Комп’ютерна модель

Комп’ютерна модель

Що таке комп’ютерна модель та які її особливості?

Ви знаєте, що у процесі пізнання та практичної діяльності людина використовує різноманітні моделі для дослідження реального об’єкта в різних умовах. Модель — це матеріальний або уявний об’єкт, яким у процесі дослідження деякої предметної галузі замінюють реальний об’єкт оригінал, зберігаючи важливі для цього дослідження суттєві властивості оригіналу. Якщо модель подають за допомогою спрощеного матеріального об’єкта, то отримують матеріальну модель. Якщо модель подають за допомогою описів, формул, зображень, схем, таблиць, креслень, графіків, то в такому разі мають справу з інформаційною моделлю. Оскільки інформаційні моделі доступні для опрацювання на комп’ютері, то для них у різних середовищах створюють комп’ютерну модель.

Комп’ютерна модель — це інформаційна модель, подана у знаковій формі та реалізована за допомогою комп’ютера.

Комп’ютерна модель допомагає спостерігати й досліджувати явища й процеси в динаміці їх розгортання, здійснювати багаторазові випробування моделі, отримувати різноманітні кількісні показники в числовому або графічному поданні, зокрема такі, які потребують виконання складних, численних або трудомістких розрахунків.

За допомогою комп’ютерного моделювання вивчаються об’єкти та явища, які неможливо, дорого або небезпечно відтворювати в реальних умовах. Це дає змогу не лише економити матеріальні ресурси, а й зберігати екологічні умови існування людини, уникати можливих шкідливих або руйнівних наслідків проведення випробувань.

Комп’ютерне моделювання є унікальним інструментом пізнання швидкоплинних або надповільних процесів. Їх можна досліджувати на комп’ютері, розтягуючи чи стискаючи час або навіть зупиняючи його для вивчення певних етапів процесу. Моделювати й вивчати за допомогою комп’ютера можна й такі явища, які не відбувалися, або невідомо, чи від-будуться коли-небудь у реальному житті, як, наприклад, зустріч нашої

планети з іншим небесним тілом.

Комп’ютерне моделювання застосовують для розв’язування широкого кола завдань, зокрема:

 конструювання транспортних засобів;

 аналіз поширення забруднюючих речовин в атмосфері;

 комп’ютерні тренажери для тренування пілотів;

 емуляція роботи електронних пристроїв;

 дослідження поведінки будівель, конструкцій і деталей під механічним навантаженням;

 проектування виробничих процесів, наприклад хімічних;

 прогнозування цін на фінансових ринках;

 моделювання роботів й автоматичних маніпуляторів тощо.

Різні сфери застосування комп’ютерних моделей висувають різні вимоги до надійності одержуваних за їх допомогою результатів. Для моделювання будівель, деталей літаків, елементів нафтогазового обладнання потрібна висока точність і ступінь достовірності, тоді як моделі еволюції міст і соціально-економічних систем використовуються для отримання наближених результатів.

Чим відрізняються комп’ютерні моделі?

Розрізняють різні види комп’ютерних моделей.

Фізична комп’ютерна модель передбачає, що комп’ютер є частиною деякого експериментального пристрою чи тренажера, який за допомогою датчиків сприймає зовнішні сигнали, здійснює відповідні розрахунки та видає сигнали, що впливають на управління відповідними маніпуляторами. Наприклад, під час підготовки пілотів літальних апаратів використовують навчальну модель літака, яка оснащена відповідною комп’ютерною технікою, що «реагує» на дії пілота, змінює нахил кабіни, покази приладів, вид з ілюмінатора, тим самим моделюючи політ реального літака.

Графічна комп’ютерна модель — це сукупність певним чином організованих даних (знаків, сигналів), що відображають найістотніші властивості об’єктів дослідження. До таких моделей належать наочні, графічні, анімаційні, текстові, табличні інформаційні моделі, реалізовані засобами різних програмних середовищ. Це можуть бути також схеми, графи, графіки, діаграми, малюнки, відео, карти тощо, робота з якими здійснюється з використанням комп’ютера.

Імітаційна модель реалізується деякою комп’ютерною програмою чи пакетом програм, що імітує поведінку складної технічної, економічної, біологічної, соціальної чи іншої системи з потрібною точністю. Такі моделі використовують для дослідження змін об’єктів обраної системи дослідження, для створення комп’ютерних ігор, «віртуальних світів», навчальних програм та анімацій. Наприклад, гру Minecraft можна використати для імітації археологічних розкопок, зміни ландшафту залежно від кліматичних умов, будівництва власних будинків, застосовуючи стилі різних епох тощо.

Обчислювальна комп’ютерна модель реалізується програмою для розрахунку стану системи, що моделюється за її математичною моделлю. Її застосовують для моделювання різних фізичних, біологічних, соціальних та інших явищ. Наприклад, коливання маятника, поширення хвиль, зміни чисельності населення, популяції певного виду тварин тощо. Такі моделі часто застосовують для багаторазового проведення випробувань, у тому числі — зі зміною параметрів, з подальшим збором та опрацюванням отриманих результатів чи для розв’язування задач на найкращий розкрій деталі, мінімальні витрати чи максимальний прибуток.

Логічні комп’ютерні моделі ґрунтуються на моделюванні знань, побудові системи штучного інтелекту, в основі якої лежить база знань деякої предметної галузі. Бази знань складаються з фактів — даних і правил.

Наприклад, комп’ютерна програма, яка «уміє» грати в шахи, складається з алгоритмів дій кожної шахової фігури, реалізує правила взаємодії фігур різних кольорів та пропонує логіку дії комп’ютера у відповідь на дію реального гравця.

Вправа 1. Атлас людини.

Завдання. Визначте, які засоби онлайнового сервісу ZygoteBody підтверджують те, що у середовищі подано наочну графічну комп’ютерну модель анатомії людини.

1. У полі адреси браузера введіть https://zygotebody.com/ та дочекайтеся завантаження онлайнового середовища.

2. У списку компонентів оберіть стать моделі людини.

3. Рухайте повзунком на панелі відображення систем органів, яка задає рівні глибини проникнення: від покривної системи — до нервової.

4. Управляйте процесом перегляду моделі: повертайте модель за допомогою стрілок у вікні середовища або скористайтесь відповідни-ми клавішами клавіатури; змінюйте розмір моделі за допомогою інструментів масштабування чи коліщатка миші.

5. Розгляньте відео про додаткові можливості зареєстрованого користувача сервісу в пробній чи придбаній версії, наприклад відео про додаткові інструменти .

6. Зробіть висновок за умовою завдання та завершіть роботу із середовищем.