Simulador

Simulador  : un simulador (generalmente mecánico o informático), cuya tarea es simular el control de cualquier proceso, aparato o vehículo.

La mayoría de las veces ahora, la palabra "simulador" se usa en relación con los programas de computadora (generalmente juegos). Pilotos , cosmonautas , maquinistas de trenes de alta velocidad se entrenan con la ayuda de simuladores informáticos-mecánicos que reproducen con absoluta precisión el interior de la cabina del aparato .

Los simuladores son herramientas de software y hardware que crean la impresión de realidad al mostrar algunos de los fenómenos y propiedades reales en un entorno virtual. Los experimentos informáticos se utilizan a menudo para estudiar modelos de simulación [1] . La simulación también se utiliza en el modelado científico de sistemas naturales o humanos para obtener información sobre cómo funcionan. La simulación se puede utilizar para demostrar los posibles efectos de condiciones y cursos de acción alternativos. La simulación también se usa cuando el sistema real no se puede usar porque puede no estar disponible, puede ser peligroso o inaceptable participar en él, o está siendo diseñado pero aún no está construido, o simplemente puede no existir [2] .

Clasificación y terminología

Históricamente, la simulación aplicada a varios campos se ha desarrollado en gran medida de forma independiente, pero la investigación del siglo XX en teoría de sistemas y cibernética , combinada con la difusión del uso de computadoras en todos estos campos, ha llevado a cierta unificación y una visión más sistemática del concepto.

En el caso del modelado físico, los objetos físicos son reemplazados por la cosa real. Estos objetos físicos a menudo se eligen porque son más pequeños o más baratos que el objeto o sistema real.

La simulación interactiva es un tipo específico de simulación física, a menudo denominada simulación humana en bucle, en la que la simulación física incluye operadores humanos, como un simulador de vuelo , un simulador de navegación o un simulador de conducción .

La simulación continua  es una simulación basada en el tiempo continuo en lugar de pasos de tiempo discretos utilizando la integración numérica de ecuaciones diferenciales [3] .

El modelado de eventos discretos estudia sistemas cuyos estados cambian sus valores solo en tiempos discretos [4] . Por ejemplo, modelar una epidemia puede cambiar la cantidad de personas infectadas en momentos en que las personas susceptibles se infectan y las personas infectadas se recuperan.

La simulación híbrida (a veces simulación combinada) corresponde a una combinación de simulación de eventos continuos y discretos y da como resultado la integración numérica de ecuaciones diferenciales entre dos eventos sucesivos para reducir el número de discontinuidades [5] .

La simulación fuera de línea es una simulación que se ejecuta en una sola estación de trabajo por sí misma.

La simulación distribuida utiliza más de una computadora a la vez para garantizar el acceso a diferentes recursos (por ejemplo , sistemas operativos multiusuario o conjuntos de datos distribuidos ).

La simulación en paralelo acelera la ejecución de la simulación al distribuir simultáneamente su carga de trabajo entre varios procesadores, de forma similar a la informática de alto rendimiento [6] .

En la simulación interoperable, múltiples modelos, simuladores distribuidos en una red interactúan localmente; los ejemplos clásicos son la arquitectura de alto nivel [7] y los juegos serios, donde los enfoques de juegos serios (por ejemplo, motores de juegos y métodos de interacción) se integran con el modelado interoperable [8] .

El concepto de precisión de la simulación se utiliza para describir qué tan cerca se asemeja a la contraparte del mundo real. Puede dividir aproximadamente la precisión en los siguientes niveles:

El nivel bajo es la simulación mínima requerida para que el sistema responda a las entradas y proporcione salidas.

Nivel medio: responde automáticamente a los estímulos, con precisión limitada.

Alto nivel: casi indistinguible o lo más cercano posible al sistema real.

Simulaciones de entrenamiento:

Simulación por computadora

La simulación por computadora es un intento de simular una situación real o hipotética en una computadora para que uno pueda ver cómo funciona el sistema [1] . Al cambiar las variables en la simulación, se puede predecir el comportamiento del sistema. Esta es una herramienta que permite investigar de manera práctica el comportamiento del sistema en estudio. El modelado por computadora se ha convertido en una parte importante del modelado de muchos sistemas naturales en física, química y biología [9] , en economía y ciencias sociales (por ejemplo, sociología computacional), así como en ingeniería. Un buen ejemplo de la utilidad del uso de ordenadores se puede encontrar en el campo del modelado de tráfico de red. Con tal simulación, el comportamiento del modelo cambiará con cada simulación de acuerdo con el conjunto de parámetros iniciales adoptados para el entorno. Tradicionalmente, el modelado formal de sistemas se ha realizado utilizando un modelo matemático que intenta encontrar soluciones analíticas para predecir el comportamiento de un sistema a partir de un conjunto de parámetros y condiciones iniciales. La simulación por computadora se usa a menudo como complemento o reemplazo de los sistemas de simulación para los que no son posibles soluciones analíticas simples de forma cerrada.

Existen varios paquetes de software para realizar simulaciones por computadora (p. ej., simulación Monte Carlo , simulación estocástica , simulación multimétodo) que simplifican enormemente el procesamiento de datos.

Informática

En informática , la simulación tiene varios significados especializados: Alan Turing usó el término "simulación" para referirse a lo que sucede cuando una máquina universal ejecuta una tabla de transición de estado (en terminología moderna, una computadora ejecuta un programa) que describe las transiciones de estado, entradas , y salidas de un objeto de máquina de estado discreto . [10] . En la arquitectura de computadoras, un tipo de simulador, comúnmente conocido como emulador , a menudo se usa para ejecutar un programa que debe ejecutarse en algún tipo de computadora inconveniente (como una computadora de nuevo diseño que aún no se ha construido o una computadora obsoleta). que ya no está disponible), o en un entorno de prueba estrictamente controlado . Por ejemplo, los simuladores se usaban para depurar firmware o, a veces, programas de aplicaciones comerciales antes de que el programa se descargara en la máquina de destino. Dado que se simula el funcionamiento de la computadora, toda la información sobre el funcionamiento de la computadora está directamente disponible para el programador, y la velocidad y la ejecución de la simulación se pueden cambiar a voluntad.

Los simuladores también se pueden usar para interpretar árboles de fallas o probar la lógica VLSI antes de construirla. El modelado simbólico usa variables para indicar valores desconocidos.

En el campo de la optimización , el modelado de procesos físicos se usa a menudo junto con la computación evolutiva para optimizar las estrategias de control.

Modelado en educación y formación

La simulación es ampliamente utilizada con fines educativos . Se utiliza cuando es demasiado caro o peligroso permitir que los alumnos utilicen equipos reales en el mundo real. En tales situaciones, obtienen una experiencia realista en un entorno virtual seguro. A menudo, la conveniencia radica en permitir errores durante el entrenamiento en un entorno crítico para la seguridad. Las simulaciones en educación son algo similares a las simulaciones educativas. Están enfocados en tareas específicas. El término " micromundo " se utiliza para referirse a simulaciones de instrucción que modelan algún concepto abstracto en lugar de imitar un objeto o entorno realista o, en algunos casos, modelan el entorno real de forma simplificada para ayudar al estudiante a desarrollar una comprensión de los conceptos clave. Por lo general, el usuario puede crear una estructura en el microcosmos que se comportará de acuerdo con los conceptos que se modelan. Seymour Papert fue uno de los primeros en comprender el valor de los micromundos, y el lenguaje de programación Logo desarrollado por Papert es uno de los micromundos más conocidos.

El modelado de gestión de proyectos se utiliza cada vez más para capacitar a estudiantes y profesionales. Mejora el proceso de aprendizaje, contribuyendo a la rápida asimilación de la información [11] .

El modelado social se puede utilizar en las ciencias sociales para ilustrar los procesos sociales y políticos en la antropología, la economía, la historia, las ciencias políticas o la sociología, normalmente en el nivel secundario o universitario. Por ejemplo, en una simulación de sociedad civil en la que los participantes asumen un papel en una sociedad simulada, o en una simulación de relaciones internacionales en la que los estudiantes participan en negociaciones, creación de alianzas, comercio, diplomacia y uso de la fuerza. Tales simulaciones pueden estar basadas en sistemas políticos ficticios o en eventos actuales o históricos. Un ejemplo de esto último es la respuesta de Barnard College a una serie de juegos educativos históricos [12] . La Fundación Nacional de Ciencias también ha apoyado la creación de juegos interactivos relacionados con la educación científica y matemática [13] .

En los últimos años, el modelado social se ha utilizado cada vez más para capacitar al personal en agencias de desarrollo y organizaciones benéficas. Por ejemplo, el modelo Karan fue desarrollado por primera vez por el Programa de Desarrollo de las Naciones Unidas y ahora está siendo utilizado en una forma muy revisada por el Banco Mundial para capacitar al personal en países frágiles y afectados por conflictos [14] .

El uso de la simulación para el entrenamiento militar profesional a menudo involucra aeronaves o vehículos blindados de combate, pero también puede estar dirigido al entrenamiento en armas pequeñas y otros sistemas de armas. En particular, los campos de tiro virtuales se han convertido en la norma en la mayoría de los procesos de entrenamiento militar.

Sistemas generales de interacción con el usuario para simulación virtual

Las simulaciones virtuales son una categoría especial de simulación que utiliza hardware de simulación para crear un mundo simulado para el usuario. Las simulaciones virtuales permiten a los usuarios interactuar con el mundo virtual . Los mundos virtuales operan en plataformas de componentes integrados de software y hardware. Por lo tanto, el sistema puede recibir información del usuario (p. ej., seguimiento del cuerpo, reconocimiento de voz/sonido , controladores físicos) y proporcionar una salida al usuario (p. ej., pantalla visual, pantalla de audio, pantalla táctil) [15] . Las simulaciones virtuales utilizan los modos de interacción antes mencionados para crear una experiencia inmersiva para el usuario .

Equipo de entrada de simulación virtual

Existe una amplia variedad de hardware de entrada disponible para la simulación virtual:

Seguimiento del cuerpo : a menudo se utiliza una técnica de captura de movimiento para registrar los movimientos del usuario y convertir los datos capturados en datos de entrada para simulaciones virtuales. Por ejemplo, si el usuario gira físicamente la cabeza, ese movimiento será capturado de alguna manera por el hardware y traducido a un desplazamiento adecuado en el campo de visión dentro del entorno virtual.

Controladores físicos : los controladores físicos solo proporcionan información a la simulación a través de la manipulación directa por parte del usuario. En la simulación virtual, la retroalimentación háptica de los controladores físicos es muy deseable en varios entornos de simulación.

Reconocimiento de voz/sonido : esta forma de interacción se puede usar para interactuar con agentes en la simulación (como humanos virtuales) o manipular objetos en la simulación (como información). La interacción de voz supuestamente mejora la inmersión del usuario. Se pueden usar auriculares con micrófonos, micrófonos de pecho o se puede equipar la sala con micrófonos colocados estratégicamente.

Investigación actual en sistemas de entrada de usuario

La investigación de futuros sistemas de entrada de datos es muy prometedora para la simulación virtual. Los sistemas como las interfaces cerebro-computadora (BCI) ofrecen la oportunidad de aumentar aún más el nivel de inmersión para los usuarios de simulaciones virtuales. Lee, Keinrath, Scherer, Bischof, Pfurtscheller demostraron que los sujetos ingenuos pueden ser entrenados para usar BCI para navegar por un apartamento virtual con relativa facilidad [16] . Usando el BCI, los autores encontraron que los sujetos podían navegar libremente por el entorno virtual con un esfuerzo relativamente mínimo. Es posible que este tipo de sistemas se conviertan en modalidades de entrada estándar en futuros sistemas de simulación virtual.

Hardware de salida de simulación virtual

Existe una amplia variedad de hardware de salida disponible para entregar la señal a los usuarios en simulaciones virtuales:

Las pantallas visuales proporcionan un estímulo visual al usuario.

  • Las pantallas fijas pueden variar desde una pantalla de escritorio normal hasta pantallas envolventes de 360 ​​grados y pantallas estéreo . Las pantallas de escritorio comunes pueden variar en tamaño de 15 a 60 pulgadas (380 a 1520 mm). Envolver pantallas se usa comúnmente en lo que se conoce como Entorno Virtual Automático de Cueva (CAVE) . Las pantallas 3D estereoscópicas producen una imagen 3D con o sin gafas especiales, según el diseño.
  • Las pantallas montadas en la cabeza se montan en el casco del usuario. Estos sistemas se conectan directamente a la simulación virtual para brindar una experiencia más inmersiva al usuario. El peso, la frecuencia de actualización y el campo de visión son algunas de las variables clave que los determinan. Naturalmente, las pantallas pesadas no son deseables ya que causan fatiga con el tiempo. Si la tasa de actualización es demasiado lenta, el sistema no puede actualizar la imagen lo suficientemente rápido para que coincida con el giro rápido de la cabeza del usuario. Por lo tanto, el ritmo lento de renovación rompe la sensación de inmersión. El campo de visión o la extensión angular del mundo que es actualmente visible puede variar de un sistema a otro y se ha descubierto que afecta la sensación de inmersión del usuario.

Pantalla de sonido : existen varios tipos diferentes de sistemas de audio que ayudan al usuario a escuchar y localizar sonidos en el espacio. Se puede usar un software especial para crear efectos de audio 3D para dar la ilusión de que las fuentes de sonido se colocan en un espacio 3D alrededor del usuario.

Pantalla táctil : estas pantallas brindan un sentido del tacto al usuario ( tecnología táctil ). Este tipo de salida a veces se denomina retroalimentación de fuerza.

  • Las pantallas de mosaicos táctiles utilizan varios tipos de actuadores, como burbujas inflables, vibradores, subwoofers de baja frecuencia , actuadores de clavija y/o actuadores térmicos para crear sensaciones adicionales [15] .
  • Las pantallas de efectores finales pueden responder a las entradas del usuario con resistencia y fuerza. Estos sistemas se utilizan a menudo en aplicaciones médicas para operaciones remotas que utilizan instrumentos robóticos [17] .

Pantalla vestibular : Estas pantallas proporcionan una sensación de movimiento al usuario ( simulador de movimiento ). A menudo aparecen como bases de movimiento para simulaciones de vehículos virtuales, como simuladores de conducción o simuladores de vuelo . Las bases de movimiento están fijas en su lugar, pero usan actuadores para mover la máquina de una manera que provoque sensaciones de cabeceo, inclinación o balanceo. Las máquinas también pueden moverse de forma que creen una sensación de aceleración en todos los ejes (por ejemplo, la base del movimiento puede dar la sensación de caída).

Simuladores médicos

Los simuladores médicos se desarrollan y utilizan cada vez más para capacitar a profesionales médicos en procedimientos terapéuticos y de diagnóstico, así como en conceptos médicos y toma de decisiones. Se han diseñado simuladores para enseñar procedimientos que van desde conceptos básicos como la toma de muestras de sangre hasta cirugía laparoscópica y traumatología [18] . También son importantes para ayudar a crear prototipos de nuevos dispositivos para tareas de ingeniería biomédica . Actualmente, los simuladores se utilizan para investigar y desarrollar nuevos métodos de tratamiento y diagnóstico precoz en medicina [19] .

Muchos simuladores médicos tienen un ordenador conectado al modelado plástico de la anatomía correspondiente. Los simuladores sofisticados de este tipo utilizan un maniquí de tamaño real que responde a las drogas inyectables y se pueden programar para crear simulaciones de emergencias que amenazan la vida. En otras simulaciones, los componentes visuales de un procedimiento se representan mediante técnicas de gráficos por computadora , mientras que los componentes sensoriales se representan mediante dispositivos de retroalimentación táctil junto con rutinas de simulación física calculadas en respuesta a las acciones del usuario.

Las simulaciones médicas de este tipo a menudo utilizan tomografías computarizadas o resonancias magnéticas de los datos del paciente para aumentar el realismo. Algunas simulaciones médicas se desarrollan para una amplia distribución (por ejemplo, simulaciones web [20] y simulaciones de procedimientos [21] que se pueden ver a través de navegadores web estándar ) y pueden interactuar usando interfaces de computadora estándar como teclado y mouse .

Otro uso médico importante del simulador es el uso de un fármaco placebo que imita al fármaco activo en los ensayos de eficacia del fármaco.

Mejorar la seguridad del paciente

La seguridad del paciente es una preocupación en la industria médica. Se sabe que los pacientes se lesionan e incluso mueren debido a la mala gestión y la falta de los mejores estándares de atención y educación. Según el Programa Nacional para el Establecimiento de la Educación Médica de Simulación, "La capacidad de un trabajador de la salud para responder de manera inteligente a una situación inesperada es uno de los factores más importantes para crear un resultado positivo en la medicina de emergencia , ya sea que ocurra en el campo de batalla, en la autopista o en la sala del hospital". Eder-Van Hook, autor del programa nacional mencionado anteriormente, también señaló que los errores médicos matan hasta 98,000 personas con un costo estimado de $37 a $50 millones y $17 a $29 mil millones en eventos adversos prevenibles. eventos por año.

La simulación se utiliza para estudiar la seguridad del paciente, así como para educar a los profesionales de la salud [22] . Estudiar la seguridad del paciente y las medidas de seguridad de la atención médica es un desafío porque no existe un control experimental (complejidad del paciente, desviaciones del sistema/proceso) para ver si la intervención logró una diferencia significativa [23] . Un ejemplo de modelado innovador para el estudio de la seguridad del paciente es la investigación en enfermería. Los autores utilizaron modelos de alta fidelidad para estudiar el comportamiento de las enfermeras orientado a la seguridad durante períodos como el informe de cambio de horario de trabajo [22] .

Sin embargo, el valor de las intervenciones simuladas para traducirlas a la práctica clínica sigue siendo controvertido. Existe una fuerte evidencia de que el entrenamiento con simulación mejora la autoeficacia y la competencia del equipo en ensayos ficticios . También hay pruebas sólidas de que el modelado de procedimientos mejora el rendimiento operativo real en entornos clínicos [24] . El principal desafío es demostrar que el modelado del equipo mejora el rendimiento operativo del equipo al lado de la cama [25] . Hoy en día, la capacidad de la simulación para proporcionar experiencia práctica en el quirófano ya no está en duda [26] [27] .

Historia del modelado en el cuidado de la salud

Los primeros simuladores médicos eran modelos simples de pacientes humanos. Desde la antigüedad, estas imágenes en arcilla y piedra se han utilizado para demostrar las características clínicas de los estados patológicos y sus efectos en los seres humanos. Se han encontrado modelos en muchas culturas y continentes. Estos modelos se han utilizado en algunas culturas (como la cultura china) como una herramienta de " diagnóstico " para permitir que las mujeres consulten con médicos varones manteniendo las leyes sociales de la modestia. Los modelos se utilizan hoy en día para ayudar a los estudiantes a aprender la anatomía del sistema musculoesquelético y los sistemas de órganos [28] .

En 2002, se formó la Society for Healthcare Modeling y se convirtió en líder en la promoción interprofesional internacional de modelos médicos en el cuidado de la salud [29] . La necesidad de un "mecanismo único para la capacitación, evaluación y certificación de instructores de simulación para profesionales de la salud" se reconoció en una revisión crítica de la investigación basada en simulación en educación médica [30] . En 2012, la Healthcare Simulation Society estableció dos nuevas certificaciones para formadores de simulación de empleados [31] .

Tipos de modelos

Modelo activo

Recientemente han surgido modelos activos que intentan reproducir la anatomía o la fisiología viva. El famoso maniquí de Harvey , desarrollado en la Universidad de Miami , es capaz de recrear muchos de los hallazgos físicos de un examen cardíaco , incluida la palpación , la auscultación y la electrocardiografía [32] .

Modelo interactivo

Más recientemente, se han desarrollado modelos interactivos que responden a las acciones realizadas por un estudiante o médico. Hasta hace poco, estas simulaciones eran programas informáticos bidimensionales que actuaban más como un libro de texto que como un paciente. La simulación por computadora tiene la ventaja de permitir que el estudiante haga juicios y errores. El proceso de aprendizaje iterativo a través de la evaluación, la evaluación, la toma de decisiones y la corrección de errores crea un entorno de aprendizaje mucho más sólido que el aprendizaje pasivo.

Simulador de computadora

Los simuladores informáticos se han propuesto como una herramienta ideal para evaluar las habilidades clínicas de los estudiantes [33] . Para los pacientes, la "ciberterapia" se puede utilizar en sesiones que imitan experiencias traumáticas que van desde el miedo a las alturas hasta la ansiedad social [34] .

Los pacientes programados y las situaciones clínicas simuladas, incluidos los simulacros de socorro en casos de desastre , se utilizan ampliamente para la formación y la evaluación. Estas simulaciones "realistas" son caras y carecen de reproducibilidad. Un simulador 3Di con todas las funciones sería la herramienta más específica disponible para enseñar y medir habilidades clínicas. Para crear entornos médicos virtuales, se han utilizado plataformas de juegos que soportan un método interactivo de aprendizaje y aplicación de información en un contexto clínico [35] [36] .

La simulación inmersiva del estado de la enfermedad permite al médico o estudiante de medicina experimentar el estado del paciente. Con la ayuda de sensores y transductores, los efectos sintomáticos se transmiten al participante del experimento, permitiéndole experimentar el estado de enfermedad del paciente. Tal simulador cumple con los objetivos de una evaluación objetiva y estandarizada de la competencia clínica [37] . Este sistema es superior a los estudios que utilizan " pacientes estándar " porque admite la cuantificación y la reproducción de los mismos resultados objetivos [38] .

Simulación de entretenimiento

La simulación de entretenimiento abarca muchas industrias grandes y populares, como el cine , la televisión , los videojuegos y las atracciones de parques temáticos . Si bien se cree que la simulación moderna tiene sus raíces en el entrenamiento y el ejército, también fue ampliamente utilizada por las empresas de servicios de entretenimiento en el siglo XX.

Historia del modelado visual en películas y juegos

Historia temprana (1940-1950)

El primer juego de simulación pudo haber sido creado ya en 1947 por Thomas T. Goldsmith, Jr. y Astle Ray Mann. Era un juego simple que simulaba un misil disparado a un objetivo. La curvatura del cohete y su velocidad se podían ajustar usando varias perillas. En 1958, Willie Higginbotham creó un juego llamado "tenis for two" que simulaba un partido de tenis entre dos jugadores usando controles manuales y visualizado en un osciloscopio . Fue uno de los primeros videojuegos electrónicos en utilizar una pantalla gráfica .

1970 y principios de 1980

En la película se utilizaron imágenes generadas por computadora para simular objetos ya en 1972 en una mano animada , partes de las cuales se mostraron en la pantalla grande en la película de 1976 Tomorrow's World . Mucha gente recuerda la "computadora de guía" de Star Wars en 1977. La película " Trono " (1982) fue la primera película en utilizar imágenes generadas por ordenador durante más de dos minutos [39] .

Los avances en tecnología en la década de 1980 hicieron que el modelado 3D se usara más ampliamente en películas y juegos de computadora, como Battlezone (1980) y Elite (1984) de Acornsoft , uno de los primeros en usar un modelo de estructura alámbrica en computadoras personales .

La era del cine previrtual (principios de los 80 y los 90)

Los avances tecnológicos de la década de 1980 hicieron que la computadora fuera más asequible y más capaz que en décadas anteriores, lo que dio lugar a computadoras como la Xbox para juegos [40] . Las primeras consolas de videojuegos , lanzadas en la década de 1970 y principios de la de 1980, fueron víctimas del colapso de la industria en 1983, pero en 1985, Nintendo lanzó Nintendo Entertainment System (NES), que se convirtió en una de las consolas más vendidas en la historia de los videojuegos . . En la década de 1990, los juegos de PC como Los Sims y Command & Conquer se hicieron muy populares y se adaptaron al poder creciente de las computadoras de escritorio. Hoy en día, millones de personas en todo el mundo juegan simulaciones por computadora como World of Warcraft .

Jurassic Park , estrenada en 1993, fue la primera película convencional en hacer un uso extensivo de CGI , integrando dinosaurios simulados casi por completo en las escenas de acción. Este evento transformó la industria del cine ; en 1995, Toy Story se convirtió en la primera película en usar únicamente imágenes generadas por computadora, y para el nuevo milenio, los gráficos por computadora se habían convertido en el principal medio para crear efectos especiales en el cine [41] .

Cine virtual (principios de la década de 2000-presente)

La llegada del cine virtual a principios de la década de 2000 condujo a un aumento espectacular del número de películas basadas en imágenes virtuales. Los ejemplos clásicos son los dobles digitales de Neo , Smith y otros personajes de la trilogía Matrix, y los muchos personajes de fantasía imposibles de crear sin CGI en la trilogía El Señor de los Anillos .

En la serie Pan Am , la terminal , que ya no existía en el momento de la filmación en 2011-2012, se creó por medio de la cinematografía virtual, como la búsqueda automática de un punto de vista y la combinación de planos reales y simulados en uno . escena, que se han arraigado firmemente en la industria del cine desde principios de 2000-2000. x años. Los gráficos CGI se utilizan para efectos visuales porque son de alta calidad, están bien controlados y son capaces de crear efectos que no serían posibles con ninguna otra tecnología debido al alto costo o la falta de seguridad [42] . CGI se puede ver en muchas películas hoy en día, especialmente en el género de acción . Además, las imágenes generadas por computadora han reemplazado casi por completo la animación dibujada a mano en las películas para niños, la mayoría de las cuales ahora se crean solo en una computadora. Ejemplos de películas que usan imágenes generadas por computadora son Buscando a Nemo , 300 y Iron Man .

Otros tipos de entretenimiento basado en simulación

Simulaciones de juegos

Las simulaciones de juegos , a diferencia de otros géneros de videojuegos y juegos de computadora, representan o simulan con precisión el entorno . Además, representan de forma realista la interacción entre los personajes del juego y el entorno. Este tipo de juegos suelen ser más complejos en términos de jugabilidad [43] . Muchos simuladores, como SimCity y Tiger Woods PGA Tour , se han vuelto increíblemente populares entre personas de todas las edades [44] .

Paseos en parques temáticos

Los simuladores se han utilizado para el entretenimiento desde los días del Link Trainer en la década de 1930 [45] . La primera atracción de simulación moderna que se abrió en un parque temático fue Disney's Star Tours en 1987, y pronto fue seguida por The Funtastic World of Hanna-Barbera en 1990, que fue la primera atracción construida completamente con CGI [46] . Las atracciones de simulación evolucionaron a partir de simuladores militares y comerciales, pero existe una diferencia fundamental entre los primeros y los segundos. Mientras que los simuladores militares responden a la entrada de los estudiantes en tiempo real, las atracciones solo crean la ilusión de respuesta al hacer coincidir los escenarios de movimiento pregrabados [46] . Uno de los primeros simuladores de Star Tours de $ 32 millones presentaba una cabina hidráulica . El movimiento se programaba con un joystick . Los juegos de simulación modernos, como The Amazing Adventures of Spider-Man , incluyen elementos para mejorar la inmersión experimentada por los usuarios, como imágenes en 3D , efectos físicos (rociado de agua o aromas) y movimiento a través del entorno [47] .

Simulación en producción

La fabricación es una de las aplicaciones más importantes de la simulación. Este método es una herramienta valiosa que utilizan los ingenieros al evaluar el impacto de las inversiones de capital en equipos e instalaciones físicas, como fábricas, almacenes y centros de distribución. La simulación se puede utilizar para predecir el rendimiento de un sistema existente o planificado y comparar soluciones alternativas para un problema de diseño particular [48] .

Otro propósito importante del modelado en sistemas de producción es cuantificar el rendimiento del sistema .

Los indicadores generales del rendimiento del sistema incluyen los siguientes [49] :

  • La duración de un ciclo (cuánto tiempo se tarda en fabricar una pieza)
  • Uso de recursos, mano de obra y máquinas.
  • Colas de trabajo
  • Colas y retrasos provocados por dispositivos y sistemas de manipulación
  • Necesidades de almacenamiento durante el funcionamiento
  • Necesidades de personal

Ergonomía

El modelado ergonómico implica el análisis de productos virtuales o tareas manuales en un entorno virtual. En el proceso de diseño, el objetivo de la ergonomía es desarrollar y mejorar el diseño de los productos y el entorno de trabajo [50] . La simulación ergonómica utiliza una representación virtual antropométrica de un ser humano, un maniquí o un modelo digital de un ser humano, para simular las posturas, las tensiones mecánicas y el desempeño de un operador humano en un entorno simulado, como un avión, un automóvil o una planta de fabricación. Los modelos humanos digitales son una herramienta valiosa para el análisis y el diseño de la ergonomía [51] . La simulación utiliza gráficos y modelos 3D para animar personas virtuales. El software de ergonomía utiliza métodos de cinemática inversa para controlar el modelo digital [50] .

Las herramientas de software suelen calcular las propiedades biomecánicas , incluidas las fuerzas musculares individuales , las fuerzas articulares y los momentos . Algunos modelos también analizan parámetros fisiológicos, incluidos el metabolismo , el gasto de energía y los límites de fatiga en los ciclos de tiempo y la comodidad del usuario [52] .

La simulación y la simulación de una tarea se pueden realizar manipulando manualmente a una persona virtual en un entorno simulado. Algunos programas de simulación de ergonomía permiten la simulación interactiva y la evaluación en tiempo real a través de la entrada utilizando tecnologías de captura de movimiento . Sin embargo, la captura de movimiento requiere un equipo costoso y la creación de accesorios para representar el entorno .

El modelado ergonómico incluye análisis de recolección de desechos sólidos, gestión de desastres, juegos interactivos, diseño de líneas de ensamblaje de vehículos [53] , creación de prototipos virtuales de ayudas para la rehabilitación e ingeniería aeroespacial [54] . Por ejemplo, los ingenieros de Ford utilizan el software de simulación de ergonomía Jack and Jill de Siemens para revisiones de diseño de productos virtuales que mejoran la seguridad y la eficiencia del trabajo sin necesidad de costosos prototipos.

Simulación de lanzamiento del transbordador espacial

La simulación se usó en el Centro Espacial Kennedy para capacitar y certificar a los ingenieros del transbordador espacial durante una cuenta regresiva de lanzamiento simulada . El departamento de ingeniería participa en una simulación integrada de la cuenta atrás del lanzamiento antes de cada vuelo del transbordador. Esta es una simulación virtual en la que personas reales interactúan con un transbordador espacial simulado y un equipo de apoyo en tierra. Los sistemas de lanzadera integrados en la simulación incluyen el sistema de propulsión principal, RS-25 , propulsores de cohetes sólidos , hidrógeno líquido y oxígeno líquido , tanque externo , controles de vuelo , navegación y aviónica [55] .

Los objetivos principales de la simulación de lanzamiento del transbordador son los siguientes:

  • demostración de operaciones de cuenta regresiva en la sala de lanzamiento
  • Brindar capacitación para que los ingenieros reconozcan y evalúen los problemas del sistema en un entorno de tiempo crítico.
  • usar la capacidad del equipo de lanzamiento para evaluar, priorizar y responder a los problemas de manera integrada en un entorno de tiempo crítico
  • proporcionar procedimientos que se utilizarán para realizar operaciones de recuperación en caso de fallas del sistema realizadas en la etapa final de la cuenta regresiva [56]

La sala de lanzamiento utilizada durante la simulación es la misma sala de control donde se realizan las operaciones reales de cuenta regresiva de lanzamiento. Como resultado, el equipo utilizado para las operaciones reales de cuenta regresiva del lanzamiento está involucrado: computadoras de comando y control, software de aplicación , gráficos de ingeniería y herramientas de tendencias. El hardware del transbordador espacial y el equipo de soporte terrestre asociado se simulan mediante modelos matemáticos (escritos en el lenguaje de modelado del Simulador de operaciones terrestres del transbordador [SGOS] [57] ) que responden como hardware real. Mientras simulan la fase de cuenta regresiva final del transbordador, los ingenieros controlan el hardware utilizando un software de aplicación real que se ejecuta en los paneles de control . Durante la simulación, las aplicaciones de software no interactúan con el hardware real del transbordador, sino con representaciones de modelos matemáticos del hardware. Por lo tanto, la simulación le permite eludir mecanismos sensibles y peligrosos al proporcionar mediciones de ingeniería que leen en detalle la respuesta del equipo. Dado que estos modelos matemáticos interactúan con el software de aplicación de comando y control , los modelos y simulaciones también se utilizan para depurar y verificar la funcionalidad del software de aplicación [58] .

Simulaciones de juegos

  • Juegos de computadora : simuladores de automóviles y motocicletas, aviones, naves espaciales, tanques, trenes, submarinos, deportes varios, etc. El principio principal del simulador es la reproducción exacta de las características de un área temática determinada (por ejemplo: un simulador de automóvil debe reproducir las características físicas de los automóviles con la mayor precisión posible).

Notas

  1. ↑ 1 2 J. Bancos; J. Carson; B.Nelson; D. Nicolás (2001). Simulación de sistemas de eventos discretos . Prentice Hall. pags. 3. ISBN978-0-13-088702-3.
  2. ↑ John A. Sokolowski, Catherine M. Banks. Principios de modelado y simulación: un enfoque multidisciplinario . - Hoboken, Nueva Jersey: John Wiley, 2009. - 260 p. — ISBN 978-0-470-28943-3 .
  3. ↑ McLeod, J. (1968) "Simulación: el modelado dinámico de ideas y sistemas con computadoras", McGraw-Hill, NYC.
  4. ↑ Zeigler, BP, Praehofer, H. y Kim, TG (2000) "Teoría del modelado y la simulación: integración de eventos discretos y sistemas dinámicos complejos continuos", Elsevier, Ámsterdam.
  5. ↑ Giambiasi, N., Escude, B. y Ghosh, S. (2001). GDEVS: una especificación de eventos discretos generalizada para el modelado preciso de sistemas dinámicos. En Sistemas Autónomos Descentralizados, 2001. Actas. V Simposio Internacional de (págs. 464-469).
  6. ↑ Kuhl, F., Weatherly, R. y Dahmann, J. (1999). Creación de sistemas de simulación por ordenador: una introducción a la arquitectura de alto nivel. PTR de Prentice Hall.
  7. ↑ Bruzzone AG, Massei M., Simulation-Based Military Training, en Guide to Simulation-Based Disciplines, Vol.1. 315-361.
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