計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用研究

劉歐 曾令東 李靜

（1.海裝重大專(zhuān)項(xiàng)裝備項(xiàng)目管理中心，北京 100741；2.91515部隊(duì)，海南三亞 572000；3.海軍工程大學(xué)兵器工程學(xué)院，湖北武漢 430000）

現(xiàn)代社會(huì)，新技術(shù)的發(fā)展備受矚目，成為人們接觸多元事物的重要途徑，特別是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的更新和完善，使國(guó)家的人工智能和虛擬仿真技術(shù)趨向完善。電子產(chǎn)業(yè)屬于近些年飛速發(fā)展的代表性產(chǎn)業(yè)，在目前市場(chǎng)容量較大的背景下，電子產(chǎn)品已經(jīng)逐步地滲透至生產(chǎn)生活中，對(duì)于人們產(chǎn)生重要影響[1]。根據(jù)相關(guān)專(zhuān)家的研究，虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用和完善，能夠在多個(gè)方面體現(xiàn)出價(jià)值，如房屋建筑、旅游教學(xué)和城市規(guī)劃等不同領(lǐng)域均可看到其身影。

1.計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)的概念

虛擬仿真技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用的過(guò)程中，重點(diǎn)是通過(guò)計(jì)算機(jī)發(fā)揮出相應(yīng)的功能，使得虛擬環(huán)境得以構(gòu)建，讓人們可以接觸到感覺(jué)真實(shí)但虛擬的空間。虛擬仿真技術(shù)被認(rèn)定為20世紀(jì)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的產(chǎn)物，我們可以將其看作客觀世界中誕生的對(duì)象，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)的影響力，打造出一個(gè)特殊的環(huán)境，方便人們更好的接受新鮮的事物。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)讓信息和人結(jié)合起來(lái)，形成了一個(gè)整體，把三維交互式計(jì)算機(jī)作為核心而生成的環(huán)境。環(huán)境可以是想象世界中的模型，同時(shí)也屬于真實(shí)存在的事物，最為關(guān)鍵的作用就是借助于人工合成手段對(duì)環(huán)境加以營(yíng)造，傳遞出信息和知識(shí)等。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以讓相對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)概念變得更為具體，屬于擁有著確切含義的符號(hào)。

2.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的步驟

一般計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)重點(diǎn)涵蓋著下述幾個(gè)步驟：首先是建立起數(shù)據(jù)模型，建立數(shù)據(jù)模型的方法涵蓋著歸納法、綜合集成法等不同的手段，借助于建立特定對(duì)象有限邊界的數(shù)學(xué)模型，促使著系統(tǒng)仿真得以落實(shí)。為了保證數(shù)學(xué)模型的建立符合一定的標(biāo)準(zhǔn)及要求，應(yīng)該對(duì)特定對(duì)象仿真研究的目標(biāo)和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等加以明確，同時(shí)還需結(jié)合特定專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析[1]。其次是建立數(shù)學(xué)模型，這一模型的構(gòu)建也被稱(chēng)作是數(shù)據(jù)模型化的程序化，其重點(diǎn)包含著兩個(gè)步驟，第一是設(shè)計(jì)仿真算法，第二是編制仿真程序。如圖1所示，其中涉及到開(kāi)發(fā)、測(cè)試等不同的環(huán)節(jié)，能在開(kāi)發(fā)階段逐步完善PLC編程+CAX編程，實(shí)現(xiàn)虛擬調(diào)試，從工藝設(shè)計(jì)到實(shí)際使用的全過(guò)程均進(jìn)行有效的仿真。對(duì)比傳統(tǒng)模型程序化活動(dòng)來(lái)說(shuō)，這種新的形式體現(xiàn)出自身的特點(diǎn)，如復(fù)雜性和繁瑣性等，想要實(shí)現(xiàn)困難重重，在軟件技術(shù)逐步完善和優(yōu)化的過(guò)程中，依照大量算法研究成果判斷，對(duì)于特定的區(qū)域，可提供實(shí)現(xiàn)交互操作、面向?qū)ο蟛⒕邆渥詣?dòng)編程能力的商品化產(chǎn)品。最后是仿真試驗(yàn)，仿真試驗(yàn)屬于系統(tǒng)仿真最為重要的內(nèi)容，重點(diǎn)是依照預(yù)先設(shè)置的試驗(yàn)方案，將仿真模型合理地運(yùn)行起來(lái)，最終獲取相應(yīng)的成果。

圖1 計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)示意圖

3.計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)

3.1 智能仿真技術(shù)

智能仿真技術(shù)最為重要的條件便是在知識(shí)基礎(chǔ)之上，將人類(lèi)思維和思想當(dāng)做背景的智能技術(shù)，使其適當(dāng)?shù)匾氲较嚓P(guān)的建模和仿真之中，仿造出和現(xiàn)實(shí)相符的物體或者是景物等，由此滿(mǎn)足人們的實(shí)際需求。

3.2 面向?qū)ο蟮姆抡婕夹g(shù)

因?yàn)槿祟?lèi)存在著十分明確的主觀意識(shí)，借助對(duì)圖片和動(dòng)畫(huà)的科學(xué)整合和歸納，使得信息的獲取更加精準(zhǔn)，由此完成系統(tǒng)仿真。

3.3 分布交互仿真技術(shù)

該項(xiàng)技術(shù)重點(diǎn)是指借助于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)讓各個(gè)區(qū)域的仿真設(shè)備有效連接，形成集合了半實(shí)物仿真、數(shù)學(xué)仿真、人在回路中的仿真于一體的交互式仿真技術(shù)，以此構(gòu)建起時(shí)間及空間耦合且虛擬的仿真環(huán)境。

4.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的具體應(yīng)用實(shí)踐

4.1 軍事領(lǐng)域

結(jié)合國(guó)家各個(gè)領(lǐng)域的實(shí)際情況分析，最早接觸計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的便是軍事領(lǐng)域，重點(diǎn)體現(xiàn)在多種武器裝備的設(shè)計(jì)和研制等階段。設(shè)計(jì)階段，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)主要是對(duì)武器裝備進(jìn)行仿真及試驗(yàn)，借助于相關(guān)的技術(shù)措施，合理地控制武器裝備存在的風(fēng)險(xiǎn)。研制階段，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)則是運(yùn)用至武器裝備性能檢測(cè)以及調(diào)試的過(guò)程中，由此合理地減少無(wú)關(guān)流程，保證研制更加順利。生產(chǎn)階段，該項(xiàng)技術(shù)主要用來(lái)分析武器裝備基本的結(jié)構(gòu)情況和工位，達(dá)到相對(duì)理想的控制武器裝備質(zhì)量的目標(biāo)。在對(duì)相應(yīng)的設(shè)施設(shè)備使用時(shí)，合理地利用相關(guān)技術(shù)舉措，構(gòu)建起可靠的模型，保證多種武器裝備能夠依照實(shí)際情況加以判斷，制定出可靠的預(yù)控方案，促使武器裝備的基本性能得以有效評(píng)估，以便更好地投入使用。除此之外，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可能運(yùn)用到戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境及軍事訓(xùn)練的仿真實(shí)踐中，可以體現(xiàn)出自身的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值。仿真戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境重點(diǎn)是借助于圖像和情境設(shè)定等，還原戰(zhàn)爭(zhēng)的危險(xiǎn)，鍛煉作戰(zhàn)人員的能力。運(yùn)用相關(guān)的手段，還能進(jìn)一步模擬單兵訓(xùn)練和近戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練，促使相應(yīng)的人員接觸更真實(shí)的作戰(zhàn)環(huán)境。總而言之，將該項(xiàng)技術(shù)與軍事領(lǐng)域相結(jié)合，除了可以節(jié)省武器裝備研發(fā)所需的時(shí)間外，還可控制成本投入量，確保武器裝備性能擁有理想的支撐條件，促使著軍事領(lǐng)域飛速發(fā)展[2]。

4.2 教育教學(xué)領(lǐng)域

教育工作的推進(jìn)離不開(kāi)現(xiàn)代化技術(shù)的支撐，應(yīng)該對(duì)相關(guān)技術(shù)手段給予肯定，運(yùn)用合理的方式完善相應(yīng)的應(yīng)用方針，促使著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的價(jià)值真正凸顯出來(lái)。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與教育教學(xué)領(lǐng)域的結(jié)合，能夠讓教學(xué)的質(zhì)量穩(wěn)步提升，同時(shí)還能優(yōu)化教學(xué)的成果，對(duì)于推動(dòng)教育事業(yè)的發(fā)展具有積極的影響。目前，計(jì)算機(jī)仿真模型體現(xiàn)出的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)效果受到關(guān)注，將其和教學(xué)試驗(yàn)仿真結(jié)合起來(lái)，確保課堂上傳授的抽象內(nèi)容變得形象和具體，相對(duì)直觀地展示在學(xué)生們的眼前，保證學(xué)生們對(duì)所學(xué)內(nèi)容合理掌控，促使著教學(xué)成果更加優(yōu)質(zhì)，也可保障基本的教學(xué)質(zhì)量。

4.3 工業(yè)領(lǐng)域

改革開(kāi)放的大背景下，工業(yè)技術(shù)取得了顯著的成績(jī)，得以迅速的發(fā)展，尤其是現(xiàn)代工業(yè)的誕生使得工業(yè)領(lǐng)域的系統(tǒng)與項(xiàng)目豐富起來(lái)，這也讓工業(yè)領(lǐng)域變得十分復(fù)雜，相較于其他的領(lǐng)域具有特殊性。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的出現(xiàn)，除了可以強(qiáng)化工業(yè)產(chǎn)品的安全性外，還提高了經(jīng)濟(jì)性。在計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的支撐作用下，工業(yè)生產(chǎn)項(xiàng)目的規(guī)律和特點(diǎn)可以牢牢把握，對(duì)于強(qiáng)化工業(yè)產(chǎn)品各項(xiàng)性能具有重要作用[2]。

4.4 其他領(lǐng)域

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)之處顯而易見(jiàn)，應(yīng)該對(duì)其應(yīng)用價(jià)值給予肯定，需要采取合理的手段優(yōu)化相應(yīng)的規(guī)劃，確保該項(xiàng)技術(shù)的利用效果更為明顯。在計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)趨向成熟的今天，實(shí)際的應(yīng)用范圍也明顯拓展，近些年，其在醫(yī)學(xué)、交通和旅游等多個(gè)行業(yè)逐步滲透，展示出自身的優(yōu)勢(shì)之處。醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，重點(diǎn)是運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)構(gòu)建起可靠的模型，如三維視覺(jué)模型和生物學(xué)模型等，除了方便醫(yī)學(xué)工作者的研究外，還能拓展生命研究機(jī)理。交通領(lǐng)域中，合理地運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，可以將交通仿真軟件平臺(tái)加以模擬，確保相關(guān)人員可以全面評(píng)估交通規(guī)劃和設(shè)計(jì)等。旅游領(lǐng)域中，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)能夠預(yù)測(cè)景點(diǎn)的發(fā)展前景，還可構(gòu)建起相應(yīng)的模型，通過(guò)合理地使用多媒體軟件播放內(nèi)容，吸引更多的游客[3]。

5.結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的出現(xiàn)滿(mǎn)足了各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展需求，同時(shí)也在一定程度上推動(dòng)著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，屬于新時(shí)代背景下一項(xiàng)重要的產(chǎn)物。相關(guān)的領(lǐng)域?qū)τ谠擁?xiàng)技術(shù)的研究還在逐步深入，主張對(duì)仿真技術(shù)展開(kāi)更為細(xì)致的概括，借鑒國(guó)外先進(jìn)的手段，逐步地優(yōu)化國(guó)家仿真系統(tǒng)的性能，促使著仿真技術(shù)水平明顯提高，讓該項(xiàng)技術(shù)可以靈活地適用于多個(gè)領(lǐng)域。