Simulator

Simulator  - un simulator (de obicei mecanic sau computer), a cărui sarcină este de a simula controlul oricărui proces, aparat sau vehicul.

Cel mai adesea acum cuvântul „simulator” este folosit în legătură cu programele de calculator (de obicei jocuri). Piloții , cosmonauții , mecanicii de tren de mare viteză se antrenează cu ajutorul unor simulatoare computer-mecanice care reproduc cu absolut exactitate interiorul cabinei aparatului .

Simulatoarele sunt instrumente software și hardware care creează impresia de realitate prin afișarea unora dintre fenomenele și proprietățile reale într-un mediu virtual. Experimentele computerizate sunt adesea folosite pentru studiul modelelor de simulare [1] . Simularea este, de asemenea, utilizată în modelarea științifică a sistemelor naturale sau umane pentru a obține o perspectivă asupra modului în care acestea funcționează. Simularea poate fi folosită pentru a demonstra efectele posibile ale condițiilor alternative și ale cursurilor de acțiune. Simularea este folosită și atunci când sistemul real nu poate fi utilizat deoarece poate să nu fie disponibil, sau poate fi periculos sau inacceptabil să participe, sau este proiectat, dar nu este încă construit, sau pur și simplu poate să nu existe [2] .

Clasificare și terminologie

Din punct de vedere istoric, simularea aplicată în diferite domenii s-a dezvoltat în mare măsură independent, dar cercetările din secolul al XX-lea în teoria sistemelor și cibernetică , combinate cu răspândirea utilizării computerelor în toate aceste domenii, au condus la o anumită unificare și o viziune mai sistematică a conceptului.

În cazul modelării fizice, obiectele fizice sunt înlocuite cu lucrul real. Aceste obiecte fizice sunt adesea alese pentru că sunt mai mici sau mai ieftine decât obiectul sau sistemul real.

Simularea interactivă este un tip specific de simulare fizică, denumită adesea simulare uman în buclă, în care simularea fizică include operatori umani, cum ar fi un simulator de zbor, un simulator de navigație sau un simulator de conducere .

Simularea continuă  este o simulare bazată pe timp continuu mai degrabă decât pe pași de timp discreti folosind integrarea numerică a ecuațiilor diferențiale [3] .

Modelarea evenimentelor discrete studiază sistemele ale căror stări își schimbă valorile doar la momente discrete [4] . De exemplu, modelarea unei epidemii poate schimba numărul de persoane infectate în momentele în care persoanele susceptibile se infectează și persoanele infectate se recuperează.

Simularea hibridă (uneori simulare combinată) corespunde unei combinații de simulare a evenimentelor continue și discrete și are ca rezultat integrarea numerică a ecuațiilor diferențiale între două evenimente succesive pentru a reduce numărul de discontinuități [5] .

Simularea offline este o simulare care rulează singură pe o singură stație de lucru.

Simularea distribuită utilizează mai mult de un computer la un moment dat pentru a garanta accesul la diferite resurse (de exemplu , sisteme de operare cu mai mulți utilizatori sau seturi de date distribuite ).

Simularea paralelă accelerează execuția simulării prin distribuirea simultană a sarcinii de lucru pe mai multe procesoare, similar calculului de înaltă performanță [6] .

În simularea interoperabilă, mai multe modele, simulatoare distribuite într-o rețea interacționează local; exemplele clasice sunt arhitectura de nivel înalt [7] și jocurile serioase, unde abordările jocurilor serioase (de exemplu, motoarele de joc și metodele de interacțiune) sunt integrate cu modelarea interoperabilă [8] .

Conceptul de acuratețe a simulării este folosit pentru a descrie cât de aproape imită omologul din lumea reală. Puteți împărți aproximativ precizia în următoarele niveluri:

Nivelul scăzut este simularea minimă necesară pentru ca sistemul să răspundă la intrări și să furnizeze ieșiri.

Nivel mediu - răspunde automat la stimuli, cu precizie limitată.

Nivel înalt - aproape imposibil de distins sau cât mai aproape de sistemul real.

Simulari de antrenament:

Simulare pe computer

Simularea pe computer este o încercare de a simula o situație reală sau ipotetică pe un computer, astfel încât să se poată vedea cum funcționează sistemul [1] . Schimbând variabilele din simulare, se poate prezice comportamentul sistemului. Acesta este un instrument care vă permite să investigați practic comportamentul sistemului studiat. Modelarea computerizată a devenit o parte importantă a modelării multor sisteme naturale în fizică, chimie și biologie [9] , în economie și științe sociale (de exemplu, sociologia computațională), precum și în inginerie. Un bun exemplu al utilităţii utilizării computerelor îl găsim în domeniul modelării traficului de reţea. Cu o astfel de simulare, comportamentul modelului se va modifica cu fiecare simulare în conformitate cu setul de parametri inițiali adoptați pentru mediu. În mod tradițional, modelarea formală a sistemelor a fost realizată folosind un model matematic care încearcă să găsească soluții analitice pentru a prezice comportamentul unui sistem dintr-un set de parametri și condiții inițiale. Simularea pe computer este adesea folosită ca supliment sau înlocuitor pentru sistemele de simulare pentru care soluții analitice simple în formă închisă nu sunt posibile.

Există mai multe pachete software pentru efectuarea de simulări pe computer (de exemplu, simulare Monte Carlo , simulare stocastică, simulare cu mai multe metode) care simplifică foarte mult procesarea datelor.

Informatica

În informatică , simularea are mai multe semnificații specializate: Alan Turing a folosit termenul „simulare” pentru a se referi la ceea ce se întâmplă atunci când o mașină universală execută un tabel de tranziție de stări (în terminologia modernă, un computer rulează un program) care descrie tranzițiile de stare, intrările. , și ieșirile unui obiect mașină cu stări discrete [10] . În arhitectura computerului, un tip de simulator, denumit în mod obișnuit emulator , este adesea folosit pentru a executa un program care trebuie să ruleze pe un anumit tip de computer incomod (cum ar fi un computer nou proiectat care nu a fost încă construit sau un computer învechit care nu mai este disponibil), sau într-un mediu de testare strict controlat . De exemplu, simulatoarele au fost folosite pentru a depana firmware -ul sau, uneori, programe de aplicații comerciale înainte ca programul să fie descărcat pe mașina țintă. Deoarece funcționarea computerului este simulată, toate informațiile despre funcționarea computerului sunt direct disponibile programatorului, iar viteza și execuția simulării pot fi modificate după bunul plac.

Simulatoarele pot fi, de asemenea, folosite pentru a interpreta arbori de defecte sau pentru a testa logica VLSI înainte de a fi construită. Modelarea simbolică utilizează variabile pentru a indica valori necunoscute.

În domeniul optimizării , modelarea proceselor fizice este adesea folosită împreună cu calculul evolutiv pentru a optimiza strategiile de control.

Modelarea în educație și formare

Simularea este utilizată pe scară largă în scopuri educaționale . Este folosit atunci când este prea scump sau periculos pentru a permite cursanților să folosească echipamente reale în lumea reală. În astfel de situații, aceștia obțin o experiență realistă într-un mediu virtual sigur. Adesea, comoditatea constă în a permite erori în timpul antrenamentului într-un mediu critic de securitate. Simulările în educație sunt oarecum similare cu simulările educaționale. Ele sunt concentrate pe sarcini specifice. Termenul „ microlume ” este folosit pentru a se referi la simulări de instruire care modelează un concept abstract, mai degrabă decât imită un obiect sau un mediu realist, sau, în unele cazuri, modelează mediul real într-un mod simplificat pentru a ajuta elevul să dezvolte o înțelegere a conceptelor cheie. De obicei, utilizatorul poate crea o structură în microcosmos care se va comporta în conformitate cu conceptele modelate. Seymour Papert a fost unul dintre primii care au înțeles valoarea microlumilor, iar limbajul de programare Logo dezvoltat de Papert este una dintre cele mai cunoscute microlumi.

Modelarea managementului de proiect este din ce în ce mai folosită pentru a pregăti studenți și profesioniști. Îmbunătățește procesul de învățare, contribuind la asimilarea rapidă a informațiilor [11] .

Modelarea socială poate fi folosită în științele sociale pentru a ilustra procesele sociale și politice din antropologie, economie, istorie, științe politice sau sociologie, de obicei la nivel de liceu sau universitate. De exemplu, într-o simulare a societății civile în care participanții își asumă un rol într-o societate simulată sau într-o simulare a relațiilor internaționale în care studenții participă la negocieri, construirea de alianțe, comerț, diplomație și utilizarea forței. Astfel de simulări se pot baza pe sisteme politice fictive sau pe evenimente curente sau istorice. Un exemplu al acesteia din urmă este răspunsul Colegiului Barnard la o serie de jocuri educaționale istorice [12] . Fundația Națională pentru Știință a susținut, de asemenea, crearea de jocuri interactive care se ocupă de educația în știință și matematică [13] .

În ultimii ani, modelarea socială a fost din ce în ce mai folosită pentru a instrui personalul din agențiile de dezvoltare și organizațiile caritabile. De exemplu, modelul Karan a fost dezvoltat pentru prima dată de Programul Națiunilor Unite pentru Dezvoltare și este acum utilizat într-o formă extrem de revizuită de către Banca Mondială pentru a instrui personalul din țările fragile și afectate de conflicte [14] .

Utilizarea simulării pentru pregătirea militară profesională implică adesea avioane sau vehicule blindate de luptă, dar poate fi vizată și pentru antrenamentul în arme de calibru mic și alte sisteme de arme. În special, poligonele de tragere virtuale au devenit norma în majoritatea proceselor de antrenament militar.

Sisteme generale de interacțiune cu utilizatorul pentru simulare virtuală

Simulările virtuale sunt o categorie specială de simulare care utilizează hardware de simulare pentru a crea o lume simulată pentru utilizator. Simulările virtuale permit utilizatorilor să interacționeze cu lumea virtuală . Lumile virtuale operează pe platforme de componente software și hardware integrate. Astfel, sistemul poate prelua intrare de la utilizator (de exemplu, urmărirea corpului, recunoașterea vocii/sunetelor , controlere fizice) și poate oferi ieșire utilizatorului (de exemplu, afișaj vizual, afișaj audio, afișaj tactil) [15] . Simulările virtuale folosesc modurile de interacțiune menționate mai sus pentru a crea o experiență captivantă pentru utilizator .

Echipament de intrare pentru simulare virtuală

Există o mare varietate de hardware de intrare disponibil pentru simularea virtuală:

Urmărirea corpului : O tehnică de captare a mișcării este adesea folosită pentru a înregistra mișcările utilizatorului și pentru a converti datele capturate în intrări pentru simulări virtuale. De exemplu, dacă utilizatorul întoarce fizic capul, atunci acea mișcare va fi cumva capturată de hardware și tradusă într-o compensare adecvată în câmpul vizual în mediul virtual.

Controlere fizice : Controlerele fizice furnizează doar intrare la simulare prin manipulare directă de către utilizator. În simularea virtuală, feedback-ul haptic de la controlerele fizice este foarte de dorit într-un număr de medii de simulare.

Recunoașterea vocii/sunetelor : această formă de interacțiune poate fi folosită fie pentru a interacționa cu agenții din simulare (cum ar fi oamenii virtuali), fie pentru a manipula obiecte din simulare (cum ar fi informații). Interacțiunea vocală se presupune că îmbunătățește imersiunea utilizatorului. Se pot folosi căști cu microfoane, microfoane pentru piept sau camera poate fi echipată cu microfoane amplasate strategic.

Cercetări curente în sistemele de introducere a utilizatorilor

Cercetările privind sistemele viitoare de introducere a datelor sunt foarte promițătoare pentru simularea virtuală. Sisteme precum interfețele brain-computer (BCI) oferă posibilitatea de a crește și mai mult nivelul de imersiune pentru utilizatorii simulărilor virtuale. Lee, Keinrath, Scherer, Bischof, Pfurtscheller au demonstrat că subiecții naivi pot fi antrenați să folosească BCI pentru a naviga într-un apartament virtual cu relativă ușurință [16] . Folosind BCI, autorii au descoperit că subiecții au putut naviga liber în mediul virtual cu un efort relativ minim. Este posibil ca aceste tipuri de sisteme să devină modalități de intrare standard în viitoarele sisteme de simulare virtuală.

Hardware de ieșire de simulare virtuală

Există o mare varietate de hardware de ieșire disponibil pentru a furniza semnalul utilizatorilor în simulări virtuale:

Afișajele vizuale oferă un stimul vizual utilizatorului.

  • Ecranele fixe pot varia de la un afișaj desktop obișnuit la ecrane înfășurate la 360 de grade și afișaje stereo . Ecranele desktop obișnuite pot varia în dimensiune de la 15 la 60 inchi (380 la 1520 mm). Împachetarea în jurul ecranelor este folosită în mod obișnuit în ceea ce este cunoscut sub numele de Cave Automatic Virtual Environment (CAVE) . Ecranele 3D stereoscopice produc o imagine 3D cu sau fără ochelari speciali, în funcție de design.
  • Afișajele montate pe cap sunt montate pe armătura utilizatorului. Aceste sisteme se conectează direct la simularea virtuală pentru a oferi utilizatorului o experiență mai captivantă. Greutatea, rata de reîmprospătare și câmpul vizual sunt câteva dintre variabilele cheie care le determină. Desigur, afișajele grele sunt nedorite, deoarece provoacă oboseală în timp. Dacă rata de actualizare este prea mică, sistemul nu poate actualiza imaginea suficient de rapid pentru a se potrivi cu întoarcerea rapidă a capului utilizatorului. Prin urmare, ritmul lent al reînnoirii rupe sentimentul de imersiune. Câmpul vizual sau extinderea unghiulară a lumii care este vizibilă în prezent poate varia de la un sistem la altul și s-a constatat că afectează simțul de imersiune al utilizatorului.

Afișare sunet : Există mai multe tipuri diferite de sisteme audio care ajută utilizatorul să audă și să localizeze sunetele în spațiu. Software-ul special poate fi folosit pentru a crea efecte audio 3D pentru a da iluzia că sursele de sunet sunt plasate într-un spațiu 3D în jurul utilizatorului.

  • Sistemele de difuzoare fixe pot fi utilizate pentru a oferi sunet surround dublu sau multicanal . Cu toate acestea, difuzoarele externe nu sunt la fel de eficiente în a crea efecte audio 3D precum căștile.
  • Căștile oferă o alternativă portabilă la difuzoarele staționare. De asemenea, au avantajul suplimentar de a masca zgomotul real și suportă o varietate de efecte sonore [15] .

Afișaj tactil : Aceste afișaje oferă utilizatorului un sentiment de atingere ( tehnologie tactilă ). Acest tip de ieșire este uneori denumit feedback de forță.

  • Afișajele de plăci tactile folosesc diferite tipuri de dispozitive de acționare, cum ar fi bule gonflabile, vibratoare, subwoofer -uri de joasă frecvență , dispozitive de acționare și/sau dispozitive de acționare termice pentru a crea senzații suplimentare [15] .
  • Afișajele efectoarelor finale pot răspunde la intrările utilizatorului cu rezistență și forță. Aceste sisteme sunt adesea folosite în aplicații medicale pentru operații la distanță care folosesc instrumente robotizate [17] .

Afișaj vestibular : Aceste afișaje oferă utilizatorului un sentiment de mișcare ( simulator de mișcare ). Ele apar adesea ca baze de mișcare pentru simulările virtuale ale vehiculelor, cum ar fi simulatoarele de conducere sau de zbor . Bazele de mișcare sunt fixate pe loc, dar folosesc dispozitive de acționare pentru a deplasa mașina într-un mod care provoacă senzații de înclinare, înclinare sau rostogolire. Mașinile se pot deplasa și în așa fel încât să creeze o senzație de accelerație în toate axele (de exemplu, baza mișcării poate da senzația de cădere).

Simulatoare medicale

Simulatoarele medicale sunt din ce în ce mai dezvoltate și utilizate pentru a instrui profesioniștii medicali în proceduri terapeutice și de diagnosticare, precum și în concepte medicale și luare a deciziilor. Simulatoarele au fost concepute pentru a preda proceduri variind de la elemente de bază, cum ar fi prelevarea de probe de sânge, până la chirurgie laparoscopică și traumatologie [18] . Ele sunt, de asemenea, importante pentru a ajuta la prototiparea de noi dispozitive pentru sarcini de inginerie biomedicală . În prezent, simulatoarele sunt folosite pentru cercetarea și dezvoltarea de noi metode de tratament și diagnostic precoce în medicină [19] .

Multe simulatoare medicale au un computer conectat la modelarea plastică a anatomiei corespunzătoare. Simulatoarele sofisticate de acest tip folosesc un manechin în mărime naturală care răspunde la medicamentele injectabile și pot fi programate pentru a crea simulări ale urgențelor care pun viața în pericol. În alte simulări, componentele vizuale ale unei proceduri sunt redate prin tehnici de grafică pe computer , în timp ce componentele senzoriale sunt redate de dispozitive de feedback tactil împreună cu rutinele fizice de simulare calculate ca răspuns la acțiunile utilizatorului.

Simulările medicale de acest fel folosesc adesea scanări CT sau RMN ale datelor pacientului pentru a crește realismul. Unele simulări medicale sunt dezvoltate pentru o distribuție largă (de exemplu, simulări web [20] și simulări procedurale [21] care pot fi vizualizate prin browsere web standard ) și pot interacționa folosind interfețe standard ale computerului, cum ar fi tastatura și mouse -ul .

O altă utilizare medicală importantă a simulatorului este utilizarea unui medicament placebo care imită medicamentul activ în studiile de eficacitate a medicamentelor.

Îmbunătățirea siguranței pacienților

Siguranța pacientului este o preocupare în industria medicală. Se știe că pacienții sunt răniți și chiar mor din cauza administrării proaste și a lipsei celor mai bune standarde de îngrijire și educație. Potrivit Programului Național de Înființare a Educației Medicale de Simulare, „Abilitatea unui lucrător din domeniul sănătății de a răspunde în mod inteligent la o situație neașteptată este unul dintre cei mai importanți factori în crearea unui rezultat pozitiv în medicina de urgență , indiferent dacă aceasta are loc pe câmpul de luptă, pe autostradă sau în secția de spital.” Eder-Van Hook, autorul programului național de mai sus, a remarcat, de asemenea, că erorile medicale ucid până la 98.000 de oameni, cu un cost estimat de 37 până la 50 de milioane de dolari și de 17 până la 29 de miliarde de dolari în reacții adverse care pot fi prevenite. evenimente pe an.

Simularea este utilizată pentru a studia siguranța pacienților, precum și pentru a educa profesioniștii din domeniul sănătății [22] . Studierea măsurilor de siguranță a pacientului și a îngrijirii sănătății este o provocare deoarece nu există un control experimental (complexitatea pacientului, abateri ale sistemului/procesului) pentru a vedea dacă intervenția a făcut o diferență semnificativă [23] . Un exemplu de modelare inovatoare pentru studiul siguranței pacientului este cercetarea asistenței medicale. Autorii au folosit modelarea de înaltă fidelitate pentru a studia comportamentul orientat spre siguranță al asistentelor în perioade precum raportul de modificare a programului de lucru [22] .

Cu toate acestea, valoarea intervențiilor simulate în traducerea lor în practica clinică este încă controversată. Există dovezi puternice că antrenamentul prin simulare îmbunătățește autoeficacitatea și competența echipei în studiile inactiv . Există, de asemenea, dovezi puternice că modelarea procedurală îmbunătățește performanța operațională reală în mediile clinice [24] . Principala provocare este de a arăta că modelarea în echipă îmbunătățește performanța operațională a echipei la noptieră [25] . Astăzi, capacitatea simulării de a oferi experiență practică în sala de operație nu mai este pusă la îndoială [26] [27] .

Istoria modelării în domeniul sănătății

Primele simulatoare medicale au fost modele simple ale pacienților umani. Din cele mai vechi timpuri, aceste imagini în lut și piatră au fost folosite pentru a demonstra caracteristicile clinice ale stărilor de boală și efectele acestora asupra oamenilor. Modele au fost găsite în multe culturi și continente. Aceste modele au fost folosite în unele culturi (cum ar fi cultura chineză) ca instrument de „ diagnostic ” pentru a permite femeilor să se consulte cu medici de sex masculin, păstrând în același timp legile sociale ale modestiei. Modelele sunt folosite astăzi pentru a ajuta elevii să învețe anatomia sistemului musculo-scheletic și a sistemelor de organe [28] .

În 2002, s-a înființat Societatea pentru Modelare în domeniul Sănătății și a devenit lider în promovarea interprofesională internațională a modelării medicale în îngrijirea sănătății [29] . Necesitatea unui „mecanism unic pentru formarea, evaluarea și certificarea instructorilor de simulare pentru profesioniștii din domeniul sănătății” a fost recunoscută într-o revizuire critică a cercetării bazate pe simulare în educația medicală [30] . În 2012, Healthcare Simulation Society a stabilit două noi certificări pentru formatorii de simulare a angajaților [31] .

Tipuri de model

Model activ

Recent au apărut modele active care încearcă să reproducă anatomia sau fiziologia vie. Celebrul manechin Harvey , dezvoltat la Universitatea din Miami , este capabil să recreeze multe dintre constatările fizice ale unui examen cardiac , inclusiv palparea , auscultarea și electrocardiografia [32] .

Model interactiv

Mai recent, au fost dezvoltate modele interactive care răspund la acțiunile întreprinse de un student sau de un clinician. Până de curând, aceste simulări erau programe de calculator bidimensionale care au acționat mai mult ca un manual decât ca un pacient. Simularea pe calculator are avantajul de a permite elevului să emită atât judecăți, cât și erori. Procesul de învățare iterativă prin evaluare, evaluare, luare a deciziilor și corectarea erorilor creează un mediu de învățare mult mai puternic decât învățarea pasivă.

Simulator de calculator

Simulatoarele computerizate au fost propuse ca instrument ideal pentru evaluarea abilităților clinice ale studenților [33] . Pentru pacienți, „ciberterapia” poate fi folosită în ședințe care imită experiențe traumatice, de la frica de înălțime până la anxietatea socială [34] .

Pacienții programați și situațiile clinice simulate, inclusiv exercițiile simulate de ajutor în caz de dezastru , sunt utilizate pe scară largă pentru instruire și evaluare. Aceste simulări „realiste” sunt costisitoare și nu pot fi reproduse. Un simulator 3Di cu funcții complete ar fi instrumentul cel mai specific disponibil pentru predarea și măsurarea abilităților clinice. Pentru a crea medii medicale virtuale, au fost folosite platforme de joc care susțin o metodă interactivă de învățare și aplicare a informațiilor în context clinic [35] [36] .

Simularea imersivă a stării bolii permite medicului sau studentului la medicină să experimenteze starea pacientului. Cu ajutorul senzorilor și traductoarelor, efectele simptomatice sunt transmise participantului la experiment, permițându-i să experimenteze starea de boală a pacientului. Un astfel de simulator îndeplinește obiectivele unei evaluări obiective și standardizate a competenței clinice [37] . Acest sistem este superior studiilor care utilizează „ pacienți standard ” deoarece sprijină cuantificarea, precum și replicarea acelorași rezultate obiective [38] .

Simulare de divertisment

Simularea de divertisment se întinde pe multe industrii mari și populare, cum ar fi filmul , televiziunea , jocurile video și plimbările în parcuri tematice . Deși se crede că simularea modernă își are rădăcinile în antrenament și armată, a devenit, de asemenea, utilizată pe scară largă de companiile de servicii de divertisment în secolul al XX-lea.

Istoria modelării vizuale în filme și jocuri

Istoria timpurie (anii 1940-1950)

Este posibil ca primul joc de simulare să fi fost creat încă din 1947 de Thomas T. Goldsmith, Jr. și Astle Ray Mann. Era un joc simplu care simula o rachetă trasă către o țintă. Curbura rachetei și viteza acesteia ar putea fi ajustate folosind mai multe butoane. În 1958, Willie Higginbotham a creat un joc numit „tenis pentru doi” care simula un joc de tenis între doi jucători folosind comenzi manuale și afișat pe un osciloscop . A fost unul dintre primele jocuri video electronice care a folosit un afișaj grafic .

Anii 1970 și începutul anilor 1980

Imaginile generate de computer au fost folosite în film pentru a simula obiecte încă din 1972 într- o mână animată , părți din care au fost afișate pe marele ecran în filmul din 1976 Tomorrow's World . Mulți oameni își amintesc „calculatorul de ghidare” din Star Wars în 1977. Filmul „ Tronul ” (1982) a fost primul film care a folosit imagini generate de computer timp de mai mult de două minute [39] .

Progresele tehnologice din anii 1980 au făcut ca modelarea 3D să fie folosită pe scară largă în filme și jocuri pe calculator, cum ar fi Battlezone (1980) și Elite (1984) de la Acornsoft , unul dintre primii care au folosit un model wireframe în computerele personale .

Era cinematografică pre-virtuală (începutul anilor 1980-1990)

Progresele tehnologice din anii 1980 au făcut ca computerul să fie mai accesibil și mai capabil decât în ​​deceniile precedente, dând naștere computerelor precum jocurile Xbox [40] . Primele console de jocuri video , lansate în anii 1970 și începutul anilor 1980, au căzut victima prăbușirii industriei în 1983, dar în 1985, Nintendo a lansat Nintendo Entertainment System (NES), care a devenit una dintre cele mai vândute console din istoria jocurilor video . . În anii 1990, jocurile pentru computer, cum ar fi The Sims și Command & Conquer, au devenit foarte populare , satisfacând puterea în creștere a computerelor desktop. Astăzi, simulări pe computer precum World of Warcraft sunt jucate de milioane de oameni din întreaga lume.

Jurassic Park , lansat în 1993, a fost primul film mainstream care a folosit pe scară largă CGI , integrând dinozauri simulați aproape în întregime în scenele de acțiune. Acest eveniment a transformat industria filmului ; în 1995, Toy Story a devenit primul film care a folosit doar imagini generate de computer, iar până în noul mileniu, grafica pe computer devenise mijlocul principal de a crea efecte speciale în cinema [41] .

Cinema virtual (începutul anilor 2000-prezent)

Apariția cinematografiei virtuale la începutul anilor 2000 a dus la o creștere dramatică a numărului de filme bazate pe imagini virtuale. Exemple clasice sunt dublurile digitale ale lui Neo , Smith și alte personaje din trilogia Matrix și numeroasele personaje fantastice imposibil de creat fără CGI din trilogia Lord of the Rings .

În seria Pan Am , terminalul , care nu mai exista la momentul filmărilor în 2011-2012, a fost creat prin intermediul cinematografiei virtuale, cum ar fi căutarea automată a unui punct de vedere și o combinație de fotografii reale și simulate într-o singură. scena, care au fost ferm înrădăcinate în industria filmului de la începutul anilor 2000-2000. x ani. Grafica CGI este folosită pentru efecte vizuale deoarece sunt de înaltă calitate, bine controlate și capabile să creeze efecte care nu ar fi posibile cu nicio altă tehnologie din cauza costului ridicat sau a lipsei de securitate [42] . CGI poate fi văzut în multe filme astăzi, în special în genul de acțiune . În plus, imaginile generate de computer au înlocuit aproape complet animația desenată manual în filmele pentru copii, majoritatea fiind acum create doar pe computer. Exemple de filme care utilizează imagini generate de computer sunt Finding Nemo , 300 și Iron Man .

Alte tipuri de divertisment bazat pe simulare

Simulări de joc

Simulările de jocuri , spre deosebire de alte genuri de jocuri video și pe computer, reprezintă sau simulează cu acuratețe mediul . Mai mult, ele descriu în mod realist interacțiunea dintre personajele jocului și mediul înconjurător. Aceste tipuri de jocuri sunt de obicei mai complexe din punct de vedere al gameplay -ului [43] . Multe simulatoare, cum ar fi SimCity și Tiger Woods PGA Tour , au devenit incredibil de populare în rândul oamenilor de toate vârstele [44] .

Plimbări în parc tematic

Simulatoarele au fost folosite pentru divertisment încă din zilele Link Trainer -ului în anii 1930 [45] . Prima atracție modernă de simulare deschisă într-un parc tematic a fost Disney's Star Tours în 1987 și a fost urmată în curând de The Funtastic World of Hanna-Barbera în 1990, care a fost prima atracție construită în întregime cu CGI [46] . Plimbările de simulare au evoluat din simulatoare militare și comerciale, dar există o diferență fundamentală între primul și cel din urmă. În timp ce simulatoarele militare răspund la intrarea elevilor în timp real, plimbările creează doar iluzia de răspuns prin potrivirea efectivă a scenariilor de mișcare pre-înregistrate [46] . Unul dintre primele simulatoare Star Tours de 32 de milioane de dolari a prezentat o cabină hidraulică . Mișcarea a fost programată cu un joystick . Plimbările moderne de simulare, precum The Amazing Adventures of Spider-Man , includ elemente pentru a spori imersiunea experimentată de utilizatori, cum ar fi imagini 3D , efecte fizice (pulverizare de apă sau parfumuri) și mișcarea prin mediu [47] .

Simulare în producție

Fabricarea este una dintre cele mai importante aplicații ale simulării. Această metodă este un instrument valoros folosit de ingineri atunci când evaluează impactul investițiilor de capital în echipamente și facilități fizice, cum ar fi fabrici, depozite și centre de distribuție. Simularea poate fi utilizată pentru a prezice performanța unui sistem existent sau planificat și pentru a compara soluții alternative pentru o anumită problemă de proiectare [48] .

Un alt scop important al modelării în sistemele de producție este cuantificarea performanței sistemului .

Indicatorii generali ai performanței sistemului includ următorii [49] :

  • Debit la sarcini medii și de vârf
  • Durata unui ciclu (cât timp durează fabricarea unei piese)
  • Utilizarea resurselor, a forței de muncă și a mașinilor
  • Cozile de locuri de muncă
  • Cozi și întârzieri cauzate de manipularea dispozitivelor și sistemelor
  • Nevoile de depozitare în timpul funcționării
  • Nevoile de personal

Ergonomie

Modelarea ergonomică presupune analiza produselor virtuale sau a sarcinilor manuale într-un mediu virtual. În procesul de proiectare, scopul ergonomiei este de a dezvolta și îmbunătăți proiectarea produselor și a mediului de lucru [50] . Simularea ergonomică utilizează o reprezentare virtuală antropometrică a unui om, un manechin sau un model digital al unui om, pentru a simula posturile, solicitările mecanice și performanța unui operator uman într-un mediu simulat, cum ar fi o aeronavă, un automobil sau o unitate de producție. Modelele umane digitale sunt un instrument valoros pentru analiza și designul ergonomiei [51] . Simularea folosește grafică și modele 3D pentru a anima oamenii virtuali. Software-ul de ergonomie folosește metode de cinematică inversă pentru a controla modelul digital [50] .

Instrumentele software calculează de obicei proprietățile biomecanice , inclusiv forțele musculare individuale , forțele articulare și momentele . Unele modele analizează, de asemenea, parametrii fiziologici, inclusiv metabolismul , consumul de energie și limitele de oboseală în cicluri de timp și confortul utilizatorului [52] .

Simularea și simularea unei sarcini pot fi realizate prin manipularea manuală a unei persoane virtuale într-un mediu simulat. Unele programe de simulare a ergonomiei permit simularea interactivă și evaluarea în timp real prin introducere folosind tehnologii de captare a mișcării . Cu toate acestea, captura de mișcare necesită echipamente scumpe și crearea de recuzită care să reprezinte mediul .

Modelarea ergonomică include analiza colectării deșeurilor solide, managementul dezastrelor, jocuri interactive, proiectarea liniilor de asamblare a vehiculelor [53] , prototiparea virtuală a ajutoarelor de reabilitare și inginerie aerospațială [54] . De exemplu, inginerii Ford folosesc software-ul de simulare ergonomic Jack și Jill de la Siemens pentru revizuiri virtuale de proiectare a produselor care îmbunătățesc siguranța și eficiența muncii fără a fi nevoie de prototipuri costisitoare.

Simulare de lansare a navetei spațiale

Simularea a fost folosită la Centrul Spațial Kennedy pentru a instrui și a certifica inginerii navetei spațiale în timpul unei numărătoare inversă de lansare simulată . Departamentul de inginerie ia parte la o simulare integrată a numărătoarei inverse a lansării înainte de fiecare zbor al navetei. Aceasta este o simulare virtuală în care oameni reali interacționează cu o navetă spațială simulată și echipamente de sprijin la sol. Sistemele de navetă integrate în simulare includ sistemul principal de propulsie, RS-25 , propulsoare de rachete solide , hidrogen lichid și oxigen lichid , rezervor extern , comenzi de zbor , navigație și avionică [55] .

Obiectivele principale ale simulării lansării navetei sunt următoarele:

  • demonstrație a operațiunilor de numărătoare inversă în sala de lansare
  • oferirea de instruire pentru ingineri pentru a recunoaște și evalua problemele sistemului într-un mediu critic în timp
  • folosind capacitatea echipei de lansare de a evalua, prioritiza și răspunde la probleme într-un mod integrat într-un mediu critic în timp
  • furnizarea de proceduri care să fie utilizate în efectuarea operațiunilor de recuperare în cazul defecțiunilor sistemului efectuate în etapa finală a numărătorii inverse [56]

Sala de lansare utilizată în timpul simulării este aceeași cameră de control în care sunt efectuate operațiunile de numărătoare inversă a lansării efective. Ca urmare, este implicat echipamentul utilizat pentru operațiunile de numărătoare inversă de lansare efectivă: calculatoare de comandă și control, software de aplicație , instrumente de diagrame de inginerie și instrumente de trend. Hardware-ul navetei spațiale și echipamentele de sprijin la sol asociate sunt simulate de modele matematice (scrise în limbajul de modelare Shuttle Ground Operations Simulator (SGOS) [57] ) care răspund ca hardware real. În timp ce simulează faza finală de numărătoare inversă a navetei, inginerii controlează hardware-ul folosind aplicații software reale care rulează pe panourile de control . În timpul simulării, aplicațiile software nu interacționează cu hardware-ul efectiv al navetei, ci cu reprezentările modelelor matematice ale hardware-ului. Prin urmare, simularea vă permite să ocoliți mecanismele sensibile și periculoase prin furnizarea de măsurători inginerești care citesc în detaliu răspunsul echipamentului. Deoarece aceste modele matematice interacționează cu software-ul aplicației de comandă și control , modelele și simulările sunt, de asemenea, utilizate pentru a depana și a verifica funcționalitatea software-ului aplicației [58] .

Simulări de joc

  • Jocuri pe computer : simulatoare de mașini și motociclete, avioane, nave spațiale, tancuri, trenuri, submarine, diverse sporturi etc. Principiul principal al simulatorului este reproducerea exactă a caracteristicilor unei anumite zone tematice (de exemplu: un simulator de mașină trebuie să reproduce caracteristicile fizice ale mașinilor cât mai exact posibil).

Note

  1. ↑ 1 2 J. Banks; J. Carson; B. Nelson; D. Nicol (2001). Simulare de sistem cu evenimente discrete . Prentice Hall. p. 3. ISBN978-0-13-088702-3.
  2. ↑ John A. Sokolowski, Catherine M. Banks. Principii de modelare și simulare: o abordare multidisciplinară . - Hoboken, NJ : John Wiley, 2009. - 260 p. — 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. și Kim, TG (2000) „Teoria modelării și simulării: integrarea evenimentelor discrete și a sistemelor dinamice complexe continue”, Elsevier, Amsterdam.
  5. ↑ Giambiasi, N., Escude, B., & Ghosh, S. (2001). GDEVS: O specificație generalizată a evenimentelor discrete pentru modelarea precisă a sistemelor dinamice. În Sisteme autonome descentralizate, 2001. Proceedings. Al 5-lea Simpozion Internațional despre (p. 464-469).
  6. ↑ Kuhl, F., Weatherly, R. și Dahmann, J. (1999). Crearea de sisteme de simulare pe computer: o introducere în arhitectura de nivel înalt. Prentice Hall PTR.
  7. ↑ Bruzzone AG, Massei M., Simulation-Based Military Training, în Ghidul disciplinelor bazate pe simulare, Vol.1. 315-361.
  8. ↑ Bruzzone, A.G., Massei, M., Tremori, A., Longo, F., Nicoletti, L., Poggi, S., ... & Poggio, G. (2014). MS2G: simulare ca serviciu pentru data mining și crowdsourcing în Reducerea vulnerabilităților. Proceedings of WAMS, Istanbul, septembrie.
  9. ↑ AS principal și statistici în jos, ETA pentru fix 10:00, ora  Pacificului . Folding@home (10 februarie 2009). Preluat la 9 septembrie 2020. Arhivat din original la 13 ianuarie 2021.
  10. ↑ Mașină universală Turing . web.mit.edu _ Preluat la 9 septembrie 2020. Arhivat din original la 30 iunie 2020.
  11. ↑ Davidovici, L.; A.Parush & A.Shtub (aprilie 2008). „Învățare bazată pe simulare: procesul de învățare-uitare-reînvățare și impactul istoriei învățării”. Calculatoare și educație . 50 (3): 866-880. doi:10.1016/j.compedu.2006.09.003.
  12. ↑ Reacționând la trecut: Acasă (downlink) . web.archive.org (16 aprilie 2009). Preluat la 12 septembrie 2020. Arhivat din original la 16 aprilie 2009. 
  13. ↑ Reacționând la trecut: Jocuri STEM . sites.google.com . Preluat la 12 septembrie 2020. Arhivat din original la 10 octombrie 2020.
  14. ↑ Carana  . _ PAXsims (27 ianuarie 2009). Preluat la 12 septembrie 2020. Arhivat din original la 19 octombrie 2020.
  15. ↑ 1 2 3 Sherman, W.R.; Craig, A. B. (2003). Înțelegerea realității virtuale . San Francisco, CA: Morgan Kaufmann. ISBN978-1-55860-353-0.
  16. ↑ Leeb, R.; Lee, F.; Keinrath, C.; Schere, R.; Bischof, H.; Pfurtscheller, G. (2007). „Comunicarea creier-calculator: motivația, scopul și impactul explorării unui apartament virtual” (PDF). Tranzacții IEEE privind sistemele neuronale și inginerie de reabilitare . 15 (4): 473-481.
  17. ↑ Zahraee, AH, Szewczyk, J., Paik, JK, Guillaume, M. (2010). Dispozitiv chirurgical portabil robotizat: evaluarea cinematicii efectorului final și dezvoltarea de prototipuri de dovadă a conceptului. Proceedings of the 13th International Conference on Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention, Beijing, China.
  18. ↑ Ahmed K, Keeling AN, Fakhry M, Ashrafian H, Aggarwal R, Naughton PA, Darzi A, Cheshire N și colab. (ianuarie 2010). „Rolul simularii realității virtuale în predarea și evaluarea abilităților tehnice în intervenția endovasculară”. J Vasc Interv Radiol . 21 (1):55-66.
  19. ↑ Leary SP, Liu CY, Apuzzo ML (iunie 2006). „Spre apariția nanoneurochirurgiei: partea a III-a - nanomedicină: nanoterapie țintită, nanochirurgie și progrese către realizarea nanoneurochirurgiei”.
  20. ↑ Portofoliu de simulare web - Simulări de realitate transparente și simulări activate pe web . vam.anest.ufl.edu . Preluat la 24 septembrie 2020. Arhivat din original la 24 decembrie 2008.
  21. ↑ Benjamin PT Loveday, George V. Oosthuizen, B. Scott Diener, John A. Windsor. Un studiu randomizat care evaluează un simulator cognitiv pentru apendicectomia laparoscopică  // Jurnalul ANZ de chirurgie. — 2010-09. - T. 80 , nr. 9 . — S. 588–594 . — ISSN 1445-2197 . - doi : 10.1111/j.1445-2197.2010.05349.x . Arhivat din original pe 24 septembrie 2020.
  22. ↑ 1 2 Groves, Patricia S.; Bunch, Jacinda L.; Cram, Ellen; Farag, Amany; Manges, Kirstin; Perkhounkova, Yelena; Scott-Cawiezell, Jill (19.10.2016). „Primirea siguranței pacientului prin comunicarea Handoff a asistentei: un studiu pilot de simulare”. Western Journal of Nursing Research . 39 (11): 1394-1411.
  23. ↑ Patricia S. Groves, Kirstin Manges. Înțelegerea transferurilor de asistență medicală: bursă de siguranță în asistență medicală:  (engleză)  // Western Journal of Nursing Research. — 24.08.2017. - doi : 10.1177/0193945917727237 . Arhivat din original pe 17 februarie 2020.
  24. ↑ Nishisaki A, Keren R, Nadkarni V (iunie 2007). „Simularea îmbunătățește siguranța pacienților? Autoeficacitate, competență, performanță operațională și siguranța pacientului”. Anestezie Clin . 25 (2): 225-36.
  25. ↑ Stewart, Greg L; Manges, Kirstin A; Ward, Marcia M (2015). Împuternicirea siguranței susținute a pacientului. Journal of Nursing Care Quality . 30 (3): 240-6.
  26. ↑ B. Zendejas, R. Brydges, S. Hamstra, D. Cook. Starea dovezilor privind formarea bazată pe simulare pentru chirurgia laparoscopică: o revizuire sistematică  // Analele chirurgiei. - 2013. - doi : 10.1097/SLA.0b013e318288c40b . Arhivat din original pe 7 august 2020.
  27. ↑ Vikas A. Pandey, John H. N. Wolfe. Extinderea utilizării simulării în pregătirea chirurgicală vasculară deschisă  // Journal of Vascular Surgery. — 2012-09. - T. 56 , nr. 3 . — S. 847–852 . — ISSN 0741-5214 . - doi : 10.1016/j.jvs.2012.04.015 .
  28. ↑ A Typology of Simulators for Medical Education (link inaccesibil) . web.archive.org (27 noiembrie 1999). Preluat la 24 septembrie 2020. Arhivat din original la 27 noiembrie 1999. 
  29. ↑ Richard H. Riley. Manual de simulare în domeniul sănătății . - Oxford University Press, 2008. - 566 p. — ISBN 978-0-19-920585-1 . Arhivat pe 19 august 2020 la Wayback Machine
  30. ↑ McGaghie WC, Issenberg SB, Petrusa ER, Scalese RJ (2010). „O revizuire critică a cercetării educației medicale bazate pe simulare: 2003-2009”. educatie medicala . 44 (1): 50-63
  31. ↑ Certified Healthcare Simulation Educator (CHSE) – o actualizare pentru  ASPE . ASPE News (11 aprilie 2013). Preluat la 24 septembrie 2020. Arhivat din original la 22 septembrie 2020.
  32. ↑ JB Cooper, V. R. Taqueti. O scurtă istorie a dezvoltării simulatoarelor de manechin pentru educația și formarea clinică  (engleză)  // Jurnal medical postuniversitar. — 2008-11-01. — Vol. 84 , iss. 997 . — P. 563–570 . — ISSN 1469-0756 0032-5473, 1469-0756 . - doi : 10.1136/qshc.2004.009886 . Arhivat din original pe 19 septembrie 2020.
  33. ↑ Murphy D, Challacombe B, Nedas T, Elhage O, Althoefer K, Seneviratne L, Dasgupta P (mai 2007). „[Echipament și tehnologie în robotică]”. Arc. Esp. Urol. (in spaniola). 60 (4): 349-55
  34. ↑ În ciberterapie, avatarurile ajută la vindecare - NYTimes.com . archive.vn (2 octombrie 2011). Data accesului: 24 septembrie 2020.
  35. ↑ „The New Game Theory”: Actualizare | Duce . alumni.duke.edu . Preluat la 30 septembrie 2020. Arhivat din original la 7 august 2020.
  36. ↑ Cum te pot face jocurile video mai inteligent - CNN (downlink) . web.archive.org (7 februarie 2011). Consultat la 30 septembrie 2020. Arhivat din original pe 7 februarie 2011. 
  37. ↑ ingentaconnect Impactul imediat al unei laparoscopii intensive de o săptămână ... . archive.vn (3 ianuarie 2013). Data accesului: 30 septembrie 2020.
  38. ↑ Wayback Machine (link în jos) . web.archive.org (22 ianuarie 2009). Preluat la 30 septembrie 2020. Arhivat din original la 22 ianuarie 2009. 
  39. ↑ TRON - Filmul din 1982 (link indisponibil) . web.archive.org (25 mai 2009). Preluat la 30 septembrie 2020. Arhivat din original la 25 mai 2009. 
  40. ↑ History of Computers 1980 (link indisponibil) . web.archive.org (18 august 2009). Preluat la 6 octombrie 2020. Arhivat din original la 18 august 2009. 
  41. ↑ Early Computer Graphics in Film (link indisponibil) . web.archive.org (17 iulie 2012). Preluat la 6 octombrie 2020. Arhivat din original la 17 iulie 2012. 
  42. ↑ Imagini generate de computer (downlink) . web.archive.org (24 aprilie 2015). Preluat la 6 octombrie 2020. Arhivat din original la 24 aprilie 2015. 
  43. ↑ Lista de jocuri video de simulare . opensite.org . Preluat la 6 octombrie 2020. Arhivat din original pe 9 octombrie 2020.
  44. ↑ IBISWorld - Cercetare de piață în industrie, rapoarte și  statistici . www.ibisworld.com . Preluat la 6 octombrie 2020. Arhivat din original la 23 aprilie 2022.
  45. ↑ Link Trainer Restoration . www.starksravings.com . Preluat la 6 octombrie 2020. Arhivat din original la 5 octombrie 2011.
  46. ↑ 1 2 Wayback Machine (link în jos) . web.archive.org (17 ianuarie 1999). Preluat la 6 octombrie 2020. Arhivat din original la 17 ianuarie 1999. 
  47. ↑ Bringing Spidey to Life: Kleiser-Walczak Construction Company (link indisponibil) . web.archive.org (7 septembrie 2009). Preluat la 6 octombrie 2020. Arhivat din original la 7 septembrie 2009. 
  48. ↑ Benedettini, O.; Tjahjono, B. (2008). „Către un instrument îmbunătățit pentru a facilita modelarea prin simulare a sistemelor complexe de producție”. Jurnalul Internațional de Tehnologie Avansată de Fabricare . (1/2): 191-9
  49. ↑ Banks, J.; Carson J.; Nelson BL; Nicol, D. (2005). Simulare de sistem cu evenimente discrete (ed. a 4-a). Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall. ISBN978-0-13-088702-3.
  50. ↑ 1 2 Reed, MP, Faraway, J., Chaffin, DB și Martin, BJ (2006). Cadrul de ergonomie HUMOSIM: O nouă abordare a simulării umane digitale pentru analiza ergonomică. Lucrare tehnică SAE, 01-2365
  51. ↑ Chaffin, D.B. (2007). Simularea mișcării umane pentru proiectarea vehiculelor și a locului de muncă. Factori umani și ergonomie în industria de producție și servicii, 17(5), 475-484.
  52. ↑ Jack and Process Simulate Human: Siemens PLM Software (downlink) . web.archive.org (8 mai 2013). Preluat la 9 octombrie 2020. Arhivat din original la 8 mai 2013. 
  53. ↑ Niu, JW, Zhang, XW, Zhang, X. și Ran, LH (decembrie 2010). Investigarea ergonomiei în linia de asamblare auto utilizând Jack. Industrial Engineering and Engineering Management (IEEM), 2010 IEEE International Conference on (pp. 1381-1385).
  54. ↑ G. R. Bennett. Aplicarea prototipurilor virtuale în dezvoltarea de produse aerospațiale complexe. Virtual Prototyping Journal, 1(1) (1996), pp. 13-20
  55. ↑ Sikora, EA (2010, 27 iulie). Expert în sistemul de propulsie principal al navetei spațiale, Centrul spațial John F. Kennedy. interviu.
  56. ↑ Simularea fazei de numărătoare inversă finală a navetei. Administrația Națională de Aeronautică și Spațiu KSC Document # RTOMI S0044, Revizia AF05, 2009.
  57. ↑ Manual de descriere sumar al simulatorului de operațiuni la sol (SGOS). Administrația Națională de Aeronautică și Spațiu KSC Document # KSC-LPS-SGOS-1000, Revizia 3 CHG-A, 1995.
  58. ↑ Documentul privind cerințele sistemului de propulsie principal al modelului matematic (MPS), Documentul KSC al Administrației Naționale de Aeronautică și Spațiu # KSCL-1100-0522, Revizia 9, iunie 2009.
  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice
 Literatura educațională
 Genuri de jocuri pe calculator
Acțiune
Joc de rol
Strategie
Căutare
Simulator de vehicule
simulator de viață
Pe net
Alte