267,История компьютерного моделирования: освещаем в общих чертах

При создании человеком чего-либо нового (новая модель самолета, автомобиля, орбитального спутника, книги, учебника и т. д.) информационные модели используются повсеместно. Руководствуясь исключительно теоретическими знаниями, не проводя экспериментов с моделями исследуемого или создаваемого объекта, невозможно определить наверняка, как он будет себя вести в тех или иных ситуациях. Наличие модели объекта позволяет определить наиболее слабые стороны в объекте и учесть полученные данные непосредственно при создании этого объекта. С подробным описанием всех видов информационных и компьютерных моделей, а также алгоритмом их создания можно будет ознакомиться на данном уроке.

Введение компьютерного моделирования

Родителем данной методологии является математическое моделирование. Они прочно связаны между собой, а существование компьютерного моделирования не может невозможно без математического. Появление точных наук дало начало активному использованию математического моделирования. Вычислительные методы, названые в честь столь известных ученых, как Эйлер и Ньютон, активно используются и в наше время.

В середине прошлого века ведущие страны мира, участвовавшие в научной борьбе, требовали технологически новую методологию. Такие проекты, как ракетно-ядерный щит, взрывы ядерных боеголовок, запуск космических ракет и спутников, не могли обрабатываться старыми методами. Решением стало изобретение электронных вычислительных машин. Они не только уменьшили время на выполнение большого количества рутинной работы, но и дали толчок для основания новой методологии – компьютерного моделирования.

Введение

Как мы знаем, информатика изучает реальные и абстрактные объекты. Для изучения реальных объектов и процессов создаются специальные компьютерные модели, т. е. формализованные модели объектов и процессов.

Развитие компьютерного моделирования

Первые применения данного моделирования осуществлялись в области физики. Оно помогало решать задачи гидравлики, фильтрации, теплопереноса и теплообмена, механики твердого тела и т.д. Фактически на первых этапах своего развития моделирование работало только с нелинейными задачами математической физики. Это делало его в большей степени математическим. Полученное доверие после успешных работ в области физики позволило компьютерному моделированию распространиться и на другие науки: химия, биология, электроэнергетика и т.д. А границы изучений этой методологии ограничивались исключительно возможностями ЭВМ. Уже в 70-ых годах прошлого столетия каждый успешный в области экологии или экономики проект разрабатывался с помощью моделирования.

Информационная модель

Информационная модель – описание объектов или процессов с помощью набора величин и/или изображений, содержащих необходимую информацию об исследуемых объектах или процессах. Информационные модели представляют объекты и процессы в образной или знаковой форме.

Формами представления информационной модели могут быть: любое словесное описание (в том числе описание алгоритма), таблица, рисунок, схема, чертеж, формула, компьютерная программа и т. д.

Примерами информационной модели могут служить, к примеру, библиотечный каталог, географическая карта, схема метрополитена, любой чертеж или математическая формула и т. д. Чертеж должен быть очень точным, на нем указываются все необходимые размеры. Например, чертеж болта нужен для того, чтобы, глядя на него, токарь мог выточить болт на станке (рис. 1).

Рис. 1. Инженерная схема как пример информационной модели. (Источник)

Рассмотрим пример информационной модели (рис. 2). Представим себе некоего ученика 8-А класса Иванова. В нашем представлении это человек, который имеет вполне реальную форму, внешние различительные признаки и т. д., т. е. он является объектом реального мира. Точно так же можно получить представление об этом человеке, читая заполненную им анкету, в которой указываются его личные данные. В данном случае анкета является источником информации (информационной моделью), по которой можно получить представление о человеке.

Рис. 2. Пример информационной модели

Среди множества видов информационных моделей выделяют:

• математические;
• графические;
• табличные;
• словесные.

Компьютерное моделирование в современном мире

В наше время моделирование активно проникает во все структуры информационного общества. Развитие данной технологии позволяет проектировать и изучать по-настоящему сложные процессы. Примером таких будет моделирование систем различной физической природы, включающих большое количество различных изменяющихся во времени параметров, структурных элементов и связей между ними.

Моделирование в медицине также довольно распространено. Мы имеем возможность изучать влияние тысяч молекул возможного препарата на белки, чтобы найти потенциально необходимое лекарство.

Каждое средство передвижения, архитектурное строение, производственный аппарат и т.д. не разрабатываются без помощи компьютерного моделирования.

Виртуальная реальность – плод данной технологии. Революционно новое направление с каждым днем набирает популярность. Она позволяет человеку попасть в виртуальный мир и управлять происходящим с помощью специальных сенсорных средств. При этом все природные нам ощущения, такие как слуховые или зрительные, заменяются их имитацией.

Заключение

Компьютерное моделирование – инструмент, без которого не обходится ни одна область человеческой деятельности. За 50 лет методология сделала огромный скачок в технологическом развитии. Став более доступной и простой, она дает возможность людям концентрироваться на моделировании и экспериментах. И это только начало: с каждым днем моделирование открывает себя в совершенно новых отраслях нашей жизни. В данной статье описаны лишь некоторые примеры из всего разнообразия применения компьютерного моделирования, ярко подчёркивающие значимость и возможности этой технологии.

Компьютерная модель

Компьютерная модель – это представление объектов, процессов, явлений средствами специальных компьютерных программ: графических, анимационных редакторов, табличных процессоров, программ для создания баз данных, специализированных компьютерных тренажеров-симуляторов, виртуальных лабораторий. В Интернете присутствует большое количество виртуальных лабораторий. С одним из примеров таких лабораторий вы сможете ознакомиться при просмотре урока либо на сайте этого проекта: http://www.chem.ox.ac.uk/vrchemistry/livechem/transitionmetals_content.html (рис. 6).

Рис. 6. Интерфейс виртуальной лаборатории LiveChem

Опыты в виртуальных лабораториях удобно проводить, если в реальных условиях они, например, связаны с риском для жизни (подразумевается работа с кислотами, щелочами, взрывчатыми веществами) или если они требуют дорогостоящего оборудования для проведения.

Виртуальный мир (виртуальная реальность) – созданный техническими средствами мир, передаваемый человеку через его ощущения: зрение, слух, обоняние, осязание и пр. Объекты виртуальной реальности обычно ведут себя близко к поведению аналогичных объектов материальной реальности.

Рис. 7. Симулятор вождения автомобиля

Рис. 8. Интерфейс компьютерного симулятора шифровальной машины «Энигма»

Графические редакторы предоставляют широкие возможности для создания всевозможных компьютерных моделей, как двухмерных так и трехмерных. В последнее время появилось такое понятие, как «графическая информационная система». Это система, которая позволяет представлять информацию, обрабатывать ее в виде графических изображений. Примером может служить модель земного шара. В данном случае при помощи спутника выполняется съемка различных областей земного шара, потом результаты съемок объединяются в единую модель, в результате чего мы имеем возможность находить на созданной модели нужные нам географические координаты. В отличие от реальной модели глобуса мы можем не только вращать компьютерную модель, а можем еще и приближать, увеличивать различные ее участки. С примерами таких программ вы можете ознакомиться по предложенным ссылкам: http://live-search-maps.appappeal.com/, http://maps.google.ru/.

Графическая модель

Графическая модель – это представление объектов и процессов в виде их изображений. Примером графической модели может служить план зрительного зала в театре, изображение какой-либо детали, географическая карта (рис. 4). На примере географических карт можно увидеть, как один и тот же объект может быть представлен различными способами, как при помощи модели могут быть выделены только определенные свойства этого объекта. К примеру, существуют карты физические, административного деления, политическая и т. д. На физической карте мы видим горы, равнины, леса; на административной карте перечисленные вещи не показываются, но зато на них присутствуют границы между территориальными областями. На карте почв видны кривые зимних и летних температур. Получается, что для каждой модели выделяются те свойства, которые интересны для изучения.

Рис. 4. Политическая карта мира как пример графической модели (Источник)

Табличная модель

Табличная модель – это представление свойств объектов и процессов в виде таблиц. Например, процесс сжатия газа под поршнем: зависимость давления газа от объема можно представить в виде таблицы. Таким образом, создается табличная модель этого процесса. Одним из наиболее наглядных примеров табличной модели является периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева (рис. 5).

Рис. 5. Табличная модель представления данных – периодическая система химических данных (Источник)

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...

Читайте также:

26,Австрия XIX век, история... 65,Барак Обама биография... 313,Коротко о главном — русско-польская... 380,Национально-освободительное движение...