XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Моделирование - это метод воспроизведения и исследования определённого фрагмента действительности (предмета, явления, процесса, ситуации) или управления им, основанный на представлении объекта с помощью модели[1].

Компьютерное моделирование - это построение с помощью компьютеров и компьютерных устройств (3D-принтеров, 3D-сканеров и др.) символьных и физических моделей объектов, которые изучаются в науке (физике, химии и др.), создаются в технике (робототехнике, авиастроении,), медицине (томографии, имплантологии), искусстве (музыке, в архитектуре) и др. областях деятельности людей[1].

Компьютерное моделирование как новый метод научных исследований основывается на:

построении математических моделей для описания изучаемых процессов;

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

Суть компьютерного моделирования: с помощью ЭВМ на основе математической модели проводятся вычислительные эксперименты, т.е. исследуются свойства процессов или объектов, находятся их режимы работы и оптимальные параметры, уточняется модель. Например, располагая уравнением, которое описывает протекание того или иного процесса, можно изменяя его коэффициенты, начальные и граничные условия, исследовать, как при этом будет вести себя объект[2].

Имитационные модели - это проводимые на ЭВМ вычислительные эксперименты с математическими моделями, имитирующими поведение реальных объектов, процессов или систем[2].

Типичная форма компьютерной модели – это электронная таблица, в которой пользователь может изучить влияние, вызываемое изменением величины, содержащейся в одной из клеток таблицы, на величины, находящиеся в других клетках таблицы и связанные с первой величиной формулами.

Построенная модель в виде электронной таблицы, позволяет представить финансовый или математический процесс почти любого типа – от влияния ценообразования на уровни продаж и прибылей до изменения процентных ставок и инфляции.

Компьютерные модели могут предназначаться для моделирования технических систем, например водопровода, состоящего из запорно-регулирующей арматуры и труб[3].

Компьютерные модели могут использоваться для исследования процессов без построения системы, в которой они реально происходят. Такие модели позволяют ускорить процессы (например, для определения эксплуатационного ресурса какого-либо нового изделия) или замедлить их (чтобы легче было наблюдать, например, движение пули или ракеты). Построение таких моделей сложнее, а их эффективность зависит от точности формул, которые описывают зависимости всех переменных конкретного исследуемого процесса.

Компьютерные модели широко используют в САПР и автоматизированном конструировании при разработке и макетировании новых систем, например автомобилей или производственных процессов. Они служат базой для построения «интерактивных» моделей, близких к ВР-системам. В процессе компьютерной имитации пользователь становится участником процесса, за которым ведет наблюдение.

Компьютерную имитацию используют в исследовании сложных немеханических систем. Например, в медицине компьютерное моделирование позволяет оценить последствия хирургической операции. Такие модели могут использоваться как в образовательных, так и в развлекательных целях. Сложные модели, основанные на современных методах имитационного моделирования, достигают уровня сложности ВР-системы.

Виртуальная реальность - модельная трехмерная окружающая среда, создаваемая компьютерными средствами и реалистично реагирующая на взаимодействие с пользователями[4].

Техническая основа виртуальной реальности - технологии компьютерного моделирования и компьютерной имитации, которые в сочетании с ускоренной трехмерной визуализацией позволяют реалистично отображать на экране движение.

Аппаратные средства, требующиеся для взаимодействия с ВР-моделью: указывающие устройства типа мыши или джойстика и монитор [4]. В более изощренных системах применяются виртуальные шлемы с дисплеями (HMD), в частности шлемы со стереоскопическими очками, и устройства 3D-ввода, например, мышь с пространственно управляемым курсором или «цифровые перчатки», которые обеспечивают тактильную обратную связь с пользователем.

Особенность ВР-модели – это создаваемая для пользователя иллюзия его присутствия в смоделированной компьютером среде, которое называют дистанционным присутствием[4]. Ощущение дистанционного присутствия в меньшей степени зависит от того, насколько естественно выглядят изображения среды, чем от того, как реалистично воспроизводятся движения и насколько убедительно ВР-модель реагирует при взаимодействии с пользователем.

В некоторых из ВР-моделей пользователи воспринимают изменяющуюся перспективу и видят объекты с разных точек наблюдения, как если бы они перемещались внутри модели.

Термин «виртуальная реальность» был введен в обращение в середине 1980-х годов Дж.Ланьером – музыкантом, специалистом по компьютерной технике и предпринимателем, фирма которого « V PL Рисерч» разработала первую цифровую перчатку для управления ВР-взаимодействием, а также средства для построения ВР-моделей [5].

Дополненная и виртуальная реальность теперь не просто фантазия, зародившаяся в уме футуриста.

В настоящее время эти технологии трансформируют подход ряда компании к ведению бизнеса. Несмотря на устойчивую ассоциацию с компьютерными играми, компании разных отраслей изучают возможные области применения технологий дополненной и виртуальной реальности для трансформации своего бизнеса. В числе таких отраслей можно назвать здравоохранение, автомобилестроение, производство, розничную торговлю, сферу развлечений и спорт. Компании планируют использовать данные технологии для обучения сотрудников, развития дизайна, взаимодействия, а также в медийных и развлекательных целях.

Технология виртуальной реальности по-прежнему наиболее активно используется в игровой индустрии. Игроки попадают в трехмерный мир игры и взаимодействуют с окружающей средой в рамках игрового процесса. Тем не менее компании из других отраслей также изучают потенциал виртуальной реальности. Некоторые ищут способ усовершенствовать процедуры дизайна и разработки продукта за счет компьютерных симуляторов. Другие используют виртуальную реальность для повышения качества обслуживания или внедрения инновационных продуктов, услуг и бизнес-моделей.

Виртуальная реальность также трансформирует стратегии маркетинга и коммуникаций в различных отраслях. Создание виртуальной реальности позволяет потребителю максимально подробно ознакомиться с продуктом (получить визуальную и aудио информацию, активно взаимодействовать с объектом). Иногда такой опыт знакомства с продуктом можно получить только в формате виртуальной реальности. Эта технология позволяет создать эмоциональную связь потребителя с продуктом.

Маркетинговые специалисты могут использовать данную технологию, чтобы наладить контакт с потребителем, выгодно выделиться среди конкурентов и анализировать модели потребительского поведения и алгоритм принятия решения о покупке. Автомобильные компании также начинают внедрять технологию виртуальной реальности в процедуры проектирования и сборки машин. Некоторые из них также используют эту технологию в ходе продаж в автосалонах, позволяя клиенту по-новому изучить все достоинства понравившегося автомобиля.

Виртуальная реальность создает искусственный мир с эффектом погружения, в то время как дополненная реальность «накладывает» новую информацию на реальный мир. Дополненная реальность — результат введения в поле восприятия любых сенсорных данных с целью дополнения сведений об окружении и улучшения восприятия информации[6].

Дополненная реальность выступает в роли связующего звена между цифровым и физическим мирами. Компании начинают внедрять дополненную реальность для повышения качества обслуживания клиентов, а также расширения возможностей сотрудников.

Дополненная реальность также помогает совершенствовать логистические операции, улучшать процессы разработки продукта, в особенности на производстве. Так, авиаконструкторы используют дополненную реальность для сокращения времени сборки деталей и повышения точности работ.

Данная технология также обладает потенциалом для трансформации розничной торговли. Входя в магазин, покупатель погружается в собственный уникальный мир. Сочетая элементы цифрового и традиционного шопинга, дополненная реальность может способствовать более точной персонализации продукта и повышению уровня вовлеченности покупателя.

Глобальные инвестиции в технологии виртуальной и дополненной реальности в разбивке по отраслям в течение трех лет рисунок 1.

Рисунок 1- Глобальные инвестиции в технологии виртуальной и дополненной реальности

Преимущества технологий виртуальной и дополненной реальности:

возможности для создания новых бизнес-моделей, а также товаров и услуг;

ускорение процесса прототипирования;

совершенствование дизайна и обучения;

оптимизация производственных процессов;

усиление производственной безопасности и экономия затрат.

Трудности возникающие при внедрении технологий виртуальной и дополненной реальности:

Во-первых, у многих компаний нет сотрудников, обладающих навыками и умениями в области цифровых технологий, необходимых для полноценного внедрения этих технологий. Кроме того, нередко необходимые ресурсы (аппаратное и программное обеспечение) фрагментированы и разрозненны.

Еще одна проблема – стоимость: закупка и эксплуатация соответствующего оборудования может обойтись очень дорого. Отсутствие стандартов для описания информации, обмена данными и интеграции систем также препятствует внедрению. Внедрение нового аппаратного обеспечения, обеспечение безопасности данных, а также техническое обслуживание и ремонт систем – трудоемкие и дорогостоящие процессы.

Операционные риски, связанные с внедрением технологий виртуальной или дополненной реальности. Внедрение нового аппаратного обеспечения, обеспечение безопасности данных, а также техническое обслуживание и ремонт систем – трудоемкие и дорогостоящие процессы. Данные технологии также могут создать риски нарушения систем безопасности, конфиденциальности данных, юридические риски и риски, связанные с интеллектуальной собственностью.

В ходе работы были рассмотрены основные понятия компьютерного моделирования, виртуальной реальности, дополненной реальности, суть процесса моделирования, возможности применения технологий виртуальной и дополнительной реальности в бизнесе. Выявлены достоинства и проблемы внедрения технологий виртуальной и дополненной реальности в бизнес-деятельность.

Можно сделать следующие выводы:

Технологии компьютерного моделирования и виртуальной реальности, нашли широкое применение в различных сферах деятельности.

В отличие от систем компьютерного моделирования системы виртуальной реальности многофункциональны и позволяют работать в реальном времени. Причем на одном и том же аппаратном и программном обеспечении можно построить виртуальные миры, предназначенные для совершенно разных целей.

Внутри виртуального мира можно моделировать не только реальные объекты и взаимосвязи между ними, но объединять реальной связью объекты, не существующие в материальном мире. Или строить мнимые связи для несуществующих объектов. Этим свойством виртуальной реальности активно пользуются бизнесмены при управленческой и маркетинговой деятельности.

Список литературы

1. Аббасов, И.Б. Компьютерное моделирование в промышленном дизайне / И.Б. Аббасов. - М.: ДМК, 2013. - 92 c.
2. Авдеев, В. Компьютерное моделирование цифровых устройств / В. Авдеев. - М.: ДМК, 2012. - 360 c.
3. Белов, В.В. Компьютерное моделирование и оптимизирование составов композиционных строительных материалов: Монография. / В.В. Белов. - М.: АСВ, 2015. - 264 c.
4. Заводинский, В.Г. Компьютерное моделирование наночастиц и наносистем / В.Г. Заводинский. - М.: Физматлит, 2013. - 176 c.
5. Кардашев, В.А. Виртуальная электроника. Компьютерное моделирование аналоговых устройств (МРБ1251) / В.А. Кардашев. - М.: ГЛТ , 2012. - 260 c.
6. Кардашев, Г.А. Виртуальная электроника. Компьютерное моделирование аналоговых устройств (МРБ1251) / Г.А. Кардашев. - М.: ГЛТ, 2012. - 260 c.
7. Кардашев, Г.А. Виртуальная электроника. Компьютерное моделирование аналоговых устройств / Г.А. Кардашев. - М.: ГЛТ, 2012. - 260 c.
8. Королев, А.Л. Компьютерное моделирование / А.Л. Королев. - М.: БИНОМ. ЛЗ, 2013. - 230 c.

Код для цитирования: Скопировать