计算机仿真技术的发展及其应用研究

汪 洋

（武汉船舶职业技术学院 湖北 武汉 430050）

1 引言

随着社会不断发展，我们渴望计算机能进一步改变人们的生活方式，为此对计算机技术进行不断尝试研究。近年来提出了利用计算机与其他领域的技术相结合创造出高程度的仿真技术，以此解决人类发展过程中遇到的一系列问题[1]。

2 计算机仿真技术概念及意义

早在20世纪中期，就有国家提出了发展仿真技术的构想，但是当时无论是生产力还是硬件设备都不足以支持发展仿真技术。近年来，随着计算机技术的不断发展革新，已经初步具备了发展仿真技术的基础，为了进一步带动经济发展，推动人类发展，可以利用计算机与其他领域的高科技产物进行有效结合，推动仿真技术实践。

2.1 计算机仿真技术的概念

计算机仿真技术就是利用现实世界的各种数据及人类思维方式进行计算，形成一种逼真的计算结果，在使用中可以是人类通过建模了解到现实中各类事情的发展进程及结果，还可以让人进入虚拟空间，获得身临其境的感受。

2.2 发展仿真技术的意义

计算机仿真技术自提出以来，就是为了解决人类发展过程中的一系列难题，优化我们的生活环境，进一步推动人类发展进程。现阶段计算机技术已经逐渐成熟，为了计算机能够更大程度上为人类发展提供动力，要进一步创新技术，寻找更适合计算机发展的方向。仿真技术概念一经提出就引起了人们的高度关注，如果计算机仿真技术能够进行不断突破及创新，无疑对人类发展有着巨大帮助[2]。

3 计算机仿真技术的应用

在现代人类发展进程中，计算机仿真技术的应用领域十分广泛，经过研究表明，在各项实验领域中，进行计算机仿真技术的应用，都可以有效推动这项领域的发展，并解决其中存在的一系列问题。

3.1 在工业领域中的应用

改革开放以来，我国工业制造水平有了显著提升，但是由于我国在工业领域相较发达国家起步较晚，就目前而言，我国工业水平还存在很多不足。随着计算机仿真技术的问世，可以利用这项技术解决更多工业制造中存在的问题。

工业领域相对来说，要求制造工业精细、设备流水线完善等，这就需要有较高的计算机仿真技术，利用这项技术，可以实现由计算机取代人类进行工业制造生产。相对来说，计算机的精密程度更高，出错率也更小，可以有效地降低由人工操作出现的产品质量不合格，或是产品生产周期太长的问题，为生产企业扩大收益的同时，带动我国工业水平的不断提高。

3.2 在工程施工中的应用

随着国家建设力度的不断提高，我国的建设也越来越好，但同时也发现了在施工过程中存在的一系列安全问题。安全问题对于项目施工来说，一直备受关注，其不仅影响着企业收益、企业声誉，对于参与现场施工的工作人员来说，更是关乎其人身安全。在计算机仿真技术不断成熟的今天，为了有效降低工程施工中存在的安全问题，开始尝试利用这项技术，为的工程施工提供安全保障[3]。

工程可视化就是通过计算机仿真技术结合现场施工环境，所模拟出来的工程现场的可视图。一般来说，工程的施工环境都比较复杂，其中存在的很多问题，都没有办法在开始施工之前就做到心中有数，对于前期的图纸设计来说，也有着较大的阻碍。但是利用计算机仿真技术，可以有效解决这个问题，通过分析计算，可以对那些隐藏的环境进行可视化，将工程数据直接转化为图形或图像，实现更加高效的建模，为工程施工提供保障。

3.3 在消防科学领域的应用

火灾作为公共灾害之一，其危险系数极高，近年来在我国各地也都出现了很多大面积火灾，每一次火灾的背后，都对人员经济造成了相当大的损害。随着我国科技的不断进步，开始利用新型计算机仿真技术，提高防范火灾措施，减少火灾带来的损失。

在火灾燃烧方面，大多数火灾都是意料之外的安全事故，在之前对火灾的了解还是有所欠缺。为了实现对火灾燃烧的进一步了解，可以通过模拟火灾现场来进行分析火灾燃烧过程，利用计算机仿真技术，进行缩小比例的火灾仿真模拟，在较短的时间及较小的空间内模仿火灾燃烧。这样一来，不仅不用大量的经费投入，就可以直接观测到火灾的燃烧过程，对于之后的防火灾措施，有着重要的参考意义。

对于每一次火灾来说，都是在火灾爆发之前就有着安全隐患，但是由于种种原因导致人们没有提前发现，以至于出了问题，且在问题发生之后，火灾原因调查手段也存在欠缺，经常调查的原因不够细致。利用计算机仿真技术，可以采用三维反向追踪的办法进行火灾原因调查，模拟火灾的着火及燃烧的全过程，这样一来火灾事故调查就变得更加清晰明了，对于之后消除火灾安全隐患也有了更科学的依据。

消防器材作为消除火灾的最有力武器，其质量的可靠程度及技术好坏直接决定了消防人员的灭火效率。经过长时间的尝试及研究发现利用计算机仿真技术可以对现有的消防器材起到革新的作用，充分挖掘各种消防器材的战斗潜力，提高其防火灭火效率，只有防火器材不断革新，救援效率才会更高，更能降低火灾带来的损失。

3.4 在规划领域的应用

随着社会的不断发展，人们越来越重视规划的重要性，几乎所有领域要想保证积极健康可持续发展，都需要科学合理的发展规划。在这里以比较明显的城市建设来作为参考。

一个城市的建设往往需要进行合理规划，规划到每一处细节，并且在规划时还要进行长远发展考虑，为城市建设提供更合理的发展方向。在城市建设中，要考虑电缆及各种管道的铺设、各类建筑的建设、防灾害措施等众多复杂的基础建设工程。在我国传统的城市建设中，需要依靠专业的技术人员，对城市进行全面勘测，然后通过人力进行不断计算，才能保证城市发展规划的合理性，这种建设方式尽管付出了诸多努力及心血，但是人力计算中难免会存在误差，且在实际建设过程中也难以保证全面按照规划执行，所以说传统的城市建设规划方式经常会导致城市建设过程中出现一系列问题，导致城市建设达不到建设目标。

在计算机仿真技术逐渐成熟的今天，开始在城市建设中应用这类技术，把城市的综合信息及地理勘测数据传输到计算机上之后，在计算机上就形成了一个城市沙盘，可以直观地了解到这个城市的地貌、环境及综合信息，为城市规划提供基础帮助。除此之外，还可以利用计算机仿真技术进行模拟建设，通过模拟建设发现建设中存在的问题，并及时解决，这样就很大程度上减少了实际建设过程中可能存在的问题，为城市建设节约成本，提高城市建设的合理性。

3.5 在交通领域的应用

随着社会的不断发展，经济水平的提升，我国各类型的交通工具数量都在呈直线上升，其中最明显的就是以汽车为主的交通工具。在交通工具不断增多的同时，随之而来的问题就是交通阻塞以及交通事故，这两个问题对出行人的安全及便利都造成了较大的影响，我国也立志改善此类问题。由于交通系统的复杂程度较高，在进行仿真模拟的过程中需要考虑的因素也就多，如行人、机动车、非机动车等，只有充分考虑，我们的交通系统的安全性才能得到保障。在交通领域中运用计算机仿真技术，可以使整个交通系统变的可视化，便于让专业的工作人员发掘引发交通事故的诱因，如可以利用实时联网技术，结合道路具体情况以及实时天气等因素，把这些因素输入到电脑中，就可以帮助模拟出比较贴合实际的交通运行情况，这样一来就可以有效减少交通事故，并且减少交通阻塞，提高交通运行效率，为人们出行提供极大的便利。

3.6 在医疗领域的应用

医疗技术一直以来备受人们关注，一项医疗技术的创造往往能引起世界性的轰动。计算机仿真技术在医疗中大有作为，比如在我们常见的外科手术中，经常会遇到难以解决的问题，但是做手术的机会往往只有一次，不能把人体当做实验的标本去进行，这个时候就可以利用计算机仿真技术结合病人的实际进行建模实验，通过实验找出最适合该病人的手术方式，为病人提供最优质的医疗方式[4]。由此可见在医疗领域，计算机仿真技术也有着非同寻常的优势。

4 计算机仿真技术的发展方向

4.1 网络化

目前掌握的基础计算机仿真技术还没有完全实现网络化，这一点主要体现在通过该技术建立的模型难以通过网络进行传播和共享，很多时候由于网络达不到要求，出现难以兼容的问题。但是众所周知，互联网及计算机的核心内容就是共享及传播，所以说目前还没有发挥出计算机仿真技术的最大优势。但是近年来互联网技术也在不断完善创新，5G技术的实现就为计算机仿真技术创造了更为广阔的应用空间，应当积极发展互联网，为计算机仿真技术突破打下更坚实的基础。

4.2 虚拟制造

在刚开始提出计算机仿真技术时，虚拟制造就是核心发展方向，但是现在才初步实现了利用计算机仿真技术进行建模，利用数据进行仿真推演，还没有实现虚拟制造技术。应当在虚拟建模的基础之上，利用建好的模型进行直接制造，这对工业技术来说将会是一场全面革新，只有掌握了虚拟制造的技术，才可以使工业制造水平上到一个全新的台阶。

4.3 多维度仿真

预期的计算机仿真技术应当具有多维度仿真的作用，现阶段已经初步实现了视觉仿真，在未来期望可以利用这项技术实现嗅觉、听觉等多维度的仿真效果，以便于计算机仿真技术可以应用到更多的领域，为改善人们的生活提供更大的可能，也可以为人类提供更好的虚拟仿真体验[5]。

5 结语

综上所述，可以清楚地了解到计算机仿真技术的发展意义及广阔应用空间，这是人类科技发展历程上的里程碑。就目前而言，发展这项技术已经成了世界各国计算机技术的主要发展方向，虽然在发展过程中，存在很多的困难和挑战，但是为了突破这项技术，为我国各领域的发展注入新的动力，应当大胆进行尝试，用现有的技术手段，创造无限的可能。