Tiết kiệm thời gian, kinh phí, nguyên vật liệu, tránh được những trường hợp rủi ro, nguy hiểm trong điều kiện thực, giảm tác động xấu tới môi trường…, thậm chí có thể làm được cái không thể làm trong điều kiện thực. Đó là những gì công nghệ mô phỏng có thể mang lại.
Mô phỏng một vụ va chạm ion chì trong máy dò ALICE tại Trung tâm CERN
Mô phỏng là quá trình phát triển mô hình hoá để mô phỏng một đối tượng cần nghiên cứu. Thay cho việc phải nghiên cứu đối tượng thực, cụ thể mà nhiều khi là không thể hoặc tốn kém, người ta mô hình hoá đối tượng đó trong phòng thí nghiệm và tiến hành nghiên cứu đối tượng đó dựa trên mô hình này.
Công nghệ mô phỏng liên quan đến nhiều ngành khoa học: toán, vật lý, mô hình hóa, tự động, điều khiển học… và đặc biệt là CNTT. Đây là công cụ đa dạng và linh hoạt đặc biệt thích ứng với việc nghiên cứu thử nghiệm và giáo dục đào tạo.
Với tổng cộng 16.000 lõi xử lý trong 1.000 máy tính được liên kết với nhau, hệ thống máy tính mô phỏng não bộ đặt tại phòng thí nghiệm bí mật của Google đã có thể tự nhận biết được đâu là con mèo qua những đoạn video trên Youtube, tờ New York Times tiết lộ về dự án.
Công nghệ mô phỏng ngày càng được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực hoạt động của con người từ mô phỏng các vụ nổ hạt nhân, phản ứng hóa học đến mô phỏng các cơn bão và thảm họa thiên nhiên như động đất, lũ lụt; từ mô phỏng trong nghiên cứu, phát triển khoa học, công nghệ đến ứng dụng mô phỏng trong lĩnh vực giáo dục, đào tạo. Một chương trình máy tính có thể mô phỏng diễn biến điều kiện thời tiết, các mạch điện tử, phản ứng hóa học, cơ điện tử, hệ thống điều khiển tương tác, thậm chí cả các quá trình sinh học cực kỳ phức tạp. Về lý thuyết, bất kỳ sự vật, hiện tượng nào có thể được mô tả bằng dữ liệu và phương trình toán học đều có thể được mô phỏng trên máy tính. Mô phỏng thường là rất khó khăn vì hầu hết các hiện tượng tự nhiên có số lượng gần như vô hạn các tham số gây ảnh hưởng. Vì vậy để phát triển các ứng dụng mô phỏng có hiệu quả cần xác định những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến mục tiêu của nhiệm vụ mô phỏng.
Dùng chương trình mô phỏng BlackMax để tìm kiếm các bằng chứng về các chiều của không gian còn lại có thể tồn tại trong vũ trụ.
Ngoài ra, để bắt chước các quá trình nhằm xem cách chúng hoạt động theo các điều kiện khác nhau, người ta còn dùng phương pháp mô phỏng để kiểm tra lý những thuyết mới. Sau khi tạo ra một lý thuyết về mối quan hệ nhân quả, nhà khoa học có thể hệ thống hóa các mối quan hệ bằng một chương trình máy tính. Nếu chương trình sau đó hoạt động trong cùng một cách như là quá trình thực tế thì ta có thể kết luận và dự đoán các mối quan hệ được đề xuất là chính xác.
Lịch sử phát triển
Từ 2000 năm trước, Tôn Tử - nhà chiến lược của Trung Hoa cổ đại - đã viết trong binh pháp của mình là: trước mỗi trận chiến, người cầm quân hãy suy nghĩ cho chín muồi trước khi đưa ra bất kỳ quyết định nào. Đó chính là ý tưởng chủ đạo của khái niệm mô phỏng ngày nay.
Các trò chơi mô phỏng chiến tranh đã có lịch sử trong thế kỷ XVII và XVIII ở nước Phổ, xuất phát từ trò chơi cờ tướng để mô phỏng các nguyên tắc sử dụng lực lượng quân sự đối kháng.
Thế kỷ 19 đã chứng kiến sự cải tiến của những trò chơi mô phỏng dựa trên các nghiên cứu cẩn thận về các hoạt động quân sự. Mục đích là để mô hình hóa các hoạt động quân sự một cách thực tế nhất có thể. Người ta đã thay thế bàn cờ bằng các bảng cát và sau đó thay thế bảng cát bằng các bản đồ tỷ lệ lớn. Mô phỏng đã được đưa vào huấn luyện sỹ quan quân đội Đức trong việc lập kế hoạch và thử nghiệm các hoạt động quân sự. Thành công quân sự của Đức trong thế kỷ 19 một phần là nhờ sử dụng mô phỏng để dạy chiến thuật và luyện tập ra quyết định cho sỹ quan và binh lính trước khi bước vào chiến đấu thật. Người Đức tiếp tục tăng cường sử dụng mô phỏng như là một kỹ thuật huấn luyện và lập kế hoạch sử dụng lực lượng trong thế chiến I. Do những giới hạn của Hiệp ước Versailles ngăn cản nước Đức nghiên cứu phát triển tiềm lực quân sự, quân đội Đức đã sử dụng mô phỏng để tiến hành huấn luyện thực tế với các thiết bị và hệ thống vũ khí mô phỏng để chuẩn bị cho Thế chiến II. Người Mỹ cũng đã bắt đầu sử dụng mô phỏng theo cách trò chơi chiến tranh mà người Đức đã dùng từ cuối thế kỷ 19 và đã ứng dụng nó trong thế chiến II.
Kuwait Flight Simulation Center
A driving training center
A drone control system based on a NASA simulator
Sau thế chiến II. Quân đội Hoa Kỳ tập trung nỗ lực mô phỏng của mình vào hoạt động nghiên cứu và phân tích hệ thống.
Với sự phát triển mạnh mẽ của CNTT, từ thập niên 1980 các nước phát triển bắt đầu phát triển các ứng dụng mô phỏng nhằm không chỉ đáp ứng yêu cầu to lớn của ngành công nghiệp giải trí mà còn phục vụ nhu cầu ngày càng tăng của đào tạo và giáo dục trong cả quân sự và dân sự.
Hiện nay, mô phỏng, từ vai trò là một công cụ hỗ trợ nghiên cứu cho quân đội trong một số mặt nào đó, đã trở thành một trọng tâm chính và là yếu tố quan trọng nhất trong cấu trúc và quy hoạch của nhiều lĩnh vực quân sự trên toàn thế giới, không chỉ về đào tạo mà còn cả trong việc lên kế hoạch và thực các nhiệm vụ của quân đội.
Mô phỏng là một trong số ít các khu vực mà ngân sách quân sự đã không phải chịu đựng nặng nề như những lĩnh vực khác, cơ bản là vì mô phỏng được sử dụng ngày càng nhiều hơn để thay thế cho việc đào tạo truyền thống với thiết bị thực. Nó cho phép các nhà hoạch định quân sự chuẩn bị và đào tạo lực lượng của họ cho những cuộc đụng độ phức tạp trong tương lai. Mô phỏng đã được sử dụng để dự báo, phân tích và lập kế hoạch cho các cuộc xung đột tiềm năng với độ chính xác mà công nghệ thế hệ trước không thể đạt được.
Công nghệ mô phỏng sẽ cho phép các nhà sản xuất xây dựng các hệ thống quân sự và thương mại nhanh hơn, tốt hơn và với chi phí thấp hơn. Với tốc độ hiện tại của phát triển công nghệ, những gì được coi là đầu tư hôm nay sẽ trở thành mẫu thử nghiệm ngày mai chỉ sau một thời gian rất ngắn.
The game industry has grown by simulation technology
Combat pilot training equipment
Battlefield simulation in VR-Forces
Các thành phần một hệ thống mô phỏng
Để xây dựng một hệ thống mô phỏng cần mô hình hóa cái mà người ta muốn mô phỏng. Sau đó xây dựng mối quan hệ giữa các đối tượng và thực thể tham gia hệ thống mô phỏng. Tiếp đó cần có các thuật toán và chương trình bảo đảm toán học cho hoạt động của từng thực thể, đối tượng và toàn bộ hệ thống. Tùy theo bài toán cụ thể mà việc bảo đảm vật lý, vật chất cho quá trình mô phỏng có thể khác nhau.
Để tiến hành mô phỏng một sự vật, hiện tượng, người ta sử dụng ba loại mô hình: mô hình toán học, mô hình vật lý và các quy trình.
Mô hình toán học bao gồm các thuật toán và phương trình toán học.
Quy trình phát triển ứng dụng mô phỏng
Mô hình vật lý mô phỏng về mặt vật lý của một đối tượng và mối liên quan đến các đối tượng, mô hình khác trong các loại hình mô phỏng.
Các quy trình là biểu hiện của mối quan hệ năng động của các tình huống cụ thể thể hiện bởi các quá trình toán học, vật lý và logic.
Phần cứng mô phỏng là các thiết bị liên quan đến các hệ thống máy tính, các hệ thống truyền thông, điện tử, cơ khí và các hệ thống trang thiết bị khác được tích hợp phục vụ mô hình hóa các thực thể tham gia mô phỏng.
Phần mềm mô phỏng là một tập hợp các thuật toán (chương trình máy tính) “bắt chước” dựa trên quá trình hoạt động của mô hình một hiện tượng thực tế. Về cơ bản, đó là một chương trình máy tính cho phép người sử dụng dùng để quan sát một hoạt động thông qua mô phỏng mà không phải thực hiện thật hoạt động đó. Phần mềm mô phỏng được sử dụng rộng rãi để kiểm tra thiết kế một sản phẩm nào đó để thấy được sản phẩm cuối cùng với đầy đủ thông số kỹ thuật tốt nhất mà không tốn kém trong quá trình sửa đổi. Phần mềm mô phỏng tương tác với thời gian thực thường được sử dụng từ các trò chơi (games) đến các ứng dụng trong công nghiệp, quân sự để giảm bớt các chi phí hoạt động thật rất tốn kém, chẳng hạn như dùng để huấn luyện các phi công tập lái máy bay, các nhà khai thác vận hành nhà máy điện hạt nhân, mô phỏng thời gian thực của các phản ứng vật lý, hóa học… đào tạo thực hành trong các môi trường độc hại, rủi ro…
Mô phỏng mang lại lợi ích to lớn: Tiết kiệm thời gian, kinh phí, nguyên vật liệu, tránh được những trường hợp rủi ro, nguy hiểm trong điều kiện thực, giảm tác động xấu tới môi trường…, thậm chí có thể làm được cái không thể làm trong điều kiện thực.
Thực tế ảo
Thực tế ảo (virtual reality - VR) là một thuật ngữ dùng để chỉ một hệ thống giao diện cấp cao giữa người sử dụng và máy tính. VR có khả năng mô phỏng các sự vật, hiện tượng theo thời gian thực và tương tác với người sử dụng thông qua việc tổng hợp các kênh cảm giác.
Lần đầu tiên xuất hiện vào khoảng đầu thập kỷ 90 nhưng trong vòng gần chục năm trở lại đây Công nghệ thực tế ảo mới phát triển thực sự nhờ tính lưỡng dụng (trong cả dân dụng lẫn quân sự) và đóng vai trò là công nghệ mũi nhọn ở Mỹ và châu Âu.
Theo dự đoán của công ty nghiên cứu Gartner, công nghệ thực tế ảo đứng đầu danh sách 10 công nghệ chiến lược năm 2009. Tại Mỹ và châu Âu thực tế ảo đã và đang trở thành một công nghệ mũi nhọn nhờ khả năng ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực (nghiên cứu và công nghiệp, giáo dục và đào tạo, du lịch, dịch vụ bất động sản, thương mại và giải trí...) và tiềm năng kinh tế, cũng như tính lưỡng dụng (trong dân dụng và quân sự) của nó.
Công nghệ thực tế ảo đem lại lợi nhuận to lớn cho các hãng phần mềm Game giải trí
Sử dụng đồ họa 3D để mô phỏng tạo nên các cảnh hoành tráng trong phim 3D “Avarta”
Nguồn: www.pcworld.com.vn
タグ
関連ニュース
「マインドフルな家」のデザイン――物質からエネルギーへ
マインドフルな家とは、単なる住まいではなく、意識をもった空間である。そこでは、すべての線、素材、光が「気づき」と「理解」から生まれる。このデザインは流行を追うのではなく、生命の本質――物質とエネルギー、形と気、身体と心の調和――へと立ち返る。 1. 物質 ― 空間の身体 すべての家は「物質」から始まる。木、石、土、水、光、風。物質は家の「身（からだ）」であり、人が五感を通して触れる部分である。 マインドフルなデザインでは、素材は見た目や耐久性だけでなく、内に宿るエネルギーによって選ばれる。 木は温かみと香りを持ち、神経を落ち着かせる。石は大地の安定と強さを伝える。自然光は人間の体内リズムを整える「律動」である。風と湿度は呼吸であり、空間を生き生きとさせる。 静かな心で素材を扱うと、それは「魂のある物質」となり、人の延長となる。 2. 空間 ― エネルギーが呼吸する場所 マインドフルな家は、呼吸する家である。空間は空っぽではなく、微細なエネルギーの場として常に動いている。風の流れ、光の射し方、静けさ、音――すべてが住む人の感情の波長に影響する。 日本建築では、それを「間（ま）」と呼ぶ。「間」は単なる空隙ではなく、エネルギーが流れ、人が静寂の中で自らの存在を感じる場所である。 美しい家が必ずしも住みやすいとは限らない。空間に余白があり、光が柔らかく、音が穏やかで、気が自然に循環するとき――その家は初めて「生きる」。 3. 心 ― 空間を形づくる源のエネルギー...
詳細を見る
身・心・気（しん・しん・き）――癒しの建築の基盤
家は、身体の避難所であるだけでなく、心と生命エネルギーを育む空間でもある。東洋の哲学では、人間とは「身・心・気」が一体となった存在であると考えられている。この三つが調和して働くとき、人は健康で、穏やかで、明晰な状態になる。逆に、バランスが崩れると、病や不安が生まれる――それは身体の中だけでなく、住まいの中にも現れる。 1. 身 ― 物理的な空間と素材 「身」とは、目に見える要素――素材、光、音、湿度、換気、温度などを指す。「癒しの家」は、まず健康な身体のような存在でなければならない。自然に呼吸し、自然光を受け、生きた素材でつくられた家であること。天然の木、焼き土、竹、石などには、触れると感じられる自然のエネルギーが宿る。庭に開かれた窓、自然に巡る風、やわらかな光がカーテンを通して入る――それらが身体を自然のリズムに調和させ、人工的な環境による負荷を軽減する。 2. 心 ― 感情と空間の知覚 「心」とは、私たちが空間をどのように感じ取るかである。静かな構成、穏やかな光、整った比率をもつ住まいは、安心感とゆとりをもたらす。デザインが「静」に向かうとき、人は自然と内側へと戻り、本来の安らぎに気づく。静寂な空間とは、空っぽではなく、静かに息づく生命そのもの。心を落ち着かせ、呼吸を深め、感情をやわらげてくれる。 3. 気 ― 目に見えない生命の流れ 「気」とは、人と空間の間を流れるエネルギーである。光、風の向き、湿度、自然磁場、そして住む人の感情までもが関係している。「気」が流れる家は呼吸している家――風が入り、光が通り、エネルギーが滞ることなく巡る。反対に、「気」が滞ると、方位の誤りや閉鎖的な素材、散らかった空間によって、人は疲れや重さを感じ、生気を失う。しかし「気」が自由に流れるとき、家は生命エネルギーの場となり、身と心を養う。 4. 統合 ― 生きた有機体としての家...
詳細を見る
現代の家が人を疲れさせる理由
1. 自然との断絶 ― 本来の生体リズムの喪失 現代の家はしばしば密閉されています。小さな窓、遮熱ガラス、常時稼働するエアコン、そして一晩中明るいLED照明。自然光や風、温度の変化が排除されると、人間の体内時計（生体リズム）が乱れます。 私たちの体は本来、太陽と共に生きるように設計されています。 朝、自然光の青い波長がコルチゾールを分泌させ、覚醒と集中を促します。 夜、暖色の光と暗闇がメラトニンを生成し、深い眠りを導きます。 しかし現代の家では、人工照明が昼夜を支配しています。脳は「今が昼か夜か」を識別できず、不眠、倦怠感、軽い抑うつを引き起こします。 これは科学的に「概日リズムの同調障害（circadian desynchronization）」と呼ばれ、多くの都市型不調の根本原因です。 2. 感覚の過負荷 ― 「感覚汚染」 人間には五感がありますが、現代の住宅はそのすべてを過剰に刺激しています。 視覚： 強い色彩、人工照明、電子画面 聴覚： エアコン、冷蔵庫、車の騒音 嗅覚： 合成素材や塗料、プラスチックの匂い...
詳細を見る