Tiết kiệm thời gian, kinh phí, nguyên vật liệu, tránh được những trường hợp rủi ro, nguy hiểm trong điều kiện thực, giảm tác động xấu tới môi trường…, thậm chí có thể làm được cái không thể làm trong điều kiện thực. Đó là những gì công nghệ mô phỏng có thể mang lại.
Mô phỏng một vụ va chạm ion chì trong máy dò ALICE tại Trung tâm CERN
Mô phỏng là quá trình phát triển mô hình hoá để mô phỏng một đối tượng cần nghiên cứu. Thay cho việc phải nghiên cứu đối tượng thực, cụ thể mà nhiều khi là không thể hoặc tốn kém, người ta mô hình hoá đối tượng đó trong phòng thí nghiệm và tiến hành nghiên cứu đối tượng đó dựa trên mô hình này.
Công nghệ mô phỏng liên quan đến nhiều ngành khoa học: toán, vật lý, mô hình hóa, tự động, điều khiển học… và đặc biệt là CNTT. Đây là công cụ đa dạng và linh hoạt đặc biệt thích ứng với việc nghiên cứu thử nghiệm và giáo dục đào tạo.
Với tổng cộng 16.000 lõi xử lý trong 1.000 máy tính được liên kết với nhau, hệ thống máy tính mô phỏng não bộ đặt tại phòng thí nghiệm bí mật của Google đã có thể tự nhận biết được đâu là con mèo qua những đoạn video trên Youtube, tờ New York Times tiết lộ về dự án.
Công nghệ mô phỏng ngày càng được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực hoạt động của con người từ mô phỏng các vụ nổ hạt nhân, phản ứng hóa học đến mô phỏng các cơn bão và thảm họa thiên nhiên như động đất, lũ lụt; từ mô phỏng trong nghiên cứu, phát triển khoa học, công nghệ đến ứng dụng mô phỏng trong lĩnh vực giáo dục, đào tạo. Một chương trình máy tính có thể mô phỏng diễn biến điều kiện thời tiết, các mạch điện tử, phản ứng hóa học, cơ điện tử, hệ thống điều khiển tương tác, thậm chí cả các quá trình sinh học cực kỳ phức tạp. Về lý thuyết, bất kỳ sự vật, hiện tượng nào có thể được mô tả bằng dữ liệu và phương trình toán học đều có thể được mô phỏng trên máy tính. Mô phỏng thường là rất khó khăn vì hầu hết các hiện tượng tự nhiên có số lượng gần như vô hạn các tham số gây ảnh hưởng. Vì vậy để phát triển các ứng dụng mô phỏng có hiệu quả cần xác định những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến mục tiêu của nhiệm vụ mô phỏng.
Dùng chương trình mô phỏng BlackMax để tìm kiếm các bằng chứng về các chiều của không gian còn lại có thể tồn tại trong vũ trụ.
Ngoài ra, để bắt chước các quá trình nhằm xem cách chúng hoạt động theo các điều kiện khác nhau, người ta còn dùng phương pháp mô phỏng để kiểm tra lý những thuyết mới. Sau khi tạo ra một lý thuyết về mối quan hệ nhân quả, nhà khoa học có thể hệ thống hóa các mối quan hệ bằng một chương trình máy tính. Nếu chương trình sau đó hoạt động trong cùng một cách như là quá trình thực tế thì ta có thể kết luận và dự đoán các mối quan hệ được đề xuất là chính xác.
Lịch sử phát triển
Từ 2000 năm trước, Tôn Tử - nhà chiến lược của Trung Hoa cổ đại - đã viết trong binh pháp của mình là: trước mỗi trận chiến, người cầm quân hãy suy nghĩ cho chín muồi trước khi đưa ra bất kỳ quyết định nào. Đó chính là ý tưởng chủ đạo của khái niệm mô phỏng ngày nay.
Các trò chơi mô phỏng chiến tranh đã có lịch sử trong thế kỷ XVII và XVIII ở nước Phổ, xuất phát từ trò chơi cờ tướng để mô phỏng các nguyên tắc sử dụng lực lượng quân sự đối kháng.
Thế kỷ 19 đã chứng kiến sự cải tiến của những trò chơi mô phỏng dựa trên các nghiên cứu cẩn thận về các hoạt động quân sự. Mục đích là để mô hình hóa các hoạt động quân sự một cách thực tế nhất có thể. Người ta đã thay thế bàn cờ bằng các bảng cát và sau đó thay thế bảng cát bằng các bản đồ tỷ lệ lớn. Mô phỏng đã được đưa vào huấn luyện sỹ quan quân đội Đức trong việc lập kế hoạch và thử nghiệm các hoạt động quân sự. Thành công quân sự của Đức trong thế kỷ 19 một phần là nhờ sử dụng mô phỏng để dạy chiến thuật và luyện tập ra quyết định cho sỹ quan và binh lính trước khi bước vào chiến đấu thật. Người Đức tiếp tục tăng cường sử dụng mô phỏng như là một kỹ thuật huấn luyện và lập kế hoạch sử dụng lực lượng trong thế chiến I. Do những giới hạn của Hiệp ước Versailles ngăn cản nước Đức nghiên cứu phát triển tiềm lực quân sự, quân đội Đức đã sử dụng mô phỏng để tiến hành huấn luyện thực tế với các thiết bị và hệ thống vũ khí mô phỏng để chuẩn bị cho Thế chiến II. Người Mỹ cũng đã bắt đầu sử dụng mô phỏng theo cách trò chơi chiến tranh mà người Đức đã dùng từ cuối thế kỷ 19 và đã ứng dụng nó trong thế chiến II.
Kuwait Flight Simulation Center
A driving training center
A drone control system based on a NASA simulator
Sau thế chiến II. Quân đội Hoa Kỳ tập trung nỗ lực mô phỏng của mình vào hoạt động nghiên cứu và phân tích hệ thống.
Với sự phát triển mạnh mẽ của CNTT, từ thập niên 1980 các nước phát triển bắt đầu phát triển các ứng dụng mô phỏng nhằm không chỉ đáp ứng yêu cầu to lớn của ngành công nghiệp giải trí mà còn phục vụ nhu cầu ngày càng tăng của đào tạo và giáo dục trong cả quân sự và dân sự.
Hiện nay, mô phỏng, từ vai trò là một công cụ hỗ trợ nghiên cứu cho quân đội trong một số mặt nào đó, đã trở thành một trọng tâm chính và là yếu tố quan trọng nhất trong cấu trúc và quy hoạch của nhiều lĩnh vực quân sự trên toàn thế giới, không chỉ về đào tạo mà còn cả trong việc lên kế hoạch và thực các nhiệm vụ của quân đội.
Mô phỏng là một trong số ít các khu vực mà ngân sách quân sự đã không phải chịu đựng nặng nề như những lĩnh vực khác, cơ bản là vì mô phỏng được sử dụng ngày càng nhiều hơn để thay thế cho việc đào tạo truyền thống với thiết bị thực. Nó cho phép các nhà hoạch định quân sự chuẩn bị và đào tạo lực lượng của họ cho những cuộc đụng độ phức tạp trong tương lai. Mô phỏng đã được sử dụng để dự báo, phân tích và lập kế hoạch cho các cuộc xung đột tiềm năng với độ chính xác mà công nghệ thế hệ trước không thể đạt được.
Công nghệ mô phỏng sẽ cho phép các nhà sản xuất xây dựng các hệ thống quân sự và thương mại nhanh hơn, tốt hơn và với chi phí thấp hơn. Với tốc độ hiện tại của phát triển công nghệ, những gì được coi là đầu tư hôm nay sẽ trở thành mẫu thử nghiệm ngày mai chỉ sau một thời gian rất ngắn.
The game industry has grown by simulation technology
Combat pilot training equipment
Battlefield simulation in VR-Forces
Các thành phần một hệ thống mô phỏng
Để xây dựng một hệ thống mô phỏng cần mô hình hóa cái mà người ta muốn mô phỏng. Sau đó xây dựng mối quan hệ giữa các đối tượng và thực thể tham gia hệ thống mô phỏng. Tiếp đó cần có các thuật toán và chương trình bảo đảm toán học cho hoạt động của từng thực thể, đối tượng và toàn bộ hệ thống. Tùy theo bài toán cụ thể mà việc bảo đảm vật lý, vật chất cho quá trình mô phỏng có thể khác nhau.
Để tiến hành mô phỏng một sự vật, hiện tượng, người ta sử dụng ba loại mô hình: mô hình toán học, mô hình vật lý và các quy trình.
Mô hình toán học bao gồm các thuật toán và phương trình toán học.
Quy trình phát triển ứng dụng mô phỏng
Mô hình vật lý mô phỏng về mặt vật lý của một đối tượng và mối liên quan đến các đối tượng, mô hình khác trong các loại hình mô phỏng.
Các quy trình là biểu hiện của mối quan hệ năng động của các tình huống cụ thể thể hiện bởi các quá trình toán học, vật lý và logic.
Phần cứng mô phỏng là các thiết bị liên quan đến các hệ thống máy tính, các hệ thống truyền thông, điện tử, cơ khí và các hệ thống trang thiết bị khác được tích hợp phục vụ mô hình hóa các thực thể tham gia mô phỏng.
Phần mềm mô phỏng là một tập hợp các thuật toán (chương trình máy tính) “bắt chước” dựa trên quá trình hoạt động của mô hình một hiện tượng thực tế. Về cơ bản, đó là một chương trình máy tính cho phép người sử dụng dùng để quan sát một hoạt động thông qua mô phỏng mà không phải thực hiện thật hoạt động đó. Phần mềm mô phỏng được sử dụng rộng rãi để kiểm tra thiết kế một sản phẩm nào đó để thấy được sản phẩm cuối cùng với đầy đủ thông số kỹ thuật tốt nhất mà không tốn kém trong quá trình sửa đổi. Phần mềm mô phỏng tương tác với thời gian thực thường được sử dụng từ các trò chơi (games) đến các ứng dụng trong công nghiệp, quân sự để giảm bớt các chi phí hoạt động thật rất tốn kém, chẳng hạn như dùng để huấn luyện các phi công tập lái máy bay, các nhà khai thác vận hành nhà máy điện hạt nhân, mô phỏng thời gian thực của các phản ứng vật lý, hóa học… đào tạo thực hành trong các môi trường độc hại, rủi ro…
Mô phỏng mang lại lợi ích to lớn: Tiết kiệm thời gian, kinh phí, nguyên vật liệu, tránh được những trường hợp rủi ro, nguy hiểm trong điều kiện thực, giảm tác động xấu tới môi trường…, thậm chí có thể làm được cái không thể làm trong điều kiện thực.
Thực tế ảo
Thực tế ảo (virtual reality - VR) là một thuật ngữ dùng để chỉ một hệ thống giao diện cấp cao giữa người sử dụng và máy tính. VR có khả năng mô phỏng các sự vật, hiện tượng theo thời gian thực và tương tác với người sử dụng thông qua việc tổng hợp các kênh cảm giác.
Lần đầu tiên xuất hiện vào khoảng đầu thập kỷ 90 nhưng trong vòng gần chục năm trở lại đây Công nghệ thực tế ảo mới phát triển thực sự nhờ tính lưỡng dụng (trong cả dân dụng lẫn quân sự) và đóng vai trò là công nghệ mũi nhọn ở Mỹ và châu Âu.
Theo dự đoán của công ty nghiên cứu Gartner, công nghệ thực tế ảo đứng đầu danh sách 10 công nghệ chiến lược năm 2009. Tại Mỹ và châu Âu thực tế ảo đã và đang trở thành một công nghệ mũi nhọn nhờ khả năng ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực (nghiên cứu và công nghiệp, giáo dục và đào tạo, du lịch, dịch vụ bất động sản, thương mại và giải trí...) và tiềm năng kinh tế, cũng như tính lưỡng dụng (trong dân dụng và quân sự) của nó.
Công nghệ thực tế ảo đem lại lợi nhuận to lớn cho các hãng phần mềm Game giải trí
Sử dụng đồ họa 3D để mô phỏng tạo nên các cảnh hoành tráng trong phim 3D “Avarta”
Nguồn: www.pcworld.com.vn
Từ khóa
Bài viết cùng chủ đề
建築コンセプト設計における敷地気候分析の重要性
建築コンセプト設計において、敷地の気候分析は極めて重要なステップです。特に、持続可能性、省エネルギー、そして利用者の快適性を追求する際には欠かせません。以下に、その重要性について具体的な理由をご紹介いたします。 エネルギー利用の最適化 敷地の気候条件(気温、湿度、降水量、風向・風速、日射量など)を十分に理解することで、設計を最適化し、冷暖房や照明のエネルギー消費を最小限に抑えることが可能となります。例えば、熱帯気候では、自然換気を最大限に活用し、日射遮蔽を適切に行うことで、空調負荷を軽減できます。 利用者の快適性の確保 気候分析を行うことで、建築空間の室内環境を最適化し、適切な温度・湿度の維持や、効果的な通風設計を実現することができます。これにより、利用者にとって快適な空間が提供されます。 建物の向きと空間構成の最適化 気候条件は、建物の最適な向きを決定する上で大きな影響を与えます。例えば、熱帯地域では、西日を避けることで建物の過熱を防ぐことが重要です。一方、寒冷地域では、太陽光を最大限に活用し、室内の温熱環境を向上させることが求められます。 適切な建材と構造の選定 地域の気候を把握することで、断熱性や遮熱性に優れた建材を選定し、最適な建築構造を採用することが可能となります。例えば、日射遮蔽装置や断熱層、屋上緑化などの手法を取り入れることで、建築環境の快適性を高めることができます。 持続可能な発展への貢献 気候に適応した建築は、エネルギー消費を抑えるだけでなく、環境負荷の低減にも寄与します。例えば、雨水利用システム、自然換気、太陽光発電の導入などは、気候分析に基づいた設計によって効果的に組み込むことができます。 建築基準・規制への適合 近年の建築基準や環境認証制度(グリーンビルディング認証など)では、気候分析を活用した設計の最適化が求められています。省エネルギーや低炭素化の観点からも、気候に基づいた建築設計は重要な要素となっています。 まとめ 敷地の気候分析は、建築設計の最適化に不可欠なプロセスであり、エネルギー効率の向上、利用者の快適性確保、さらには持続可能な発展の実現に大きく貢献します。これにより、より環境に配慮した建築が可能となります。...
Xem thêm自然換気および機械換気システムの評価ガイドと改善策
室内の空気の質が屋外の空気より2~5倍悪い可能性があることをご存知ですか? 😮これは私たちの健康や仕事の生産性に深刻な影響を与える可能性があります。しかし、幸いなことに、効果的な換気システムでこの問題を解決できます!ただし、建物内の換気システムを評価し最適化することは簡単ではありません。現在の換気システムが適切に機能しているかどうか、どのように改善すればよいのか、自然換気と機械換気のどちらが最適なのか、これらの疑問が生じることもあります。 この記事では、自然換気と機械換気の両方を評価する方法をガイドし、建物内の換気効率を向上させるための実用的な解決策を提案します。換気システムの概要から、自然換気と機械換気の組み合わせの方法まで、健康的で快適な住環境や作業環境を作るために必要な情報をすべてお届けします。ぜひ一緒に探ってみましょう! 💨🏢 建物内の換気システムの概要 換気の定義と目的 換気とは、密閉された空間と外部環境の間で空気を交換するプロセスです。主な目的は以下の通りです: 汚染された空気や悪臭を除去する 新鮮でクリーンな空気を供給する 室内の温度や湿度を調整する 汚染物質の濃度を制御する 健康とパフォーマンスにおける換気の重要性 換気は、健康や仕事のパフォーマンスに大きな役割を果たします: 健康面の利点 パフォーマンス面の利点 呼吸器疾患のリスクを低減する 注意力と集中力を向上させる カビの成長を抑制する 疲労や頭痛を軽減する アレルゲンを除去する...
Xem thêm室内空気質向上のソリューション
あなたは知っていますか?室内の空気が屋外の空気よりも2〜5倍汚染されている可能性があることを。😮 これは、私たちが時間の90%を室内で過ごしているため、特に懸念されます。ホコリ、細菌、有害な化学物質は、私たちの生活空間に潜んでおり、毎日健康に害を及ぼしている可能性があります。 でも心配しないでください!今日からすぐに実践できる効果的な空気質改善のソリューションがたくさんあります。汚染源の管理から、先進的な空気清浄技術の使用、植物の自然な浄化力を活用する方法まで、清潔で安全な生活環境を作り出すことができます。🌿🏠 この記事では、室内空気の質について詳しく学び、空気質を向上させ、あなたや家族の健康を守るための5つの効果的なソリューションを探っていきます。さあ、より清潔な生活空間への旅を始めましょう! 室内空気の質を理解する 室内空気質に影響を与える要因 室内空気の質は、さまざまな要因によって影響を受けます。以下はいくつかの主な要因です: 屋内の汚染源: 建築材料、家具、清掃用品など。 屋外の汚染源: 車の排ガス、工業地帯の煙や粉塵。 人間の活動: 料理、喫煙、化学製品の使用。 換気システム: 空気の循環が悪い、メンテナンス不足。 空気質を評価する指標 室内の空気の質を正確に評価するために、専門家は以下の重要な指標を使用します: 指標 説明 安全基準...
Xem thêm