Simulator

Simulator  - en simulator (normalt mekanisk eller computer), hvis opgave er at simulere styringen af ​​enhver proces, apparat eller køretøj.

Oftest bruges nu ordet "simulator" i forhold til computerprogrammer (normalt spil). Piloter , kosmonauter , højhastighedstogførere træner ved hjælp af computermekaniske simulatorer, der absolut nøjagtigt gengiver det indre af apparatkabinen .

Simulatorer er software- og hardwareværktøjer, der skaber et indtryk af virkeligheden ved at vise nogle af de virkelige fænomener og egenskaber i et virtuelt miljø. Computereksperimenter bruges ofte til at studere simuleringsmodeller [1] . Simulering bruges også i videnskabelig modellering af naturlige eller menneskelige systemer for at få indsigt i, hvordan de fungerer. Simulering kan bruges til at demonstrere de mulige effekter af alternative forhold og handlingsforløb. Simulering bruges også, når det rigtige system ikke kan bruges, fordi det måske ikke er tilgængeligt, eller det kan være farligt eller uacceptabelt at deltage i, eller det er ved at blive designet, men endnu ikke bygget, eller det måske simpelthen ikke eksisterer [2] .

Klassifikation og terminologi

Historisk set har simulering anvendt på forskellige områder udviklet sig stort set uafhængigt, men det 20. århundredes forskning i systemteori og kybernetik , kombineret med udbredelsen af ​​computerbrug på alle disse områder, har ført til en vis forening og et mere systematisk syn på konceptet.

I tilfælde af fysisk modellering erstattes fysiske objekter af den ægte vare. Disse fysiske objekter er ofte valgt, fordi de er mindre eller billigere end det faktiske objekt eller system.

Interaktiv simulering er en specifik form for fysiksimulering, ofte omtalt som menneske-i-løkke-simulering, hvor fysiksimuleringen omfatter menneskelige operatører såsom en flysimulator, en sejlersimulator eller en køresimulator .

Kontinuerlig simulering  er en simulering baseret på kontinuerlig tid frem for diskrete tidstrin ved hjælp af numerisk integration af differentialligninger [3] .

Diskret hændelsesmodellering studerer systemer, hvis tilstande kun ændrer deres værdier på diskrete tidspunkter [4] . For eksempel kan modellering af en epidemi ændre antallet af inficerede mennesker på tidspunkter, hvor modtagelige mennesker bliver smittet, og inficerede mennesker kommer sig.

Hybrid simulering (nogle gange kombineret simulering) svarer til en kombination af kontinuerlig og diskret hændelsessimulering og resulterer i numerisk integration af differentialligninger mellem to successive hændelser for at reducere antallet af diskontinuiteter [5] .

Offline simulering er en simulering, der kører på en enkelt arbejdsstation af sig selv.

Distribueret simulering bruger mere end én computer ad gangen for at garantere adgang til forskellige ressourcer (f.eks. flerbrugeroperativsystemer eller distribuerede datasæt ).

Parallel simulering fremskynder simuleringsudførelsen ved samtidig at fordele dens arbejdsbyrde på tværs af flere processorer, svarende til højtydende computerbehandling [6] .

I interoperabel simulering interagerer flere modeller, simulatorer fordelt over et netværk lokalt; klassiske eksempler er arkitektur på højt niveau [7] og seriøse spil, hvor seriøse spiltilgange (f.eks. spilmotorer og interaktionsmetoder) er integreret med interoperabel modellering [8] .

Begrebet simuleringsnøjagtighed bruges til at beskrive, hvor tæt det efterligner den virkelige verdens modstykke. Du kan groft opdele nøjagtigheden i følgende niveauer:

Det lave niveau er den minimale simulering, der kræves for, at systemet kan reagere på input og levere output.

Medium niveau - reagerer automatisk på stimuli, med begrænset nøjagtighed.

Højt niveau - næsten ikke til at skelne eller så tæt som muligt på det virkelige system.

Træningssimuleringer:

Computersimulering

Computersimulering er et forsøg på at simulere en reel eller hypotetisk situation på en computer, så man kan se, hvordan systemet fungerer [1] . Ved at ændre på variablerne i simuleringen kan man forudsige systemets opførsel. Dette er et værktøj, der giver dig mulighed for praktisk at undersøge opførselen af ​​det undersøgte system. Computermodellering er blevet en vigtig del af modellering af mange naturlige systemer inden for fysik, kemi og biologi [9] , i økonomi og samfundsvidenskab (f.eks. beregningssociologi) såvel som i teknik. Et godt eksempel på nytten af ​​at bruge computere kan findes inden for netværkstrafikmodellering. Med en sådan simulering vil modellens adfærd ændre sig med hver simulering i overensstemmelse med det sæt af initiale parametre, der er vedtaget for miljøet. Traditionelt er formel modellering af systemer blevet udført ved hjælp af en matematisk model, der forsøger at finde analytiske løsninger til at forudsige et systems adfærd ud fra et sæt parametre og begyndelsesbetingelser. Computersimulering bruges ofte som supplement eller erstatning for simuleringssystemer, hvor simple analytiske løsninger i lukket form ikke er mulige.

Der er flere softwarepakker til at udføre computersimuleringer (f.eks. Monte Carlo-simulering , stokastisk simulering , multimetodesimulering), som i høj grad forenkler databehandlingen.

Datalogi

Inden for datalogi har simulering flere specialiserede betydninger: Alan Turing brugte udtrykket "simulering" til at henvise til, hvad der sker, når en universel maskine udfører en tilstandsovergangstabel (i moderne terminologi kører en computer et program), der beskriver tilstandsovergange, input , og output fra et diskret tilstandsmaskineobjekt [10] . I computerarkitektur bruges en type simulator, almindeligvis omtalt som en emulator , ofte til at udføre et program, der skal køre på en ubekvem type computer (såsom en nydesignet computer, der endnu ikke er bygget, eller en forældet computer). som ikke længere er tilgængelig), eller i et strengt kontrolleret testmiljø . For eksempel blev simulatorer brugt til at fejlfinde firmware eller nogle gange kommercielle applikationsprogrammer, før programmet blev downloadet til målmaskinen. Da betjeningen af ​​computeren er simuleret, er al information om betjeningen af ​​computeren direkte tilgængelig for programmøren, og hastigheden og udførelsen af ​​simuleringen kan ændres efter ønske.

Simulatorer kan også bruges til at fortolke fejltræer eller teste VLSI-logik, før den bygges. Symbolsk modellering bruger variabler til at angive ukendte værdier.

Inden for optimering bruges fysisk procesmodellering ofte i forbindelse med evolutionær computing for at optimere kontrolstrategier.

Modellering i uddannelse og træning

Simulering er meget udbredt til uddannelsesformål . Det bruges, når det er for dyrt eller farligt at tillade praktikanter at bruge rigtigt udstyr i den virkelige verden. I sådanne situationer får de en realistisk oplevelse i et sikkert virtuelt miljø. Ofte ligger bekvemmeligheden i at tillade fejl under træning i et sikkerhedskritisk miljø. Simuleringer i uddannelse minder lidt om undervisningssimuleringer. De er fokuseret på specifikke opgaver. Udtrykket " mikroverden " bruges til at henvise til instruktionssimuleringer, der modellerer et abstrakt koncept i stedet for at efterligne et realistisk objekt eller miljø, eller i nogle tilfælde modellerer det virkelige miljø på en forenklet måde for at hjælpe eleven med at udvikle en forståelse af nøglebegreber. Normalt kan brugeren skabe en struktur i mikrokosmos, der vil opføre sig i overensstemmelse med de koncepter, der modelleres. Seymour Papert var en af ​​de første til at forstå værdien af ​​mikroverdener, og Logo-programmeringssproget udviklet af Papert er en af ​​de bedst kendte mikroverdener.

Projektledelsesmodellering bliver i stigende grad brugt til at uddanne studerende og professionelle. Det forbedrer læringsprocessen og bidrager til hurtig assimilering af information [11] .

Social modellering kan bruges i samfundsvidenskaberne til at illustrere sociale og politiske processer inden for antropologi, økonomi, historie, statskundskab eller sociologi, typisk på gymnasie- eller universitetsniveau. For eksempel i en civilsamfundssimulering, hvor deltagerne påtager sig en rolle i et simuleret samfund, eller i en simulation af internationale relationer, hvor eleverne deltager i forhandlinger, allianceopbygning, handel, diplomati og magtanvendelse. Sådanne simuleringer kan være baseret på fiktive politiske systemer eller på aktuelle eller historiske begivenheder. Et eksempel på sidstnævnte er Barnard Colleges svar på en række historiske pædagogiske spil [12] . National Science Foundation har også støttet skabelsen af ​​interaktive spil, der beskæftiger sig med naturvidenskab og matematikundervisning [13] .

I de senere år er social modellering i stigende grad blevet brugt til at uddanne personale i udviklingsbureauer og velgørende organisationer. For eksempel blev Karan-modellen først udviklet af De Forenede Nationers Udviklingsprogram og bliver nu brugt i en stærkt revideret form af Verdensbanken til at træne personale i skrøbelige og konfliktramte lande [14] .

Anvendelsen af ​​simulering til professionel militær træning involverer ofte fly eller pansrede kampkøretøjer, men kan også målrettes mod træning i håndvåben og andre våbensystemer. Specielt virtuelle skydebaner er blevet normen i de fleste militære træningsprocesser.

Generelle brugerinteraktionssystemer til virtuel simulering

Virtuelle simuleringer er en særlig kategori af simulering, der bruger simuleringshardware til at skabe en simuleret verden for brugeren. Virtuelle simuleringer giver brugerne mulighed for at interagere med den virtuelle verden . Virtuelle verdener fungerer på platforme med integrerede software- og hardwarekomponenter. Således kan systemet tage input fra brugeren (f.eks. kropssporing, stemme-/lydgenkendelse , fysiske controllere) og levere output til brugeren (f.eks. visuel visning, lydvisning, taktil visning) [15] . Virtuelle simuleringer bruger de førnævnte interaktionstilstande til at skabe en fordybende oplevelse for brugeren .

Virtuelt simuleringsinputudstyr

Der er en bred vifte af inputhardware tilgængelig til virtuel simulering:

Kropssporing : En motion capture-teknik bruges ofte til at registrere brugerens bevægelser og konvertere de opfangede data til input til virtuelle simuleringer. For eksempel, hvis brugeren fysisk drejer hovedet, vil den bevægelse på en eller anden måde blive fanget af hardwaren og oversat til en passende offset i synsfeltet i det virtuelle miljø.

Fysiske controllere : Fysiske controllere giver kun input til simuleringen gennem direkte manipulation af brugeren. I virtuel simulering er haptisk feedback fra fysiske controllere yderst ønskeligt i en række simuleringsmiljøer.

Stemme-/lydgenkendelse : Denne form for interaktion kan bruges til enten at interagere med agenter i simuleringen (såsom virtuelle mennesker) eller manipulere objekter i simuleringen (såsom information). Stemmeinteraktion øger angiveligt brugerens fordybelse. Headset med mikrofoner, brystmikrofoner kan bruges, eller rummet kan udstyres med strategisk placerede mikrofoner.

Aktuel forskning i brugerinputsystemer

Forskning i fremtidige dataindtastningssystemer lover stort for virtuel simulering. Systemer såsom hjerne-computer interfaces (BCI'er) giver mulighed for yderligere at øge niveauet af fordybelse for brugere af virtuelle simuleringer. Lee, Keinrath, Scherer, Bischof, Pfurtscheller beviste, at naive forsøgspersoner kan trænes til at bruge BCI til at navigere i en virtuel lejlighed med relativ lethed [16] . Ved at bruge BCI fandt forfatterne ud af, at forsøgspersoner var i stand til frit at navigere i det virtuelle miljø med relativt minimal indsats. Det er muligt, at disse typer systemer bliver standard inputmodaliteter i fremtidige virtuelle simuleringssystemer.

Virtuel simulation output hardware

Der er en bred vifte af output-hardware tilgængelig til at levere signalet til brugere i virtuelle simuleringer:

Visuelle skærme giver en visuel stimulans til brugeren.

  • Faste skærme kan variere fra en almindelig skrivebordsskærm til 360-graders indpakkede skærme og stereoskærme . Almindelige skrivebordsskærme kan variere i størrelse fra 15 til 60 tommer (380 til 1520 mm). Indpakning omkring skærme er almindeligt brugt i det, der er kendt som Cave Automatic Virtual Environment (CAVE) . Stereoskopiske 3D-skærme producerer et 3D-billede enten med eller uden specielle briller, afhængigt af designet.
  • Hovedmonterede displays er monteret på brugerens hovedbeklædning. Disse systemer forbinder direkte til den virtuelle simulering for at give en mere fordybende oplevelse for brugeren. Vægt, opdateringshastighed og synsfelt er nogle af de vigtigste variabler, der bestemmer dem. Naturligvis er tunge skærme uønskede, da de forårsager træthed over tid. Hvis opdateringshastigheden er for langsom, kan systemet ikke opdatere billedet hurtigt nok til at matche brugerens hurtige hoveddrejning. Derfor bryder det langsomme fornyelsestempo følelsen af ​​fordybelse. Synsfeltet eller vinkeludstrækningen af ​​verden, der i øjeblikket er synlig, kan variere fra system til system og har vist sig at påvirke brugerens følelse af fordybelse.

Lydvisning : Der er flere forskellige typer lydsystemer, der hjælper brugeren med at høre og lokalisere lyde i rummet. Speciel software kan bruges til at skabe 3D-lydeffekter for at give en illusion af, at lydkilder er placeret i et 3D-rum omkring brugeren.

  • Faste højttalersystemer kan bruges til at give dobbelt- eller flerkanals surroundlyd . Eksterne højttalere er dog ikke så effektive til at skabe 3D-lydeffekter som hovedtelefoner.
  • Hovedtelefoner er et bærbart alternativ til stationære højttalere. De har også den ekstra fordel, at de maskerer ægte støj og understøtter en række lydeffekter [15] .

Taktil skærm : Disse skærme giver en følelse af berøring til brugeren ( taktil teknologi ). Denne type output omtales nogle gange som force feedback.

  • Taktile fliseskærme bruger forskellige typer aktuatorer såsom oppustelige bobler, vibratorer, lavfrekvente subwoofere , stiftaktuatorer og/eller termiske aktuatorer for at skabe yderligere fornemmelser [15] .
  • Sluteffektorskærme kan reagere på brugerinput med modstand og kraft. Disse systemer bruges ofte i medicinske applikationer til fjernoperationer, der bruger robotinstrumenter [17] .

Vestibulært display : Disse displays giver en følelse af bevægelse til brugeren ( bevægelsessimulator ). De optræder ofte som bevægelsesbaser for virtuelle køretøjssimuleringer såsom køresimulatorer eller flysimulatorer . Bevægelsesbaserne er fastgjort på plads, men brug aktuatorer til at flytte maskinen på en måde, der forårsager fornemmelser af at vippe, vippe eller rulle. Maskiner kan også bevæge sig på en sådan måde, at de skaber en fornemmelse af acceleration i alle akser (for eksempel kan bevægelsens base give en fornemmelse af at falde).

Medicinske simulatorer

Medicinske simulatorer bliver i stigende grad udviklet og brugt til at træne medicinske fagfolk i terapeutiske og diagnostiske procedurer samt medicinske koncepter og beslutningstagning. Simulatorer er blevet designet til at undervise i procedurer lige fra grundlæggende såsom blodprøvetagning til laparoskopisk kirurgi og traumatologi [18] . De er også vigtige for at hjælpe med at lave prototyper af nye enheder til biomedicinske ingeniøropgaver . I øjeblikket bruges simulatorer til at forske i og udvikle nye metoder til behandling og tidlig diagnose inden for medicin [19] .

Mange medicinske simulatorer har en computer forbundet til plastmodelleringen af ​​den tilsvarende anatomi. Sofistikerede simulatorer af denne type bruger en mannequin i naturlig størrelse , der reagerer på injektionsmedicin og kan programmeres til at skabe simuleringer af livstruende nødsituationer. I andre simuleringer gengives de visuelle komponenter i en procedure ved hjælp af computergrafikteknikker , mens de sensoriske komponenter gengives af taktile feedback-enheder i forbindelse med fysiske simuleringsrutiner beregnet som svar på brugerhandlinger.

Medicinske simulationer af denne art bruger ofte CT- eller MR -scanninger af patientdata for at øge realismen. Nogle medicinske simuleringer er udviklet til bred distribution (for eksempel websimuleringer [20] og proceduresimuleringer [21] , der kan ses gennem standard webbrowsere ) og kan interagere ved hjælp af standard computergrænseflader såsom tastatur og mus .

En anden vigtig medicinsk anvendelse af simulatoren er brugen af ​​et placebolægemiddel , der efterligner det aktive lægemiddel i lægemiddeleffektivitetsforsøg.

Forbedring af patientsikkerheden

Patientsikkerhed er en bekymring i den medicinske industri. Patienter har været kendt for at blive såret og endda dø på grund af dårlig forvaltning og mangel på de bedste standarder for pleje og uddannelse. Ifølge det nationale program for etablering af simulationsmedicinsk uddannelse er "en sundhedsmedarbejders evne til intelligent at reagere på en uventet situation en af ​​de vigtigste faktorer for at skabe et positivt resultat i akutmedicin , uanset om det sker på slagmarken, på motorvejen eller på hospitalsafdelingen." Eder-Van Hook, forfatter til ovenstående nationale program, bemærkede også, at medicinske fejl dræber op til 98.000 mennesker med en anslået pris på $37 til $50 millioner og $17 til $29 milliarder i forebyggelige bivirkninger arrangementer om året.

Simulering bruges til at studere patientsikkerhed samt til at uddanne sundhedspersonale [22] . At studere patientsikkerhed og sundhedsmæssige sikkerhedsforanstaltninger er udfordrende, fordi der ikke er nogen eksperimentel kontrol (patientkompleksitet, system-/procesafvigelser) for at se, om interventionen gjorde en væsentlig forskel [23] . Et eksempel på innovativ modellering til undersøgelse af patientsikkerhed er sygeplejeforskning. Forfatterne brugte high-fidelity-modellering til at studere sikkerhedsorienteret adfærd hos sygeplejersker i perioder, såsom rapporten om ændring af arbejdsplanen [22] .

Værdien af ​​falske indgreb i at omsætte dem til klinisk praksis er dog stadig kontroversiel. Der er stærke beviser for, at simulationstræning forbedrer teamets selveffektivitet og kompetence i dummy -forsøg . Der er også stærk evidens for, at proceduremæssig modellering forbedrer den faktiske operationelle ydeevne i kliniske omgivelser [24] . Hovedudfordringen er at vise, at teammodellering forbedrer teamets operationelle ydeevne ved sengekanten [25] . I dag er simuleringens evne til at give praktisk erfaring på operationsstuen ikke længere tvivl [26] [27] .

Historien om modellering i sundhedsvæsenet

De første medicinske simulatorer var simple modeller af menneskelige patienter. Siden oldtiden er disse billeder i ler og sten blevet brugt til at demonstrere de kliniske træk ved sygdomstilstande og deres virkninger på mennesker. Modeller er blevet fundet i mange kulturer og kontinenter. Disse modeller er blevet brugt i nogle kulturer (såsom kinesisk kultur) som et " diagnostisk " værktøj til at give kvinder mulighed for at rådføre sig med mandlige læger, mens de opretholder de sociale love om beskedenhed. Modeller bruges i dag til at hjælpe eleverne med at lære anatomien i bevægeapparatet og organsystemerne [28] .

I 2002 blev Society for Healthcare Modeling dannet og blev førende i den internationale tværprofessionelle fremme af medicinsk modellering i sundhedsvæsenet [29] . Behovet for en "enkelt mekanisme til træning, vurdering og certificering af simulationsinstruktører for sundhedspersonale" blev anerkendt i en kritisk gennemgang af simulationsbaseret forskning i medicinsk uddannelse [30] . I 2012 etablerede Healthcare Simulation Society to nye certificeringer for medarbejdersimulationstrænere [31] .

Modeltyper

Aktiv model

Aktive modeller, der forsøger at reproducere levende anatomi eller fysiologi, er for nylig dukket op. Den berømte Harvey-dukke , udviklet ved University of Miami , er i stand til at genskabe mange af de fysiske resultater af en hjerteundersøgelse , herunder palpation , auskultation og elektrokardiografi [32] .

Interaktiv model

For nylig er der udviklet interaktive modeller, der reagerer på handlinger foretaget af en studerende eller kliniker. Indtil for nylig var disse simuleringer todimensionelle computerprogrammer, der fungerede mere som en lærebog end som en patient. Computersimulering har den fordel, at den studerende kan foretage vurderinger såvel som fejl. Processen med iterativ læring gennem evaluering, vurdering, beslutningstagning og fejlkorrektion skaber et meget stærkere læringsmiljø end passiv læring.

Computersimulator

Computersimulatorer er blevet foreslået som et ideelt værktøj til at vurdere studerendes kliniske færdigheder [33] . For patienter kan "cyberterapi" bruges i sessioner, der efterligner traumatiske oplevelser lige fra højdeskræk til social angst [34] .

Programmerede patienter og simulerede kliniske situationer, herunder simulerede katastrofehjælpsøvelser , bruges i vid udstrækning til træning og evaluering. Disse "realistiske" simuleringer er dyre og mangler reproducerbarhed. En 3Di -simulator med alle funktioner ville være det mest specifikke værktøj til rådighed til undervisning og måling af kliniske færdigheder. For at skabe virtuelle medicinske miljøer er der blevet brugt spilplatforme , der understøtter en interaktiv metode til indlæring og anvendelse af information i en klinisk kontekst [35] [36] .

Fordybende simulering af sygdomstilstanden giver lægen eller medicinstuderende mulighed for at opleve patientens tilstand. Ved hjælp af sensorer og transducere overføres symptomatiske virkninger til deltageren i eksperimentet, hvilket giver ham mulighed for at opleve patientens sygdomstilstand. En sådan simulator opfylder målene for en objektiv og standardiseret vurdering af klinisk kompetence [37] . Dette system er overlegent i forhold til undersøgelser, der anvender " standardpatienter ", fordi det understøtter kvantificering såvel som replikering af de samme objektive resultater [38] .

Underholdningssimulering

Underholdningssimulering spænder over mange store og populære industrier såsom film , tv , videospil og forlystelsesparker . Mens moderne simulering menes at have sine rødder i træning og militæret, blev den også meget brugt af underholdningsservicevirksomheder i det 20. århundrede.

Historien om visuel modellering i film og spil

Tidlig historie (1940'erne-1950'erne)

Det første simulationsspil kan være blevet skabt så tidligt som i 1947 af Thomas T. Goldsmith, Jr. og Astle Ray Mann. Det var et simpelt spil, der simulerede et missil affyret mod et mål. Rakettens krumning og dens hastighed kunne justeres ved hjælp af flere knapper. I 1958 skabte Willie Higginbotham et spil kaldet "tennis for to", som simulerede et spil tennis mellem to spillere ved hjælp af manuelle kontroller og vist på et oscilloskop . Det var et af de første elektroniske videospil, der brugte et grafisk display .

1970'erne og begyndelsen af ​​1980'erne

Computergenererede billeder blev brugt i filmen til at simulere objekter allerede i 1972 i en animeret hånd , hvoraf dele blev vist på storskærm i filmen Tomorrow's World fra 1976 . Mange husker "vejledningscomputeren" fra Star Wars i 1977. Filmen " Throne " (1982) var den første film, der brugte computergenererede billeder i mere end to minutter [39] .

Fremskridt inden for teknologi i 1980'erne gjorde, at 3D-modellering blev mere udbredt i film og computerspil, såsom Acornsofts Battlezone (1980) og Elite (1984) , en af ​​de første til at bruge en wireframe-model i personlige computere .

Den præ-virtuelle biograf-æra (begyndelsen af ​​1980'erne-1990'erne)

Fremskridt inden for teknologi i 1980'erne gjorde computeren mere overkommelig og bedre end i de foregående årtier, hvilket gav anledning til computere som Xbox-gaming [40] . De første videospilskonsoller , udgivet i 1970'erne og begyndelsen af ​​1980'erne, blev offer for industrikrakket i 1983, men i 1985 udgav Nintendo Nintendo Entertainment System (NES), som blev en af ​​de bedst sælgende konsoller i videospils historie . I 1990'erne blev pc-spil som The Sims og Command & Conquer meget populære , hvilket tog højde for stationære computeres voksende kraft. I dag spilles computersimuleringer som World of Warcraft af millioner af mennesker rundt om i verden.

Jurassic Park , udgivet i 1993, var den første mainstream-film, der gjorde udstrakt brug af CGI , der næsten udelukkende integrerede simulerede dinosaurer i actionscenerne. Denne begivenhed forvandlede filmindustrien ; i 1995 blev Toy Story den første film, der kun brugte computergenererede billeder, og i det nye årtusinde var computergrafik blevet det primære middel til at skabe specialeffekter i biografen [41] .

Virtuel biograf (begyndelsen af ​​2000'erne-nu)

Fremkomsten af ​​virtuel biograf i begyndelsen af ​​2000'erne førte til en dramatisk stigning i antallet af film baseret på virtuelle billeder. Klassiske eksempler er de digitale doubler af Neo , Smith og andre karakterer i The Matrix-trilogien, og de mange fantasy-karakterer, der er umulige at skabe uden CGI i Ringenes Herre-trilogien .

I Pan Am-serien blev terminalen , som ikke længere eksisterede på tidspunktet for optagelserne i 2011-2012, skabt ved hjælp af virtuel kinematografi, såsom automatiseret søgning efter et synspunkt og en kombination af rigtige og simulerede optagelser i ét scene, som har været solidt forankret i filmindustrien siden begyndelsen af ​​2000-2000'erne. x år. CGI-grafik bruges til visuelle effekter, fordi de er af høj kvalitet, velkontrollerede og i stand til at skabe effekter, som ikke ville være mulige med nogen anden teknologi på grund af høje omkostninger eller mangel på sikkerhed [42] . CGI kan ses i mange film i dag, især i actiongenren . Derudover har computergenererede billeder næsten fuldstændig erstattet håndtegnet animation i børnefilm, hvoraf de fleste nu kun er lavet på en computer. Eksempler på film, der bruger computergenererede billeder, er Finding Nemo , 300 og Iron Man .

Andre typer simulationsbaseret underholdning

Spilsimuleringer

Spilsimuleringer , i modsætning til andre genrer af video- og computerspil, repræsenterer eller simulerer miljøet nøjagtigt . Desuden skildrer de realistisk samspillet mellem spilfigurerne og miljøet. Disse typer spil er normalt mere komplekse med hensyn til gameplay [43] . Mange simulatorer, såsom SimCity og Tiger Woods PGA Tour , er blevet utroligt populære blandt folk i alle aldre [44] .

Forlystelsesparker

Simulatorer er blevet brugt til underholdning siden Link Trainers dage i 1930'erne [45] . Den første moderne simulationsattraktion , der åbnede i en forlystelsespark, var Disneys Star Tours i 1987, og blev snart efterfulgt af The Funtastic World of Hanna-Barbera i 1990, som var den første attraktion, der blev bygget helt med CGI [46] . Simuleringsforlystelser udviklede sig fra militære og kommercielle simulatorer, men der er en grundlæggende forskel mellem førstnævnte og sidstnævnte. Mens militærsimulatorer reagerer på elevernes input i realtid, skaber forlystelser kun en illusion af respons ved faktisk at matche forudindspillede bevægelsesscenarier [46] . En af de første $32 millioner Star Tours simulatorer indeholdt en hydraulisk kabine . Bevægelsen blev programmeret med et joystick . Moderne simulationsforlystelser, såsom The Amazing Adventures of Spider-Man , inkluderer elementer til at forbedre fordybelsen , som brugerne oplever, såsom 3D-billeder , fysiske effekter (sprøjtning af vand eller dufte) og bevægelse gennem miljøet [47] .

Simulering i produktion

Fremstilling er en af ​​de vigtigste anvendelser af simulering. Denne metode er et værdifuldt værktøj, der bruges af ingeniører, når de evaluerer virkningen af ​​kapitalinvesteringer i udstyr og fysiske faciliteter såsom fabrikker, lagre og distributionscentre. Simulering kan bruges til at forudsige ydeevnen af ​​et eksisterende eller planlagt system og sammenligne alternative løsninger for et bestemt designproblem [48] .

Et andet vigtigt formål med modellering i produktionssystemer er at kvantificere systemets ydeevne .

Generelle indikatorer for systemets ydeevne omfatter følgende [49] :

  • Varigheden af ​​en cyklus (hvor lang tid det tager at fremstille en del)
  • Brug af ressourcer, arbejdskraft og maskiner
  • Job-køer
  • Opbevaringsbehov under drift
  • Bemandingsbehov

Ergonomi

Ergonomisk modellering involverer analyse af virtuelle produkter eller manuelle opgaver i et virtuelt miljø. I designprocessen er målet med ergonomien at udvikle og forbedre design af produkter og arbejdsmiljø [50] . Ergonomisk simulering bruger en antropometrisk virtuel repræsentation af et menneske, en dukke eller digital model af et menneske til at simulere en menneskelig operatørs stillinger, mekaniske belastninger og ydeevne i et simuleret miljø, såsom et fly, en bil eller en produktionsfacilitet. Digitale menneskelige modeller er et værdifuldt værktøj til ergonomisk analyse og design [51] . Simuleringen bruger 3D-grafik og modeller til at animere virtuelle mennesker. Ergonomisoftware bruger inverse kinematikmetoder til at styre den digitale model [50] .

Softwareværktøjer beregner typisk biomekaniske egenskaber, herunder individuelle muskelkræfter , ledkræfter og momenter . Nogle modeller analyserer også fysiologiske parametre, herunder metabolisme , energiforbrug og træthedsgrænser i tidscyklusser og brugerkomfort [52] .

Simulering og simulering af en opgave kan udføres ved manuelt at manipulere en virtuel person i et simuleret miljø. Nogle ergonomiske simuleringsprogrammer giver mulighed for interaktiv simulering og realtidsevaluering gennem input ved hjælp af motion capture -teknologier . Men motion capture kræver dyrt udstyr og skabelse af rekvisitter til at repræsentere miljøet .

Ergonomisk modellering omfatter analyse af indsamling af fast affald, katastrofehåndtering, interaktive spil, samlebåndsdesign for køretøjer [53] , virtuel prototyping af rehabiliteringshjælpemidler og rumfartsteknik [54] . For eksempel bruger Fords ingeniører Siemens' Jack og Jill ergonomiske simuleringssoftware til virtuelle produktdesigngennemgange, der forbedrer sikkerheden og arbejdseffektiviteten uden behov for dyre prototyper.

Opsendelsessimulering af rumfærgen

Simuleringen blev brugt på Kennedy Space Center til at træne og certificere rumfærgeingeniører under en simuleret opsendelsesnedtælling . Ingeniørafdelingen deltager i en integreret simulering af lanceringens nedtælling før hver shuttleflyvning. Dette er en virtuel simulation, hvor rigtige mennesker interagerer med en simuleret rumfærge og jordstøtteudstyr. Shuttlesystemer integreret i simuleringen omfatter hovedfremdrivningssystemet, RS-25 , faste raketforstærkere , flydende brint og flydende oxygen , ekstern tank , flyvekontrol , navigation og flyelektronik [55] .

Hovedformålene med shuttle-lanceringssimuleringen er som følger:

  • demonstration af nedtællingsoperationer i affyringsrummet
  • give uddannelse til ingeniører til at genkende og evaluere systemproblemer i et tidskritisk miljø
  • bruge lanceringsteamets evne til at evaluere, prioritere og reagere på problemer på en integreret måde i et tidskritisk miljø
  • tilvejebringelse af procedurer, der skal bruges til at udføre gendannelsesoperationer i tilfælde af systemfejl udført på det sidste trin af nedtællingen [56]

Opsendelsesrummet, der bruges under simuleringen, er det samme kontrolrum, hvor selve opsendelsesnedtællingsoperationerne udføres. Som et resultat er det udstyr, der bruges til faktiske nedtællingsoperationer for lanceringen, involveret: kommando- og kontrolcomputere, applikationssoftware , ingeniørkortlægning og trendværktøjer. Rumfærgens hardware og tilhørende jordstøtteudstyr er simuleret af matematiske modeller (skrevet i SGOS) [57] modelleringssprog (Shuttle Ground Operations Simulator ), der reagerer som rigtig hardware. Mens de simulerer rumfærgens sidste nedtællingsfase, styrer ingeniører hardwaren ved hjælp af ægte applikationssoftware, der kører på kontrolpaneler . Under simulering interagerer softwareapplikationerne ikke med den faktiske shuttle-hardware, men med matematiske modelrepræsentationer af hardwaren. Derfor giver simulering dig mulighed for at omgå følsomme og farlige mekanismer ved at levere tekniske målinger, der i detaljer læser udstyrets respons. Da disse matematiske modeller interagerer med kommando- og kontrolapplikationssoftwaren , bruges modeller og simuleringer også til at fejlsøge og verificere funktionaliteten af ​​applikationssoftwaren [ 58] .

Spilsimuleringer

  • Computerspil : simulatorer af biler og motorcykler, fly, rumskibe, kampvogne, tog, ubåde, forskellige sportsgrene osv. Hovedprincippet i simulatoren er den nøjagtige gengivelse af funktionerne i et bestemt tematisk område (for eksempel: en bilsimulator skal genskabe de fysiske egenskaber af biler så nøjagtigt som muligt).

Noter

  1. ↑ 1 2 J. Banks; J. Carson; B. Nelson; D. Nicol (2001). Systemsimulering med diskret hændelse . Prentice Hall. s. 3. ISBN978-0-13-088702-3.
  2. ↑ John A. Sokolowski, Catherine M. Banks. Principper for modellering og simulering: en multidisciplinær tilgang . - Hoboken, NJ : John Wiley, 2009. - 260 s. — ISBN 978-0-470-28943-3 .
  3. ↑ McLeod, J. (1968) "Simulation: the Dynamic Modeling of Ideas And Systems with Computers", McGraw-Hill, NYC.
  4. ↑ Zeigler, BP, Praehofer, H., & Kim, TG (2000) "Theory of Modeling and Simulation: Integrating Discrete Event and Continuous Complex Dynamic Systems", Elsevier, Amsterdam.
  5. ↑ Giambiasi, N., Escude, B., & Ghosh, S. (2001). GDEVS: En generaliseret diskret hændelsesspecifikation til nøjagtig modellering af dynamiske systemer. I Autonome Decentraliserede Systemer, 2001. Proceedings. 5. internationale symposium om (s. 464-469).
  6. ↑ Kuhl, F., Weatherly, R., & Dahmann, J. (1999). Oprettelse af computersimuleringssystemer: en introduktion til højniveauarkitekturen. Prentice Hall PTR.
  7. ↑ Bruzzone AG, Massei M., Simulation-Based Military Training, i Guide to Simulation-Based Disciplines, Vol.1. 315-361.
  8. ↑ Bruzzone, A.G., Massei, M., Tremori, A., Longo, F., Nicoletti, L., Poggi, S., ... & Poggio, G. (2014). MS2G: simulering som en tjeneste til datamining og crowdsourcing i sårbarhedsreduktion. Proceedings of WAMS, Istanbul, september.
  9. ↑ Main AS og statistik nede, ETA for fast 10:00  stillehavstid . Folding@home (10. februar 2009). Hentet 9. september 2020. Arkiveret fra originalen 13. januar 2021.
  10. ↑ Universal Turing-maskine . web.mit.edu _ Hentet 9. september 2020. Arkiveret fra originalen 30. juni 2020.
  11. ↑ Davidovitch, L.; A.Parush & A.Shtub (april 2008). "Simuleringsbaseret læring: lærings-glemme-genlære-processen og indvirkningen af ​​læringshistorie". Computere og uddannelse . 50 (3): 866-880. doi:10.1016/j.compedu.2006.09.003.
  12. ↑ Reagere på fortiden: Hjem (downlink) . web.archive.org (16. april 2009). Hentet 12. september 2020. Arkiveret fra originalen 16. april 2009. 
  13. ↑ Reagere på fortiden: STEM-spil . sites.google.com . Hentet 12. september 2020. Arkiveret fra originalen 10. oktober 2020.
  14. ↑ Carana  . _ PAXsims (27. januar 2009). Hentet 12. september 2020. Arkiveret fra originalen 19. oktober 2020.
  15. ↑ 1 2 3 Sherman, W.R.; Craig, A. B. (2003). Forstå Virtual Reality . San Francisco, Californien: Morgan Kaufmann. ISBN978-1-55860-353-0.
  16. ↑ Leeb, R.; Lee, F.; Keinrath, C.; Schere, R.; Bischof, H.; Pfurtscheller, G. (2007). "Hjerne-computerkommunikation: Motivation, mål og virkning ved at udforske en virtuel lejlighed" (PDF). IEEE-transaktioner på neurale systemer og rehabiliteringsteknik . 15 (4): 473-481.
  17. ↑ Zahraee, AH, Szewczyk, J., Paik, JK, Guillaume, M. (2010). Robotisk håndholdt kirurgisk enhed: evaluering af sluteffektorens kinematik og udvikling af proof-of-concept prototyper. Proceedings of the 13th International Conference on Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention, Beijing, Kina.
  18. ↑ Ahmed K, Keeling AN, Fakhry M, Ashrafian H, Aggarwal R, Naughton PA, Darzi A, Cheshire N, et al. (januar 2010). "Rolle af Virtual Reality Simulation i undervisning og vurdering af tekniske færdigheder i endovaskulær intervention". J Vasc Interv Radiol . 21 (1):55-66.
  19. ↑ Leary SP, Liu CY, Apuzzo ML (juni 2006). "Mod fremkomsten af ​​nanoneurokirurgi: del III - nanomedicin: målrettet nanoterapi, nanokirurgi og fremskridt hen imod realiseringen af ​​nanoneurokirurgi".
  20. ↑ Websimuleringsportefølje - gennemsigtige virkelighedssimuleringer og webaktiverede simuleringer . vam.anest.ufl.edu . Hentet 24. september 2020. Arkiveret fra originalen 24. december 2008.
  21. ↑ Benjamin PT Loveday, George V. Oosthuizen, B. Scott Diener, John A. Windsor. Et randomiseret forsøg, der evaluerer en kognitiv simulator til laparoskopisk appendektomi  // ANZ journal of surgery. – 2010-09. - T. 80 , nej. 9 . — S. 588–594 . — ISSN 1445-2197 . - doi : 10.1111/j.1445-2197.2010.05349.x . Arkiveret fra originalen den 24. september 2020.
  22. ↑ 1 2 Groves, Patricia S.; Bunch, Jacinda L.; Cram, Ellen; Farag, Amany; Manges, Kirstin; Perkhounkova, Yelena; Scott-Cawiezell, Jill (2016-10-19). "Primering af patientsikkerhed gennem sygeplejerskeoverdragelseskommunikation: En simuleringspilotundersøgelse". Western Journal of Nursing Research . 39 (11): 1394-1411.
  23. ↑ Patricia S. Groves, Kirstin Manges. Understanding Nursing Handoffs: Safety Scholarship in Nursing:  (engelsk)  // Western Journal of Nursing Research. — 2017-08-24. - doi : 10.1177/0193945917727237 . Arkiveret fra originalen den 17. februar 2020.
  24. ↑ Nishisaki A, Keren R, Nadkarni V (juni 2007). "Forbedrer simulering patientsikkerheden? Self-efficacy, kompetence, operationel ydeevne og patientsikkerhed”. Anæstesiklinik . 25 (2):225-36.
  25. ↑ Stewart, Greg L; Manges, Kirstin A; Ward, Marcia M (2015). Styrkelse af vedvarende patientsikkerhed. Journal of Nursing Care Quality . 30 (3):240-6.
  26. ↑ B. Zendejas, R. Brydges, S. Hamstra, D. Cook. State of the Evidence on Simulation-Based Training for Laparoscopic Surgery: A Systematic Review  // Annals of surgery. - 2013. - doi : 10.1097/SLA.0b013e318288c40b . Arkiveret fra originalen den 7. august 2020.
  27. ↑ Vikas A. Pandey, John H. N. Wolfe. Udvidelse af brugen af ​​simulering i åben karkirurgisk træning  // Journal of Vascular Surgery. - 2012-09. - T. 56 , no. 3 . — S. 847–852 . — ISSN 0741-5214 . - doi : 10.1016/j.jvs.2012.04.015 .
  28. ↑ En typologi af simulatorer til medicinsk uddannelse (utilgængeligt link) . web.archive.org (27. november 1999). Hentet 24. september 2020. Arkiveret fra originalen 27. november 1999. 
  29. ↑ Richard H. Riley. Manual of Simulation in Healthcare . - Oxford University Press, 2008. - 566 s. — ISBN 978-0-19-920585-1 . Arkiveret 19. august 2020 på Wayback Machine
  30. ↑ McGaghie WC, Issenberg SB, Petrusa ER, Scalese RJ (2010). "En kritisk gennemgang af simulationsbaseret medicinsk uddannelsesforskning: 2003-2009". medicinsk uddannelse . 44 (1):50-63
  31. ↑ Certified Healthcare Simulation Educator (CHSE) – en opdatering til  ASPE . ASPE News (11. april 2013). Hentet 24. september 2020. Arkiveret fra originalen 22. september 2020.
  32. ↑ JB Cooper, V. R. Taqueti. En kort historie om udviklingen af ​​mannequinsimulatorer til klinisk uddannelse og træning  (engelsk)  // Postgraduate Medical Journal. — 2008-11-01. — Bd. 84 , udg. 997 . — S. 563–570 . — ISSN 1469-0756 0032-5473, 1469-0756 . - doi : 10.1136/qshc.2004.009886 . Arkiveret fra originalen den 19. september 2020.
  33. ↑ Murphy D, Challacombe B, Nedas T, Elhage O, Althoefer K, Seneviratne L, Dasgupta P (maj 2007). "[Udstyr og teknologi i robotteknologi]". Arch. Esp. Urol. (på spansk). 60 (4): 349-55
  34. ↑ I cyberterapi hjælper avatarer med helbredelse - NYTimes.com . archive.vn (2. oktober 2011). Dato for adgang: 24. september 2020.
  35. ↑ "Den nye spilteori": Opdatering | Duke . alumni.duke.edu . Hentet 30. september 2020. Arkiveret fra originalen 7. august 2020.
  36. ↑ Hvordan videospil kan gøre dig klogere - CNN (downlink) . web.archive.org (7. februar 2011). Hentet 30. september 2020. Arkiveret fra originalen 7. februar 2011. 
  37. ↑ ingentaconnect Umiddelbar virkning af en intensiv en-uges laparoskopi ... . archive.vn (3. januar 2013). Dato for adgang: 30. september 2020.
  38. ↑ Wayback Machine (downlink) . web.archive.org (22. januar 2009). Hentet 30. september 2020. Arkiveret fra originalen 22. januar 2009. 
  39. ↑ TRON - The 1982 Movie (utilgængeligt link) . web.archive.org (25. maj 2009). Hentet 30. september 2020. Arkiveret fra originalen 25. maj 2009. 
  40. ↑ History of Computers 1980 (link utilgængeligt) . web.archive.org (18. august 2009). Hentet 6. oktober 2020. Arkiveret fra originalen 18. august 2009. 
  41. ↑ Tidlig computergrafik i film (ikke tilgængeligt link) . web.archive.org (17. juli 2012). Hentet 6. oktober 2020. Arkiveret fra originalen 17. juli 2012. 
  42. ↑ Computergenererede billeder (downlink) . web.archive.org (24. april 2015). Hentet 6. oktober 2020. Arkiveret fra originalen 24. april 2015. 
  43. ↑ Liste over simuleringsvideospil . opensite.org . Hentet 6. oktober 2020. Arkiveret fra originalen 9. oktober 2020.
  44. ↑ IBISWorld - Industriens markedsundersøgelser, rapporter og  statistikker . www.ibisworld.com . Hentet 6. oktober 2020. Arkiveret fra originalen 23. april 2022.
  45. ↑ Gendannelse af linktræner . www.starksravings.com . Hentet 6. oktober 2020. Arkiveret fra originalen 5. oktober 2011.
  46. ↑ 1 2 Wayback Machine (downlink) . web.archive.org (17. januar 1999). Hentet 6. oktober 2020. Arkiveret fra originalen 17. januar 1999. 
  47. ↑ Giver Spidey liv: Kleiser-Walczak Construction Company (link utilgængeligt) . web.archive.org (7. september 2009). Hentet 6. oktober 2020. Arkiveret fra originalen 7. september 2009. 
  48. ↑ Benedettini, O.; Tjahjono, B. (2008). "Mod et forbedret værktøj til at lette simuleringsmodellering af komplekse produktionssystemer". International Journal of Advanced Manufacturing Technology . (1/2): 191-9
  49. ↑ Banks, J.; Carson J.; Nelson BL; Nicol, D. (2005). Systemsimulering af diskrete hændelser (4. udgave). Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall. ISBN978-0-13-088702-3.
  50. ↑ 1 2 Reed, MP, Faraway, J., Chaffin, DB, & Martin, BJ (2006). HUMOSIM Ergonomics Framework: En ny tilgang til digital menneskelig simulering til ergonomisk analyse. SAE Technical Paper, 01-2365
  51. ↑ Chaffin, D.B. (2007). Menneskelig bevægelsessimulering til design af køretøjer og arbejdspladser. Human Factors and Ergonomics in Manufacturing & Service Industries, 17(5), 475-484.
  52. ↑ Jack and Process Simulate Human: Siemens PLM Software (downlink) . web.archive.org (8. maj 2013). Hentet 9. oktober 2020. Arkiveret fra originalen 8. maj 2013. 
  53. ↑ Niu, JW, Zhang, XW, Zhang, X., & Ran, LH (december 2010). Undersøgelse af ergonomi i bilindustriens samlebånd ved hjælp af Jack. industriel Engineering and Engineering Management (IEEM), 2010 IEEE International Conference on (s. 1381-1385).
  54. ↑ G.R. Bennett. Anvendelsen af ​​virtuel prototyping i udviklingen af ​​komplekse rumfartsprodukter. Virtual Prototyping Journal, 1(1) (1996), s. 13-20
  55. ↑ Sikora, EA (2010, 27. juli). Space Shuttle Main Propulsion System ekspert, John F. Kennedy Space Center. interview.
  56. ↑ Shuttle Final Countdown Phase Simulation. National Aeronautics and Space Administration KSC Dokument # RTOMI S0044, Revision AF05, 2009.
  57. ↑ Shuttle Ground Operations Simulator (SGOS) Resumé Beskrivelse Manual. National Aeronautics and Space Administration KSC Dokument # KSC-LPS-SGOS-1000, Revision 3 CHG-A, 1995.
  58. ↑ Matematisk model Main Propulsion System (MPS) Kravdokument, National Aeronautics and Space Administration KSC-dokument # KSCL-1100-0522, Revision 9, juni 2009.
  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger
 Pædagogisk litteratur
 Genrer af computerspil
Handling
Rollespil
Strategi
Søgen
Køretøjssimulator
livssimulator
Online
Andet