计算机仿真(第2章 仿真技术).ppt

1、第二章虚拟仿真技术、虚拟仿真技术是高新技术发展的最地面锋，是能够针对各种问题进行多学科综合研究的边缘科学。 “仿真”研究具有投资少、周期短、效果快、可控、安全无破坏性、结构和残奥仪表易修改、易考虑各种因素的综合作用等优点。 这使得一般的研究方法难以考虑各种因素之间的动态影响，避免了研究结果远离实际情况的缺点，降低了投资风险，避免了人力、资金的浪费。 因此，发达国家在许多领域广泛采用了虚拟仿真技术。 本资料提供了校园大学生创业网-上线了本代理，2.1定性仿真、定性仿真：用非数字方式处理信息录入、建模、行为分析和结果输出等仿真，并通过定性模型对系统进行定性定性仿真是系统模拟的分支，是系统模拟和自动

2、智能理论交叉产生的一个新领域。 特点：相对于传统的数字模拟，定性模拟有其独特之处：该模拟能够处理多种形式的信息。 有推理能力和学习能力，能初步模仿人类的思维方法。 人类界面更符合人类的思考习惯，所得结果更容易理解。 3种理论方法：模糊仿真方法，基于归纳学习的方法，朴素的物理学方法。 模糊数学方法：为了解决模型信息和计量资料的不真实自我问题，在定性理论中通常被用作描述手段。 归纳推理法：定性仿真的新方向来源于公共系统科学，主要利用其中的公共系统问题求解技术。 尽可能多的输入行为，用归纳学习方式建构系统的定性模型，进行仿真研究。 尺归纳推理最突出的优点是目标系统的结构信息完全不需要，不需要事先提供

3、模型。 但是，这种方法需要收集大量的数据进行处理和维护，而且由于现实条件的制约，不能保证摘要的完全性。 朴素的物理方法：在理论和应用方面最成熟，它使一些自动智能专门人才对朴素的物理系统进行了定性推论研究。 定性仿真的三种理论方法、定性仿真的应用、定性虚拟仿真技术和物理、化工、生态、生物、社会等学科相互渗透、结合，在系统监控、故障诊断、系统行为分析、解释、预测等方面发挥着越来越大的作用。 国外文献报道较多，应用效果较显着的应用领域主要是工程和工业过程的电子线路分析和故障诊断压电石英药物和医疗诊断社会经济领域。 2.2分布式交互模拟、分布式交互模拟(DIS，distributedinteracti

4、vesimulation ) :采用协调结构、标准、连接协议和数据库，通过有线局域网、广域网将分散在各地的模拟设备相互随着游戏模拟器网络的发展，分布式交互仿真以网络为基础。 通过网络技术，将分散在各地的人连接到电路模拟器和其他模拟设备上，形成时间和空间上一致的综合环境，实现平台与环境之间、平台与环境之间的相互作用和相互影响。 分布。 分布于地域各地或地域不同的用户针织面料，通过网络连接各用户针织面料间，共享统一系统。 相互作用。 首先是人的电路模拟的相互操作性，人机交互性也表现在各平台间、平台与环境间的相互作用中，有协调的构造标准和协议。 模拟。 包括结构模拟，虚拟模拟，实况模拟。分布式交互仿

5、真的特点，分布式仿真的系统结构，(1)网络结构的选择：一般采用多有线局域网、广域网互联互通，利用现有的闸道器、网桥、路由器进行主干网络选择光纤色散数据接口(FDDI ) (2)数据交换标准化(3)满足实时性要求(4)分布式数据库(5)物件导向建模和工具开发(6)动态场景的实时生成和显示(7)控制策略和建模(8)模型的验证、确认、认可(9)实验控制和种子文件反馈、分散仿真2.3虚拟仿真、虚拟仿真在由计算机的全部或一部分生成的多维感觉环境中，为参加者提供各种感官信息。 例如，视觉感知、听觉、触觉等可以给参加者带来临场感，让他们体验、接受、认识客观世界的客观事物。 虚拟仿真系统信息帧工作(1)、虚拟

6、仿真系统信息帧工作(2)、高性能计算机系统三次元视觉图像生成和立体显示系统立体声生成和播音系统力反馈触觉系统人体姿态、头、手位置测量跟踪系统，典型设备有头盔式跟踪监视器、数据手套等。虚拟仿真系统的组成部分、虚拟仿真系统的特点；(1)多感觉性：视觉感知、听觉、触觉、嗅觉、味觉等各种信息能力；(2)沉浸感：暂时脱离用户与现实；(3)交互性：用户可以通过三次元交互设备与系统实时交互(4) 自主性：系统中的仿真实体可以按照多种模型和规则自主运动；(1)动态环境建模技术：虚拟环境的建构动态环境的建立、视觉感知建模技术、行为特征建模；(2)高速三次元快速格拉夫快速生成技术：提高刷新效率；(3)立体显示和传

7、感器技术：头盔重量， 分辨率、延时、跟踪精度、力觉、触觉传感器(4)交互技术：三次元手势识别、语言识别与合成、用户视线跟踪技术表情识别与合成(智能技术) (5)系统集成与开发工具：虚拟世界数据库、三次元人机界面、虚拟仿真关键技术、虚拟仿真三要素， 虚拟仿真的三要素：构建由沉浸、人机交互、虚拟仿真技术所创造的虚拟环境，强调人类参与的临场感，使云同步能够在人与虚拟环境之间进行多维信息的交互，参与者能够从定性与定量集成的虚拟环境中获得对客观世界客观事物的感性与理性认识，深化概念，构建新的思路与创造性。 虚拟技术是客观事物在计算机上的本质实现。 客观事物包括人、物、环境及其关系。 例如，人类的决策行为

8、和响应特性、物体的几何形状和物理特性(动力学、反射特性、声学特性、照明模型、物理约束)、地形、气象条件、背景干扰作用等环境。 虚拟技术的应用、传统、新型、全新产品的研制，首先要制造一些样机，进行性能测试和试飞，周期长，费用高。 采用虚拟手板模型的概念，可以在虚拟环境中进行设计、性能测试和检测。 传统上，部队训练依靠实弹演习和目标，成本高。 采用虚拟战场的概念，通过对分布在各地的部队进行网络模拟，可以同时构成同一场所的多武器平台作战环境，用于训练部队。 虚拟制造通过计算机虚拟模型来模拟产品的设计、工艺规程、加工制造、装配、调试及生产过程的管理等。 通过采用虚拟技术，也可以构成“虚拟工厂”、“虚拟

9、企业”、“虚拟商业网络”等。 合并2.4仿真工程，合并仿真工程：是为一体化实现物理系统动态模型而设计的系统工作模式。 该模型在仿真项目工程的整个生命周期中实现了子过程和人类的云同步工作。 将经典的串行、交互实现的仿真工序改为有机、合并、交叉、优化的云同步仿真工序，提高效率、降低成本、改善质量。并发性是子过程内部并发性(子模型云同步建模)、子过程并发性。 (1)强调协同作业“人”的作用，强调人的协同作业，各组一起工作。 (2)一体化和并行工作：一体化、并行建模与仿真，特别是早期建模。 (3)重视用户的需求。仿真工程工作原理并行，仿真工程实现要素并行；(1)一体化的层次行政指挥系统：规划、方案编制

10、、机构调整、组织、实施、运行、维护；(2)塔斯克组；(3)信息管理：各种信息获取、显示、表现；(4)萨通讯端口环境：萨通讯端口云同步运行；(5) 网络技术：连接协议、网络管理、数据保密工作、网络测试工具(6)数据库集成技术：工程数据库、面向对象数据库技术(7)的知识处理能力：专门人才系统、神经网络、符号处理、知识处理中的专门人才系统结构，黑板：各模块共享的数据库推论机制：调度器可以启发知识，根据问题和计划来解决问题关系，定义问题的优先级，推论器使用知识库计划来执行待机上通告。 知识库：记录计划、框架等信息，在不同的知识表达方法中构成不同的知识库。 真值维护系统：维护系统假设和结果的一致性，避免

11、推理过程的重复和错误。 解释程序：向用户说明系统的动作，记录推论轨道。 学习反应历程：从黑板上积累的中间结果进行学习，改善知识库和数据库。仿真工程的研究方向并行；(1)体系结构：人的集成、项目工程功能集成、知识集成、工具集成；(2)基础技术：组织反应历程、决策支持系统、计算机鼎力相助建模；(3)仿真模型标准化；(4)知识处理技术、网络仿真是一个新的网络以独特的方式为网络规划设计提供客观可靠的定量依据，缩短网络建设周期，提高网络建设中决策的科学性，降低网络建设的投资风险。 2.5网络仿真，传统的网络设计方法：经验，实验和计算。 经验方法最简便，但其效果在很大程度上依赖于规划设计者的网络设计经验，

12、设计结果的主观成分突出。 在网络规模小、网络拓扑结构结构比较简单、网络话务量少的情况下，可以以经验为主，通过实验和数学计算等手段进行网络规划设计。 这是因为，网络设计者一般具有比较丰富的中小型网络设计经验和教训，在网络较小的情况下，网络试验和数学估算比较容易进行，结果也比较可靠。 因此，以经验为中心的网络设计方法被广泛使用。 1背景的产生，传统的网络设计方法的缺点是随着网络规模的增大，网络元件的类型增加，网络拓扑图变得越来越复杂，网络的话务量也急剧增加，出现了以经验为中心的网络设计方法的缺点。 由于网络规划设计者没有相对大的网络设计经验，所以在设计过程中主观要素更加突出的一般情况下，在网络设计

13、阶段进行网络建构定实验是不可能的，得不到设计所需依据的数学计算和估计方法， 难以应用于大规模、复杂的网络，所得到的结果的可靠性低，特别是在报文分组交换、统计复用的数据网络的情况下更是如此。 因此，随着网络的扩大，为了提高网络设计的客观性和设计结果的可靠性，降低网络建设的投资风险，新的网络计划和设计手段越来越迫切。 网络虚拟仿真技术就是受这种需求的吸引而产生的。 2网络虚拟仿真技术及其特点、定义：网络仿真是一种利用数学建模和统计分析方法模拟网络行为，获取特定网络特性残奥参数的技术。 数学建模包括网络建模(网络解老虎钳、通讯网络链接等)和话务量建模两部分。模拟网络行为：模拟在实际网络中传输、交换、

14、复用网络话务量的过程。 网络特性残奥仪表：通过包含网络整体性能统计量、网络节点性能统计量、网络网络链接的话务量和延迟等，可以取得某业务层的统计数据，也可以得到连接协议内部某特殊残奥仪表的统计结果。 网络仿真为网络规划设计提供了可靠的定量依据。 网络仿真非常适合于预测网络性能并提出“如果是”问题，因为网络虚拟仿真技术可以快速建构现有网络模型、方便地修改和仿真模型。的能力。 网络仿真可以验证实际的方案，比较多个不同的设计方案(网络拓扑结构、路由设计、业务构成等)。 网络规划设计过程中出现许多不同的设计方案，往往各有优缺点，单凭主观判断难以做出正确的选择。 网络仿真可以为不同的设计方案建构模型，进行

15、仿真，获得定量的网络性能预测数据，为方案的验证和比较提供可靠的依据。 网络虚拟仿真技术的特点、网络虚拟仿真技术与传统网络设计方法的关系、经验、实验和计算作为传统的3种网络设计方法是有限度的。 网络虚拟仿真技术和这三种方法组合使用可以弥补它们的不足。 网络仿真是一种介于实验和计算之间的技术，通过建构实际系统的数学模型，在同一运行反应历程下仿真物理系统的动态行为，可以说网络仿真是一种基于统计计算的仿真方法。 4种网络设计方法的比较，该表显示了经验方法、实验方法、理论计算和网络仿真4种方法的可靠性、实现成本、可行性和适用网络规模的比较。 网络仿真在以上四个方面基本上是经验方法、实验方法、理论计算三种

16、方法的理想折衷，特别是在大型网络规划和设计方面有明显优势。网络设计的基本原则是针对根据经验和计算化学基进行初步网络规划和设计的经验和计算困难问题，建构网络仿真模型，通过仿真获得必要的设计依据，如果条件允许，可以建构小型试验网络进行试验对于可以进一步验证设计和仿真结果的多个不同设计方案，建构各自的网络模型进行必要的仿真，为方案的比较和选择提供依据。 利用网络仿真手段验证完整的设计方案，检验是否达到预定的技术指标。 网络仿真软件平台、网络仿真软件软件可以分为高端和低端两种产品.一般来说，高端产品比低端产品大。 高端产品：一般有复杂的建模反应历程、比较完整的模型库、完整的外部界面、强大的功能，可以得

17、到比较可靠的仿真结果，主流产品几乎都来自美国公司，如OPNET、COMNET等。 低端产品：一般来说，简单的建模反应历程、小模型库、简单的外部界面，功能单一，仿真结果不可靠，比较著名的产品也几乎来自美国。 关于高端产品，因为产品的定位、采用的虚拟仿真技术也大不相同，所以呈现不同的特征，也有各自不同的适用领域。 主要是COMNET和OPNET。 例如，COMNET采用了数学解析模拟方法，虽然模拟效率高，但是不能得到网络和连接协议的详细的结果。 因此，COMNET适用于网络的掌门人级性能的模拟。 OPNET综合采用基于封装的建模方法和数学分析的建模方法，既可以得到非常详细的仿真结果，也可以得到较快

18、的仿真计算速度。 OPNET网络仿真软件、OPNET网络仿真软件是目前世界上最先进的网络仿真开发和应用平台，近两年被第三方机构(例如NETWORK WORLD等)选为“世界性网络仿真软件”的掌门人。OPNET产品系列： OPNET网络仿真软件创建于1986年，由几名麻省理工学院人民教师，目前该产品系列主要包括以下4个产品：网络计划设计工具。 它没有网络节点和连接协议建模功能。 限定在基于基本模型的网络建模与仿真中。 可以自动读取网络的拓扑分析和话务量数据。 网络模拟平台。 它通讯端口网络各个级别的设备、网络链接和连接协议的精确建模，并提供丰富的外部开发界面。 无线合十礼和移动网络仿真通讯端口工具。 现在有大哥大、卫星、无线局域网等。 辅助模拟工具。 模型验证网络环境中的硬件设计，包括OPNET模型、三层、网络、节点和流程。 Network模型：最高级别的模型，由网络节点(Node )和连接网络节点的通