淺談現代仿真技術

［摘要］仿真技術是以多種學科和理論為基礎，以計算機及相應的軟件為工具，通過虛擬實驗的方法來分析和解決問題的一門綜合性技術。目前，仿真技術已被廣泛應用于大部分的科學技術領域。

［關鍵詞］仿真理論 仿真技術 仿真應用

隨著計算機科學技術的高速發展，系統仿真技術和計算機技術緊密的融合在一起。目前，有的高校采用多媒體技術和虛擬現實技術進行系統仿真的教學。

仿真技術是利用計算機并通過建立模型進行科學實驗的技術。它具有經濟、可靠、實用、安全、可多次重用的優點，是利用模型對系統進行研究的一門多學科綜合性技術。

現代仿真技術的發展是與控制工程、系統工程及計算機技術的發展密切相關聯的。控制工程和系統工程的發展促進了仿真技術的廣泛應用，而計算機技術則為仿真提供了強有力的手段和工具。因此，計算機仿真在仿真中占有越來越重要的地位。

一、仿真學科的理論體系

1.相似理論

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

2.模型論

模型論是以各應用領域內的科學理論為基礎，建立符合仿真應用要求的、通用的、各領域專用的各種模型的理論和方法。

3.仿真系統理論

研究和論述構建符合應用需求的仿真系統理論和技術。包括仿真系統的體系結構和構成，仿真系統的設計及其公共關鍵技術，仿真系統的研制和運用仿真系統的規范、標準等。

4.仿真方法論

結合各應用領域的不同要求，研究仿真基本思想和方法，包括定量仿真方法和理論、面向對象仿真方法；智能仿真方法等。

5.仿真的可信性理論

表述仿真過程及結果評價、控制的概念和方法的基本理論、研究仿真環境和真實環境的相似性理論和方法，研究提高仿真可信性的各種方法、技術和規范。

6.仿真科學和技術的應用理論

論述仿真運行實驗設計、仿真管理、仿真過程的可視化、仿真及其結果綜合分析的理論。

二、幾種主要的仿真技術

1. 仿真建模

仿真建模是一門建立仿真模型并進行仿真實驗的技術。建模活動是在忽略次要因素及不可測量變量的基礎上，用物理或數學的方法對實際系統進行描述，從而獲得實際系統的簡化或近似反映。

2.面向對象的仿真

面向對象仿真是當前仿真研究領域中最引人關注的研究方向之一，面向對象仿真就是將面向對象的方法應用到計算機仿真領域中，以產生面向對象的仿真系統。

3.智能仿真

智能仿真是把以知識為核心、人類思維行為作背景的智能技術引入整個建模與仿真過程，構造智能仿真平臺。智能仿真技術的開發途徑是人工智能與仿真技術的集成化。仿真技術與人工智能技術的結合，即所謂的智能化仿真；仿真模型中知識的表達。

4.虛擬現實技術

虛擬現實技術是現代仿真技術的一個重要研究領域，是在綜合仿真技術、計算機圖形技術、傳感技術等多種學科技術的基礎之上發展起來的，其核心是建模與仿真，通過建立模型，對人、物、環境及其相互關系進行本質的描述，并在計算機上實現。

5.分布仿真技術

分布仿真技術作為仿真技術的最新發展成果，它在高層體系結構上(HLA，high level architecture)，建立了一個在廣泛的應用領域內分布在不同地域上的各種仿真系統之間實現互操作和重用的框架及規范。HLA的基本思想就是使用面向對象的方法設計，開發及實現系統不同層次和粒度的對象模型，來獲得仿真部件和仿真系統高層次上的互操作性與可重用性。

三、仿真的一般步驟

仿真過程的三個主要活動是“系統建模”、“仿真建模”、“仿真實驗”，而聯系這些活動的要素是“系統”、“模型”、“計算機”。其中：系統是研究的對象，模型是系統的抽象，仿真是通過對模型進行實驗來達到研究的目的。

要對一個系統或對象實施計算機仿真，首先必須把握系統的基本特征，抓住主要的因素，引入必要的參量，提出合理的假設，進行科學的抽象，分析各參量間的相互關系，選擇恰當的數學工具，然后在此基礎上建立相應的數學模型。仿真建模的過程是在已有的一些先驗知識的基礎上，試探地寫出研究對象所滿足的或近似滿足的數學規律，再結合實際的研究目的，對猜測性的數學關系進行反復修改和優化，從而得到既符合客觀實際又易于在計算機上實現的數學模型。

四、仿真技術的應用及發展

仿真技術來自于軍事領域，但它不僅用于軍事領域，在許多非軍事領域也到了廣泛的應用。例如：在軍事領域中的訓練仿真；商業領域中的商業活動預測、決策、規劃、評估；工業領域中的工業系統規劃、研制、評估及模擬訓練；農業領域中的農業系統規劃、研制、評估，災情預報、環境保護；在交通領域中的駕駛模擬訓練和交通管理中的應用；醫學領域中的臨床診斷及醫用圖像識別等。

隨著現代信息技術的高速發展，仿真技術也得到了飛速的發展，在軍用和民用領域中更深更廣的應用也促進了仿真技術的進步。分布仿真技術作為仿真技術發展的最新成果，在國民經濟建設和國防建設中發揮了更大的作用。目前，國際上許多國家在“仿真是迄今為止最有效的綜合集成方法，是推動科技進步的戰略性技術”這一觀點上已達成了共識。21世紀仿真技術的研究與應用將取得更大的發展。

參考文獻:

［1]賈連興:仿真技術與軟件[M].北京:國防國業出版社，2006

［2]康鳳舉:現代仿真技術與應用[M].北京:國防國業出版社，2006

［3]周明:計算機仿真原理及其應用[M].武漢:華中理工大學出版社，2005

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