生物模仿技术篇1
1引言
自动化物流系统在提高生产效率的同时，也给企业的决策者如何全面的评估一套先进的物流系统带来新的挑战。一方面是由于系统的复杂性，不可能是人脑力所能完成的；另一方面是一套新的系统也不可能在真实的条件下测试其可行性。现代化的物流系统是集光、机、电技术为一体的复杂的系统工程，而计算机仿真技术能够提供一种复杂环境下的智能解决方案，把两者结合起来就可以利用电脑模拟现实的情况，给决策者提供一个理论依据。有关数据显示，利用仿真分析方法改进物流系统方案后可使总投资减少30%左右。因此，计算机仿真技术的应用为物流企业的配送中心、仓库管理系统、分拣系统、运输系统以及货物的实时跟踪提供了一种评价的方法，大大缩短了先进物流系统的研发周期、降低了成本，并使之更好的应用于生产实践之中。
2仿真技术在物流系统中的应用概况
计算机仿真技术是一种模仿行为，它利用计算机来运行仿真模型，模仿实际系统的运行状态及其随时间的变化情况，并通过对仿真过程的观察和统计，得到仿真模型的输出参数和基本特征，以此来估计和推断实际系统的真实性能，并为决策提供一定的参考。近些年来，仿真技术逐渐在各个领域都得到了广泛的应用，并在很大程度上代替实物系统。计算机仿真需要三项基本要素：系统、模型和计算机，而联系这三个要素的基本活动是模型设计、模型实现和仿真实验。图1描述了仿真过程三项基本活动之间的关系。
在实际的生产过程中，计算机物流仿真模型是根据自动化物流系统的工艺需求建立起来的，而且需要确立物流设备的基本运行参数。系统的工艺流程和系统之间存在着的逻辑控制关系，可以根据所建立的模型对物料流动过程中设备处理该物料所需的时间、流动轨迹等条件编写逻辑控制程序。程序编写后，设定物流系统的初始值并把初始值输入系统，就可以利用仿真软件在计算机上运行此仿真系统。仿真运行时间可以根据实际物流系统的生产班次或最大物流量进行模拟。
对得到的运行结果进行分析，可以确定系统是否存在瓶颈、流程是否畅通、物流量能否满足需求。如果系统运行后，得到的结果不符合预期，需要找出相应的原因，改变参数或调整方案，进行下一次的模拟直至满足物流系统的生产需求。最终的仿真结果可以为管理者和设计者生成三维动画输出结果及仿真报告，为进一步优化和完善提供科学的依据和理论支持。
目前在国外的许多物流和制造企业中已广泛应用仿真技术，如加拿大邮政、德马泰克等。我国对现代化的集成化物流规划设计仿真技术的研究较晚，从2001年开始，山东大学和同济大学才开始相关领域的研究工作，但是发展速度很快。目前国内已经有部分企业采用仿真技术，但是和国外比起来，不论是在规模还是技术上与国外都有很大的差距。近些年来，现代企业越来越重视物流在生产系统中的重要作用，对物流的设计和仿真也越来越多的得到较多的研究。
3现代物流系统中常用的仿真软件
物流仿真软件可提供基本的功能元素，使仿真的编程工作大大简化，常见的有automod、witness、em-plant、Flexim、Racl等。
3.1automod
automod仿真软件能够满足初次使用者与专业人员的需求。你可以轻松而精确地模拟任何规模、任何精细程度的系统--从手工作坊到全自动化的设施。使用automod的独特功能可以提高成功率与生产力，automod的独特功能有3D虚拟现实动画、互动建模、原料运送模板、易于理解的语言。automod主要有以下优点：减少设计与开发时间；减少运营瓶颈的风险；建模繁简由人；建模高度精确；增强对设计的信心；减少设计错误的风险；支持设备投资分析。
3.2witness
witness是由英国lanner公司推出的功能强大的仿真软件系统。它可以用于工业规划的离散系统仿真，同时又可以用于连续流体（如液压、化工、水力）系统的仿真。其特点是界面整齐；操作方便；拥有直观的元素：像entity、part、machine、Vehicle等，易学易懂。
3.3Flexsim
Flexsim采用经过高度开发的部件(object)来建模，允许建模者使模型构造更具有层次结构，并且其中的部件可以在不同的用户、库和模型之间进行交换，可移植性很强。通过部件的参数设置，设计者可以对几乎所有的物理现象进行模型化。例如，可用Flexsim对操作人员、输送机、叉车、仓库、箱子等建立模型。另外，信息情报等“软”的部分也可很容易地使用Flexsim功能强大的部件库来建模。图2是Flexsim建立的局部原材料传输模型。
4计算机仿真技术在物流服务中的应用
现代化的自动化物流系统车辆众多，运输路线复杂，利用传统的数学解析法和运筹学已经不能满足物流运输的效率和畅通性需求。运输和调度方案已经成为了一种离散化的概率事件，存在很多的可能性，给物流的管理带来了极大的难度。
快速的评估各种方案或策略的优劣关系到生产效率和生产成本，是物流运输与调度人员的重要工作内容。所以，现代物流系统是一个复杂的动态变化系统，其中的运行状态、道路堵塞情况、物料供应情况是时刻变化的，必须建立运输系统模型，利用计算机仿真技术来模拟出动画的效果，把生产的全过程展现出来并发现存在的问题症结加以改进。仿真结果可以综合评价各种策略的合理性，还可以提供各种数据，包括车辆的运行时间、利用率等。通过对运输调度过程仿真，调度人员对所执行的调度策略进行检验和评价，从而选择一种较优的调度策略来提高生产效率。
比如物流库存管理问题是典型的离散事件问题，货物的入库、出库、存放数量都是一个随机事件，而且各变量之间的关系错综复杂。因此，物流库存是一个动态的模型，很难利用数学统计的方法来描述。利用计算机仿真技术可以模拟实际库存系统的运行情况和整体能力，掌握入库、出库的时机和数量，进而对库存方案的优劣进行评价。目前在物流库存管理系统的计算机仿真技术中应用较多的研究方法是以过程为核心的面向过程的离散事件系统仿真方法和以事物为中心的面向对象的离散事件系统仿真方法。仿真技术在库存管理中的应用主要是：单品种、单节点库存仿真、生产/库存系统仿真、分销库存系统仿真和多级库存系统仿真。自动化的物流库存系统可以实现自动存取系统（aS/RS）仿真、自动引导小车系统（aGVS）仿真和自动分拣系统（aSS）仿真。
此外，将库存管理系统与物流配送中心的结合还可以实现管理调度策略仿真，如配送中心定单排序策略仿真、拣选方式的选择仿真和货位分配仿真。在运输过程中则是实现运输设备调度策略的选择与比较仿真和拣选路径选择的仿真。为了使得库存系统与系统配置与布局相互配合与协调，可以对设备选型、关键设备能力冗余和设备运行协调性仿真。在现代的库存管理系统中，信息平台和信息处理技术如条形码技术、射频标识技术、地理信息系统等的广泛应用，特别是与internet技术联系起来，使得库存管理系统更加的智能与开放，也给计算机的仿真技术带来了新的挑战。
5计算机仿真技术在生产物流系统规划中的应用
商品从物料的存储、运输到加工、包装等工序是一个连续贯通的生产物流系统，要实现对设备和物流工艺更加有效的布局规划，目前一个重要的工具便是仿真。计算机仿真针对生产物流系统的各个加工单元建立起实体的模型，设定参数、编排程序，并在计算机上运行模型，可以得到生产系统的三维动画。对模拟的结果进行分析，能够找出影响生产流程效率的关键环节和“瓶颈”位置，为动态调整生产的平衡提供理论依据。
自动化的生产物流系统一般由原料存储、输送、加工、成品包装及运输等子系统组成，它们都是由计算机管理和控制。计算机可以实时记录和调整工艺参数，通过仿真可以对这些参数进行优化。
仿真软件将凭经验的猜测从物流系统设计中去除，对设计一个复杂的工艺流程特别有效。在仿真软件的操作界面上，规划设计人员可以观察到不同的场景，通过不同的生产能力对各种物流方案进行评价。并且可以模拟一些假定的条件，如其中一个子系统出现故障，观察它对其他工序的影响。现代化的仿真软件开发者们也逐渐专注于提高软件的水平和人机友好界面，通过四维（x、y、z、t）空间的最新软件设计，使得系统更加接近现实世界。更加先进的软件倾向于软件不但在设计时是一个很好的帮助，也成为一个操作控制工具。目前在生产物流系统中广泛使用的automod计算机仿真软件具有可信度高，数据准确的优点，是生产物流系统设计和优化的有力工具。
6计算机仿真技术在物流系统中的应用前景
随着现代物流自动化水平的不断提高，它与商流、资金流、信息流融为一体已经成为一种必然的趋势，现代物流业正迈向信息化、电子化和科技化的道路，仿真技术已经被广泛应用于物流系统中进行规划设计、运输调度、物料控制以及生产线平衡等。近些年来，我国兴建的自动化物流系统中也越来越多的应用到计算机仿真技术。在未来几年的发展中，仿真技术主要应用于大型物流中心的系统规划及设计、物料的实时跟踪与调度、物流成本的估算、物流自动化系统的模拟等领域，特别是与信息技术、电子技术、网络技术和通讯技术结合，在现代物流业中有很大的发展潜力，并发挥着其成本低廉、计算精确的强大优势，通过验证分析得出合理的规划方案，提高系统方案的可行性。
生物模仿技术篇2
（1）计算机仿真计算在产品模型为中心的应用：在产品模型引入计算机仿真技术可以对产品的静态及动态性能、可制造型、可装配性等情况进行分析。一个产品的研究与开发，需要考虑其实用功能、实际需求、产品外观、产品尺寸、产品的可制造型、产品的可批量生产性等方面的因素，计算机仿真技术很好的完成这些工作，在产品模型中发挥作用。
（2）计算机仿真技术在制造系统模型为中心的应用：制造业中的制造系统模型中包括了制造设备的高仿真智能运用。复杂制造系统的模拟等过程，计算机仿真系统在检测设备的运行能力、监控设备的实际运行状况中发挥着巨大的作用。
（3）计算机仿真技术在开发过程模型为中心的应用：在这个分类中，计算机仿真技术主要是在产品设计和制造中起到作用。产品的制造过程引入计算机仿真技术就是利用仿真技术将制造系统模型和产品模型进行有效的结合，进行多方位的模拟、全面的运算，以及全面的考虑生产批量、产品成本等问题，开发出合格并且满足需求的产品。
二、计算机仿真技术在制造业中的应用
计算机仿真技术作为一种高新的科学技术在制造业中具有广泛的应用，在工业、军事、医疗等汗液都有应用，特别是在航空行业、国防行业等大规模、复杂的系统研发中具有很高的应用价值。计算机仿真技术在制造行业中的应用可以减少不必要的损失、节约经费、缩短产品开发周期、提高产品质量。在制造行业中，计算机仿真技术涵盖了产品的设计、制造、测试运行的全过程，已经成为了制造业不可或缺的重要技术手段。 计算机仿真技术中的虚拟现实技术可以使用户通过电脑屏幕进入一个三维世界，其可以为产品提供一个可视化的三维环境，对物体进行交互操作，从而对质量和数量进行综合决策，这种可视化的解决策略可以对快速化及批量化生产的发展起到推动作用[2]。虚拟现实技术可以实现人机互动，对产品的性能和运行状况进行测试与监控，这种技术将计算机图文学、高仿真技术、计算机传感技术等多种技术手段进行了结合，这种技术对产品的各个阶段都可以进行支持，使用者通过操作可以检验产品的各个部件是否合格，检验产品的各个性能进的稳定性，检验产品功能的实用性。 计算机仿真技术中的虚拟制造技术将三维模型和虚拟仿真进行有有效的集成，从而可以对实际世界中的物体进行操作，是一种计算机辅助系统技术，是一种实现生产制造过程的应用技术[3]。虚拟制造技术在制造业中的引入可以实现实际生产线或车间中少人力、物力、财力并在短时间内进行产品的设计验证[4]，为产品的生产奠定坚实的基础。
三、制造业中计算机仿真技术的研究展望
计算机仿真技术实现了企业的生产过程的信息化、数字化、以及网络化，为企业产品的设计与制造提供了包含生产源、工艺流程、管理等多种动态信息的分析方法。在传统的制造方法却无法对生产线进行快速化设计，无法进行小批量多品种的产品的生产，对于产品的设计、制造、控制都很难达到预期的效果，而计算机仿真技术的引入就可以很好地解决这些问题。
现阶段应用比较广发的物流仿真软件有DeL-mia/QUeSt、em-plant等，这些软件都是面向对象的、图形化集成建模仿真软件，可以搭建系统仿真模型，通过参数输入而获得系统的参数输出，对制造企业的实际生产具有很高的参考性。随着仿真软件在制造业中的需求的不断增大，计算机仿真技术会不断的发展，三维建模软件与物流仿真软件会得到更好的结合，并以快速、简单的建模建立、工艺仿真以及优化算法等一步一步的集成，这将是制造业中计算机仿真技术的发展方向。
四、结论
生物模仿技术篇3
关键词模拟虚拟仿真模拟仿真虚拟现实
中图分类号：tp3文献标识码：a
1模拟与仿真
模拟经常采用虚拟具体假想情形的方法，也经常采用数学建模的抽象方法。利用模型复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统。这里所指的模型包括物理的和数学的，静态的和动态的，连续的和离散的各种模型。所指的系统也很广泛，包括电气、机械、化工、水力、热力等系统，也包括社会、经济、生态、管理等系统。当所研究的系统造价昂贵、实验的危险性大或需要很长的时间才能了解系统参数变化所引起的后果时，一般采用模拟的方式来完成。
仿真是一种特别有效的研究手段。仿真的重要工具是计算机。仿真与数值计算、求解方法的区别在于它首先是一种实验技术。仿真的过程包括建立仿真模型和进行仿真实验两个主要步骤。仿真技术的实质也就是进行建模、实验。现代仿真技术的发展是与控制工程、系统工程及计算机技术的发展密切相关联的。控制工程和系统工程的发展促进了仿真技术的广泛应用，而计算机出现及计算技术的迅猛发展，则为仿真提供了强有力的手段和工具。因此，计算机仿真在仿真中占有越来越重要的地位。一般认为，建立模型是仿真的第一步，也是十分重要的一步。仿真基本上是一种通过实验来求解的技术。通过仿真实验要了解系统中各变量之间的关系，要观察系统模型变量变化的全过程，此外，为了对仿真模型进行深入研究和结果优化，还必须进行多次运行，系统优化等工作，因此，良好的人机交互性是系统仿真的一个重要特性。
模拟侧重于软件，强调过程。仿真则侧重于硬件，仿真的重要工具是计算机、模拟器。无论模拟还是仿真都与实验相关，整个实验叫仿真，而实验过程应该叫模拟，所以模拟仿真不可分割，发展到今天统称为模拟仿真。
2模拟与虚拟
模拟是对真实事物或者过程的虚拟。模拟要表现出选定的物理系统或抽象系统的关键特性。模拟的关键问题包括有效信息的获取、关键特性和表现的选定、近似简化和假设的应用，以及模拟的重现度和有效性。可以认为仿真是一种重现系统外在表现的特殊的模拟。虚拟是对真实的模仿，对训练过程的假想。
3虚拟现实与模拟仿真
虚拟现实（VirtualReality，简称VR），是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，具体地说，就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生亲临等同真实环境的感受和体验。虚拟现实是高度发展的计算机技术在各种领域的应用过程中的结晶和反映，不仅包括图形学、图像处理、模式识别、网络技术、并行处理技术、人工智能等高性能计算技术，而且涉及数学、物理、通信，甚至与气象、地理、美学、心理学和社会学等相关。
概括地说，虚拟现实是模拟仿真在高性能计算机系统和信息处理环境下的发展和技术拓展。我们可以举一个烟尘干扰下能见度计算的例子来说明这个问题。在构建分布式虚拟环境基础信息平台应用过程中，经常会有由燃烧源产生的连续变化的烟尘干扰环境能见度的计算，从而影响环境的视觉效果、仿真实体的运行和决策。某些仿真平台和图形图像生成系统也研究烟尘干扰下的能见度计算，仿真平台强调烟尘的准确物理模型、干扰后的能见度精确计算以及对仿真实体的影响程度；图形图像生成系统着重于建立细致的几何模型，估算光线穿过烟尘后的衰减。而虚拟环境中烟尘干扰下的能见度计算，不但要考虑烟尘的物理特性，遵循烟尘运动的客观规律，计算影响仿真结果的相关数据，而且要生成用户能通过视觉感知的逼真图形效果，使用户在实时运行的虚拟现实系统中产生亲临等同真实环境的感受和体验。
虚拟现实技术是二十世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术，是由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境——虚拟环境，用户投入这种环境中，就可与之交互作用、相互影响。它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，从而也大大推进了计算机技术的发展。目前，虚拟现实技术已在建筑、教育培训、医疗、军事模拟、科学和金融可视化等方面获得了应用，渐已成为21世纪广泛应用的一种新技术。
模拟仿真是一种物理模拟技术的应用，它主要是通过模拟实车、实兵或实战环境，来培养单兵或小范围作战编组的作战技能。
生物模仿技术篇4
关键词：仿真 计算机仿真 计算机仿真技术
一、引言
仿真是对现实系统的某一层次抽象属性的模仿，人们利用这样的模型进行试验，从中得到所需的信息，然后帮助人们对现实世界中某一层次的问题做出决策。计算机仿真就是建立系统模型的仿真模型进而在电子计算机上对该仿真模型进行模拟实验的研究过程。计算机仿真技术即以计算机仿真为手段，通过仿真模型模拟实际系统的运动来认识其规律的一种研究方法，也称计算机仿真方法。在科技飞速发展的今天，它已经成为控制系统分析、研究、设计不可缺少的重要工具。
二、计算机仿真技术的特点
1.模型参数可根据要求任意调整、修改和补充。人们可以得到各种可能的仿真效果，为进一步完善研究方案提供了可能。与传统的实物实验相比，具有运行费用低、无风险、方便灵活等优点。
2.系统模型求解快速。运用计算机仿真，能够在较短的时间内得出仿真运算的结果，为生产实践提供最及时的指导。
3.仿真运算结果可靠、准确。在机器没有故障的前提下，只要系统模型、仿真模型、仿真程序科学合理，那么计算机的运算结果是准确无误的。
4.实物、实时仿真直观、逼真。这一特点使它在一些复杂工程系统中例如核电、航天等领域得到了广泛应用。
传统的仿真技术是一个迭代过程，即针对实际系统某一层次的特性（过程），抽象出一个模型，然后假设态势（输入），进行试验，由试验者判读输出结果和验证模型，根据判断的情况反复修改模型和有关的参数，不仅效率低，也存在环境、安全等因素的限制，所以很难达到实验者满意的仿真效果。而计算机仿真技术是利用计算机科学和技术的成果建立被仿真的系统的模型，并在试验条件下对模型进行动态实验，它具有高效、安全、受环境条件的约束较少、可改变时间比例尺等优点，已成为分析、设计、运行、评价、培训系统尤其是复杂系统的重要工具。
三、计算机仿真技术的研究现状
计算机仿真技术的发展与计算机的发展是密不可分的。20世纪50年代的计算机仿真大部分是以电子模拟计算机为主机实现的，在部分特殊应用领域内也有以液压机、气压机或阻抗网络作为主要模拟设备的。由于电子模拟计算机的精度较差等缺点，从70年代初开始，数字模拟混合计算机仿真得到发展。从70年代末起，以数字机为主机的各种各样的专用和通用计算机仿真得到了普及和推广。转贴于由于高性能工作站、巨型机、小巨机、软件技术和人工智能技术取得了引人瞩目的进展，在80年代人们对智能化的计算机仿真寄予了希望，也在综合集成数字仿真和模拟仿真优势的基础上，设计出了在更高层次上的数字模拟混合仿真技术，在一些特定的仿真领域内，这种智能计算机仿真和高层次的数字模拟计算机仿真都取得了令人鼓舞的结果。80年代初推出了一些仿真机，SYStem10和SYStem100就是这类仿真技术的代表。90年代又开始了交互式仿真和虚拟仿真的研究并取得了一定的成绩。特别是近20年来，随着系统工程与科学的迅速发展，计算机仿真技术也得到了蓬勃发展，已经从传统的工程领域扩展到非工程领域，在社会经济系统、环境生态系统、生物医学系统、能源系统、教育培训系统等得到了广泛应用。
四、计算机仿真技术的展望
随着计算机应用技术和网络技术的发展，计算机仿真技术也在不断地发展。未来的发展主要有两个方向：
1.仿真技术的网络化
众所周知，现在已经开发研制出来的仿真系统有很多，它们不能互相兼容，可移植性差，实现共享困难，与开发的高成本、低效率、长时间不成正比，更不能充分加以利用。要想解决这些问题，首先要解决的是采用兼容性好的计算机语言来编写仿真系统，其次是采用网络化技术实现仿真系统的共享。尤其是后者，在将来的仿真系统开发中具有重要的意义。实现仿真系统的网络共享，不但可以在一定程度上避免不必要的社会资源的浪费，而且可以通过适当的收费来弥补开发成本的不足。
2.仿真技术的虚拟制造
计算机仿真技术发展的另一个大方向是在虚拟制造技术领域的深入应用。虚拟制造技术是20世纪90年展起来的一种先进的制造技术，它利用计算机仿真技术和虚拟现实技术的结合，在计算机上实现了从产品设计到产品出厂以及企业各级过程的管理与控制。这使得制造技术不再主要依靠经验，便可实现对制造的全方位预测，为机械制造领域开辟了一个广阔的新天地。
参考文献
[1]王中鲜matLaB建模与仿真应用.机械工业出版社，2010。
生物模仿技术篇5
关键词:计算机;仿真技术;信息处理;结合;探究
1计算机仿真技术概述
计算机仿真技术(ComputerSimulation)指的是通过运用建模、仿真以及图像处理分析等方式把不可视的物体转变成为可视形象化模拟，从而使得人们能够借助于此了解该物体性质、规律等。结合实践来看，建模可以说是该技术的重要组成部分，通过建模可以实现在实际情况下难以或无法实现对物体内部构造模拟，随后再辅以相关技术，让我们能够全面而准确地掌握物体。正是凭借于这一优势，使得计算机仿真技术被广泛地应用到诸如建筑、航天、交通以及制造等多种行业，并逐渐成为行业中不可获取重要技术。
2计算机仿真技术分析
计算机仿真技术就是通过计算机对物体进行虚拟模拟的技术，结合实践来看，其主要涉及建模思想、图像处理分析与数字化等技术。通过研究可知，该技术在运用过程中一般经历以下几个步骤:
2．1对物体进行数据模型构建
实践中，计算机仿真技术运用第一个步骤便是对物体进行数据模型构建。在此过程中，主要使用归纳与演绎两种分析方法，有时我们只需单独使用某一方法便可以实现数据模型构建，有时则需要将这二者结合，这需要技术人员根据相关要求决定。以演绎法为例，首先计算机将物体模拟的数字化数据进行采集，随后系统在此基础上根据所设定参数对上述数据开展演绎分析，将该物体数据模型构建起来。
2．2物体仿真模型实现
当物体数据模型构建起来后，技术人员需要对其进行仿真模型实现。简单来说，就是技术人员通过使用编程语将所构建数据模型进行程序化处理，从而使得该模型实现仿真。需要注意的是，在物体仿真模型实现时，所使用编程语言众多，技术人员必须在充分结合数据模型特征以及相关要求基础上进行数据分析，随后准确地使用编程语言将其模型化，最后通过程序化管理，确保仿真模型实现。
2．3仿真模型验证
在上述工作完成后，为了确保所构建物体仿真模型有效性，技术人员需要对其进行验证。此项工作的重点主要是在于对该模型中数据根据相关方法开展验证，随后技术人员根据相关标准对验证结果进行判断，从而确定该仿真模型是否达到要求。
3计算机仿真技术与信息处理结合探究
正如上文所述，计算机仿真技术的实现在很大程度上依赖于信息处理，将二者相结合对仿真来说不但有助于有效地提升其效果，同时也可以使得仿真实验功能不断完善;而对于信息处理而言，则可以在把抽象的信息进行可视化、虚拟真实化处理前提下，有效地提高其处理准确性以及效率。有鉴于此，加强二者地结合与应用逐渐成为了当前主要发展趋向。对此，下面笔者将二者一些结合进行简单阐述。
3．1计算机仿真技术与光信息处理结合
光信息处理具有速度快、容量大、可并行等优点，是一类极为先进的信息处理技术。而计算机技术对二维图像信息的处理有着显著的优势，将二者进行有效结合，可以有效识别图像特征、增强图像处理能力。例如Cai、CaD等软件都是现阶段科学研究工程实际的新手段。
3．2计算机仿真技术与软件信息处理结合
除了上述与光信息处理相结合外，计算机仿真技术与软件信息处理结合也是当前极为重要的一种形式，而在此其中以matlab软件最为典型。该软件作为计算机重要软件之一，不但涉及矩阵运算以及信息处理等众多方面，同时还具有很高的灵活性。除此之外，该软件在信息处理上还具有诸如运算安全性高、输入快捷以及功能丰富等诸多优点，因而使得其成为了当前计算机仿真技术与软件信息处理重要的结合与应用。结合实践来看，技术人员在运用matlab软件时，首先将所要处理的信息输入到其中，随后该软件按照相关设定开展仿真模拟，然后计算机在此基础上对信息开展可视化处理，如此一来将极大程度地提升信息处理工作准确性以及效率。
4结束语
总而言之，计算机仿真技术是现阶段应用较为广泛的计算机技术，并且定将在未来发展的道路上越走越远。而对于信息处理来说，大部分信息处理技术已被植入到计算机仿真技术当中，将二者相互结合起来，不能呈现出巨大的优势，并且极具发展空间，具有极为广阔的研究价值。
参考文献:
［1］李云峰．现代计算机仿真技术的研究与发展［J］．计算技术与自动化，2002，21(4)．
［2］付凡成，彭裕．关于计算机仿真技术的研究与发展探讨［J］．电子制作，2013(21)．
生物模仿技术篇6
1.1研究背景和意义
目前,建模与仿真技术在国内物流行业得到了广泛应用。尤其是近一个时代,在大型物流系统规划设计阶段都有仿真的决策参与,仿真逐步成为行业要求的必备技术环节,几乎所有物流招投标项目都要求给出仿真验证与优化的结果说明。但同时,系统建模与仿真技术在我国物流行业应用中面临着仿真技术的推广应用和应用水平不高、应用效果有限,反过来影响了仿真应用的深化与推广的矛盾局面。在实际应用中,被动“自然”地接受仿真实施人员个人偶然和不确定性的影响而带来的无法事先控制的逼真度和仿真效用与仿真代价的问题非常突这导致在物流仿真实践中,往往依据个人经验和环境、条件、资源约束在建模过程中,不经分析和决策,甚至没有意识和考虑这个环节,而进行随意性的逼真度选择,导致无法控制仿真效用和仿真效果的被动局面;或者,经过不断的调整,完成无系统设计和计划的、动态的逼真度调整过程,导致仿真效果和仿真代价上的非优化均衡;这大大影响了仿真决策支持的效率和仿真本身优势作用的发挥。业界的应用现状表明,目前应用实践中普遍存在着不确定性、模糊性和被动性,仿真应用的普及并没有带来建模与仿真实施的规范与统一的衡量标准,反而形成了较多依赖于建模者本身的随意性局面,这大大限制和阻碍了系统仿真在物流领域应用的深化提高和发挥其应有的作用。从研究现状来看,目前,大多数的逼真度研究集中在国防军事、航空飞行、医疗救助和教育等领域,这些研究都带有应用行业的特点,和物流系统现实案例结合度很低。对于物流系统规划设计实践中,各参与方之间的参与合作模式没有一个可借鉴的标准,导致仿真模型验证对于仿真决策的支持往往没有发挥应有的作用。同时,对于仿真成本效用均衡研究不足,各应用领域内未形成比较完善的研究框架,对于如何把握建模与仿真的逼真度,如何进行建模过程中的逼真度管理,缺乏基础性研究与尝试,更没有系统性框架、流程和体系。
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1.2文献综述
目前,建模与仿真技术在各类应用需求的牵引及有关学科技术的推动下,己经迅速发展成为一项通用性、战略性技术,广泛应用于航空航天、信息、生物、材料、能源、先进制造等高新技术领域和教育、军事、交通、经济、医学、生活服务等众多领域的系统论证、试验、分析、维护、运行、辅助决策及人员训练和娱乐等[2]。但是,对于逼真度的研究目前主要集中在教育训练、国防军事、航空飞行和医疗救助这几个领域,这些研究都带有各自应用行业的鲜明特点。传统意义上,训练领域是第一个推广使用仿真技术到很大程度的领域,逼真度研究在训练仿真领域有很好的实践,特别是飞行员训练领域[3]。这个领域的研究认为在整体模拟器中逼真度是唯一的。这种包括人的模拟器,人机界面的逼真度是评断模拟器合适程度的最重要的因素,也是唯一的因素。1993年和1997年提出的Faa/Jaa标准被认为是飞行模拟器认证的逼真度标准。在国防军事领域,一般是对作战过程抽象建立作战模型。1989年,在美国陆军、国防建模与仿真办公室DmSo和DaRpa的共同倡导和支持下,正式提出了分布交互伤真的概念。针对分布式仿真提出了Fimo逼真度管理过程,用一种.机构化方法来解决联邦开发与执行过程(FeDep)中每一个开发阶段大量的逼真度描述和测量问题。在医疗保健领域,仿真可以辅助临床医学教育、开展临床技能培训与考核、实现远程医疗等。在最初的医学仿真系统中,将逼真度的研究重点放在人体的几何特性上,关注有限的用户交互。现代的医疗过程仿真中,包含了纷繁的组织器官的运动行为、病人的反应行为、医生的治疗行为以及之间的交互行为等,逼真度研究的关键问题在于人与物体的行为描述、行为控制以及人与物体的交互等[4]。
......
第二章m&S参与方的仿真效用与仿真代价均衡研究
2.1m&S活动各参与方参与模式分析
系统仿真在物流领域的应用可以用于对物流过程的仿真研究、物流管理的仿真研究和物流成本的仿真研究。物流过程是指运输、仓储、装卸、包装等物流的功能过程。对物流过程的仿真主要是为了研究诸如在事件的进程中这些过程是如何推进的、推进过程发生了哪些事件、这些事件引起系统状态发生了哪些变化等问题。例如,通过对自动化立体库的物流过程仿真可以分析自动化物流系统设备布局的合理性、设备运行的效率、系统的生产率、系统中设备的利用率等问题;物流管理的仿真研究的是为物流管理决策分析服务的,如交通运输网络的布局规划自动化系统的策略运用、供应链库存控制策略等;运用仿真方法对物流成本的计算主要是在物流系统运行过程中动态地记录其物流成本的消耗,最终准确统计各项物流作业的成本。这种方法利用了系统仿真以时间为基准的特点。当系统运行时,计算机仿真可以将各种动态过程的时间准确记录下来,将时间消耗转化为工时的计算,就可以计算出物流作业成本。通过对物流系统的仿真,可以预演或再现物流系统的运行规律,对系统规划、设计和运行中的科学管理与决策有重要的支持作用。在实际设计过程中仿真人员可以根据具体项目的需要选择相应的仿真方案建模,因为面对有限的资源和成本,过多的仿真建模会增加设计的成本。而在实际设计项目中,设计的具体情况也千差万别,有些设计步骤在设计过程中确定性很高,不需要仿真的辅助,仿真人员应根据具体项目的需要选择合适的仿真方案。
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生物模仿技术篇7
虚拟现实技术是指利用计算机技术创造虚拟的环境和人物，这些环境和人物“看”起来，“听”起来，甚至“摸”起来和真的一样。相比建模技术而言，计算机仿真技术侧重于刻画事物或系统随时间或环境的变化而变化的过程。
计算机仿真技术可以用来增强虚拟环境的“沉浸感”和“逼真性”。比如，在虚拟的计算机环境中仿真出各种逼真的物理效应。物理效应包括人体运动、水流、烟雾、火以及物体之间的碰撞和爆炸等。根据这些物理规律，人们可以建立它们的抽象数学模型并采用偏微分方程数值求解技术计算它们随时间变化的动态过程，并通过计算机图形的渲染技术将这些物理效应在计算机屏幕上呈现出来。使用仿真方法模拟出的许多物理效应可以达到观看者无法判断是计算出的还是真实拍摄的地步，从而可以使用户沉浸在计算机展示的虚拟环境中。
五个阶段
在中学时我们就遇到过这样的问题:已知子弹离开枪口的速度，在不考虑空气阻力的情况下求解子弹的运动轨迹。实际上这个问题可以看做是一个简单的计算机仿真问题，我们可以利用经典的牛顿力学模型来描述子弹的运动过程，再根据初始条件和微积分思想设计数值求解算法，求解该问题。
简单说来，计算机仿真技术就是采用数学工具建立描述事物或系统变化规律的数学模型或物理模型，并设计数值计算方法求解模型参数，以及事物或系统在给定初始条件下随时间的变化情况或者是在不同的边界条件下系统状态的变化。
一般而言，计算机仿真需要经过建模、编写计算程序、运行程序进行实验、分析实验结果、修改和完善模型这五个阶段。建模的阶段就是对待仿真的事物或系统分析其主要因素，忽略次要因素，分析主要因素之间的定量关系，并用数学语言描述出来。根据得到的定量关系和已知变量采用数学方法找出计算未知变量的算法。根据求解未知变量的算法编写计算程序，然后在计算机上运行程序，观察在不同输入数据情况下系统的变化。最后根据实验结果分析模型的准确性。
如果实验结果和实际情况不符合，那么回到建模阶段检查，是否误将主要因素忽略、主要因素之间的定量关系是否准确。然后根据修改的模型在再进行仿真实验，直到计算结果和观察所得的实际情况相符为止。
根据被研究系统的特征又可以将仿真系统分为两大类:连续系统仿真和离散事件系统仿真。连续系统仿真是指对那些系统状态变量随时间连续变化的系统的仿真研究。这类系统的数学模型包括连续模型（微分方程等），离散时间模型（差分方程等），以及连续－离散混合模型。离散事件系统仿真是指对那些系统的状态只在一些时间点上由某种随机事件的驱动而发生变化的系统进行仿真实验。这类系统的状态量是由事件的驱动而变化的，在两个时间之间状态量保持不变，因而是离散变化的，称之为离散事件系统。
应用范围
通常，计算机仿真技术用在如下几种情形。
1.对系统进行真实实验的代价高昂。比如在汽车工业中需要对新型的汽车做碰撞实验，检测其安全特性。科研人员根据材料力学、碰撞力学等知识对碰撞过程建立物理模型，然后利用计算机仿真计算在不同碰撞条件下汽车的碰撞效果，并根据仿真的碰撞结果来改进汽车的设计。
2.系统的实现只有一次机会，比如大坝的建造。因此需要在设计过程中对大坝以及相应的地质情况、水文情况建立较为准确的模型，然后计算不同设计方案中大坝的承载能力、抗震能力等数据，最终挑选出一个合理的设计方案。
3.需要预测系统在未来的变化，比如2008年奥运会期间的天气情况。首先，需要建立大气动力学模型，然后利用往年的天气资料确定模型的一些系统参数，并把在计算机上运算该模型以验证模型的准确程度，最后利用该模型预测2008年奥运会期间的天气情况。
计算机仿真本质上是对物理对象建立数学模型，然后通过数学方法分析物理对象中的性质、预测物理对象随时间的变化情况。因此计算机仿真在航空航天的设计制造、天气预报、交通模拟等领域中得到了广泛应用。
一个人体运动仿真的例子
虚拟人是虚拟环境中一个很特殊的对象。他和其他对象不同之处在于人是一个主动个体，他的行为不仅由物理规律还由人的意识决定。比如从房间的这一端走到那一端，不同的人有不同的行走路线，人在高兴或者悲伤的时候面部表情、姿态都有很大的差异。为了把这些不同的行走姿态仿真出来，人们综合了生物力学、控制论、数值优化等技术，但是即便如此，还不能完全解决这个困难的仿真问题。另外大规模人群行为的仿真也是目前研究的热点问题，它不仅要考虑单个人的仿真问题还需要考虑人与人之间的相互作用和影响对仿真结果的影响。
我们在人体运动仿真方面研究了人体空中运动的仿真，图1中黄色代表一个初始的前空翻运动，该运动是手工编辑出来的。绿色代表一个仿真的运动，该运动比原始运动更逼真。图2从左右视角和脚尖的轨迹对比两个运动。
图1仿真运动（绿色）和初始运动（黄色）的对比图
图2从左右两个视角观察运动，圆点表示有脚尖的运动轨迹
虚拟现实技术可以将复杂的数值计算过程变成一个可以“看”得见的推演过程，即一个可信的计算过程，使结果直观可信。因此，在虚拟环境中开展计算机仿真技术研究是一项重要内容。
链接:几款优秀仿真软件
由荷兰国家应用科技研究院tno开发的maDYm多刚体动力学分析软件将有限元融入多刚体系统分析中，成为了一个多刚体与有限元结合的数学模拟软件。该软件中有全世界最好的机械假人的数学模型，已成为汽车碰撞安全性设计的工业标准。
生物模仿技术篇8
1．1方案设计
运用3D虚拟仿真技术来对某矿工伤事故现场以及虚拟矿工等进行三维建模，对工伤事故进行分析，使该事故案例还原出逼真的事故场景，提高了仿真效果。方案设计思路如图1。方案设计思路过程:首先是案例资料搜集与整理，理清事故发生的地点、事故经过等;其次是预想摄像机镜头的摆放，包括场景的转换等，以便出现好的镜头效果;在电脑中进行仿真模型构建，包括人物、设备及环境等进行建模;进行静态、动态仿真环境设计，重点是照明、及光能传递设计;随后进行场景优化、渲染，碰撞检测后修改等三维动画开发;最终进行效果展示。
1．2事故案例整理
1)事故经过。某矿运输工区班长带领3名工人，从采区甩道向208外横管运送4辆装溜槽的平板车。约17:00，当车辆运至回风巷2道风门外车场时，某矿工将4辆车1次挂上(按规定1次应挂2辆)，4辆车的总长度大于2道风门之间的距离。某矿工和另1人将第1道风门打开后，前3辆车进入风门之间，某矿工和工友又去推第2道风门，推风门过程中，车辆向下移动，某矿工躲闪不及被挤伤。2)事故主要原因。风门之间轨道存在向下的坡度，车辆下滑;矿工违章作业，违反措施规定1次挂4辆车;现场运输环境复杂，电绞钢丝绳过风门;违章同时推开第2道风门。
1．3仿真模型的构建
1)虚拟人物建模。对人体的运动结构的分析，基于人体骨架模型，并结合构造实体几何法(CSG)创建整个人体几何模型。最后采用蒙皮技术把人体骨骼和外形皮肤链接起来。2)设备建模。井下设备建模采用多边形建模，用图像处理软件作出材质贴图，贴在模型的外表面。对于复杂的模型，先做装置的精模，然后在精模的基础上再派生出一个简模;3)巷道建模。巷道模型根据巷道图、巷道照片数字化建模，以便表现矿井巷道的整个概貌。4)环境建模。环境建模需要根据实际地物之间的拓扑关系来完成，其中，巷道模型的精度等问题的解决可以大幅度提高数字化的效果，给人身临其境之感。
1．4静态和动态环境仿真
静态环境仿真，根据巷道参数和风门、矿车等设备外观尺寸来构造事故现场;动态环境仿真，对矿车运行、人员行走等效果采用先进的物理模块及反应堆动力学技术，更自然真实的反应模拟事故案例过程，本系统用Bullfrog环境特效编辑器进行编辑。照明技术是3D三维虚拟仿真技术的重中之重，采用全局光照明技术，提高光斑特效的表现范围;采用体积光技术，表现诸如机械装置的照明设备、井下工人头灯对周围环境的影响等，运用了光线追踪(Lighttracer)和光能传递(Radiosity)技术。
1．5三维仿真动画的开发制作
在建模和仿真的基础上，进行展示策划，运用仿真软件开发平台，对事故案例进行开发和集成，制做完成事故案例的还原再现动画软件。
1．6技术关键
1)场景优化技术。通过动态加载、场景分割与拼接、遮挡剔除场景优化等技术可以一定程度上解决硬件资源和高质量场景要求矛盾的问题。2)模型分割技术。使用模型分割技术，观察者离物体近时，使用第1级最多细节的物体模型，当观察者离物体较远时，渲染出第2级LoD图形，并由此类推，渲染出不同细节的LoD图形。3)碰撞检测技术。为了使虚拟场景更逼真，避免产生运动物体相互发生穿透现象，采用碰撞检测技术，进行碰撞效果反应，并进行调整和修改。
1．7还原效果展示
经过精心的研究制作，该事故三维动画视频播放时间为3min56s，逼真地再现了事故的全部过程，画面清晰，给人一种身临其境的感觉，图2，图3为视频部分截图。
2效果分析
从事故仿真应用效果来看，3D虚拟仿真技术以比较逼真、形象、容易理解的方式描述和显现事故场景和过程，让观者有身临其境之感，清楚的看到了事故发生整个过程。事故直接原因、事故产生的隐患等，也能形象的展现在观者眼前。工作人员能够通过现场情景再现，清楚的进行施工安全评价、安全价值分析，从而确定施工过程中可能出现的危险行为和预防措施，进行针对性超前预控管理。受安全教育的人员直观地了解事故经过，对人的不安全行为、不良安全习惯导致事故的原因深有体会。同时，这种方式增强了安全教育的趣味性，提高了职工参与安全教育的积极性，真实的提高了职工的安全教育效果。3D虚拟仿真技术，汇集可视化技术、采矿工程虚拟现实技术、安全科学与技术等，建立煤矿的安全生产虚拟环境，将不可见的一些不安全行为操作及其造成后果展现出来，即以虚拟现实形式形象、直观地表现出来，在安全管理工作方面发挥独特的作用。
3结语
生物模仿技术篇9
[关键词]游戏引擎；机械动力仿真；虚拟现实技术
中图分类号：tp391.9；tD672文献标识码：a文章编号：1009-914X（2014）33-0225-02
一、引言
三维游戏由于引擎技术在建模技术、物理引擎技术、复杂环境的高质量实时渲染技术、动画技术、人工智能技术、对象的行为控制技术等各方面不断的完善和强大，已经极大地引起了人们的关注和重视。游戏引擎不再仅用于游戏娱乐产业的开发，更多的渗透到了教育软件开发、虚拟现实应用、动画影视（特技）制作、军事训练、实时模拟等人类生活的各个领域。极大地改变了人们的生活方式和思维方式。
游戏引擎技术尤其物理引擎技术不断的研究发展，让我们意识到仿真虚拟机械动力的可能性。利用游戏引擎虚拟机械运动，将为开发教育游戏中的虚拟物理实验、网上数字科技馆、娱乐型游戏中的机械道具和多样化游戏任务等具有重要的应用价值和研究意义。
传统的机械动力仿真技术和虚拟现实技术虽然在一定程度上也能虚拟机械的运动，但是由于那些技术不可避免的弊端对机械动力仿真技术应用在其他领域形成了瓶颈。传统的机械工业仿真技术缺乏交互性，设计复杂，表现单调。随着多媒体技术、计算机动画技术、虚拟现实技术、网络技术等技术的渗入，以VRmL（VirtualRealitymodelingLanguage虚拟现实造型语言）或Cult3D为代表的技术给机械仿真领域带来了交互性，但是由于传统的虚拟现实技术固有的特性，如运动行为的硬编码、交互性差、画面不流畅、系统实现复杂等，使得基于游戏引擎技术虚拟机械动力的技术具有很大的优势和更大的发展前景。
本论文研究的技术充分利用了游戏平台的优势，它不仅具有传统虚拟现实系统所有的优点，而且具有3D游戏般的交互性和逼真的动力学模拟。从开发角度而言，游戏引擎的实时渲染能力、快速的计算能力、组件化、可重用性以及面向对象的编程方式等，都使得应用游戏引擎成为一种非常便捷和有效的仿真技术手段。本文描述了利用游戏引擎模拟简单的机械动力实例的核心技术。
二、机械动力仿真技术研究背景
概念设计是机械设计过程中的最初阶段，主要目的是获得产品的本质形状。[3]机械仿真技术的发展为机械工业概念设计注入了新的活力。计算机运算处理能力的提高为机械系统的仿真提供了更好的基础。
我国机械系统传统的计算机辅助工具多数是autoCaD，pro/e，Solidworks，Solidedge，3DmaX等2D和3D软件，此类建模软件含有大量的图形文件，容量较大，不利于网上传输和远程控制。同时这种方式建立的三维模型是静态的，动画是设计者事先设计好的一副副二维动画，用户只是被动的接受，而不能按照自己的意愿进行实时交互式仿真。
虚拟现实技术作为一种更为人性化的交互技术，近几年来逐渐渗透到各个应用领域。虚拟现实技术的沉浸特征、交互特征和构想特征，刚好弥补了上述传统方法的不足。因此，运用虚拟现实的方法实现机械设计系统成为必然。传统的机械仿真都是代码编写控制的运动效果，没有实现通过物体间力的作用而让物体产生运动，所以不免比较生硬，不能具有可复用性和柔性。
综上可知，机械工业虚拟仿真技术由于其复杂性、综合性决定了开发的困难，因此势必需要一些工具来辅助开发，游戏引擎由于其本身的特点，成为开发机械工业虚拟系统的有力工具。
三、游戏引擎技术
1.三维游戏引擎
一般而言，三维游戏引擎包括：引擎内核、三维图形引擎、物理引擎、人工智能系统、3D模型和图像库、网络引擎、输入系统。三维游戏引擎中各子系统关系可由（图1）表示。
2.游戏引擎技术的优势
（1）利用游戏引擎可以简化系统制作的复杂度，缩短开发时间，降低制作成本。
（2）游戏引擎中强大的物理引擎为该机械动力仿真系统提供了保障，这也是不同于其他虚拟现实技术的闪光点。
（3）该游戏引擎能快速嵌入到网页中运行，因此，极大的活跃了网页式三维虚拟现实技术，因为传统的三维网页虚拟技术在weB中运行效果不是很好，运行缓慢，效果单调，交互性差，游戏引擎技术的支持在一定程度上可弥补这些不足。
（4）游戏引擎的最大特点是可以实时渲染，这样使得开发者可以及时浏览和调整系统。Unity3D游戏引擎甚至可以支持在程序运行时改动场景中物体的属性。这样的实时性改变，使得开发者能迅速获得最佳的设置效果值。
（5）基于游戏引擎技术开发的机械动力仿真系统，具有游戏般的交互能力，活跃了机械展示的表达方式。
（6）在游戏引擎平台上的二次编程代码被称为“脚本”，大多数脚本语言都是面向对象的编程特点，具有封装、多态、可复用性等特性。简单易学，使虚拟系统设计者易于开发应用。
四、主要结论
3D游戏引擎技术最大的特点就是它把一个程序中可以重复利用的部分，以精巧的模块组织起来，将其规格化、最佳化，以利于程序重用技术。利用引擎不仅可以开发出“景物真实、动作真实、感觉真实”的三维系统，更重要的是利用它我们可以节省大量的人员和资金，简化系统制作的复杂度，缩短开发时间，降低制作成本，并且游戏引擎普遍具有的FpS（FirstpersonShooting第一人称射击游戏）特性，这一特点可以巧妙的应用于交互设计中。游戏引擎的实时渲染、动态编译和可视化编辑功能有效解决了传统的虚拟现实技术中存在的渲染耗费时间和硬件成本的问题。
3D游戏引擎最吸引人的是它的强大的physX物理引擎和真实的图形渲染引擎。强大的功能会提升研究的成功性。从开发方面考虑，该引擎的脚本语言近似c#或javascript，使得开发轻车熟路，而且脚本是动态编译的，运行速度和汇编接近，不会因为脚本的问题而影响系统的执行效率。从方面考虑，该引擎支持跨平台，而且用该引擎开发的作品可以通过网页直接运行，是3D虚拟现实作品轻松实现网页漫游的良好解决方案。
参考文献
[1]杨红娟，周以齐，石柏成，陈成军.机械系统虚拟现实建模方法的研究.中国图像图形学会.642～646.
[2]刘强，刘春全.机械动力仿真软件在抽油机运动学上的应用.装备制造技术，2008年，第12期.49～51.
[3]石其乐.简易型虚拟现实技术的实现.宁夏工程技术，2003年8月，第2卷第3期：227～245
生物模仿技术篇10
关键词仿生学；工业；设计；科学；技术；运用；
中图分类号：S611文献标识码：a文章编号：
引言
工业设计是一门综合性的交叉学科。它研究的核心是工业时代的象征——产品，是针对产品的功能、材料、形态、色彩、表面处理、装饰等诸多因素，从社会的、经济的、技术的角度进行综合处理。它所涵盖的知识体系包括自然科学、社会科学、人文科学等众多学科，各学科的内容及理论体系均对工业设计具有一定的指导作用与影响。当今信息时代，人们对产品设计的要求不同于过去，不只是注意功能的完善，还要追求清新、淳朴，返璞归真的个性设计。从大自然的生存哲学即和谐与艺术的角度进行综合形态、功能、结构、材料等更深意义和层次上的仿生设计，才应该是这个时代的设计师们所追求的目标。
一、仿生学的概念
仿生学以研究生物系统的结构和性质来为工程技术提供新的设计思想及工作原理。“仿生学”一词由美国J.e.斯蒂尔提出，1960年全美第一届仿生学讨论会正式建立了仿生学学科。40多年来，其研究范围主要包括：力学仿生、能量仿生、分子仿生和信息与控制仿生。形成了数学、物理学、化学、技术科学与生物学相融合的边缘交叉学科。仿生学所研究的方向和内容为工业设计在设计思想、设计理念及技术原理等方面提供了理论与科学的物质支持。仿生学由此而成为指导与辅助工业设计工作的一个重要学科，对于工业设计的理论与实践均具有深远的建设性意义。
二、仿生学与工业设计
仿生学是近几十年来发展起来的属于生物学与技术科学之间的一门边缘学科。其英文为bionics,来自于希腊文bion,意指生命。J•e斯蒂尔博士提出仿生学定义———仿生学是模仿生物系统的原理来建造技术系统,或者使人造技术系统具有或类似于生物系统特征。其研究范围为机械仿生、物理仿生、化学仿生、人体仿生、智能仿生等。在机械仿生中还分为结构仿生、功能仿生和形态仿生。
工业设计是一门综合性的边缘交叉学科,虽然其核心是产品设计,是构成产品的功能、结构、形态、色彩、材质等要素,但围绕这些核心要素的工业设计活动却涉及到社会经济、科学技术、文化艺术等人类生活的各个层面,并需要综合社会科学和自然科学中众多学科知识来完成。
随着人们对生物的进一步研究,仿生学获得了迅速的发展。利用仿生学原理来指导工业设计成为工业设计中的一个重要分支—仿生设计。
作为工业设计创新设计方法之一的仿生设计学的概念和研究成果,以工业设计的专业知识和技能为基础,以工业设计创新思想和观念为指导,是工业设计创建人与自然和谐关系,改进人类生活方式的一个重要途径和研究方向。例如，美洲虎给予人的认知是速度与野性，模仿其生态特点设计而成的美洲虎汽车也自然会让人联想到该车的高速与驾驶的刺激。这种仿生设计便是恰当的，也是合乎情理的。日本GK工业设计事务所为山叶公司设计的模仿“奔牛”形态的摩托车，菲利普·斯塔克设计的模仿“章鱼”形态的榨汁机等，这些设计成功地把握了设计对象与仿生对象间的相关性与互动性因素，符合人们的认知心理，从而使设计被大众所理解、接受，成为优秀设计的代表。
三、现代工业设计中的仿生
德国著名设计大师路易吉•科拉尼曾说：“设计的基础应来自诞生于大自然的生命所呈现的真理之中”。这话道出了自然界是蕴含着无尽设计宝藏的天机。归纳现代工业设计中的仿生，其主要表现在以下几个方面：
（一）形态的仿生
形态从其再现事物的逼真程度和特征来看，可分为具象形态、抽象形态和意象形态。
（二）功能的仿生
在工业设计上，功能仿生多用于外形模拟。如计算机模仿大脑的存储功能，控制机器人，来完成各种恶劣环境下的工作。减轻了人的劳动强度，提高了生产率，改善了劳动条件。
（三）结构和材料的仿生
一般工业设计师积极地关注仿生发明中精巧的结构和奇特的材料，并且巧妙地应用这些结构和材料，结合市场的需求创造出人们需求的产品，从而创造更有价值的仿生成果，为人类创造更加精美更加丰富的产品。
四、综合仿生设计
4.1在现代工业产品设计中，单纯地从形态、功能、结构或材料的某一个方面来仿生是很少见的，更多的是综合形态、功能、结构和材料的多个方面来进行仿生设计，而且还从大自然的生存哲学即和谐与共生的角度进行仿生设计。如梅塞德斯-奔驰在纽约现代艺术博物馆名为“弹性的设计”的展览会上展出的一款仿生概念车，它就是形态仿生、功能仿生、结构仿生与色彩仿生的综合运用。下面以aibo机器狗为案例，对综合仿生进行案例分析。aibo机器狗是由日本sony公司推出的一款娱乐性家用机器人。能够与使用者进行实际交流，根据用户的命令和其自身在实际使用场景中对经验的学习作出相应的动作。在aibo的设计中，很明显它的创意来源于人类对狗的亲睐，其造型就是狗的造型，生动的运用了形态仿生。在实际生活中，人类少不了宠物，但是宠物有很多缺点，比如卫生问题、在不适当的时候打搅我们，甚至有时候会违背我们的愿望做坏事等等。为了调和这一矛盾，sony的设计师试图通过高科技手段造一个人造宠物，这样，既能作为一种宠物陪人类解闷，又能克服宠物自身的缺点，因此，产生了该产品的总功能定义:娱乐。为了实现这一总功能，设计师为aibo定义了许多种分功能，比如说跳舞、打磕睡、陪人玩游戏、自动拍照等等许许多多的分功能。为了实现娱乐这一功能，设计师从自然界中寻找对应物时，考虑从人类宠物的范围中去寻找，因为从心理学角度讲正是为了某种心理寄托才会去养宠物，比如解闷。狗是宠物中最受人类所亲睐的动物，自古以来，狗都是人类最亲近的朋友，他可以为人类看家、打猎、甚至还能干一些简单的家务。
4.2设计师的灵感往往源于自然界。达·芬奇在16世纪时写道:人类的灵性将会创造出多样的发明来，但是并不能使得这些发明更美妙、更简洁、更明朗;因为自然的物产都是恰到好处的。但是，仿生学对设计的意义并非仅仅是对自然的模仿，而是透过自然的现象探究自然系统背后的机制，即生物工程技术与工作原理，然后为设计的构想敞开一片广阔的领域，为设计的实施提供理论与技术的支持，最终达到造福人类这一根本目的。例如，飞机高速飞行时，机翼受气流的冲击常发生颤振，从而导致机翼断裂，机毁人亡。仿生学家从蜻蜓翅膀上的黑色翅痣想到了配重，于是给飞机机翼上装了配重。从此，飞机的此类事故大大减少，完善了航空空气动力学，对飞机的设计具有重大意义。再如，对响尾蛇的研究，形成了红外传感技术，对军工产品的设计更具指导意义，成为许多武器设计构思的理论基石。
仿生学研究形成的生物工程技术激发了设计师的设计灵感，而设计的物化过程更需要技术的铺垫与支持。可以说，没有技术支持的设计只能使设计停留于概念与设想，不具有现实意义。
4.3对于仿生学的运用，小到模仿生物的形态，大到生物的生理机制，这种模仿的前提来自人们对于某种生物的认知。人类的认知往往带有一种惯性。对于某种事物的认知常会形成一种意识或概念，进而将这种意识或概念转移到与之相关的事物上，潜意识里以先前形成的“认知概念”理解、判断、接受与之相关的新事物（第一次接触到）。把仿生学运用于工业设计，设计师必须理解、关注人类的这种认知规律，慎重地、有选择性地面对仿生对象，把握、处理好设计对象与仿生对象之间的关系，师法有据，师法有理，避免使设计产生歧义。
同时，就学科间的关系而言，打破学科间的界限，互为补充、互为所用是现代科学走向学科系统化、体系化的一个重要方面。但学科间的借鉴、补充是以学科的相关性与互动性为前提的，二者之间需具备一定的“共性”、“共识”，仿生学与工业设计学科间的关系也不例外。例如，美洲虎给予人的认知是速度与野性，模仿其生态特点设计而成的美洲虎汽车也自然会让人联想到该车的高速与驾驶的刺激。这种仿生设计便是恰当的，也是合乎情理的。日本GK工业设计事务所为山叶公司设计的模仿“奔牛”形态的摩托车，菲利普·斯塔克设计的模仿“章鱼”形态的榨汁机等，这些设计成功地把握了设计对象与仿生对象间的相关性与互动性因素，符合人们的认知心理，从而使设计被大众所理解、接受，成为优秀设计的代表。
结束语
因此，工业设计师将仿生学运用于设计，决不能也不应该将这种运用单纯化、理想化，不能仅从设计师本人的设计理念出发，要因地制宜、因人而异，充分了解设计服务人群所处的地域和对象的心理等因素，了解因这些因素而导致的对于事物认识上的差异性，恰当、合理地选择仿生对象。设计不是设计师简单的个人行为，设计中的创造性、创新性应有针对性、目的性，这既是使设计得以接受的重要因素，也是设计师的职责之一，是设计工作复杂性的体现。
参考文献
[l]左铁锋.仿生学在工业设计中的运用[J].艺术设计论坛，2004，(10):20一21.
[2]杨文发，许世虎..仿生学理念在工业设计中的剖析和运用[J].包装工程.2006，06.
[3]袁国艳..仿生学设计在产品设计中的应用研究[J].东北师范大学.2009，05.