X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Совершенствование вычислительной техники и широкое распространение персональных компьютеров открыло перед моделированием огромные перспективы для исследования процессов и явлений окружающего мира.

Компьютерная модель или численная модель (англ. computational model) — это компьютерная программа, работающая на компьютере, суперкомпьютере или кластерной системе, реализующая представление объекта, системы или понятия в форме, отличной от реальной, но приближенной к алгоритмическому описанию, включающей и набор данных, характеризующих свойства системы и динамику их изменения со временем [1].

Компьютерное моделирование является одним из эффективных методов изучения сложных систем. Компьютерные модели проще и удобнее исследовать в силу их возможности проводить т. н. вычислительные эксперименты, в тех случаях когда реальные эксперименты затруднены из-за финансовых или физических препятствий или могут дать непредсказуемый результат. Логичность и формализованность компьютерных моделей позволяет определить основные факторы, определяющие свойства изучаемого объекта-оригинала (или целого класса объектов), в частности, исследовать отклик моделируемой физической системы на изменения её параметров и начальных условий [1].

Для компьютерного моделирования важно наличие определенного программного обеспечения. При этом программное обеспечение, средствами которого может осуществляться компьютерное моделирование, может быть как достаточно универсальным, так и весьма специализированным, предназначенным лишь для определенного вида моделирования.

Компьютерное моделирование имеет ряд преимуществ по сравнению с другими подходами. В частности, оно дает возможность учитывать большое количество параметров, предсказывать развитие нелинейных процессов, возникновение синергетических эффектов. Компьютерное моделирование позволяет не только получить прогноз, но и определить, какие управляющие воздействия приведут к наиболее благоприятному развитию событий. Компьютерные модели позволяют получать в динамике наглядные запоминающиеся иллюстрации экспериментов и явлений, воспроизвести их тонкие детали, которые могут ускользать при наблюдении реальных экспериментов. Компьютерное моделирование позволяет изменять временной масштаб, варьировать в широких пределах параметры и условия экспериментов, а также моделировать ситуации, недоступные в реальных экспериментах.

Компьютерное моделирование – эффективный метод решения задач анализа и синтеза сложных систем и объектов. Использование компьютерных моделей превращает компьютер в универсальную экспериментальную установку. В компьютерном эксперименте обеспечен полный контроль за всеми параметрами системы, этот эксперимент дешев и безопасен, с помощью компьютера удается ставить "принципиально невозможные" эксперименты (геологические процессы, космология, экологические катастрофы и т.д.).

С появлением мощных компьютеров распространилось графическое моделирование. Графическое моделирование – это замещение реального объекта визуальным графическим образом. Графические моделипредставляют собой визуальную реализацию объектов, которые настолько сложны, что их описание иными способами не дает человеку ясного понимания. Здесь наглядность модели выходит на первый план. Графическая модель описывает реальный объект лишь с некоторой степенью приближения к действительности.

По способу задания изображений графические модели можно разделить на двумерные и трёхмерные. Основное различие между двумерными и трехмерными объектами — глубина. Двумерные изображения характеризуются только высотой и шириной (x, y). Трехмерная графика оперирует с объектами в трёхмерном пространстве. Изображение хранится в памяти компьютера в виде описаний составляющих его объектов. Чтобы объект был трехмерен, его поверхность предварительно строится как каркасная конструкция, состоящая из пространственных узловых точек, задаваемых тремя координатами (х, у и z), и ребер, соединяющих узлы. Далее поверхности назначается обтягивающий ее материал, с описанием его свойств, цвета и фактуры [2].

В условиях двумерного моделирования очень сложно передать работу или хотя бы общие черты реальных трехмерных объектов, что является преимуществом использования именно трёхмерной графики. Демонстрация 3D-моделей может носить как статический (не изменяющейся во времени), так и динамический характер. Минимальная динамика объекта обеспечивается его перемещением или вращением. При использовании графических 3D-моделей, компьютер предоставляет уникальную, не реализуемую в реальности возможность визуализации, а его упрощённой теоретической модели с поэтапным включением в рассмотрение дополнительных усложняющих факторов, постепенно приближающих эту модель к реальному явлению [2].

Исходя из всего выше сказанного, можно сделать вывод, что моделирование – это способ и приём познания, позволяющий с помощью одной системы воспроизвести в необходимом объёме и с требуемой точностью исследуемые стороны и свойства другой более сложной системы, являющейся объектом исследования. В настоящее время моделирование находит новые применения, особенно благодаря компьютерам и компьютерным технологиям, так как они расширяют возможности исследования моделей. Компьютерное моделирование благодаря замене реального объекта, процесса или явления его подходящей копией, позволяет упростить изучение оригинала, а также сохранить и отразить его существенные особенности с точки зрения цели моделирования. Графическое компьютерное моделирование сегодня позволяет создать на экране компьютера живую, запоминающуюся динамическую картину определённых опытов или явлений, которые сложно воспроизвести в обычных условиях.

Список литературы:

Компьютерное моделирование; URL: https://ru.wikipedia.org/wiki (дата обращения 25.12.2017).

Портал о новостях индустрии компьютерной графики [Электронный ресурс]; URL:http://www.mir3d.ru (дата обращения 23.12.2017).

Код для цитирования: Скопировать