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仿真—从虚拟空间认识真实世界

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本文摘要(由AI生成):

文章主要讨论了仿真在科学研究和设计中的作用和价值。仿真可以提供丰富的信息,帮助研究人员更好地理解物理现象,同时也可以降低实验成本。然而,仿真也存在不可靠的问题,特别是在未知领域。因此,研究人员需要正确使用仿真,结合实验和理论研究,发挥仿真的优势。

仿真是什么?

无限扩张人类想象力的空间

包含丰富信息的虚拟世界

现实中不存在的“纯洁”环境

用来观察和理解物理现象的镜子

假的比真的好,假的比真的还真

1、仿真不可靠

常言道,做仿真的只有自己相信,做实验的自己不信别人信,仿真不可靠好像已经是定论了。

做仿真你们自己不觉得没劲吗?自说自话地搞出一堆漂亮图片,还给我们放动画片,你能保证给我们看的是真的吗?写报告的时候仿真很有用,能提供很漂亮的素材,但是真要做设计,你敢用仿真的数据吗?号称什么都能算,其实什么都算不准,最后出来数据还要用我们的常识去判断对不对,这样的仿真要他何用?

我是以仿真为生的,我把仿真捧得很高,如今的仿真已经俨然是理论、实验、仿真三足鼎立中的重要一只脚了。往往在研究成熟的领域里,理论清晰、实验测得准,仿真也可靠。但是在未知领域,理论说不清、实验测不准、仿真也不可靠。不要老说仿真不准,其实在仿真完全不靠谱的时候,你们做实验和理论研究的一样没办法哦。

2、仿真好处多

① 仿真成本低

做仿真不用加工模型,不用买测量设备,真是多快好省啊。做个模型想大就大,想小就小。做大模型不用盖房子、搭架子。烧多少个亿建实验室也做不到的尺寸,在仿真就是加几个零一回车的事情。无法加工和测量的细小模型,在仿真只不过将尺度单位改一下。

如今仿真的成本正在逐步超过实验,成本低不再是绝对优势。过去的简单快捷的仿真(其实只是估算)已经被逐出仿真的定义,目前所说的仿真往往要大量的网格,长时间的迭代计算和繁复的数据后处理分析。对于在普通环境下工作尺寸一般的产品,比如电风扇,冲水马桶,做仿真反而费用高、周期长。

② 仿真空间无限

做得实验无法达到的状态,例如特别的高温、高速、高空、低温、海底……。仿真给我们赋予了无边的想象力,只有你想不到的没有你做不到的,可以做到实验无法企及的难度和复杂。

③ 仿真信息丰富

可以取得实验无法测量的数据,仿真可以同时获得所有位置的所有参数。你见过实验可以同时测量空间中所有位置的速度、压强、温度、组成吗?实验只能用可怜的几个传感器,测量个别参数,更加要命的是很多接触测量本身会破坏真实状态。

仿真如洪水猛兽在最近20年从高校走向研究所、又走向工厂,从高端的研究工具已经发展为常规的设计工具。因为只有仿真才能在无限可能中给出全部信息。

3、仿真应当这样用

不管你赞不赞成仿真,虚拟覆盖现实的未来已经无法逆转,所以还是好好讨论如何在虚拟中做好自己。

① 基于丰富信息开展机理分析

这恰恰是被广大设计员忽略的东西。很多人只要仿真最后结果,对仿真取得的流动细节置之不理。遵循习惯在几个传统位置截几个图排列在一起,就算是完成仿真分析了。仿真不分析细节,好比娶了媳妇没有掀开盖头,可惜啊可惜。

很多人看到这里很生气,谁不分析?我们把云图、矢量图、流线图都画出了,指着图告诉你流动在这里有个漩涡。这种看图说话已经成为仿真报告的典范,所谓分析就是将图片中一眼能看到的东西说一遍,但是不分析内在的规律,不告诉这里到底出了什么问题。好像医生看我的X光片,告诉我哪里多长了一块、少了一块,但是不告诉我得了什么病。

看图说话不是分析信息,仿真分析的核心不是描述流动现象,而是对流动现象提出一个假设,假设这个漩涡是由什么引起的,然后像福尔摩斯破案一般,从流动的上游、周边、内部,寻找各种证据去验证或者推翻原来的假设,这个过程才是人类做的事情。

如果只是看图说话,长眼睛的谁不知道那里有个漩涡,让计算机自动出个报告就行了,作为一个骄傲的人类设计员如何显示自己比计算机强一点。只有在仿真中做好机理分析,我们设计员才用处。

② 创造“纯洁环境”化繁为简

所谓科学研究就是将复杂的现实问题放到特定的环境下研究分析。

仿真特别适合做这个事情,例如你要看消除重力后的影响,如果做实验想要消除重力,需要去太空做实验,在仿真中只需将重力加速度设为零。如果要研究一个没有粘性作用的流动,请问做实验有多难?而仿真只要选择取消粘性。这是过于极端的现象,对于普通研究,也许你需要一个完全隔热的壁面,一个完全均匀的来流等等,实验要做到不是不可以,但是很难。

实验的麻烦是太接近真实,要将各个现实的因素剥离开来太难,只有在虚拟的仿真中,才可以轻松地剥离各个因素,模拟少数因素的影响,这样才有希望清楚地看到各个因素的影响规律,否则一团乱麻,你如何分辨最终结果是众多因素中的那个在捣鬼。

设计一个“纯洁”的仿真状态,将重要因素剥离出来,识别出更为清晰的规律,这才是仿真的功能。

声明:作者陆宏 志,流体力学研究员,原创文章,首发陆姐说公 众号,本文已授权,部分图片源自网络,如有不当请联系我们,欢迎分享,禁止私自转载,转载请联系作者。

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首次发布时间:2018-11-24
最近编辑:1月前
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