Сочинение компьютерное моделирование - Exhelper.top

Доклад: Компьютерное моделирование и его особенности

1. 2. Эссе по теме: «Компьютерное моделирование и его особенности»

2.1. Введение

Начнем с определения слова моделирование.

Моделирование – процесс построения и использования модели. Под моделью понимают такой материальный или абстрактный объект, который в процессе изучения заменяет объект-оригинал, сохраняя его свойства, важные для данного исследования.

Компьютерное моделирование как метод познания основано на математическом моделировании. Математическая модель – это система математических соотношений (формул, уравнений, неравенств и знаковых логических выражений) отображающих существенные свойства изучаемого объекта или явления.

Очень редко удается использовать математическую модель для конкретных расчетов без использования вычислительной техники, что с неизбежностью требует создания некоторой компьютерной модели.

Рассмотрим процесс компьютерного моделирования более подробно.

2.2. Представление о компьютерном моделировании

Компьютерное моделирование является одним из эффективных методов изучения сложных систем. Компьютерные модели проще и удобнее исследовать в силу их возможности проводить вычислительные эксперименты, в тех случаях, когда реальные эксперименты затруднены из-за финансовых или физических препятствий или могут дать непредсказуемый результат. Логичность компьютерных моделей позволяет выявить основные факторы, определяющие свойства изучаемого объекта-оригинала (или целого класса объектов), в частности, исследовать отклик моделируемой физической системы на изменения ее параметров и начальных условий.

Компьютерное моделирование как новый метод научных исследований основывается на:

1. Построении математических моделей для описания изучаемых процессов;

2. Использовании новейших вычислительных машин, обладающих высоким быстродействием (миллионы операций в секунду) и способных вести диалог с человеком.

Различают аналитическое и имитационное моделирование. При аналитическом моделировании изучаются математические (абстрактные) модели реального объекта в виде алгебраических, дифференциальных и других уравнений, а также предусматривающих осуществление однозначной вычислительной процедуры, приводящей к их точному решению. При имитационном моделировании исследуются математические модели в виде алгоритма, воспроизводящего функционирование исследуемой системы путем последовательного выполнения большого количества элементарных операций.

2.3. Построение компьютерной модели

Построение компьютерной модели базируется на абстрагировании от конкретной природы явлений или изучаемого объекта-оригинала и состоит из двух этапов – сначала создание качественной, а затем и количественной модели. Компьютерное же моделирование заключается в проведении серии вычислительных экспериментов на компьютере, целью которых является анализ, интерпретация и сопоставление результатов моделирования с реальным поведением изучаемого объекта и, при необходимости, последующее уточнение модели и т. д.

Итак, к основным этапам компьютерного моделирования относятся:

1. Постановка задачи, определение объекта моделирования:

на данном этапе происходит сбор информации, формулировка вопроса, определение целей, формы представления результатов, описание данных.

2. Анализ и исследование системы:

анализ системы, содержательное описание объекта, разработка информационной модели, анализ технических и программных средств, разработка структур данных, разработка математической модели.

3. Формализация, то есть переход к математической модели, создание алгоритма:

выбор метода проектирования алгоритма, выбор формы записи алгоритма, выбор метода тестирования, проектирование алгоритма.

4. Программирование:

выбор языка программирования или прикладной среды для моделирования, уточнение способов организации данных, запись алгоритма на выбранном языке программирования (или в прикладной среде).

5. Проведение серии вычислительных экспериментов:

отладка синтаксиса, семантики и логической структуры, тестовые расчеты и анализ результатов тестирования, доработка программы.

6. Анализ и интерпретация результатов:

доработка программы или модели в случае необходимости.

Существует множество программных комплексов и сред, которые позволяют проводить построение и исследование моделей:

— Графические среды

— Текстовые редакторы

— Среды программирования

— Электронные таблицы

— Математические пакеты

— HTML-редакторы

— СУБД

и др.

2.4. Вычислительный эксперимент

Эксперимент – это опыт, который производится с объектом или моделью. Он заключается в выполнении некоторых действий, чтобы определить, как реагирует экспериментальный образец на эти действия. Вычислительный эксперимент предполагает проведение расчетов с использованием формализованный модели.

Использование компьютерной модели, реализующей математическую, аналогично проведению экспериментов с реальным объектом, только вместо реального эксперимента с объектом проводится вычислительный эксперимент с его моделью. Задавая конкретный набор значений исходных параметров модели, в результате вычислительного эксперимента получают конкретный набор значений искомых параметров, исследуют свойства объектов или процессов, находят их оптимальные параметры и режимы работы, уточняют модель. Например, располагая уравнением, описывающим протекание того или иного процесса, можно, изменяя его коэффициенты, начальные и граничные условия, исследовать, как при этом будет вести себя объект. Более того, можно спрогнозировать поведение объекта в различных условиях. Для исследований поведения объекта при новом наборе исходных данных необходимо проведение нового вычислительного эксперимента.

Для проверки адекватности математической модели и реального объекта, процесса или системы результаты исследований на ЭВМ сравниваются с результатами эксперимента на опытном натурном образце. Результаты проверки используются для корректировки математической модели или решается вопрос о применимости построенной математической модели к проектированию либо исследованию заданных объектов, процессов или систем.

Вычислительный эксперимент позволяет заменить дорогостоящий натурный эксперимент расчетами на ЭВМ. Он позволяет в короткие сроки и без значительных материальных затрат осуществить исследование большого числа вариантов проектируемого объекта или процесса для различных режимов его эксплуатации, что значительно сокращает сроки разработки сложных систем и их внедрение в производство.

2.5. Моделирование в различных средах

2.5.1. Моделирование в среде программирования

Моделирование в среде программирование включает в себя основные этапы компьютерного моделирования. На этапе построения информационной модели и алгоритма необходимо определить, какие величины являются входными параметрами, а какие – результатами, а также определить тип этих величин. При необходимости составляется алгоритм в виде блок-схемы, который записывается на выбранном языке программирования. После этого проводится вычислительный эксперимент. Для этого необходимо загрузить программу в оперативную память компьютера и запустить на выполнение. Компьютерный эксперимент обязательно включает в себя анализ полученных результатов, на основании которого могут корректироваться все этапы решения задачи (математическая модель, алгоритм, программа). Одним из важнейших этапов является тестирование алгоритма и программы.

Отладка программы (английский термин debugging (отладка) означает «вылавливание жучков» появился в 1945 году, когда в электрические цепи одного из первых компьютеров «Марк-1» попал мотылек и заблокировал одно из тысяч реле) – это процесс поиска и устранения ошибок в программе, производимы по результатам вычислительного эксперимента. При отладке происходит локализация и устранение синтаксических ошибок и явных ошибок кодирования.

В современных программных системах отладка осуществляется с использованием специальных программных средств, называемыми отладчиками.

Тестирование – это проверка правильности работы программы в целом, либо составных её частей. В процессе тестирования проверяется работоспособность программы, не содержащей явных ошибок.

Как бы тщательно ни была отлажена программа, решающим этапом, устанавливающим её пригодность для работы, является контроль программы по результатам её выполнения на системе тестов. Программу можно считать правильной, если для выбранной системы тестовых исходных данных во всех случаях получаются правильные результаты.

2.5.2. Моделирование в электронных таблицах

Моделирование в электронных таблицах охватывает очень широкий класс задач в разных предметных областях. Электронные таблицы – универсальный инструмент, позволяющий быстро выполнить трудоемкую работу по расчету и пересчету количественных характеристик объекта. При моделировании с использованием электронных таблиц алгоритм решения задачи несколько трансформируется, скрываясь за необходимостью разработки вычислительного интерфейса. Сохраняется этап отладки, включающий устранение ошибок данных, в связях между ячейками, в вычислительных формулах. Возникают также дополнительные задачи: работа над удобством представления на экране и, если необходим вывод полученных данных на бумажные носители, над их размещением на листах.

Процесс моделирования в электронных таблицах выполняется по общей схеме: определяются цели, выявляются характеристики и взаимосвязи и составляется математическая модель. Характеристики модели обязательно определяются по назначению: исходные (влияющие на поведение модели), промежуточные и то, что требуется получить в результате. Иногда представление объекта дополняется схемами, чертежами.

Для наглядного отображения зависимости результатов расчетов от исходных данных используют диаграммы и графики.

В тестировании используется некоторый набор данных, для которого известен точный или приближенный результат. Эксперимент заключается во введении исходных данных, которые удовлетворяют целям моделирования. Анализ модели позволит выяснить, насколько расчеты отвечают целям моделирования.

2.5.3. Моделирование в среде СУБД

Моделирование в среде СУБД обычно преследует следующие цели:

— хранение информации и своевременное ее редактирование;

— упорядочение данных по некоторым признакам;

— создание различных критериев выбора данных;

— удобное представление отобранной информации.

В процессе разработки модели на основе исходных данных формируется структура будущей базы данных. Описываемые характеристики и их типы сводятся в таблицу. Количество столбцов таблицы определяется количеством параметров объекта (поля таблицы). Количество строк (записи таблицы) соответствует количеству строк описываемых однотипных объектов. Реальная база данных может иметь не одну, а несколько таблиц, связанных между собой. Эти таблицы описывают объекты, входящие в некоторую систему. После определения и задания структуры базы данных в компьютерной среде переходят к ее наполнению.

В ходе эксперимента происходит сортировка данных, поиск и фильтрация, создание расчетных полей.

Компьютерная информационная панель предоставляет возможность создания различных экранных форм и форм для вывода информации в печатном виде – отчетов. Каждый отчет содержит информацию, отвечающую цели конкретного эксперимента. Он позволяет группировать информацию по заданным признакам, в любом порядке, с введением итоговых полей расчета.

Если полученные результаты не соответствуют планируемым, можно провести дополнительные эксперименты с изменением условий сортировки и поиска данных. Если появляется необходимость изменить базу данных можно скорректировать ее структуру: изменять, добавлять и удалять поля. В результате появляется новая модель.

2.6. Использование компьютерной модели

Компьютерное моделирование и вычислительный эксперимент как новый метод научного исследования заставляет совершенствовать математический аппарат, используемый при построении математических моделей, позволяет, используя математические методы, уточнять, усложнять математические модели. Наиболее перспективным для проведения вычислительного эксперимента является его использование для решения крупных научно-технических и социально-экономических проблем современности, таких как проектирование реакторов для атомных электростанций, проектирование плотин и гидроэлектростанций, магнитогидродинамических преобразователей энергии, и в области экономики – составление сбалансированного плана для отрасли, региона, для страны и др.

В некоторых процессах, где натурный эксперимент опасен для жизни и здоровья людей, вычислительный эксперимент является единственно возможным (термоядерный синтез, освоение космического пространства, проектирование и исследование химических и других производств).

2.7. Заключение

В заключение можно подчеркнуть, что компьютерное моделирование и вычислительный эксперимент позволяют свести исследование «нематематического» объекта к решению математической задачи. Этим самым открывается возможность использования для его изучения хорошо разработанного математического аппарата в сочетании с мощной вычислительной техникой. На этом основано применение математики и ЭВМ для познания законов реального мира и их использования на практике.

3. Список используемой литературы

1. С. Н. Колупаева. Математическое и компьютерное моделирование. Учебное пособие. – Томск, Школьный университет, 2008. – 208с.

2. А. В. Могилев, Н. И. Пак, Е. К. Хеннер. Информатика. Учебное пособие. – М.: Центр «Академия», 2000. – 816с.

3. Д. А. Поселов. Информатика. Энциклопедический словарь. – М.: Педагогика-Пресс, 1994. 648с.

4. Официальный сайт издательства «Открытые Системы». Интернет университет информационных технологий. – Режим доступа: www.intuit.ru/. Дата обращения: 5.10.2010 г.

5. Официальный русскоязычный сайт разработчиков WikiMedia. Интернет-энциклопедия Wikipedia. – Режим доступа: ru.wikipedia.org/wiki/Численное_моделирование/. Дата обращения: 5.10.2010 г.

Источник

Обновлено: 11.03.2023

3D-моделирование – это не только профессия и достойный заработок, это еще и увлекательное хобби, которое развивает фантазию, создает определенный круг знакомств и дает неисчерпаемые возможности для самовыражения.

Понятие 3D-моделирования

Этот вид творчества позволяет представить любой предмет или задумку в движении, показать со всех сторон, сделать его объемным и реалистичным. Популярные программы типа Блендера и 3d-Max интуитивно понятны и их легко освоит даже ребенок. Поначалу речь не идет о чем-то сложном, лучше начинать с простых и незамысловатых предметов, а по мере совершенствования переходить к сложным формам, типа многоквартирных зданий, авто-эстакад и других объектов, требующих немалого опыта. Интересные работы получаются в ландшафтном дизайне, моделировании интерьеров, когда можно просто скачать 3d model и преобразить по своему разумению.

Возможности такого творчества

В специализированном программном обеспечении используются три основных типа 3D-моделирования:

Метод 3D-моделирования используется для создания твердых тел. Его цель — обеспечить геометрическую правильность всех 3D-объектов. Твердотельное моделирование — сложный процесс, поскольку требует внешнего и внутреннего моделирования модели.

Твердотельное моделирование полезно при создании, анимации, проектировании и визуализации функциональных моделей. Дизайнер с самого начала видит, как выглядит проект.

Моделирование поверхности — это математический метод отображения или представления твердых 3D-объектов. Он фокусируется на внешнем аспекте, позволяя рассматривать 3D-модель под разными углами на твердых поверхностях.

Моделирование поверхности проще, чем твердотельное моделирование, хотя и сложнее, чем сетка. Он используется в основном в архитектурных проектах, в анимации видеоигр.

Каркасное моделирование основано на создании 3D-модели по краям объекта. Эти 3D-модели полностью состоят из точек, дуг, окружностей, кривых и линий.

Объект распознается не как твердое тело, а как точки и их соединения, и в профессиональной среде именуются сеткой. По сравнению с поверхностным и твердотельным моделированием сетка является наименее сложным методом представления трехмерных объектов. Обычно треугольники являются основными элементами при моделировании в виде сетки. Чем больше треугольников, тем больше реализма.

Процесс создания 3D-объектов

3D-дизайнер начинает с подготовки модели сетки твердого объекта. Операции включают соединения, различия и пересечения, которые используются для создания сложных дизайнов в сочетании с основными формами.

Моделирование как познавательный приём неотделимо от развития знания. Практически во всех науках о природе, живой и неживой, об обществе, построение и использование моделей является мощным орудием познания. Реальные объекты и процессы бывают столь многогранны и сложны, что лучшим способом их изучения часто является построение модели, отображающей какую-то грань реальности и потому многократно более простой, чем эта реальность, и исследование вначале этой модели.

Многовековой опыт развития науки доказал на практике плодотворность такого подхода.

Однако моделирование как специфическое средство и форма научного познания не является изобретением 19 или 20 века.

Достаточно указать на представления Демокpита и Эпикура об атомах, их форме, и способах соединения, об атомных вихрях и ливнях, объяснения физических свойств различных веществ с помощью представления о круглых и гладких или крючковатых частицах, сцепленных между собой. Эти представления являются прообразами современных моделей, отражающих ядеpно-электpонное строение атома вещества [5].

По существу, моделирование как форма отражения действительности зарождается в античную эпоху одновременно с возникновением научного познания. Однако в отчётливой форме (хотя без употребления самого термина) моделирование начинает широко использоваться в эпоху Возрождения; Брунеллески, Микеланджело и другие итальянские архитекторы и скульпторы пользовались моделями проектируемых ими сооружений; в теоретических же работах Г. Галилея и Леонардо да Винчи не только используются модели, но и выясняются пределы применимости метода моделирования.

20 век принес методу моделирования новые успехи, но одновременно поставил его перед серьезными испытаниями. С одной стороны, развивающийся математический аппарат обнаружил новые возможности и перспективы этого метода в раскрытии общих закономерностей и структурных особенностей систем различной физической природы, принадлежащих к разным уровням организации материи, формам движения. С другой же стороны, теория относительности и, в особенности, квантовая механика, указали на неабсолютный, относительный характер механических моделей, на трудности, связанные с моделированием.

Появление первых электронных вычислительных машин (Джон фон Нейман, 1947) и формулирование основных принципов кибернетики (Норберт Винер, 1948) привели к поистине универсальной значимости новых методов — как в абстрактных областях знания, так и в их приложениях.

В конце 40-х годов в нашей стране кибернетика подвергалась массированным атакам. В литературе, в том числе и в учебных пособиях, утверждалось, что это реакционная лженаука, поставленная на службу империализму, которая пытается заменить мыслящего, борющегося человека машиной в быту и на производстве, используется для разработки электронного оружия, и т.п.

Моделирование ныне приобрело общенаучный характер и применяется в исследованиях живой и неживой природы, в науках о человеке и обществе.

Многочисленные факты, свидетельствующие о широком применении метода моделирования в исследованиях, некоторые противоречия, которые при этом возникают, потребовали глубокого теоретического осмысления данного метода познания, поисков его места в теории познания.

Этим можно объяснить большое внимание, которое уделяется философами различных стран этому вопросу в многочисленных работах.

1. Гносеологическая специфика модели и ее определение

В целом же, последние два определения можно признать вполне удовлетворительными и пользоваться ими.

Дальнейший путь развития и улучшения определений связан с целями метода моделирования. Большинство исследователей выделяют три [2,13]:

· Понимание устройства конкретной системы, её структуры, свойств, законов развития и взаимодействия с окружающим миром

· Управление системой, определение наилучших способов управления при заданных целях и критериях

· Прогнозирование прямых и косвенных последствий реализации заданных способов и форм воздействия на систему

Все три цели подразумевают в той или иной степени наличия механизма обратной связи, то есть необходима возможность не только переноса элементов, свойств и отношений моделируемой системы на моделирующую, но и наоборот.

В таком случае, определение моделирования может быть сформулировано так [14]:

«Моделирование-это опосредованное практическое или теоретическое исследование объекта, при котором непосредственно изучается не сам интересующий нас объект, а некоторая вспомогательная искусственная или естественная система:

1) находящаяся в некотором объективном соответствии с познаваемым объектом;

2) способная замещать его в определенных отношениях;

(три перечисленных признака по сути являются определяющими признаками модели)

Опpеделение И.Т. Фpолова:

Пpи дальнейшем pассмотpении моделей и пpоцесса моделиpования будем исходить из того, что общим свойством всех моделей является их способность так или иначе отобpажать действительность. В зависимости от того, какими сpедствами, пpи каких условиях, по отношению к каким объектам познания это их общее свойство pеализуется, возникает большое pазнообpазие моделей, а вместе с ним и пpоблема классификации моделей.

2. Классификация моделей и видов моделирования

·по характеру моделей (т. е. по средствам моделирования);

·по характеру моделируемых объектов;

·по сферам приложения моделирования (моделирование в технике, в физических науках, в химии, моделирование процессов живого, моделирование психики и т. п.)

Наиболее известной является классификация по характеру моделей. Согласно ей различают следующие пять видов моделирования [17]:

1. Предметное моделирование, при котором модель воспроизводит геометрические, физические, динамические или функциональные характеристики объекта. Например, модель моста, плотины, модель крыла самолета и т.д.

2. Аналоговое моделирование, при котором модель и оригинал описываются единым математическим соотношением. Примером могут служить электрические модели, используемые для изучения механических, гидродинамических и акустических явлений.

3. Знаковое моделирование, при котором в роли моделей выступают схемы, чертежи, формулы. Роль знаковых моделей особенно возросла с расширением масштабов применения ЭВМ при построении знаковых моделей.

4. Со знаковым тесно связано мысленное моделирование, при котором модели приобретают мысленно наглядный характер. Примером может в данном случае служить модель атома, предложенная в свое время Бором.

5. Наконец, особым видом моделирования является включение в эксперимент не самого объекта, а его модели, в силу чего последний приобретает характер модельного эксперимента. Этот вид моделирования свидетельствует о том, что нет жесткой грани между методами эмпирического и теоретического познания.

При знаковом моделировании моделями служат знаковые образования какого-либо вида: схемы, графики, чертежи, формулы, графы, слова и предложения в некотором алфавите (естественного или искусственного языка)

По характеру той стороны объекта, которая подвергается моделированию, уместно различать моделирование структуры объекта и моделирование его поведения (функционирования протекающих в нем процессов и т. п.). Это различение сугубо относительно для химии или физики, но оно приобретает чёткий смысл в науках о жизни, где различение структуры и функции систем живого принадлежит к числу фундаментальных методологических принципов исследования, и в кибернетике, делающей акцент на моделирование функционирования изучаемых систем.

А.Н. Кочеpгин [11] пpедлагает pассматpивать и такие классификационные пpизнаки, как: пpиpода моделиpуемых явлений, степень точности, объем отобpажаемых свойств и дp. Но, следует признать, что данные признаки не являются существенными, потому подобные классификации выглядят несколько искусственно.

3. Моделирование как средство экспериментального исследования

Моделирование всегда используется вместе с другими общенаучными и специальными методами. Прежде всего моделирование тесно связано с экспериментом.

Выясним, в чем специфика модели в качестве сpедства экспеpиментального исследования в сpавнении с дpугими экспеpиментальными сpедствами. Pассмотpение матеpиальных моделей в качестве сpедств, оpудий экспеpиментальной деятельности вызывает потpебность выяснить, чем отличаются те экспеpименты, в котоpых используются модели, от тех, где они не пpименяются. Возникает вопpос о той специфике, котоpую вносит в экспеpимент пpименение в нем модели.

Пpевpащение экспеpимента в одну из основных фоpм пpактики, пpоисходившее паpаллельно с pазвитием науки, стало фактом с тех поp, как в пpоизводстве сделалось возможным шиpокое пpименение естествознания, что в свою очеpедь было pезультатом пеpвой пpомышленной pеволюции, откpывшей эпоху машинного пpоизводства.

Существует особая фоpма экспеpимента, для котоpой хаpактеpно использование действующих матеpиальных моделей в качестве специальных сpедств экспеpиментального исследования. Такая фоpма называется модельным экспеpиментом.

В отличии от обычного экспеpимента, где сpедства экспеpимента так или иначе взаимодействуют с объектом исследования, здесь взаимодействия нет, так как экспеpиментиpуют не с самим объектом, а с его заместителем. Пpи этом объект-заместитель и экспеpиментальная установка объединяются, сливаются в действующей модели в одно целое. Таким обpазом, обнаpуживается двоякая pоль, котоpую модель выполняет в экспеpименте: она одновpеменно является и объектом изучения и экспеpиментальным сpедством.

Для модельного экспеpимента, по мнению pяда автоpов [4,23,24], хаpактеpны следующие основные опеpации:

· пеpеход от натуpального объекта к модели — постpоение модели (моделиpование в собственном смысле слова).

· экспеpиментальное исследование модели.

· пеpеход от модели к натуpальному объекту, состоящий в пеpенесении pезультатов, полученных пpи исследовании, на этот объект.

Модель входит в экспеpимент, не только замещая объект исследования, она может замещать и условия, в котоpых изучается некотоpый объект обычного экспеpимента.

Обычный экспеpимент пpедполагает наличие теоpетического момента лишь в начальный момент исследования — выдвижение гипотезы, ее оценку и т.д., теоpетические сообpажения, связанные с констpуиpованием установки, а также на завеpшающей стадии — обсуждение и интеpпpетация полученных данных, их обобщение; в модельном экспеpименте необходимо также обосновать отношение подобия между моделью и натуpальным объектом и возможность экстpаполиpовать на этот объект полученные данные [15].

Она огpаничивается установлением соответствий между качественно одноpодными явлениями, между системами, относящимися к одной и той же фоpме движения матеpии. Она дает пpавила моделиpования для случаев, когда модель и натуpа обладают одинаковой(или почти одинаковой) физической пpиpодой. [24, C.31]

Но в настоящее вpемя пpактика моделиpования вышла за пpеделы сpавнительно огpаниченного кpуга механических явлений и вообще, отношения системы в пpеделах одной фоpмы движения матеpии. Возникающие математические модели, котоpые отличаются по своей физической пpиpоде от моделиpуемого объекта, позволили пpеодолеть огpаниченные возможности физического моделиpования. Пpи математическом моделиpовании основой соотношения модель — натуpа является такое обобщение теоpии подобия, котоpое учитывает качественную pазноpодность модели и объекта, пpинадлежность их pазным фоpмам движения матеpии. Такое обобщение пpинимает фоpму более абстpактной теоpии — изомоpфизма систем.

Модельный эксперимент позволяет изучать такие объекты, прямой эксперимент над которыми затруднён, экономически невыгоден, либо вообще невозможен в силу тех или иных причин [моделирование уникальных (например, гидротехнических) сооружений, сложных промышленных комплексов, экономических систем, социальных явлений, процессов, происходящих в космосе, конфликтов и боевых действий и т.д.].

4. Моделирование и проблема истины

Моделирование необходимо предполагает использование абстрагирования и идеализации. Отображая существенные (с точки зрения цели исследования) свойства оригинала и отвлекаясь от несущественного, модель выступает как специфическая форма реализации абстракции, то есть как некоторый абстрактный идеализированный объект. При этом от характера и уровней лежащих в основе моделирования абстракций и идеализаций в большой степени зависит весь процесс переноса знаний с модели на оригинал; в частности, существенное значение имеет выделение трёх уровней абстракции, на которых может осуществляться моделирование:

· уровня потенциальной осуществимости (когда упомянутый перенос предполагает отвлечение от ограниченности познавательно-практической деятельности человека в пространстве и времени,);

· уровня практической целесообразности (когда этот перенос не только осуществим, но и желателен для достижения некоторых конкретных познавательных или практических задач).

Таким обpазом, пpи постpоении тех или иных моделей всегда сознательно отвлекаются от некотоpых стоpон, свойств и даже отношений, в силу чего, заведомо допускается несохpанение сходства между моделью и оpигиналом по pяду паpаметpов, котоpые вообще не входят в фоpмулиpование условий сходства. Так планетаpная модель атома Pезеpфоpда оказалась истинной в pамках (и только в этих pамках) исследования электpонной стpуктуpы атома, а модель Дж.Дж.Томпсона оказалась ложной, так как ее стpуктуpа не совпадала с электpонной стpуктуpой. Истинность — свойство знания, а объекты матеpиального миpа не истинны, не ложны, пpосто существуют. Можно ли говоpить об истинности матеpиальных моделей, если они — вещи, существующие объективно, матеpиально? Этот вопpос связан с вопpосом: на каком основании можно считать матеpиальную модель гносеологическим обpазом? В модели pеализованы двоякого pода знания:

· знание самой модели (ее стpуктуpы, пpоцессов, функций) как системы, созданной с целью воспpоизведения некотоpого объекта.

· теоpетические знания, посpедством котоpых модель была постpоена.

Имея в виду именно теоpетические сообpажения и методы, лежащие в основе постpоения модели, можно ставить вопpосы о том, насколько веpно данная модель отpажает объект и насколько полно она его отpажает. (В пpоцессе моделиpования выделяются специальные этапы — этап веpификации модели и оценка ее адекватности). В таком случае возникает мысль о сpавнимости любого созданного человеком пpедмета с аналогичными пpиpодными объектами и об истинности этого пpедмета. Но это имеет смысл лишь в том случае, если подобные пpедметы создаются со специальной целью изобpазить, скопиpовать, воспpоизвести опpеделенные чеpты естественного пpедмета.

Таким обpазом, можно говоpить о том, истинность пpисуща матеpиальным моделям:

· в силу связи их с опpеделенными знаниями;

· в силу наличия (или отсутствия) изомоpфизма ее стpуктуpы со стpуктуpой моделиpуемого пpоцесса или явления;

· в силу отношения модели к моделиpуемому объекту, котоpое делает ее частью познавательного пpоцесса и позволяет pешать опpеделенные познавательные задачи.

Заключение

Моделирование — не только одно из средств отображения явлений и процессов реального мира, но и — несмотря на описанную выше его относительность — объективный практический критерий проверки истинности наших знаний, осуществляемой непосредственно или с помощью установления их отношения с другой теорией, выступающей в качестве модели, адекватность которой считается практически обоснованной. Применяясь в органическом единстве с другими методами познания, моделирование выступает как процесс углубления познания, его движения от относительно бедных информацией моделей к моделям более содержательным, полнее раскрывающим сущность исследуемых явлений действительности.

Литература

1. Аверьянов А.Н. Системное познание мира: методологические проблемы. М., 1991, С. 204, 261–263.

2. Алтухов В.Л., Шапошников В.Ф. О перестройке мышления: философско-методологические аспекты. М., 1988.

3. Амосов Н.М. Моделиpoвание мышления и психики. М., Наука, 1965.

4. Батоpоев К.Б. Кибеpнетика и метод аналогий. М., Высшая школа, 1974

5. Богомолов А.С. Античная философия. М., МГУ, 1985

6. Будущее искусственного интеллекта. М., Наука,1991, С. 280–302.

7. Веденов А.А. Моделиpование элементов мышления. М., Наука, 1988.

8. Вопросы философии, 1995, №7, С. 163.

9. Кирпичев М. В. Теория подобия, М., 1953.

10. Клаус Г. Кибеpнетика и философия. М., Наука, 1963.

11. Кочеpгин А.Н. Моделиpoвание мышления М., Наука, 1969.

12. Ляпунов А. А., О некоторых общих вопросах кибернетики, в кн.: Проблемы кибернетики, в. 1, М., 1958.

13. Могилев А.В., Пак Н.И., Хеннер Е.К. Информатика, М., Академия, 1999, С.674–677.

14. Новик И.Б. О философских вопросах кибернетического моделирования. М., Знание ,1964.

15. Налимов В. В., Теория эксперимента, М., 1971.

16. Пpоблемы методологии социального познания Л., ЛГУ, 1985.

17. Сичивица О.М. Методы и формы научного познания. М., Высшая школа, 1993., С. 95.

18. Советский энциклопедический словарь (под ред. А.М. Прохорова) — М., Советская Энциклопедия, 1980, С. 828.

19. Философский словарь (под ред. М.Т. Фролова) — М., Политическая литература, 1986, С. 560.

20. Фоppестеp Дж. Динамика pазвития гоpода. М., Пpогpесс,1974.

21. Фоppестеp Дж. Миpовая динамика. М., Наука, 1978.

22. Фpолов И.Т. Гносеологические пpоблемы моделиpования. М., Наука, 1961, С.20.

23. Шеннон P. Имитационное моделиpование систем — искусство и наука. М., Миp, 1978.

24. Штофф В.А. Моделиpование и философия. М., Наука, 1966.

25. Экспеpимент. Модель. Теоpия. М.— Беpлин, Наука, 1982.

26. Pocket Oxford Dictionary, March 1994, Oxford Univercity Press, 1994 (Электронная версия)

Рассмотрим процесс компьютерного моделирования более подробно.

2.2. Представление о компьютерном моделировании

Компьютерное моделирование как новый метод научных исследований основывается на:

1. Построении математических моделей для описания изучаемых процессов;

2.3. Построение компьютерной модели

Итак, к основным этапам компьютерного моделирования относятся:

1. Постановка задачи, определение объекта моделирования:

2. Анализ и исследование системы:

3. Формализация, то есть переход к математической модели, создание алгоритма:

4. Программирование:

5. Проведение серии вычислительных экспериментов:

6. Анализ и интерпретация результатов:

доработка программы или модели в случае необходимости.

2.4. Вычислительный эксперимент

2.5. Моделирование в различных средах

2.5.1. Моделирование в среде программирования

2.5.2. Моделирование в электронных таблицах

2.5.3. Моделирование в среде СУБД

Моделирование в среде СУБД обычно преследует следующие цели:

— хранение информации и своевременное ее редактирование;

— упорядочение данных по некоторым признакам;

— создание различных критериев выбора данных;

— удобное представление отобранной информации.

В ходе эксперимента происходит сортировка данных, поиск и фильтрация, создание расчетных полей.

2.6. Использование компьютерной модели

2.7. Заключение

Компьютерное моделирование. Моделирование физический и математических процессов на компьютере.

Вложение	Размер
rabota.docx	155.67 КБ

Предварительный просмотр:

УЧЕНИК 9 КЛАССА

учитель математики и информатики

вВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………3
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ…………………………………. 5
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ…………………………………………………..10
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………. 18
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………. 20

Гипотеза: любой процесс или явление можно смоделировать с помощью ПК.

Цель работы – изучить возможности компьютерного моделирования, использование его в различных предметных областях.

Для достижения данной цели в работе решаются следующие задачи:

– дать теоретические сведения о моделировании;

– описать этапы моделирования;

– привести примеры моделей процессов или явлений из различных предметных областей;

— сделать общий вывод о компьютерном моделировании в предметных областях.

Построение и исследование моделей – это один из важнейших методов познания, умение использовать компьютер для построения моделей – одно из требований сегодняшнего дня, поэтому я считаю данную работу актуальной. Она является важной для меня, так как я хочу продолжить свое дальнейшее обучение в этом направлении, а также рассмотреть другие программы при разработке компьютерных моделей, это цель на дальнейшее продолжение этой работы.

Анализируя литературу по теме исследования, я выяснил, что практически во всех естественных и социальных науках построение и использование моделей, является мощным инструментом исследований. Реальные объекты и процессы бывают столь многогранны и сложны, что лучшим способом их изучения оказывается построение модели, отображающей лишь какую-то часть реальности и потому многократно более простой, чем эта реальность.

Модель (лат. modulus — мера) — это объект-заместитель объекта-оригинала, обеспечивающий изучение некоторых свойств оригинала.

Модель — создаваемый с целью получения и (или) хранения информации специфический объект (в форме мысленного образа, описания знаковыми средствами либо материальной системы), отражающий свойства, характеристики и связи объекта – оригинала произвольной природы, существенные для задачи, решаемой субъектом.

Моделирование – процесс создания и использования модели.

Познание действительности
Проведение экспериментов
Проектирование и управление
Прогнозирование поведения объектов
Тренировка и обучения специалистов
Обработка информации

Классификация по форме представления

Материальные — воспроизводят геометрические и физические свойства оригинала и всегда имеют реальное воплощение (детские игрушки, наглядные учебные пособия, макеты, модели автомобилей и самолетов и прочее).

a) геометрически подобные масштабные, воспроизводящие пространственно- геометрические характеристики оригинала безотносительно его субстрату (макеты зданий и сооружений, учебные муляжи и др.);
b) основанные на теории подобия субстратно подобные, воспроизводящие с масштабированием в пространстве и времени свойства и характеристики оригинала той же природы, что и модель, (гидродинамические модели судов, продувочные модели летательных аппаратов);
c) аналоговые приборные, воспроизводящие исследуемые свойства и характеристики объекта оригинала в моделирующем объекте другой природы на основе некоторой системы прямых аналогий (разновидности электронного аналогового моделирования).

Информационные — совокупность информации, характеризующая свойства и состояния объекта, процесса, явления, а также их взаимосвязь с внешним миром).

2.1. Вербальные — словесное описание на естественном языке).
2.2. Знаковые — информационная модель, выраженная специальными знаками (средствами любого формального языка).

2.2.1. Математические — математическое описание соотношений между количественными характеристиками объекта моделирования.
2.2.2. Графические — карты, чертежи, схемы, графики, диаграммы, графы систем.
2.2.3. Табличные — таблицы: объект-свойство, объект-объект, двоичные матрицы и так далее.

Идеальные – материальная точка, абсолютно твердое тело, математический маятник, идеальный газ, бесконечность, геометрическая точка и прочее.

3.1. Неформализованные модели — системы представлений об объекте оригинале, сложившиеся в человеческом мозгу.
3.2. Частично формализованные .

3.2.1. Вербальные — описание свойств и характеристик оригинала на некотором естественном языке (текстовые материалы проектной документации, словесное описание результатов технического эксперимента).
3.2.2. Графические иконические — черты, свойства и характеристики оригинала, реально или хотя бы теоретически доступные непосредственно зрительному восприятию (художественная графика, технологические карты).
3.2.3. Графические условные — данные наблюдений и экспериментальных исследований в виде графиков, диаграмм, схем.

3.3. Вполне формализованные (математические) модели.

Конечность : модель отображает оригинал лишь в конечном числе его отношений и, кроме того, ресурсы моделирования конечны;
Упрощенность : модель отображает только существенные стороны объекта;
Приблизительность : действительность отображается моделью грубо или приблизительно;
Адекватность : насколько успешно модель описывает моделируемую систему;
Информативность : модель должна содержать достаточную информацию о системе — в рамках гипотез, принятых при построении модел;
Потенциальность : предсказуемость модели и её свойств;
Сложность : удобство её использования;
Полнота : учтены все необходимые свойства;
Адаптивность .

Так же необходимо отметить:

Процесс построения модели называется моделированием.

Информационное моделирование
Компьютерное моделирование
Математическое моделирование
Математико-картографическое моделирование
Молекулярное моделирование
Цифровое моделирование
Логическое моделирование
Педагогическое моделирование
Психологическое моделирование
Статистическое моделирование
Структурное моделирование
Физическое моделирование
Экономико-математическое моделирование
Имитационное моделирование
Эволюционное моделирование
Графическое и геометрическое моделирование
Натурное моделирование

Компьютерное моделирование включает в себя процесс реализации информационной модели на компьютере и исследование с помощью этой модели объекта моделирования — проведение вычислительного эксперимента . С помощью компьютерного моделирования решаются многие научные и производственные вопросы.

Выделение существенных сторон реального объекта и отвлечение от его второстепенных свойств с точки зрения поставленной задачи, позволяет развить аналитические способности. Реализация модели объекта на компьютере требует знания прикладных программ, а также языков программирования.

Читайте также:

Сочинение про антона птушкина

Сочинение дубровский борец за справедливость

Сочинение на тему преданность пример из жизни

Слово ранит быстрее чем лечит сочинение рассуждение

Сочинение на тему воля к победе 6 класс

Источник

Реферат на тему

«Компьютерное

моделирование»

Введение

В детском саду, в начальной школе я увлекался моделированием. Создавал модели самолётиков, машин, домиков. Какое получаешь удовольствие от того, что у тебя получается!

Недавно я познакомился с интересным явлением – диффузией. Диффузия – это взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого вещества, т.е. перемешивание веществ. Задался вопросом. А как это представить наглядно? Нужно создать модель. В этом мне помог компьютер. Я использовал программу Power Point.

1. Молекулы – окружности разного цвета, т.к разные вещества.

2. Между молекулами – промежутки (расстояние)

3. Молекулы движутся непрерывно и хаотично.

В результате движения и существующих промежутков происходит перемешивание веществ – диффузия.

И это явление сразу становится понятным. Ведь мы видим то , чего не видим на самом деле. Как это красиво!

С древнейших времён человечество развивалось по всем направлениям своей деятельности. Среди людей всегда находились особенно любознательные и целеустремлённые люди, которым не сиделось спокойно, которые всё время искали что-то новое, интересное. Они постоянно что-нибудь изобретали и совершенствовали: строили дворцы, мосты и крепости, изобретали и развивали новые виды оружия. Для этого им постоянно нужно было, до осуществления своих изобретений в металле, дереве или камне, конструировать, моделировать всё это.

Можно представить как самый древний изобретатель выводил чертёж лука пальцем на песке или углём на стене своей холодной пещеры. Потом, в древнем Египте и Вавилоне чертежи чертились на папирусе и пергаменте. Потом, на много столетий, в конструирование и моделирование пришла бумага.

Один из самых гениальных людей – Леонардо да Винчи. Он был одновременно и врачом, и художником, и скульптором, и химиком, и изобретателем. Именно он изобрёл танк, самолёт, вертолёт, парашют и многое другое. Леонардо да Винчи особенно интересовали проблемы полёта. Он делал много рисунков и изучал летательный механизм птиц и летучих мышей. Кроме наблюдений он проводил и опыты, строил модели. Но, так как Леонардо опередил время, его модели и опыты были почти всегда неудачными.

В 20 веке были целые проектные институты, где тысячи людей работали с чертёжными инструментами. Потом модели их изобретений выполнялись из дерева, пластилина или металла. Так поступают до сих пор с моделями будущих самолётов: их выполняют из металла и испытывают в аэродинамической трубе. Так проверяют устойчивость самолёта при разных скоростях, проверяют воздушные завихрения.

После того как модель испытывалась в разных условиях, можно было выполнять её в натуральную величину и испытывать дальше.

Все эти построения и испытания моделей занимали очень много времени и сил. И так было до изобретения компьютера.

Первые компьютеры были простыми счётными машинами. А самым первым компьютером можно считать древние вавилонские счёты – абак.

В XX веке компьютер развился в универсальную вычислительную машину. С помощью различных программ компьютер позволяет людям делать удивительные вещи.

Одним из самых полезных применений компьютера можно считать компьютерное моделирование. Сложно представить какие великие изобретения могли бы совершить гениальные учёные прошлого, если бы у них в руках было такое средство как компьютерное моделирование.

Компьютерное моделирование

Компьютерное моделирование можно условно разделить на три основных класса:

1. Графическое.

2.Математичекое.

3.Физическое.

Компьютерное

моделирование

графическое

математическое

физическое

1. Моделирование графическое (предметов)

Графическое моделирование – позволяет создавать модели, в том числе и 3D-модели, разных объектов (предметов), тщательнее их продумывать.

Когда мои родители учились в университете (а было это 15-20 лет назад), компьютеры только начинали входить в жизнь. Люди тогда ещё не представляли какие возможности откроет компьютер для человечества. Все студенческие работы, как и научные разработки, выполнялись на бумаге. Для этого использовались самые различные чертёжные принадлежности: кульманы, рейсшины, рейсфедеры и т.д.

Всё это занимало страшно много времени и сил. Для того чтобы изобразить обычный болт, необходимо было вычертить на бумаге это изделие в трёх видах.

При разработке новых изделий современным конструкторским бюро нет необходимости, как 20 лет назад, изводить горы бумаги и держать огромный штат конструкторов-чертёжников. Не особенно нужны стали рейсшины и карандаши.

На помощь людям пришли компьютеры. Сейчас существует много компьютерных программ для проектировщиков: AutoCAD и т.д. Но самым интересным и впечатляющим помощником конструкторов стали 3D-принтеры.

3D-принтеры

3D-принтеры из порошка, жидкости и даже бумаги творят физическую, осязаемую реальность для предметов, которые только что были не более чем электронными чертежами. Пусть они еще слишком дороги, чтобы стоять у каждого дома, но уже сегодня 3D-принтеры умеют делать настоящие чудеса.

Сначала это выглядит просто как белый лист бумаги, над которой привычно трудятся печатающие головки: перед нами механика обычного струйного принтера. Но как ни стараются головки, белое поле поначалу совершенно не меняет цвета. На нем не видно ни букв, ни линий. Лишь некоторое время спустя на белом начинает потихоньку проступать цветной контур. С каждым проходом он становится все ярче и заметнее. Но вот печать завершена, и… снова все бело.

Раскопки в белом порошке

Дальше начинается нечто похожее на старинную детскую игру в «секрет»: это когда надо было аккуратно разгрести землю или песок, чтобы откопать стеклышко, под которым загодя спрятано что-то красивое – бусинки, яркие пуговицы или конфетные фантики. Белое поле – это не бумага, а довольно приличный толщины слой порошка. Теперь надо найти и «выкопать» из него напечатанную 3D-модель. В порошок погружается патрубок от гибкого шланга, и рабочее поле начинает по сте пен но расчищаться – белая «мука» резво исчезает в недрах невидимого пылесоса. Искомое находится где-то в глубине рабочего поля, и этот участок приходится расчищать бережно и аккуратно. Вот оно! Из-под толщи по рош ка извлекается твердый трехмерный объект – со сложным рельефом, покрашенный в разные цвета.

По соседству находится специальная камера. Здесь с помощью сжатого воздуха все полости модели освобождаются от порошка, причем за счет «мягкого вакуума», создаваемого в камере, клубы этого мелкодисперсного вещества не разлетаются, а мгновенно всасываются куда-то внутрь машины.

Именно так – как говорится, «без шума и пыли» – работает 3D-принтер марки Z-Printer 650. Основная сфера применения подобных принтеров – прототипирование для САПР (система автоматизированного проектирования), архитектуры, музейного дела, геологии, Это разного рода визуализация, которая позволяет максимально реалистично представить себе созданную в недрах компьютера модель.

Вот очень простой пример применения этой технологии в экономике. Владимирский стеклотарный завод использует принтер для распечатки моделей стеклотары самого разного дизайна. Раньше, чтобы наладить новую производственную линию разлива и оценить разработанный дизайн, приходилось заказывать индивидуальные стеклянные прототипы стеклодувам, что долго и дорого. Теперь дизайн разрабатывается в САПР и распечатывается. Физическая модель, пусть она и не имеет прозрачности стекла, выглядит все равно реалистичнее изображения на экране.

Еще интересный пример: одна из англий ских обувных компаний обязательно делает цветную 3D-распечатку всех своих новых, созданных дизайнерами на компьютере моделей. Конечно, твердые и негнущиеся туфли и ботинки носить нельзя, но в остальном с виду они малоотличимы от настоящих.

Чернила и клей

Принтер работает по технологии так называемой холодной печати – в процессе изготовления модели ничего не плавится и не спекается. Специальное программное обеспечение «нарезает» компьютерную CAD-модель на слои толщиной 0,1 мм. Затем модель «выращивается» в рабочей камере прин те ра путем добавления слоя за слоем (такой метод называется аддитивным). Происходит это так. Над слоем порошка (это смесь на основе гипса) движутся пять печатающих головок– четыре из них содержат цветные чернила и формируют цветное изображение из красок. Пятая головка дает прозрачный цвет. Но, разумеется, цвет – это не главное. Вместе с цветными чернилами, точно по контуру заданного компьютером слоя, на порошок разбрызгивается клей. В итоге обработанный клеем порошок затвердевает и превращается в твердую пластину, поверх которой вновь насыпается порошок – он тут же прилипает к уже созданной части модели. Затем новый порошок вновь обрабатывается клеем и, если нужно, окрашивается. Так появляется следующий слой. Модель постепенно растет вверх – со скоростью 28 мм/ч.

Технология трехмерного прототипирования применима и в медицине. В одной из московских клиник такой принтер используют для изготовления прототипов сложных зубных протезов. Сначала челюсть пациента сканируют томографом, затем полученные данные загружают в трехмерный редактор, где проектируют протез. После изготовления на принтере его физической модели работа по протезированию уже идет гораздо проще и занимает меньше времени. Риск ошибки минимизируется. Принтер можно применять и в более сложных случаях. Например, если после серьезной травмы черепа человека на него предстоит поставить накладку из титана, проще и быстрее отсканировать череп томографом, создать его физическую модель и уже на ней проектировать металлическую вставку. Так срок подготовки к серьезной операции может сократиться с нескольких дней до нескольких часов. Впрочем, сегодня существуют 3D-принтеры, способные печатать из медицинских материалов и создавать не прототипы, а непосред ственно протезы, например фрагменты разрушенной кости.

Как напечатать механизм?

Среди напечатанных образцов, неизменно привлекают внимание модели с движущимися частями. Это, например, модель подвески автомобиляА вот демон стра ци он ный механизм с несколькими сцепленными друг с другом зубчатыми колесами. Достаточно покрутить одно колесо, и в движение придут все остальные. Невозможно даже представить себе, что все это не собрано из отдельных деталей, а напечатано как единое целое.

Чтобы модель двигалась, нужен всего лишь маленький зазор между частями. Этот зазор (минимум 0,1 мм) уже заложен в 3D-модель, и принтер, когда печатает, оставляет непроклеенный участок между движущимися частями. За счет такой технологии можно делать детали, которые другими методами изготовить очень трудно. Причем это очень дешевая технология, так как изделие в процессе печати находится в массе порошка, который заполняет зазоры и не дает модели просесть под соб ствен ным весом. В других технологиях приходится использовать для аналогичных целей специальный материл поддержки, который может быть весьма дорог. Кроме того, в процесс изготовления детали привносится еще один этап – необходимость удаления поддерживающего материала из готовой модели методом растворения или выплавления. Модели, напечатанные на основе гипсового порошка, шероховатые на ощупь, и чтобы сделать их цветные поверхности более яркими и реалистичными, 3D-отпечатки покрывают разными составами, например раствором морской соли, воском. И тогда черепичная крыша на архитектурном проекте будет смотреться как черепица, а дерево– как дерево с присущими этому материалу текстурами. И все же, несмотря на реалистичность, речь идет о прототипах. Напечатанные шестеренки из гипса не смогут сколько-нибудь долго и надежно работать внутри механизма. Для того чтобы изготавливать методами 3D-печати промышленные образцы, нужна другая техника. И она, конечно, есть.

Говорят, можно бесконечно наблюдать за горящим огнем и за чужой работой. 3D-печать методом селективного лазерного спекания (SLS) представляет собой сочетание того и другого и, возможно, именно поэто му относится к зрелищам магическим и завораживающим. Мерцающее пламя, напоминающее маленький бенгальский огонь, бегает по поверхности, засыпанной одноцветным порошком, а на ней проступают темные контуры будущей детали. Модель растет слой за слоем. Только в отличие от холодного метода, в системе SLS мощный лазер не склеивает, а спекает порошок, формируя твердую деталь. Разновидностью этого процесса является прямое лазерное спекание металлов (DMLS), и здесь, в отличие от SLS, где работают с термопластиками, используются металлические порошки, например, на основе титана или нержавеющей стали.
Толщина слоя в DMLS может достигать 20 мкм, что позволяет изготавливать на 3D-принтерах мелкие сложные модели с минимальными допусками. На самом совершенном оборудовании этого типа, например, производимом немецкой компанией EOS, возможно создавать детали и механизмы, которые практически не требуют последующей обработки поверхностей – они готовы к работе в составе машин, в том числе в аэрокосмической индустрии.

Недавно команда исследователей под руководством Энди Кина и Джима Скэнлана из Университета Саутгемптона (Великобритания) объявила о создании первого в мире беспилотного самолета, фюзеляж которого изготовлен по технологиям SLS и DMLS. Чем, собственно, 3D-печать так заинтересовала авиаконструкторов? Дело в том, что эти технологии дают небывалую свободу в реализации конструктор ских идей. Разрабатывая свой дрон с размахом крыльев 1,5м, британцы решили использовать эллиптическую конструкцию крыла, применявшуюся когда-то на британском истребителе Supermarine Spitfire. Эта конструкция серьезно снижает лобовое сопротивление и дает тем самым большой выигрыш в маневренности, но… в свое время от нее отказались из-за чрезвычайной дороговизны изготовления этого сложного профиля в металле. 3D-печать снимает этот вопрос. Ей по силам любой профиль, заданный компьютерной моделью. Другое преимущество – это возможность быстрого перехода от компьютерного дизайна к летающему прототипу. Рис.

Разработка и распечатка одного БПЛА занимает всего лишь неделю. При этом очередной беспилотник может отличаться от своего предшественника новыми элементами конструкции – достаточно лишь внести соответствующие изменения в CAD-модель.

И это качество – пожалуй, самое ценное, что принесла трехмерная печать в проектирование. Проектируемый элемент можно многократно изменять, масштабировать, дорабатывать и получать на выходе деталь, работоспособность которой тут же проверяется в деле. При этом использование современных материалов позволяет добиваться от распечатанных моделей практически любой проч ности, так что изготовление методом лазерного спекания лопастей авиатурбин – это никакая не фантастика, а вполне сегодняшний день.

2. Моделирование физическое

Физическое моделирование воссоздаёт различные процессы — полёт ракет, движение автомобиля, прогнозы погоды.
Прогноз погоды

Теперь я хочу рассказать как готовятся прогнозы погоды, которые мы ежедневно видим на экранах телевизоров или слышим по радио. Наблюдения и прогнозирование погоды очень важно для полётов авиации, работы чрезвычайных служб, ведения сельского хозяйства, да и для простых людей. Как же составляется прогноз погоды? Для начала нужно измерить текущую погоду. Такие измерения проводятся в полевых условиях – на метеостанциях.

В Москве метеостанций всего 5 . Как признаются метеорологи, этого мало. Ведь Москва большая. И, когда на севере идет дождь, на юге столицы спокойно может светить солнце. Ежедневно в одно и тоже время по Гринвичу все метеостанции мира проводят измерения температуры, влажности, скорости ветра и других параметров. После измерения всех параметров на площадке составляется специальный шифр. Этот шифр един для всех метеорологов в мире, в любой точке земного шара его смогут без проблем расшифровать. Свой код присваивается каждому природному явлению. Потом набор кодов природных явлений по электронной почте отправляется в Гидрометцентр России. Для получения наиболее полной картины используются и данные, полученные с помощью метео-спутников. В главные мировые центры данных, находящиеся в Москве, Вашингтоне и Мельбурне, стекается информация о погоде со всего мира. Все эти данные стекаются в три мировых центра, которые обмениваются этими данными между собой. Если в результате конфликтов между странами эта цепочка прервется, никто не сможет составить ни одного точного прогноза. Сами по себе результаты сбора данных наблюдений – это еще не прогноз. После их обработки (распознавание, раскодирование и первичный контроль) проводится так называемый «объективный анализ». В мощный компьютер вносится вся полученная информация. Фактически это формирование массива данных о различных метеорологических параметрах (давление, влажность, температура, скорость ветра, облачность) на разных высотах в узлах регулярной широтно-долготной сетки.

Эта объемная «метеосетка» используется как начальные данные для следующего этапа – подготовки численного прогноза погоды с помощью прогностической модели, сложной компьютерной программы, которая решает систему уравнений, описывающих динамику атмосферы с учетом различных физических эффектов. В прогностической модели учитываются вращение Земли, сила тяжести, солнечное и отраженное от поверхности Земли излучение, фазовые переходы воды и т.д. Полученные решения уже позволяют прогнозировать, как может повести себя погода в ближайшем будущем.
Численный прогноз – одна из самых сложных вычислительных задач. Для подобных расчетов любых вычислительных ресурсов всегда мало. Со временем модели совершенствуются, мощность компьютеров растет – и качество прогнозов улучшается. Например, сейчас успешность прогнозов погоды на трое суток находится на уровне успешности прогнозов на одни сутки 30 лет назад.

В результате сложного компьютерного моделирования мы можем в любое время быстро узнать какая погода ждёт нас в ближайшие дни.

Компьютерное моделирование — привлекательная замена физическим экспериментам, поскольку не требует изготовления экспериментального образца; с помощью компьютерного моделирования может быть поставлено любое число численных экспериментов и получены любые интересующие исследователя динамические показатели. Компьютерные модели могут быть использованы для выявления и устранения проблем еще до производства первого образца, что особенно важно для штучных и мелкосерийных производств.

В сравнении с натурными экспериментами компьютерное моделирование — очень полезный инструмент, который обеспечивает всесторонний, рентабельный и безопасный анализ динамики механических систем. Это дает возможность с минимальными затратами подвергать тщательному анализу, в том числе, совершенно новые идеи и решения.

3.Моделирование математическое.

Математические модели, используемые при решении современных практических задач, настолько сложны, что исследовать их вручную практически невозможно. Приходится прибегать к помощи компьютера.

Что такое математическое моделирование?

С середины XX в. в самых различных областях человеческой деятельности стали широко применять математические методы и компьютеры. Возникли такие новые дисциплины, как «математическая экономика», «математическая химия», «математическая лингвистика» и т.д., изучающие математические модели соответствующих объектов и явлений, а также методы исследования этих моделей.

Математическая модель — это приближенное описание какого-либо класса явлений или объектов реального мира на языке математики. Основная цель моделирования — исследовать эти объекты и предсказать результаты будущих наблюдений. Однако моделирование — это еще и метод познания окружающего мира, дающий возможность управлять им.

Математическое моделирование и связанный с ним компьютерный эксперимент незаменимы в тех случаях, когда натурный эксперимент невозможен или затруднен по тем или иным причинам. Например, нельзя поставить натурный эксперимент в истории, чтобы проверить, «что было бы, если бы…» В принципе возможно, но вряд ли разумно, поставить практический эксперимент по распространению какой-либо болезни, например чумы, или осуществить ядерный взрыв, чтобы изучить его последствия. Однако все это вполне можно сделать на компьютере, построив предварительно математические модели изучаемых явлений.

Построение модели.

На этом этапе задается некоторый «нематематический» объект — экономический план, производственный процесс и т.д. Сначала выявляются основные особенности явления и связи между ними. Затем найденные качественные зависимости формулируются на языке математики, то есть строится математическая модель. Под математической моделью понимают систему математических соотношений — формул, уравнений, неравенств и т. д., отражающих существенные свойства объекта или процесса.

Простой пример. Представьте себе, что нужно определить площадь поверхно сти письменного стола. Рис. 26 Как обычно поступают в таком случае? Измеряют длину и ширину стола, а затем перемножают полученные числа. Это фактически означает, что реальный объект — поверхность стола — заменяется абстрактной математиче ской моделью — прямоугольником. Площадь этого прямоугольника и считается искомой величиной.

Как видите, из всех свойств стола мы выделили три: форму поверхности (пря моугольник) и длины двух сторон. Для нас не важны ни цвет стола, ни материал, из которого он сделан, ни то, как стол используется. (Если бы мы решали другую задачу о столе, например, сколько стоит его изготовление, то возможно, для нас важна была бы как раз эта информация.) Предположив, что поверхность стола — прямоугольник, мы легко указываем исходные данные и результат. Они связаны соотношением S=a*b.

Сделанное предположение позволило «перевести» нашу задачу на язык чисел: и исходные данные, и результат — числа, а соотношение между ними задается математической формулой. Вот мы и получили самую простую математическую модель стола.

Если задачу немного усложнить, то мы сможем получить модель стола с ножками или модель нашей квартиры.

Если усложнить нашу задачу в миллион раз, то лёгкими математическими формулами и вычислениями уже не обойтись. И вот тут на помощь приходит компьютер. Обрабатывая в секунду огромное количество информации и выполняя огромное количество математических вычислений, компьютер может построить сложнейшие математические модели, неизмеримо более сложные, чем наша модель стола.

Математическое моделирование в наше время гораздо более всеобъемлюще, нежели моделирование натурное. Математический аппарат для моделирования объектов и процессов реального мира ученые использовали очень давно, но огромный толчок математическому моделированию дало появление компьютеров, которые сегодня помогают в этой деятельности. Использование математического моделирования — это самый общий метод научных исследований.

Анализировать математические модели проще и быстрее, чем эксперименталь но определять поведение реального объекта. Кроме того, анализ математической модели позволяет выделить наиболее существенные свойства данного объекта (про цесса), на которые надо обратить особое внимание при принятии решения.

Есть одна очень интересная математическая легенда. В древней Индии жил мудрец, который изобрёл игру в шахматы.

Игра очень понравилась правителю – радже. Раджа решил вознаградить мудреца и спросил чего тот хочет. Мудрец-математик попросил раджу положить на первую клетку шахматной доски 1 зёрнышко риса, а на каждую последующую в два раза больше, чем на предыдущую. Раджа не был математиком и удивился «скромности» мудреца. Но когда слуги раджи попытались отсчитать требуемое количество зёрнышек, выяснилось, что столько зерна нет во всей Индии. На самом деле полученная масса риса превышает мировой урожай сотни раз.

В легенде речь идёт о сумме чисел геометрической прогрессии, где каждое следующее число равно предыдущему, умноженному на 2, начиная с 1. Число клеток на шахматной доске – 64.

Решение задачи будет таким:

Т=1+2+4+8+16+32+…+263= 18 446 744 073 709 551 615.

А на 64-ую клетку приходится 9 223 372 036 854 780 000 зёрнышек.

Давайте теперь на практике построим математическую и графическую модели этой легенды. В этом нам поможет очень известная и полезная программа Exel.

4.Моделирование, как путь в будущее.

Компьютерное моделирование нaшей жизни
Мир – сложная штука, и принять судьбоносное решение в нем бывает подчас весьма трудно. Может, лучше не полагаться на нашу сомнительную интуицию, просто ввести нужные параметры в какой-нибудь суперкомпьютер и посмотреть, как будет разворачиваться сценарий? Хорошая программа-симулятор смогла бы отработать целый набор параллельных жизней, возникающих после того, как вы проходите очередную развилку на вашем жизненном пути, – выбирая, как учиться, с кем встречаться и взять ли домой этого симпатичного дворняжку-щенка.

В американской армии уже используют тактические симуляторы – с их помощью предсказывают исход сражений и оптимизируют организацию каналов боевого снабжения. Сейчас исследователи из Института технического творчества при Университете Южной Калифорнии разрабатывают проект Intelligent Forces. Его цель – смоделировать поведение гражданского населения и партизанских сил в масштабе отдельно взятого города. Если поле боя переносится из Багдада в Вашингтон, в этой модели можно будет даже поменять параметры, отражающие культурный уровень и привычки населения.

В сравнении с такой задачей совсем несложным выглядит предсказание, что изменится в вашей жизни, если вы потребуете у родителей больше карманных денег, победите в школьной математической олимпиаде или вдруг бросите школу, чтобы попробовать свои силы в разведении крупного рогатого скота.

Через десяток-другой лет подобные подходы и компьютерное моделирование, возможно, будут использоваться нами каждый день. Действительно, почему бы не обратиться к какой-нибудь сложной компьютерной программе, когда перед нами встает сложный, или не очень сложный, житейский вопрос.

Мы не можем заглянуть в будущее, как в соседнюю комнату. Но одно можно утверждать точно — в ближайшем будущем, используя методы компьютерного моделирования, люди смогут просчитывать и составлять модели этого самого будущего. Но не станет ли тогда неинтересной сама жизнь?

Главная задача человечества – продлить жизнь человека… А для этого необходимо создать компьютерную модель мозга.

Компьютер производит огромное множество операций и вычислений в своём мозге — процессоре. Но ни один компьютер пока не смог повторить действия мозга человека. Мозг человека состоит примерно из 100 миллиардов нервных клеток – нейронов. В человеческом мозге происходит одновременно масса химических, электрических и физических процессов, которые мы называем мыслями. Повторить всё это техника пока не смогла.

В политехническом институте швейцарского города Лозанна стартует проект Human Brain Project, в рамках которого к 2023-му году с помощью еще 13 европейских центров будет создан самый крупный компьютерный аналог человеческого мозга. И будет в нем работать столько же нейронов, точней, их электронных моделей, сколько их есть у нас в голове – 100 миллиардов. Наш мозг потребляет столько энергии, что ее едва хватит для 30-ваттной лампочки, а умеет неизмеримо больше, чем самые совершенные из нейронных сетей, созданных человеком. Однако у главы проекта, профессора Генри Маркрама, цели вполне практические. Все, что ему нужно, – это универсальный инструмент для изучения болезней человеческого мозга и механизмов его работы.

От болезней мозга страдает четверть населения планеты. И эта болезнь прогрессирует. а большинство медицинских и фармакологических компаний не могут проводить глубоких исследований человеческого мозга из-за их сложности и дороговизны. Для объединения их усилий нужна модель мозга, пусть пока даже несовершенная, которая сможет облегчить усилия учёных. Имея компьютерную модель человеческого мозга, учёные и врачи смогут точнее понимать все процессы, проходящие в человеческой голове, быстрее найти новые лекарства, новые пути лечения болезней мозга и спасти много человеческих жизней.

Моделирование мозга с помощью IBM

Корпорация IBM и Федеральный политехнический университет Лозанны (Ecole Polytechnique Fеdеrale de Lausanne, EPFL) представили крупномасштабную совместную исследовательскую инициативу под условным названием Blue Brain Project, призванную вывести на новый уровень исследования мозга. В течение следующих двух лет ученые обеих организаций, используя колоссальные вычислительные мощности суперкомпьютера IBM Server Blue Gene, будут совместно создавать детальную модель нейронной структуры новой коры головного мозга (неокортекса), самой большой и самой сложной части человеческого мозга. Постепенно включая в проект моделирование других частей мозга, ученые, в конечном счете, надеются построить точную компьютерную модель мозга в целом. По сути, мы не так много знаем о том, как работает мозг. С помощью этой модели ученые смогут осуществлять компьютерное моделирование работы мозга на молекулярном уровне для выяснения того, как устроены такие внутренние процессы, как мышление, понимание и память. Ученые также надеются лучше понять, как и почему в мозгу происходят сбои определенных микроцепей, являющиеся причиной таких психиатрических расстройств, как аутизм, шизофрения и депрессия.

Моделирование мозга на клеточном уровне — это сложнейшая задача, требующая учета сотен тысяч параметров. IBM имеет уникальный опыт в моделировании биологических процессов и самых совершенных суперкомпьютерных технологиях. Соединяя ресурсы и опыт, ученые приступают к одной из самых амбициозных исследовательских инициатив в истории нейробиологии. Профессор Маркрам является основателем Института мозга и мышления EPFL, где за более чем 10 лет исследований и лабораторных экспериментов накоплен самый полный в мире комплекс эмпирических данных по микроархитектуре неокортекса.

Исследователи IBM планируют, используя свой опыт моделирования сложных биологических систем, построить на основе этих данных действующую трехмерную модель, воссоздающую высокоскоростные внутримозговые электрохимические взаимодействия.

Применение суперкомпьютера Blue Gene для проведения экспериментов в реальном времени позволит существенно ускорить темпы исследований

мозга. «При наличии точной компьютерной модели мозга значительную часть предварительных проверок и работы по планированию, которые обычно требуются для крупного эксперимента, можно осуществлять «в цифровом виде», а не в лаборатории.Система, которая будет установлена в EPFL, будет сравнима по размерам с четырьмя бытовыми холодильниками и при пиковой вычислительной производительности не менее 22,8 триллионов операций с плавающей запятой в секунду (22,8 терафлопс) станет одним из наиболее мощных суперкомпьютеров в мире.

На первом этапе проекта планируется построить программную модель одной колонки — элементарного модуля неокортекса. Неокортекс составляет около 85% общей массы головного мозга человека. Именно его считают ответственным за когнитивные функции — язык, обучение, память и сложное мышление. Точная модель колонки неокортекса — это необходимый первый шаг к моделированию мозга в целом и «мостик», связывающий генетический, молекулярный и когнитивный уровни функционирования мозга. На втором и последующих этапах планируется расширить модель, включив в нее цепи из других участков мозга, а, в конечном счете, весь мозг в целом..Другая группа исследователей EPFL будет с помощью Blue Gene изучать возможности плазменных технологий получения энергии. Еще одна группа будет использовать Blue Gene для исследования конформаций белковых молекул и их роли в развитии разных болезней. Это будет мощный прорыв человечества, настоящая революция. Ведь ничего ценнее и дороже человеческой жизни в этом мире нет. И это не за горами, это ближайшее будущее.

Заключение

Будущее обещает нам поистине впечатляющие перспективы. Компьютерное моделирование смело вошло в нашу жизнь. Оно пронизывает все области жизнедеятельности. От подобного развития уже никуда не деться. Человечество в своей деятельности (научной, образовательной, технологи-ческой, художественной) постоянно создает и использует модели окружаю-щего мира. Модели позволяют представить в наглядной форме объекты и процессы, недоступные для непосредственного восприятия (очень большие или очень маленькие объекты, очень быстрые или очень медленные). Модели играют чрезвычайно важную роль в проектировании и создании различных технических устройств, машин и механизмов, зданий, электрических цепей и т. д. Развитие науки невозможно без создания теоретических моделей (теорий, законов, гипотез и пр.), отражающих строение, свойства и поведение реальных объектов. Все художественное творчество фактически является процессом создания моделей. Более того, практически любое литературное произведение может рассматриваться как модель реальной человеческой жизни. Моделями в художественной форме отражающими реальную действительность, являются также живописные полотна, скульптуры, театральные постановки и пр. .Моделирование — это метод познания. А познавая мир, человечество движется вперед, развивается. В этом и заключается жизнь.

БИБЛИОГРАФИЯ

В.В. Александрова, И.В. Симонова, О.А. Тарасова «Компьютерное моделирование пространственных форм»

Л.Н. Бахвалов «Компьютерное моделирование»

А.В. Немухин «Компьютерное моделирование в нашей жизни»

http://images.yandex.ru

http://ru.wikipedia.org

Источник

Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

Примеры компьютерных моделей различных процессов (Роль компьютерного моделирования в решении задач)

Введение:

С развитием вычислительной техники все важнее становится роль компьютерного моделирования в решении прикладных и научных задач. Для проведения компьютерных экспериментов строится подходящая математическая модель и подбираются соответствующие средства разработки программного обеспечения. Выбор языка программирования оказывает огромное влияние на реализацию полученной модели.

Программный принцип работы компьютера
Главной особенностью работы ЭВМ является программный принцип работы. Принцип программы, хранимой в памяти компьютера, считается важнейшей идеей современной компьютерной архитектуры. Суть идеи заключается в том, что:
1) программа вычислений вводится в память ЭВМ и хранится в ней наравне с исходными числами;
2) команды, составляющие программу, представлены в числовом коде по форме ничем не отличающемся от чисел.
В основу работы компьютеров положен программный принцип управления, состоящий в том, что компьютер выполняет действия по заранее заданной программе. Этот принцип обеспечивает универсальность использования компьютера: в определенный момент времени решается задача соответственно выбранной программе. После ее завершения в память загружается другая программа и т.д.
Программа состоит из набора команд, выполняющихся процессором автоматически в определенной последовательности. Конечной целью любой компьютерной программы является управление аппаратными средствами.
Для нормального решения задач на компьютере нужно, чтобы программа была отлажена, не требовала доработок и имела соответствующую документацию. Поэтому, относительно работы на компьютере часто используют термин программное обеспечение (software), под которым понимают совокупность программ, процедур и правил, а также документации, касающихся функционирования системы обработки данных.
Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и взаимодействии. Состав программного обеспечения вычислительной системы называется программной конфигурацией.
Информация, представленная в цифровой форме и обрабатываемая на компьютере, называется данными.

2. Уровни программной конфигурации компьютера:
На самом нижнем уровне находятся программы базовой системы ввода-вывода (BIOS). Их код записан в одной из микросхем компьютера. В момент включения компьютера эти программы выполняют проверку оборудования и обеспечивают простейшее взаимодействие с клавиатурой и монитором —клавиатура способна реагировать на нажатие некоторых клавиш, а на мониторе отображается информация о ходе запуска компьютера. Взаимодействие с человеком у программ этого уровня крайне ограниченно и возможно только в первые секунды после запуска компьютера.
Системные программы предназначены для работы со всеми устройствами компьютера. Они принадлежат к промежуточному уровню. Одни системные программы управляют работой устройств и используют программы нижнего уровня, а другие отвечают на запросы программ более высоких уровней. Те системные программы, которые непосредственно управляют устройствами, еще называют драйверами устройств. Люди работают с программами этого уровня только в тех сравнительно редких случаях, когда требуется настроить оборудование.
Служебные программы — это следующий уровень, программы которого предназначены для обслуживания компьютера, проверки его устройств, а также для настройки устройств и программ. Одни программы общаются с программами нижних уровней, другие передают данные программам верхнего уровня по их запросу. Степень взаимодействия с человеком определяется необходимостью. Например, мастера по наладке и настройке оборудования активно работают со служебными программами. Обычные пользователи используют их сравнительно редко.
Уровень прикладных программ — самый верхний. Здесь находятся программы, обслуживающие человека и удовлетворяющие его потребности. С их помощью выполняется набор и редактирование текстов, создание чертежей и иллюстраций, коммуникация между людьми, воспроизведение музыки и видео, а также многое другое. Сверху программы прикладного уровня общаются с человеком, а снизу — с программами нижележащих уровней. Прямого доступа к устройствам программы прикладного уровня, как правило, не имеют.
Первая вычислительная машина, способная хранить программу в своей памяти, разрабатывалась в 1943—1948 гг. в США под руководством Джона Мочли и Преснера Экерта.
В 1945 г. к работе был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств.
Первый компьютер, в котором были полностью реализованы эти принципы, был построен в 1949 г. английским исследователем Морисом Уилксом.

3. Компьютерные модели
Человек в своей деятельности (научной, образовательной, технологической, художественной и т.д.) постоянно использует модели окружающего мира. Моделирование он использует для исследования объектов, процессов и явлений, что помогает человеку принимать обоснованные и продуманные решения, предвидеть последствия своей деятельности. Модели позволяют представить в наглядной форме объекты и процессы, недоступные для непосредственного восприятия. Понятие «модель» в обыденной жизни чаще ассоциируется с «макетом», имеющим внешнее и функциональное сходство с определённым объектом. Всё многообразие моделей отличает нечто общее, а именно — моделью может быть искусственно созданный человеком абстрактный или материальный объект.
Исходя из этого, предложим следующее определение модели:
Модель — это некий новый объект, который отражает существенные особенности изучаемого объекта, явления или процесса.
Выделим существенные черты понятия:
• модель — это, в свою очередь, тоже объект;
• модель может быть как материальной, так и мысленной;
• модель сохраняет существенные для данной модели черты моделируемого объекта. Иначе это модель другого объекта;
• модель может сохранять только некоторые черты моделируемого объекта, важные для данного исследования. Некоторые упрощения, огрубление неизбежно.
Анализ модели и наблюдение за ней позволяют познать суть реально существующего, более сложного объекта, процесса, явления, называемого прототипом или оригиналом.
Моделирование – это процесс построения моделей для исследования и изучения объектов, процессов, явлений.
Моделировать можно:
1. Объекты Примеры моделей объектов:
копии архитектурных сооружений;
копии художественные произведения;
наглядные пособия;
модель атома водорода или солнечной системы;
глобус;
модель, демонстрирующая одежду и т.д.
2. Явления Примеры моделей явлений:
модели физических явлений: грозового разряда, магнитных и электрических сил…;
геофизические модели: модель селевого потока, модель землетрясения, модель оползней…
3. Процессы Примеры моделей процессов:
модель развития вселенной;
модели экономических процессов;
модели экологических процессов
4. Поведение
При выполнении человеком какого-либо действия ему обычно предшествует возникновение в его сознании модели будущего поведения. Собирается ли он строить дом или решать задачу, переходит улицу или отправляется в поход – он непременно сначала представляет себе все это в уме. Это главное отличие человека, мыслящего от всех других живых существ на земле.
Один и тот же объект в разных ситуациях, в разных науках может описываться различными моделями. Например, рассмотрим объект “человек” с точки зрения различных наук:
в механике человек – это материальная точка;
в химии – это объект, состоящий из различных химических веществ;
в биологии – это система, стремящаяся к самосохранению и т.д.
Вследствие того, что компьютер стал мощнейшим помощником человека в его деятельности, более подробно остановимся на компьютерном моделировании.
Компьютерная модель — это модель, реализованная средствами программной среды. Каждый, кто работал на компьютере, даже в качестве конечного пользователя, понимает, что решение проблемы начинается до прикосновения к компьютеру. В наше время всё успешнее становятся попытки создания высоко реалистичных компьютерных изображений. При использовании компьютера появляется возможность присваивать объектам свойства, не существующие в реальной действительности. При «смешивании» реальных и нереальных (некорректных с точки зрения окружающего мира) свойств (характеристик) объекта, его существование кажется вполне реальным. Этой важной и присущей только компьютерной графике возможностью смешивания реальных и вымышленных свойств пользуются:
• в кино и на телевидении (там, где необходимо создать фантастику, претендующую на реальность);
• в дизайнерских и издательских фирмах (чтобы показать, каким образом будут выглядеть предметы бытовой техники, одежды и т.д.);
• в рекламной деятельности (для создания различного рода рекламных роликов);
• в промышленности для представления заказчику разработки, ещё несуществующей в реальности, но существующей в документации;
• для создания игровых персонажей.
Моделирование- процесс создания модели, точнее, это исследование какого-либо объекта путём построения и изучения его модели.
Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что при компьютерном моделировании необходимо иметь представление о программных средствах, их назначении, инструментарии и технологических приёмах работы. В этом случае можно легко преобразовать исходную информационную модель в компьютерную. В дальнейшем из всего многообразия компьютерных моделей выделим только компьютерные модели трёхмерных объектов.
Трёхмерные объекты — это объекты, которые имеют ширину, длину и высоту, т.е. при их построении необходимо оперировать с тремя осями координат. Выделим основные этапы моделирования трёхмерных объектов.

Заключение:

Определение объемов различных носителей информации. Архив информации. Практические занятия Создание архива данных. Извлечение данных из архива. Запись информации на внешние носители различных видов.

Трудовой договор, его виды, содержание и условия заключения (Понятие трудового договора)
Психологические способы воздействия в процессе общения
Иерархичность информационных систем
Структурная характеристика речевой коммуникации
Деликтные обязательства в гражданском праве России
Рынок труда современной России: основные проблемы и перспективы развития
Экономика в моей жизни (Введение в экономику организации)
Какие профессии будут востребованы в условиях цифровой экономики (Цифровизация экономики)
Современные тенденции развития общественного питания
Роль О. Эскофье и Ц. Ритца в развитие отрасли
Экономика в моей жизни (Экономика обеспечивает уровень жизни)
Какие профессии будут востребованы в условиях цифровой экономики (Понятие цифровой экономики)

Источник

Ответ:

На самом деле 3D моделирование играет важную роль в жизни современного общества. Сегодня оно широко используется в сфере маркетинга, архитектурного дизайна и кинематографии, не говоря уже о промышленности. 3Д-моделирование позволяет создать прототип будущего сооружения, коммерческого продукта в объемном формате. Важную роль 3D моделирование играет при проведении презентации и демонстрации какого-либо продукта или услуги.

Благодаря появлению и популяризации 3D-печати 3D-моделирование перешло на новый уровень и стало востребовано как никогда. Каждый человек уже может напечать нарисованный им самим или загруженный из интернета 3D-объект, будь то дизайнерская модель или персонаж любимого мультфильма. Естественно, не все разбираются в 3D-программах и умеют моделировать объемные объекты. Отсюда и востребованность профессии в области 3D моделирования выросла в разы за последнее десятилетие.

3D моделирование — это проектирование трехмерной модели по заранее разработанному чертежу или же эскизу. Для построения объемной модели предмета используются специальные программные продукты визуализации и аппаратные устройства в виде компьютеров, планшетов и оргтехники. При моделировании важным этапом является рендеринг — преобразование черновой вариации модели в приятный для глаз формат.

3D моделирование сегодня играет действительно значимую роль и, очевидно, будет продолжать развиваться.

Источник

Всероссийский дистанционный конкурс для педагогов на лучшее эссе «Профессия, которая нужна России»

Эссе на тему «Профессия, которая нужна России»

Трехмерное моделирование – знания, которые нужны России

Автор: Аскарова Римма Айратовна, педагог дополнительного образования МАОУ ДО ЦДТ г.о. г.Кумертау РБ.

Не только выпускников школ, но и вполне сформировавшихся личностей интересует вопрос о том, какие профессии востребованы в России, ведь переквалифицироваться и перейти на новую работу может кaждый. Конечно, трудоустраивaться необходимо по зову сердца, важно найти свое призвание, но и перспективы дальнейшего карьерного роста тоже не помешает учитывaть.

Многие молодые люди, еще только выбирающие, куда применить свои знания и силу, пытаются определить самые востребованные профессии будущего.

Кaкие специальности нужны, востребованы сегодня и в будущем в России?

Трехмерное моделирование (3D-моделирование) — помощник в выборе профессии.

В настоящее время программы по 3D-моделированию имеют широкое применение в областях компьютерной грaфики и анимации, авиации, машиностроении, архитектуре, строительстве, медицине и т.п. Специалисты по 3D – моделированию могут применить свои знания и умения в визуализации дизайна интерьеров и aрхитектурных проектов, подготовке рекламных и научно-популярных проектов для TV, компьютерной графике и спецэффектах (в том числе и в кинематографии), компьютерной анимации, компьютерных играх и т.д.

Профессии, связанные с трехмерным моделированием являются достаточно прибыльными и интересными. Давайте разберемся, какую профессию можно выбрать, став профессионалом в области 3D-графики:

— 3D-моделлер (3D-modeler) – специалист широкого профиля, умеющий создавать модели любой сложности, нaчиная от различных трехмерных элементов, мебели и архитектурных объектов, заканчивая характерными персонажами для компьютерных игр, 3D-фильмов или мультфильмов,

— визуализатор – специалист по качественным фотореалистичным изображениям,

— текстурщик – художник по текстурам. В любой трехмерной сцене важнейшую роль играют мaтериалы, свойства поверхности. Для создания реалистичного материала необходима картинка с текстурным или рельефным узором. Задача текстурщика заключается в создании таких картинок,

— аниматор – специалист, умеющий оживлять трехмерные сцены и смоделированных персонажей,

— архитектор,

— дизайнер (интерьера и ландшафтный),

— педагог. Человек, владеющий трехмерным моделированием, должен передавать свои знания и опыт другим.

Это отнюдь не все существующие профессии, связанные с трехмерной компьютерной графикой.

Эти специалисты нужны практически во всех сферах деятельности. Ежегодно потребность в них только увеличивается.

Знания и умения в области трехмерной графики можно получить с детства, занимаясь в творческих объединениях по интересам по данному направлению в технопарках, дома по видео-урокам. Трехмерная графика может быть любимым занятием (хобби), которая в будущем может сыграть решающую роль при выборе профессии.

Профессии, связанные с созданием трехмерной графики, интересны, востребованы и высокооплачиваемы, но требуют профессиональных знаний и навыков.

Источник

Оглавление

Введение

Построение и использование компьютерных моделей

Пути построения компьютерных моделей

Список литературы

Введение

Компьютерное моделирование начинается как обычно с объекта изучения, в качестве
которого могут выступать: явления, процесс, предметная область, жизненные
ситуации, задачи. После определения объекта изучения строится модель. При
построении модели выделяют основные, доминирующие факторы, отбрасывая
второстепенные. Выделенные факторы перекладывают на понятный машине язык.
Строят алгоритм, программу.

Когда программа готова, проводят компьютерный эксперимент и анализ
полученных результатов моделирования при вариации модельных параметров. И уже в
зависимости от этих выводов делают нужные коррекции на одном из этапов
моделирования: либо уточняют модель, либо алгоритм, либо точнее, более
корректнее определяют объект изучения.

Компьютерные модели проходят очень много изменений и доработок
прежде, чем принимают свой окончательный вид. Этапы компьютерного моделирования
можно представить в виде схемы:

Объект — Модель — Компьютер — Анализ — Информац. модель

!______! !_____! !____________! !______!

модел-е прогр-е к.эксперимент знание

В методе компьютерного моделирования присутствуют все важные
элементы развивающего обучения и познания: конструирование, описание,
экспериментирование и т.д. В результате добываются знания об исследуемом
объекте-оригинале.

Однако важно не путать компьютерную модель (моделирующую
программу) с самим явлением. Модель полезна, когда она хорошо согласуется с реальностью.
Но модели могут предсказывать и те вещи, которые не произойдут, а некоторые
свойства действительности модель может и не прогнозировать. Тем не менее,
полезность модели очевидна, в частности, она помогает понять, почему происходят
те или иные явления.

Современное компьютерное моделирование выступает как средство
общения людей (обмен информационными, компьютерными моделями и программами),
осмысления и познания явлений окружающего мира (компьютерные модели солнечной
системы, атома и т.п.), обучения и тренировки (тренажеры), оптимизации (подбор
параметров).

Компьютерная модель — это модель реального процесса или явления,
реализованная компьютерными средствами.

Компьютерные модели, как правило, являются знаковыми или
информационными. К знаковым моделям в первую очередь относятся математические
модели, демонстрационные и имитационные программы.

Информационная модель — набор величин, содержащий необходимую
информацию об объекте, процессе, явлении.

— Главной задачей компьютерного моделирования выступает построение
информационной модели объекта, явления.

— Самое главное и сложное в компьютерном моделировании —
это построение или выбор той или иной модели.

При построении компьютерной модели используют системный подход,
который заключается в следующем. Рассмотрим объект — солнечную систему. Систему
можно разбить на элементы — Солнце и планеты. Введем отношения между
элементами, например, удаленность планет от Солнца. Теперь можно рассматривать
независимо отношения между Солнцем и каждой из планет, затем обобщить эти
отношения и составить общую картину солнечной системы (принципы декомпозиции и
синтеза).

Некоторые характеристики моделей являются неизменными, не меняют
своих значений, а некоторые изменяются по определенным законам. Если
состояние системы меняется со временем, то модели называют динамическими, в
противном случае — статическими.

Построение компьютерной модели. Моделирование

При построении моделей используют два принципа: дедуктивный (от
общего к частному) и индуктивный (от частного к общему).

При первом подходе рассматривается частный случай общеизвестной
фундаментальной модели. Здесь при заданных предположениях известная модель
приспосабливается к условиям моделируемого объекта. Например, можно построить
модель свободно падающего тела на основе известного закона Ньютона ma = mg-F_сопр и
в качестве допустимого приближения принять модель равноускоренного движения для
малого промежутка времени.

Второй способ предполагает выдвижение гипотез, декомпозицию
сложного объекта, анализ, затем синтез. Здесь широко используется подобие,
аналогичное моделирование, умозаключение с целью формирования каких-либо
закономерностей в виде предположений о поведении системы. Например, подобным
способом происходит моделирование строения атома. Вспомним модели Томсона, Резерфорда,
Бора.

Технология построения модели при дедуктивном способе:

1. Теоретический этап:

а) оценки;

б) аналогии;

в) подобие.

2. Знания, информация об объекте (исходные данные об объекте).

3. Постановка задачи для целей моделирования.

4. Выбор модели (математические формулировки, компьютерный
дизайн).

Технология построения модели при индуктивном способе:

1. Эмпирический этап:

а) умозаключение;

б) интуиция;

в) предположения;

г) гипотеза.

2. Постановка задачи для моделирования.

3. Оценки.Количественное и качественное описание

4. Построение модели.

Этапы решения задачи с помощью компьютера (построение модели —
формализация модели — построение компьютерной модели — проведение компьютерного
эксперимента — интерпретация результата).

Основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере

1. описательная информационная модель

2. формализованная модель

3. компьютерная модель

4. компьютерный эксперимент

5. Анализ полученных результатов и корректировка исследуемой
модели

1 этап — описательная
информационная модель : такая модель выделяет существенные (с точки зрения
целей проводимого исследования ) параметры объекта, а несущественными
параметрами пренебрегает

2 этап — Описательная
информационная модель записывается с помощью какого-либо формального языка. В
такой модели с помощью формул, уравнений, неравенств и пр. фиксируются
формальные соотношения между начальными и конечными значениями свойств
объектов, а также накладываются ограничения на допустимые значения этих
свойств.

3 этап — компьютерная
модель

Описательная информационная модель записывается с помощью
какого-либо формального языка.

В такой модели с помощью формул, уравнений, неравенств и пр.
фиксируются формальные соотношения между начальными и конечными значениями
свойств объектов, а также накладываются ограничения на допустимые значения этих
свойств.

Пути построения компьютерной модели

— Построение алгоритма решения задачи и его кодирование на одном
из языков программирования;

— Построение компьютерной модели с использованием одного из
приложений (электронных таблиц, СУБД и пр.)

4 этап –
компьютерный эксперимент

— Если компьютерная модель существует в виде программы на одном из
языков программирования, её нужно запустить на выполнение и получить
результаты.

— Если компьютерная модель исследуется в приложении, например в
электронных таблицах, можно провести сортировку или поиск данных, построить
диаграмму или график.

5 этап – анализ
полученных результатов и корректировка исследуемой модели

— В случае различия результатов, полученных при исследовании
информационной модели, с измеряемыми параметрами реальных объектов можно
сделать вывод, что на предыдущих этапах построения модели были допущены ошибки
или неточности.

— Провести корректировку модели.

Метод
имитационного моделирования (метод Монте-Карло)

Теоретическая основа метода была известна давно. Однако до
появления ЭВМ этот метод не мог найти сколько-нибудь широкого применения, ибо
моделировать случайные величины вручную — очень трудоемкая работа.

Само название “Монте-Карло” происходит от города Монте-Карло в
княжестве Монако, знаменитого своим игорным домом. Дело в том, что одним из
механических приборов для получения случайных величин является рулетка. Для
вычисления площади круга единичного радиуса проведем эксперимент.

Список литературы:

1) http://www.rusedu.info/

1). Васильков Ю.В. Компьютерные технологии моделирования М.,
«Финансы и статистика» 1999

3) Экштайн В. «Компьютерное моделирование» М. 1995г.

Источник

Доклад: Компьютерное моделирование и его особенности

1.

2. Эссе по теме: «Компьютерное моделирование и его особенности»

2.1. Введение

2.2. Представление о компьютерном моделировании

2.3. Построение компьютерной модели

2.4. Вычислительный эксперимент

2.5. Моделирование в различных средах

2.5.1. Моделирование в среде программирования

2.5.2. Моделирование в электронных таблицах

2.5.3. Моделирование в среде СУБД

2.6. Использование компьютерной модели

2.7. Заключение

3. Список используемой литературы

1. С. Н. Колупаева. Математическое и компьютерное моделирование. Учебное пособие. – Томск, Школьный университет, 2008. – 208с.

2. А. В. Могилев, Н. И. Пак, Е. К. Хеннер. Информатика. Учебное пособие. – М.: Центр «Академия», 2000. – 816с.

3. Д. А. Поселов. Информатика. Энциклопедический словарь. – М.: Педагогика-Пресс, 1994. 648с.

4. Официальный сайт издательства «Открытые Системы». Интернет университет информационных технологий. – Режим доступа: www.intuit.ru/. Дата обращения: 5.10.2010 г.

5. Официальный русскоязычный сайт разработчиков WikiMedia. Интернет-энциклопедия Wikipedia. – Режим доступа: ru.wikipedia.org/wiki/Численное_моделирование/. Дата обращения: 5.10.2010 г.

Понятие 3D-моделирования

Возможности такого творчества

Процесс создания 3D-объектов

Заключение

Литература

2.2. Представление о компьютерном моделировании

2.3. Построение компьютерной модели

2.4. Вычислительный эксперимент

2.5. Моделирование в различных средах

2.5.1. Моделирование в среде программирования

2.5.2. Моделирование в электронных таблицах

2.5.3. Моделирование в среде СУБД

2.6. Использование компьютерной модели

2.7. Заключение

Предварительный просмотр:

Моделирование мозга с помощью IBM

Примеры компьютерных моделей различных процессов (Роль компьютерного моделирования в решении задач)

Новое и интересное на сайте: