)境保護(hù)；在交通領(lǐng)域中的駕駛模擬訓(xùn)練和交通管理中的應(yīng)用；醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的臨床診斷及醫(yī)用圖像識(shí)別等。

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的高速發(fā)展，仿真技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展，在軍用和民用領(lǐng)域中更深更廣的應(yīng)用也促進(jìn)了仿真技術(shù)的進(jìn)步。分布仿真技術(shù)作為仿真技術(shù)發(fā)展的最新成果，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防建設(shè)中發(fā)揮了更大的作用。目前，國(guó)際上許多國(guó)家在“仿真是迄今為止最有效的綜合集成方法，是推動(dòng)科技進(jìn)步的戰(zhàn)略性技術(shù)”這一觀點(diǎn)上已達(dá)成了共識(shí)。21世紀(jì)仿真技術(shù)的研究與應(yīng)用將取得更大的發(fā)展。

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注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。