Simulación

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Una simulación es la imitación del funcionamiento de un proceso o sistema del mundo real a lo largo del tiempo. Las simulaciones requieren el uso de modelos; el modelo representa las características o comportamientos clave del sistema o proceso seleccionado, mientras que la simulación representa la evolución del modelo a lo largo del tiempo. A menudo, se utilizan computadoras para ejecutar la simulación.

La simulación se utiliza en muchos contextos, como la simulación de tecnología para ajustar u optimizar el rendimiento, ingeniería de seguridad, pruebas, capacitación, educación y videojuegos. La simulación también se utiliza con el modelado científico de sistemas naturales o humanos para obtener información sobre su funcionamiento, como en la economía. La simulación se puede utilizar para mostrar los efectos reales eventuales de condiciones y cursos de acción alternativos. La simulación también se usa cuando el sistema real no se puede activar, porque puede no ser accesible, o puede ser peligroso o inaceptable activarlo, o se está diseñando pero aún no se ha construido, o simplemente porque no existe.

Los temas clave en el modelado y la simulación incluyen la adquisición de fuentes válidas de información sobre la selección relevante de características y comportamientos clave utilizados para construir el modelo, el uso de aproximaciones y suposiciones simplificadas dentro del modelo, y la fidelidad y validez de los resultados de la simulación. Los procedimientos y protocolos para la verificación y validación de modelos son un campo continuo de estudio académico, refinamiento, investigación y desarrollo en tecnología o práctica de simulaciones, particularmente en el trabajo de simulación por computadora.

Clasificación y terminología

Históricamente, las simulaciones utilizadas en diferentes campos se desarrollaron en gran medida de forma independiente, pero los estudios de teoría de sistemas y cibernética del siglo XX combinados con el uso extendido de computadoras en todos esos campos han llevado a cierta unificación y una visión más sistemática del concepto.

La simulación física se refiere a la simulación en la que los objetos físicos se sustituyen por objetos reales (algunos círculos usan el término para simulaciones por computadora que modelan leyes físicas seleccionadas, pero este artículo no lo hace). 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 especial de simulación física, a menudo denominada simulación humana en el circuito, en la que las simulaciones físicas incluyen operadores humanos, como en un simulador de vuelo, un simulador de navegación o un simulador de conducción.

La simulación continua es una simulación basada en pasos de tiempo continuo en lugar de pasos de tiempo discreto, utilizando la integración numérica de ecuaciones diferenciales.

La simulación de eventos discretos estudia sistemas cuyos estados cambian sus valores solo en tiempos discretos. Por ejemplo, una simulación de una epidemia podría cambiar la cantidad de personas infectadas en instantes de tiempo cuando las personas susceptibles se infectan o cuando las personas infectadas se recuperan.

La simulación estocástica es una simulación en la que alguna variable o proceso está sujeto a variaciones aleatorias y se proyecta utilizando técnicas de Monte Carlo utilizando números pseudoaleatorios. Por lo tanto, las ejecuciones replicadas con las mismas condiciones de contorno producirán resultados diferentes dentro de una banda de confianza específica.

La simulación determinista es una simulación que no es estocástica: por lo tanto, las variables están reguladas por algoritmos deterministas. Entonces, las ejecuciones replicadas de las mismas condiciones de contorno siempre producen resultados idénticos.

La simulación híbrida (o simulación combinada) corresponde a una mezcla entre la simulación de eventos continuos y discretos y da como resultado la integración numérica de las ecuaciones diferenciales entre dos eventos secuenciales para reducir el número de discontinuidades.

Una simulación independiente es una simulación que se ejecuta en una sola estación de trabajo por sí misma.

UNla simulación distribuida es aquella que usa más de una computadora simultáneamente, para garantizar el acceso desde/hacia diferentes recursos (por ejemplo, múltiples usuarios que operan diferentes sistemas o conjuntos de datos distribuidos); un ejemplo clásico es la simulación interactiva distribuida (DIS).

La simulación en paralelo acelera la ejecución de una simulación al distribuir simultáneamente su carga de trabajo entre varios procesadores, como en la informática de alto rendimiento.

La simulación interoperable es donde múltiples modelos, simuladores (a menudo definidos como federados) interoperan localmente, distribuidos en una red; un ejemplo clásico es la arquitectura de alto nivel.

El modelado y la simulación como servicio es donde se accede a la simulación como un servicio a través de la web.

El modelado, la simulación interoperable y los juegos serios es donde los enfoques de juegos serios (por ejemplo, motores de juegos y métodos de participación) se integran con la simulación interoperable.

La fidelidad de la simulación se usa para describir la precisión de una simulación y qué tan cerca imita a la contraparte de la vida real. La fidelidad se clasifica ampliamente en una de tres categorías: baja, media y alta. Las descripciones específicas de los niveles de fidelidad están sujetas a interpretación, pero se pueden hacer las siguientes generalizaciones:

Un entorno sintético es una simulación por computadora que se puede incluir en simulaciones de humanos en el circuito.

La simulación en el análisis de fallas se refiere a la simulación en la que creamos un entorno/condiciones para identificar la causa de la falla del equipo. Este puede ser el método mejor y más rápido para identificar la causa de la falla.

Simulación por ordenador

Una simulación por computadora (o "sim") es un intento de modelar una situación real o hipotética en una computadora para que pueda estudiarse y ver cómo funciona el sistema. Al cambiar las variables en la simulación, se pueden hacer predicciones sobre el comportamiento del sistema. Es una herramienta para investigar virtualmente el comportamiento del sistema bajo estudio.

La simulación por computadora se ha convertido en una parte útil del modelado de muchos sistemas naturales en física, química y biología, y de sistemas humanos en economía y ciencias sociales (por ejemplo, sociología computacional), así como en ingeniería para comprender mejor el funcionamiento de esos sistemas. Un buen ejemplo de la utilidad de usar computadoras para simular se puede encontrar en el campo de la simulación de tráfico de red. En tales simulaciones, el comportamiento del modelo cambiará en cada simulación de acuerdo con el conjunto de parámetros iniciales asumidos para el entorno.

Tradicionalmente, el modelado formal de sistemas ha sido a través de un modelo matemático, que intenta encontrar soluciones analíticas que permitan predecir el comportamiento del sistema a partir de un conjunto de parámetros y condiciones iniciales. La simulación por computadora se usa a menudo como complemento o sustitución de los sistemas de modelado para los que no son posibles las soluciones analíticas de forma cerrada simple. Hay muchos tipos diferentes de simulación por computadora, la característica común que todos comparten es el intento de generar una muestra de escenarios representativos para un modelo en el que una enumeración completa de todos los estados posibles sería prohibitiva o imposible.

Existen varios paquetes de software para ejecutar el modelado de simulación basado en computadora (por ejemplo, simulación Monte Carlo, modelado estocástico, modelado multimétodo) que hace que todo el modelado sea casi sin esfuerzo.

El uso moderno del término "simulación por computadora" puede abarcar prácticamente cualquier representación basada en computadora.

Ciencias de la Computación

En informática, la simulación tiene algunos 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 la terminología moderna, una computadora ejecuta un programa) que describe las transiciones de estado, entradas y salidas. de una máquina de estados discretos sujeto. La computadora simula la máquina en cuestión. En consecuencia, en informática teórica el término simulación es una relación entre sistemas de transición de estado, útil en el estudio de la semántica operativa.

Menos teóricamente, una aplicación interesante de la simulación por computadora es simular computadoras usando computadoras. En arquitectura informática, un tipo de simulador, normalmente llamado emulador., a menudo se usa para ejecutar un programa que tiene que ejecutarse en algún tipo de computadora inconveniente (por ejemplo, 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. (ver Simulador de arquitectura de computadores y Virtualización de plataformas). Por ejemplo, los simuladores se han utilizado para depurar un microprograma o, a veces, programas de aplicaciones comerciales, antes de que el programa se descargue en la máquina de destino. Dado que se simula la operación de la computadora, toda la información sobre la operación de la computadora está directamente disponible para el programador, y la velocidad y la ejecución de la simulación se pueden variar a voluntad.

Los simuladores también se pueden usar para interpretar árboles de fallas o probar diseños lógicos VLSI antes de construirlos. La simulación simbólica utiliza variables para representar valores desconocidos.

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

Simulación en educación y formación

La simulación se utiliza ampliamente con fines educativos. Se utiliza para casos en los que es prohibitivamente caro o simplemente demasiado peligroso permitir que los alumnos utilicen el equipo real en el mundo real. En tales situaciones, pasarán tiempo aprendiendo lecciones valiosas en un entorno virtual "seguro" y viviendo una experiencia real (o al menos ese es el objetivo). A menudo, la conveniencia es permitir errores durante el entrenamiento para un sistema crítico para la seguridad.

Las simulaciones en educación son algo así como simulaciones de entrenamiento. Se enfocan en tareas específicas. El término "micromundo" se utiliza para referirse a simulaciones educativas que modelan algún concepto abstracto en lugar de simular un objeto o entorno realista o, en algunos casos, modelan un entorno del mundo real de manera simplista para ayudar al alumno a desarrollar una comprensión de los conceptos clave. Normalmente, un usuario puede crear algún tipo de construcción dentro del micromundo que se comportará de manera consistente con los conceptos que se modelan. Seymour Papert fue uno de los primeros en defender el valor de los micromundos, y el entorno de programación Logo desarrollado por Papert es uno de los micromundos más conocidos.

La simulación de gestión de proyectos se usa cada vez más para capacitar a estudiantes y profesionales en el arte y la ciencia de la gestión de proyectos. El uso de la simulación para la capacitación en gestión de proyectos mejora la retención del aprendizaje y mejora el proceso de aprendizaje.

Las simulaciones sociales se pueden usar en las aulas de ciencias sociales para ilustrar los procesos sociales y políticos en los cursos de antropología, economía, historia, ciencias políticas o sociología, generalmente a nivel de escuela secundaria o universidad. Estos pueden, por ejemplo, tomar la forma de simulaciones de educación cívica, en las que los participantes asumen roles en una sociedad simulada, o simulaciones de relaciones internacionales en las que los participantes participan en negociaciones, formación de alianzas, comercio, diplomacia y uso de la fuerza. Estas simulaciones pueden basarse en sistemas políticos ficticios o en hechos actuales o históricos. Un ejemplo de esto último sería la serie de juegos educativos históricos Reacting to the Past de Barnard College.La Fundación Nacional de Ciencias también ha apoyado la creación de juegos de reacción que abordan la educación en ciencias y matemáticas. En las simulaciones de redes sociales, los participantes entrenan la comunicación con los críticos y otras partes interesadas en un entorno privado.

En los últimos años, se ha incrementado el uso de simulaciones sociales para la capacitación del personal en las agencias de ayuda y desarrollo. La simulación de Carana, por ejemplo, fue desarrollada por primera vez por el Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo, y ahora el Banco Mundial la utiliza en una forma muy revisada para capacitar al personal para tratar con países frágiles y afectados por conflictos.

Los usos militares para la simulación a menudo involucran aviones o vehículos de combate blindados, pero también pueden apuntar al entrenamiento con armas pequeñas y otros sistemas de armas. Específicamente, los polígonos de armas de fuego virtuales se han convertido en la norma en la mayoría de los procesos de entrenamiento militar y hay una cantidad significativa de datos que sugieren que esta es una herramienta útil para los profesionales armados.

Simulación virtual

Una simulación virtual es una categoría de simulación que utiliza equipos de simulación para crear un mundo simulado para el usuario. Las simulaciones virtuales permiten a los usuarios interactuar con un mundo virtual. Los mundos virtuales operan en plataformas de componentes integrados de software y hardware. De esta manera, el sistema puede aceptar entradas del usuario (p. ej., seguimiento corporal, reconocimiento de voz/sonido, controladores físicos) y generar salidas para el usuario (p. ej., pantalla visual, pantalla auditiva, pantalla háptica). Las simulaciones virtuales utilizan los modos de interacción antes mencionados para producir una sensación de inmersión para el usuario.

Hardware de entrada de simulación virtual

Existe una amplia variedad de hardware de entrada disponible para aceptar la entrada del usuario para simulaciones virtuales. La siguiente lista describe brevemente varios de ellos:

Investigación actual sobre los sistemas de entrada del usuario

La investigación de futuros sistemas de entrada es muy prometedora para las simulaciones virtuales. Los sistemas como las interfaces cerebro-computadora (BCI) ofrecen la capacidad de aumentar aún más el nivel de inmersión para los usuarios de simulación virtual. Lee, Keinrath, Scherer, Bischof, Pfurtscheller demostraron que los sujetos ingenuos podían ser entrenados para usar un BCI para navegar por un apartamento virtual con relativa facilidad. 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 ofrecer un estímulo a los usuarios en simulaciones virtuales. La siguiente lista describe brevemente varios de ellos:

Simuladores de salud clínica

Los simuladores de atención médica clínica se están desarrollando e implementando cada vez más para enseñar procedimientos terapéuticos y de diagnóstico, así como conceptos médicos y toma de decisiones al personal de las profesiones de la salud. Se han desarrollado simuladores para procedimientos de entrenamiento que van desde los conceptos básicos, como la extracción de sangre, hasta la cirugía laparoscópica y la atención de traumatismos. También son importantes para ayudar en la creación de prototipos de nuevos dispositivos para problemas de ingeniería biomédica. Actualmente, los simuladores se aplican a la investigación y desarrollo de herramientas para nuevas terapias, tratamientos y diagnóstico precoz en medicina.

Muchos simuladores médicos involucran una computadora conectada a una simulación plástica de la anatomía relevante. Los simuladores sofisticados de este tipo emplean un maniquí de tamaño real que responde a las drogas inyectadas y puede programarse para crear simulaciones de emergencias que amenazan la vida.

En otras simulaciones, los componentes visuales del procedimiento se reproducen mediante técnicas de gráficos por computadora, mientras que los componentes táctiles se reproducen mediante dispositivos de retroalimentación háptica combinados 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 en 3D de los datos del paciente para mejorar el realismo. Algunas simulaciones médicas están desarrolladas para distribuirse ampliamente (como simulaciones habilitadas para la web y simulaciones de procedimientos que se pueden ver a través de navegadores web estándar) y se puede interactuar con ellas mediante interfaces de computadora estándar, como el teclado y el mouse.

Placebo

Una aplicación médica importante de un simulador, aunque, quizás, denota un significado ligeramente diferente de simulador, es el uso de un fármaco placebo, una formulación que simula el fármaco activo en 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 sufren lesiones e incluso la muerte debido a errores de gestión y falta de uso de los mejores estándares de atención y capacitación. De acuerdo con Building a National Agenda for Simulation-Based Medical Education (Eder-Van Hook, Jackie, 2004), "la capacidad de un proveedor de atención médica para reaccionar con prudencia en una situación inesperada es uno de los factores más críticos para crear un resultado positivo en la atención médica". emergencia, independientemente de si ocurre en el campo de batalla, en la autopista o en la sala de emergencias de un hospital". Eder-Van Hook (2004) también señaló que los errores médicos matan hasta 98 ​​000 con un costo estimado entre $37 y $50 millones y $17 a $29 mil millones por eventos adversos prevenibles dólares por año.

La simulación se está utilizando para estudiar la seguridad del paciente, así como para capacitar a los profesionales médicos. Estudiar la seguridad del paciente y las intervenciones de seguridad en el cuidado de la salud es un desafío, porque hay una falta de control experimental (es decir, complejidad del paciente, variaciones del sistema/proceso) para ver si una intervención marcó una diferencia significativa (Groves & Manges, 2017). Un ejemplo de simulación innovadora para estudiar la seguridad del paciente es la investigación en enfermería. Groves et al. (2016) utilizaron una simulación de alta fidelidad para examinar los comportamientos de enfermería orientados a la seguridad durante momentos como el informe de cambio de turno.

Sin embargo, el valor de las intervenciones de simulación para trasladarlas a la práctica clínica aún es discutible. Como afirma Nishisaki, "existe buena evidencia de que el entrenamiento con simulación mejora la autoeficacia y la competencia del proveedor y del equipo con maniquíes. También hay buena evidencia de que la simulación de procedimientos mejora el rendimiento operativo real en entornos clínicos". Sin embargo, es necesario contar con evidencia mejorada para demostrar que la capacitación en gestión de recursos de la tripulación se realiza mediante simulación. Uno de los mayores desafíos es demostrar que la simulación en equipo mejora el rendimiento operativo del equipo junto a la cama.Aunque la evidencia de que el entrenamiento basado en simulación realmente mejora el resultado del paciente ha tardado en acumularse, hoy en día la capacidad de la simulación para proporcionar una experiencia práctica que se traslada al quirófano ya no está en duda.

Uno de los factores más importantes que podrían afectar la capacidad de que la capacitación impacte el trabajo de los profesionales junto a la cama es la capacidad de empoderar al personal de primera línea (Stewart, Manges, Ward, 2015).Otro ejemplo de un intento de mejorar la seguridad del paciente mediante el uso de simulaciones de capacitación es la atención al paciente para brindar un servicio justo a tiempo o justo en el lugar. Esta capacitación consta de 20 minutos de capacitación simulada justo antes de que los trabajadores se presenten al turno. Un estudio encontró que el entrenamiento justo a tiempo mejoró la transición al lado de la cama. La conclusión, como se informó en el trabajo de Nishisaki (2008), fue que el entrenamiento de simulación mejoró la participación de los residentes en casos reales; pero no sacrificó la calidad del servicio. Por lo tanto, podría plantearse la hipótesis de que al aumentar el número de residentes altamente capacitados mediante el uso de capacitación con simulación, la capacitación con simulación, de hecho, aumenta la seguridad del paciente.

Historia de la simulación en el cuidado de la salud

Los primeros simuladores médicos eran modelos simples de pacientes humanos.

Desde la antigüedad, estas representaciones en arcilla y piedra se utilizaron para demostrar las características clínicas de los estados de enfermedad y sus efectos en los seres humanos. Se han encontrado modelos en muchas culturas y continentes. Estos modelos se han utilizado en algunas culturas (p. ej., la cultura china) como un instrumento de "diagnóstico", que permite a las mujeres consultar a médicos varones mientras mantienen las leyes sociales de 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.

En 2002, se formó la Society for Simulation in Healthcare (SSH) para convertirse en líder en avances interprofesionales internacionales en la aplicación de la simulación médica en el cuidado de la salud.

McGaghie et al. reconocieron la necesidad de un "mecanismo uniforme para formar, evaluar y certificar instructores de simulación para la profesión sanitaria". en su revisión crítica de la investigación en educación médica basada en simulación. En 2012, SSH puso a prueba dos nuevas certificaciones para brindar reconocimiento a los educadores en un esfuerzo por satisfacer esta necesidad.

Tipo de modelos

Modelos activos

Los modelos activos que intentan reproducir la anatomía o fisiología viva son desarrollos recientes. El famoso maniquí "Harvey" fue desarrollado en la Universidad de Miami y puede recrear muchos de los hallazgos físicos del examen de cardiología, incluida la palpación, la auscultación y la electrocardiografía.

Modelos interactivos

Más recientemente, se han desarrollado modelos interactivos que responden a las acciones realizadas por un estudiante o un médico. Hasta hace poco, estas simulaciones eran programas informáticos bidimensionales que actuaban más como un libro de texto que como un paciente. Las simulaciones por computadora tienen la ventaja de permitir que un estudiante haga juicios y también cometa 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 la instrucción pasiva.

Simuladores informáticos

Los simuladores se han propuesto como una herramienta ideal para la evaluación de las habilidades clínicas de los estudiantes. Para los pacientes, la "ciberterapia" se puede utilizar para sesiones que simulan experiencias traumáticas, desde el miedo a las alturas hasta la ansiedad social.

Los pacientes programados y las situaciones clínicas simuladas, incluidos los simulacros de desastres, se han utilizado ampliamente para la educación y la evaluación. Estas simulaciones "realistas" son costosas y carecen de reproducibilidad. Un simulador "3Di" completamente funcional sería la herramienta más específica disponible para la enseñanza y medición de habilidades clínicas. Se han aplicado plataformas de juego para crear estos entornos médicos virtuales para crear un método interactivo para el aprendizaje y la aplicación de información en un contexto clínico.

Las simulaciones inmersivas del estado de la enfermedad permiten que un médico o HCP experimente cómo se siente realmente una enfermedad. El uso de sensores y transductores puede proporcionar efectos sintomáticos a un participante, lo que le permite experimentar el estado de enfermedad del paciente.

Dicho simulador cumple con los objetivos de un examen objetivo y estandarizado de competencia clínica. Este sistema es superior a los exámenes que utilizan "pacientes estándar" porque permite la medición cuantitativa de la competencia, además de reproducir los mismos hallazgos objetivos.

Simulación en entretenimiento

La simulación en el entretenimiento abarca muchas industrias grandes y populares, como el cine, la televisión, los videojuegos (incluidos los juegos serios) y los paseos en parques temáticos. Aunque se cree que la simulación moderna tiene sus raíces en el entrenamiento y el ejército, en el siglo XX también se convirtió en un conducto para empresas que eran de naturaleza más hedonista.

Historia de la simulación visual en películas y juegos.

Historia temprana (décadas de 1940 y 1950)

El primer juego de simulación pudo haber sido creado ya en 1947 por Thomas T. Goldsmith Jr. y Estle Ray Mann. Este fue un juego sencillo que simulaba un misil disparado a un objetivo. La curva del misil y su velocidad se podían ajustar usando varias perillas. En 1958, Willy Higginbotham creó un juego de computadora llamado Tennis for Two que simulaba un juego de tenis entre dos jugadores que podían jugar al mismo tiempo usando controles manuales y se mostraba en un osciloscopio. Este fue uno de los primeros videojuegos electrónicos en utilizar una pantalla gráfica.

1970 y principios de 1980

Las imágenes generadas por computadora se utilizaron en la película para simular objetos ya en 1972 en A Computer Animated Hand, partes de las cuales se mostraron en la pantalla grande en la película Futureworld de 1976. A esto le siguió la "computadora de objetivos" que el joven Skywalker apaga en la película Star Wars de 1977.

La película Tron (1982) fue la primera película en utilizar imágenes generadas por computadora durante más de un par de minutos.

Los avances en la tecnología en la década de 1980 hicieron que la simulación 3D se usara más ampliamente y comenzó a aparecer en películas y en juegos basados ​​en computadora como Atari's Battlezone (1980) y Acornsoft's Elite (1984), uno de los primeros gráficos 3D de estructura alámbrica. juegos para computadoras en casa.

Era de la cinematografía previrtual (principios de la década de 1980 a 1990)

Los avances tecnológicos en la década de 1980 hicieron que la computadora fuera más asequible y más capaz que en décadas anteriores, lo que facilitó el surgimiento de computadoras como la Xbox para juegos. Las primeras consolas de videojuegos lanzadas en la década de 1970 y principios de la de 1980 cayeron presa 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 computadora se hicieron muy populares con el lanzamiento de juegos como Los Sims y Command & Conquer y el poder cada vez mayor de las computadoras de escritorio. Hoy en día, millones de personas en todo el mundo juegan juegos de simulación por computadora como World of Warcraft.

En 1993, la película Jurassic Park se convirtió en la primera película popular en utilizar ampliamente gráficos generados por computadora, integrando los dinosaurios simulados casi a la perfección en escenas de acción en vivo.

Este evento transformó la industria cinematográfica; en 1995, la película Toy Story fue la primera película en usar solo imágenes generadas por computadora y para el nuevo milenio, los gráficos generados por computadora eran la elección principal para los efectos especiales en las películas.

Cinematografía virtual (principios de la década de 2000 hasta el presente)

El advenimiento de la cinematografía virtual a principios de la década de 2000 ha provocado una explosión de películas que hubiera sido imposible rodar sin ella. Ejemplos clásicos son los parecidos digitales de Neo, Smith y otros personajes en las secuelas de Matrix y el amplio uso de recorridos de cámara físicamente imposibles en la trilogía de El Señor de los Anillos.

La terminal en Pan Am (serie de televisión) ya no existía durante la filmación de esta serie emitida en 2011-2012, lo cual no fue un problema, ya que la crearon en cinematografía virtual utilizando la búsqueda y coincidencia de puntos de vista automatizados junto con la composición de imágenes reales y simuladas. que ha sido el pan y la mantequilla del artista de cine en los estudios de cine y sus alrededores desde principios de la década de 2000.

Las imágenes generadas por computadora son "la aplicación del campo de los gráficos por computadora en 3D a los efectos especiales". Esta tecnología se usa para efectos visuales porque son de alta calidad, controlables y pueden crear efectos que no serían factibles con ninguna otra tecnología debido al costo, los recursos o la seguridad. Los gráficos generados por computadora se pueden ver en muchas películas de acción en vivo hoy en día, especialmente en las del género de acción. Además, las imágenes generadas por computadora han suplantado casi por completo la animación dibujada a mano en las películas para niños, que cada vez son más generadas únicamente por computadora. Ejemplos de películas que usan imágenes generadas por computadora incluyen Buscando a Nemo, 300 y Iron Man.

Ejemplos de simulación de entretenimiento no cinematográfico

Juegos de simulacion

Los juegos de simulación, a diferencia de otros géneros de videojuegos y juegos de computadora, representan o simulan un entorno con precisión. Además, representan las interacciones entre los personajes jugables y el entorno de forma realista. Este tipo de juegos suelen ser más complejos en términos de jugabilidad. Los juegos de simulación se han vuelto increíblemente populares entre personas de todas las edades. Los juegos de simulación populares incluyen SimCity y Tiger Woods PGA Tour. También hay juegos de simulador de vuelo y simulador de conducción.

Paseos en parques temáticos

Los simuladores se han utilizado para el entretenimiento desde el Link Trainer en la década de 1930. El primer juego de simulador moderno que se inauguró en un parque temático fue Disney's Star Tours en 1987, seguido pronto por The Funtastic World of Hanna-Barbera de Universal en 1990, que fue el primer juego que se hizo completamente con gráficos por computadora.

Los juegos mecánicos son la progenie de los simuladores de entrenamiento militar y los simuladores comerciales, pero son diferentes en un aspecto fundamental. Mientras que los simuladores de entrenamiento militar reaccionan de manera realista a la entrada del aprendiz en tiempo real, los simuladores de viaje solo se sienten como si se movieran de manera realista y se movieran de acuerdo con guiones de movimiento pregrabados. Uno de los primeros paseos en simulador, Star Tours, que costó $ 32 millones, utilizó una cabina basada en movimiento hidráulico. El movimiento fue programado por un joystick. Los juegos de simulación actuales, como The Amazing Adventures of Spider-Man, incluyen elementos para aumentar la cantidad de inmersión que experimentan los pasajeros, como: imágenes en 3D, efectos físicos (rociar agua o producir olores) y movimiento a través de un entorno.

Simulación y fabricación

La simulación de fabricación representa una de las aplicaciones más importantes de la simulación. Esta técnica representa una herramienta valiosa utilizada por los ingenieros al evaluar el efecto de la inversión de capital en equipos e instalaciones físicas como plantas de producción, almacenes y centros de distribución. La simulación se puede utilizar para predecir el rendimiento de un sistema existente o planificado y para comparar soluciones alternativas para un problema de diseño particular.

Otro objetivo importante de la simulación en los sistemas de fabricación es cuantificar el rendimiento del sistema. Las medidas comunes del rendimiento del sistema incluyen lo siguiente:

Más ejemplos de simulación

Automóviles

Un simulador de automóvil brinda la oportunidad de reproducir las características de los vehículos reales en un entorno virtual. Reproduce los factores y condiciones externos con los que interactúa un vehículo, lo que permite que el conductor se sienta como si estuviera sentado en la cabina de su propio vehículo. Los escenarios y eventos se replican con suficiente realidad para garantizar que los conductores se sumerjan por completo en la experiencia en lugar de simplemente verla como una experiencia educativa.

El simulador proporciona una experiencia constructiva para el conductor novato y permite que el conductor más maduro realice ejercicios más complejos. Para los conductores novatos, los simuladores de camiones brindan la oportunidad de comenzar su carrera aplicando las mejores prácticas. Para los conductores maduros, la simulación brinda la capacidad de mejorar la buena conducción o detectar malas prácticas y sugerir los pasos necesarios para la acción correctiva. Para las empresas, supone una oportunidad para formar al personal en habilidades de conducción que consigan reducir costes de mantenimiento, mejorar la productividad y, lo más importante, garantizar la seguridad de sus actuaciones en todas las situaciones posibles.

Biomecánica

Un simulador de biomecánica es una plataforma de simulación para crear modelos mecánicos dinámicos construidos a partir de combinaciones de cuerpos rígidos y deformables, articulaciones, restricciones y varios actuadores de fuerza. Está especializado en la creación de modelos biomecánicos de estructuras anatómicas humanas, con la intención de estudiar su función y eventualmente ayudar en el diseño y planificación de tratamientos médicos.

Se utiliza un simulador de biomecánica para analizar la dinámica de la marcha, estudiar el rendimiento deportivo, simular procedimientos quirúrgicos, analizar cargas articulares, diseñar dispositivos médicos y animar el movimiento humano y animal.

Un simulador neuromecánico que combina la simulación de redes neuronales biomecánica y biológicamente realista. Permite al usuario probar hipótesis sobre la base neuronal del comportamiento en un entorno virtual tridimensional físicamente preciso.

Ciudad y urbano

Un simulador de ciudad puede ser un juego de construcción de ciudades, pero también puede ser una herramienta utilizada por los planificadores urbanos para comprender cómo es probable que evolucionen las ciudades en respuesta a diversas decisiones políticas. AnyLogic es un ejemplo de simuladores urbanos modernos a gran escala diseñados para que los utilicen los planificadores urbanos. Los simuladores de ciudad son generalmente simulaciones basadas en agentes con representaciones explícitas para el uso del suelo y el transporte. UrbanSim y LEAM son ejemplos de modelos de simulación urbana a gran escala que utilizan las agencias de planificación metropolitana y las bases militares para la planificación del transporte y el uso del suelo.

Existen varias simulaciones con temas navideños, muchas de las cuales se centran en Santa Claus. Un ejemplo de estas simulaciones son los sitios web que afirman permitir al usuario rastrear a Papá Noel. Debido al hecho de que Santa es un personaje legendario y no una persona viva real, es imposible proporcionar información real sobre su ubicación, y servicios como NORAD Tracks Santa y Google Santa Tracker (el primero de los cuales afirma usar radar y otras tecnologías para rastrear a Papá Noel)mostrar información de ubicación predeterminada y falsa a los usuarios. Otro ejemplo de estas simulaciones son los sitios web que pretenden permitir al usuario enviar correos electrónicos o mensajes a Papá Noel. Los sitios web como emailSanta.com o la página anterior de Santa en Windows Live Spaces de Microsoft, ahora desaparecido, utilizan programas o secuencias de comandos automatizados para generar respuestas personalizadas que afirman ser del propio Santa en función de la entrada del usuario.

Aula del futuro

El aula del futuro probablemente contendrá varios tipos de simuladores, además de herramientas de aprendizaje textuales y visuales. Esto permitirá que los estudiantes ingresen a los años clínicos mejor preparados y con un mayor nivel de habilidad. El estudiante avanzado o posgraduado tendrá un método más conciso y completo de reentrenamiento, o de incorporar nuevos procedimientos clínicos en su conjunto de habilidades, y los organismos reguladores y las instituciones médicas encontrarán más fácil evaluar la competencia y la competencia de las personas.

El aula del futuro también formará la base de una unidad de habilidades clínicas para la educación continua del personal médico; y de la misma manera que el uso del entrenamiento de vuelo periódico ayuda a los pilotos de líneas aéreas, esta tecnología ayudará a los practicantes a lo largo de su carrera.

El simulador será más que un libro de texto "vivo", se convertirá en una parte integral de la práctica de la medicina. El entorno del simulador también proporcionará una plataforma estándar para el desarrollo de planes de estudio en instituciones de educación médica.

Satelites de comunicacion

Los sistemas modernos de comunicaciones por satélite (SATCOM) suelen ser grandes y complejos con muchas partes y elementos que interactúan. Además, la necesidad de conectividad de banda ancha en un vehículo en movimiento ha aumentado drásticamente en los últimos años tanto para aplicaciones comerciales como militares. Para predecir con precisión y brindar un servicio de alta calidad, los diseñadores de sistemas SATCOM deben tener en cuenta el terreno, así como las condiciones atmosféricas y meteorológicas en su planificación. Para hacer frente a tal complejidad, los diseñadores y operadores de sistemas recurren cada vez más a los modelos informáticos de sus sistemas para simular las condiciones operativas del mundo real y obtener información sobre la usabilidad y los requisitos antes de la aprobación del producto final. El modelado mejora la comprensión del sistema al permitir que el diseñador o planificador del sistema SATCOM simule el rendimiento del mundo real inyectando en los modelos múltiples condiciones atmosféricas y ambientales hipotéticas. La simulación se utiliza a menudo en la formación de personal civil y militar. Esto suele ocurrir cuando es prohibitivamente costoso o simplemente demasiado peligroso permitir que los alumnos usen el equipo real en el mundo real. En tales situaciones, pasarán tiempo aprendiendo lecciones valiosas en un entorno virtual "seguro" y viviendo una experiencia real (o al menos ese es el objetivo). A menudo, la conveniencia es permitir errores durante el entrenamiento para un sistema crítico para la seguridad. La simulación se utiliza a menudo en la formación de personal civil y militar. Esto suele ocurrir cuando es prohibitivamente costoso o simplemente demasiado peligroso permitir que los alumnos usen el equipo real en el mundo real. En tales situaciones, pasarán tiempo aprendiendo lecciones valiosas en un entorno virtual "seguro" y viviendo una experiencia real (o al menos ese es el objetivo). A menudo, la conveniencia es permitir errores durante el entrenamiento para un sistema crítico para la seguridad. La simulación se utiliza a menudo en la formación de personal civil y militar. Esto suele ocurrir cuando es prohibitivamente costoso o simplemente demasiado peligroso permitir que los alumnos usen el equipo real en el mundo real. En tales situaciones, pasarán tiempo aprendiendo lecciones valiosas en un entorno virtual "seguro" y viviendo una experiencia real (o al menos ese es el objetivo). A menudo, la conveniencia es permitir errores durante el entrenamiento para un sistema crítico para la seguridad.

Ciclo de vida digital

Las soluciones de simulación se integran cada vez más con soluciones y procesos asistidos por ordenador (diseño asistido por ordenador o CAD, fabricación asistida por ordenador o CAM, ingeniería asistida por ordenador o CAE, etc.). El uso de la simulación a lo largo del ciclo de vida del producto, especialmente en las primeras etapas de concepto y diseño, tiene el potencial de brindar beneficios sustanciales. Estos beneficios van desde problemas de costos directos, como la creación de prototipos reducidos y un tiempo de comercialización más corto, hasta productos de mejor rendimiento y márgenes más altos. Sin embargo, para algunas empresas, la simulación no ha proporcionado los beneficios esperados.

El uso exitoso de la simulación, al principio del ciclo de vida, se ha visto impulsado en gran medida por una mayor integración de las herramientas de simulación con todo el conjunto de soluciones de gestión del ciclo de vida del producto y CAD, CAM. Las soluciones de simulación ahora pueden funcionar en toda la empresa extendida en un entorno multi-CAD e incluyen soluciones para administrar datos y procesos de simulación y garantizar que los resultados de la simulación formen parte del historial del ciclo de vida del producto.

Preparación para desastres

El entrenamiento con simulación se ha convertido en un método para preparar a las personas para los desastres. Las simulaciones pueden replicar situaciones de emergencia y rastrear cómo responden los alumnos gracias a una experiencia real. Las simulaciones de preparación para desastres pueden incluir capacitación sobre cómo manejar ataques terroristas, desastres naturales, brotes pandémicos u otras emergencias que amenazan la vida.

Una organización que ha utilizado la capacitación con simulación para la preparación ante desastres es CADE (Centro para el Avance de la Educación a Distancia). CADE ha utilizado un videojuego para preparar a los trabajadores de emergencia para múltiples tipos de ataques. Según informa News-Medical.Net, "El videojuego es el primero de una serie de simulaciones para abordar el bioterrorismo, la gripe pandémica, la viruela y otros desastres para los que el personal de emergencia debe prepararse ". Desarrollado por un equipo de la Universidad de Illinois en Chicago (UIC), el juego permite a los alumnos practicar sus habilidades de emergencia en un entorno seguro y controlado.

El Programa de Simulación de Emergencia (ESP) del Instituto de Tecnología de la Columbia Británica (BCIT), Vancouver, Columbia Británica, Canadá, es otro ejemplo de una organización que utiliza la simulación para capacitarse en situaciones de emergencia. ESP usa simulación para capacitar en las siguientes situaciones: lucha contra incendios forestales, respuesta a derrames de petróleo o químicos, respuesta a terremotos, cumplimiento de la ley, lucha contra incendios municipales, manejo de materiales peligrosos, entrenamiento militar y respuesta a ataques terroristas Una característica del sistema de simulación es la implementación de "Dynamic Run-Time Clock", que permite que las simulaciones ejecuten un marco de tiempo 'simulado', "'acelerando' o 'ralentizando' el tiempo según se desee"Además, el sistema permite grabaciones de sesiones, navegación basada en iconos de imágenes, almacenamiento de archivos de simulaciones individuales, componentes multimedia y aplicaciones externas de lanzamiento.

En la Universidad de Québec en Chicoutimi, un equipo de investigación en el laboratorio de investigación y experiencia al aire libre (Laboratoire d'Expertise et de Recherche en Plein Air - LERPA) se especializa en el uso de simulaciones de accidentes en áreas silvestres para verificar la coordinación de la respuesta a emergencias.

Desde el punto de vista de la instrucción, los beneficios de la capacitación de emergencia a través de simulaciones son que el rendimiento del alumno se puede rastrear a través del sistema. Esto le permite al desarrollador hacer los ajustes necesarios o alertar al educador sobre temas que pueden requerir atención adicional. Otras ventajas son que se puede guiar o capacitar al alumno sobre cómo responder adecuadamente antes de continuar con el siguiente segmento de emergencia; este es un aspecto que puede no estar disponible en el entorno en vivo. Algunos simuladores de capacitación de emergencia también permiten una retroalimentación inmediata, mientras que otras simulaciones pueden proporcionar un resumen e instruir al alumno para que participe nuevamente en el tema de aprendizaje.

En una situación de emergencia en vivo, los servicios de emergencia no tienen tiempo que perder. La capacitación con simulación en este entorno brinda una oportunidad para que los alumnos recopilen la mayor cantidad de información posible y practiquen sus conocimientos en un entorno seguro. Pueden cometer errores sin riesgo de poner vidas en peligro y tener la oportunidad de corregir sus errores para prepararse para la emergencia de la vida real.

Ciencias económicas

Las simulaciones en economía y especialmente en macroeconomía, juzgan la conveniencia de los efectos de las acciones de política propuestas, como cambios en la política fiscal o cambios en la política monetaria. Un modelo matemático de la economía, ajustado a los datos económicos históricos, se utiliza como indicador de la economía real; los valores propuestos de gasto público, impuestos, operaciones de mercado abierto, etc. se utilizan como entradas para la simulación del modelo, y varias variables de interés como la tasa de inflación, la tasa de desempleo, el déficit de la balanza comercial, el déficit presupuestario del gobierno, etc. son las salidas de la simulación. Los valores simulados de estas variables de interés se comparan para diferentes insumos de política propuestos para determinar qué conjunto de resultados es el más deseable.

Ingeniería, tecnología y procesos

La simulación es una característica importante en los sistemas de ingeniería o cualquier sistema que involucre muchos procesos. Por ejemplo, en ingeniería eléctrica, las líneas de retardo se pueden utilizar para simular el retardo de propagación y el cambio de fase causados ​​por una línea de transmisión real. De manera similar, las cargas ficticias se pueden usar para simular la impedancia sin simular la propagación y se usan en situaciones en las que la propagación no es deseada. Un simulador puede imitar solo algunas de las operaciones y funciones de la unidad que simula. Contrastar con: emular.

La mayoría de las simulaciones de ingeniería implican modelos matemáticos e investigación asistida por computadora. Sin embargo, hay muchos casos en los que el modelado matemático no es fiable. La simulación de problemas de dinámica de fluidos a menudo requiere simulaciones tanto matemáticas como físicas. En estos casos los modelos físicos requieren similitud dinámica. Las simulaciones físicas y químicas también tienen usos realistas directos, en lugar de usos de investigación; en ingeniería química, por ejemplo, las simulaciones de procesos se utilizan para proporcionar los parámetros de proceso que se utilizan inmediatamente para operar plantas químicas, como las refinerías de petróleo. Los simuladores también se utilizan para la formación de operadores de planta. Se llama Simulador de entrenamiento de operadores (OTS) y ha sido ampliamente adoptado por muchas industrias, desde química hasta petróleo y gas y la industria energética. Esto creó un entorno virtual seguro y realista para capacitar a los operadores e ingenieros de tableros. Mimic es capaz de proporcionar modelos dinámicos de alta fidelidad de casi todas las plantas químicas para la capacitación de operadores y pruebas de sistemas de control.

Ergonomía

La simulación ergonómica implica el análisis de productos virtuales o tareas manuales dentro de un entorno virtual. En el proceso de ingeniería, el objetivo de la ergonomía es desarrollar y mejorar el diseño de productos y entornos de trabajo. La simulación ergonómica utiliza una representación virtual antropométrica del ser humano, comúnmente conocida como maniquí o modelos humanos digitales (DHM), para imitar las posturas, las cargas mecánicas y el desempeño de un operador humano en un entorno simulado, como un avión, automóvil o instalación de fabricación. Los DHM son reconocidos como una herramienta valiosa y en evolución para realizar análisis y diseños ergonómicos proactivos.Las simulaciones emplean gráficos 3D y modelos basados ​​en la física para animar a los humanos virtuales. El software de ergonomía utiliza la capacidad de cinemática inversa (IK) para colocar los DHM.

Las herramientas de software suelen calcular las propiedades biomecánicas, incluidas las fuerzas musculares individuales, las fuerzas articulares y los momentos. La mayoría de estas herramientas emplean métodos estándar de evaluación ergonómica, como la ecuación de levantamiento de NIOSH y la evaluación rápida de las extremidades superiores (RULA). Algunas simulaciones también analizan medidas fisiológicas, incluido el metabolismo, el gasto de energía y los límites de fatiga. Los estudios de duración del ciclo, la validación del diseño y del proceso, la comodidad del usuario, la accesibilidad y la línea de visión son otros factores humanos que pueden examinarse en los paquetes de simulación ergonómica.

El modelado y la simulación de una tarea se pueden realizar manipulando manualmente al ser humano virtual en el entorno simulado. Algunos software de simulación de ergonomía permiten la simulación y evaluación interactivas en tiempo real a través de la entrada humana real a través de tecnologías de captura de movimiento. Sin embargo, la captura de movimiento para la ergonomía requiere un equipo costoso y la creación de accesorios para representar el entorno o el producto.

Algunas aplicaciones de la simulación ergonómica incluyen el análisis de la recolección de desechos sólidos, las tareas de gestión de desastres, los juegos interactivos, la línea de ensamblaje automotriz, la creación de prototipos virtuales de ayudas para la rehabilitación y el diseño de productos aeroespaciales. Los ingenieros de Ford utilizan software de simulación de ergonomía para realizar revisiones de diseño de productos virtuales. Usando datos de ingeniería, las simulaciones ayudan a evaluar la ergonomía del ensamblaje. La empresa utiliza el software de simulación de ergonomía Jack and Jill de Siemens para mejorar la seguridad y la eficiencia de los trabajadores, sin necesidad de construir costosos prototipos.

Finanzas

En finanzas, las simulaciones por computadora se utilizan a menudo para la planificación de escenarios. El valor presente neto ajustado al riesgo, por ejemplo, se calcula a partir de insumos bien definidos pero no siempre conocidos (o fijos). Al imitar el desempeño del proyecto que se está evaluando, la simulación puede brindar una distribución del VAN en un rango de tasas de descuento y otras variables. Las simulaciones también se utilizan a menudo para probar una teoría financiera o la capacidad de un modelo financiero.

Las simulaciones se utilizan con frecuencia en la capacitación financiera para involucrar a los participantes en diversas situaciones históricas y ficticias. Hay simulaciones del mercado de valores, simulaciones de cartera, simulaciones o modelos de gestión de riesgos y simulaciones forex. Tales simulaciones se basan típicamente en modelos de activos estocásticos. El uso de estas simulaciones en un programa de capacitación permite la aplicación de la teoría en algo parecido a la vida real. Al igual que con otras industrias, el uso de simulaciones puede basarse en la tecnología o en estudios de casos.

Vuelo

Los dispositivos de entrenamiento de simulación de vuelo (FSTD) se utilizan para entrenar a los pilotos en tierra. En comparación con el entrenamiento en una aeronave real, el entrenamiento basado en simulación permite el entrenamiento de maniobras o situaciones que pueden ser poco prácticas (o incluso peligrosas) para realizar en la aeronave mientras mantiene al piloto y al instructor en un entorno de riesgo relativamente bajo en la aeronave. tierra. Por ejemplo, las fallas del sistema eléctrico, las fallas de los instrumentos, las fallas del sistema hidráulico e incluso las fallas del control de vuelo pueden simularse sin riesgo para los pilotos o la aeronave.

Los instructores también pueden proporcionar a los estudiantes una mayor concentración de tareas de capacitación en un período de tiempo determinado de lo que normalmente es posible en la aeronave. Por ejemplo, realizar aproximaciones por múltiples instrumentos en la aeronave real puede requerir un tiempo considerable para cambiar la posición de la aeronave, mientras que en una simulación, tan pronto como se completa una aproximación, el instructor puede preposicionar inmediatamente la aeronave simulada en una posición ideal (o menos que ideal).) ubicación desde la que comenzar la próxima aproximación.

La simulación de vuelo también proporciona una ventaja económica sobre el entrenamiento en un avión real. Una vez que se toman en cuenta los costos de combustible, mantenimiento y seguro, los costos operativos de un FSTD suelen ser sustancialmente más bajos que los costos operativos de la aeronave simulada. Para algunos aviones grandes de categoría de transporte, los costos de operación pueden ser varias veces más bajos para el FSTD que para el avión real.

Algunas personas que usan software de simulador, especialmente software de simulador de vuelo, construyen su propio simulador en casa. Algunas personas, para aumentar el realismo de su simulador casero, compran tarjetas y bastidores usados ​​que ejecutan el mismo software que utilizó la máquina original. Si bien esto implica resolver el problema de hacer coincidir el hardware y el software, y el problema de que cientos de tarjetas se conectan a muchos bastidores diferentes, muchos todavía consideran que vale la pena resolver estos problemas. Algunos se toman tan en serio una simulación realista que comprarán partes reales de aeronaves, como secciones completas de la nariz de aeronaves canceladas, en cementerios de aeronaves. Esto permite a las personas simular un pasatiempo que no pueden realizar en la vida real.

Marina

Con un parecido con los simuladores de vuelo, un simulador marino entrena al personal de los barcos. Los simuladores marinos más comunes incluyen:

Los simuladores como estos se utilizan principalmente en colegios marítimos, instituciones de formación y armadas. A menudo consisten en una réplica del puente de un barco, con las consolas operativas y varias pantallas en las que se proyecta el entorno virtual.

Militar

Las simulaciones militares, también conocidas informalmente como juegos de guerra, son modelos en los que las teorías de la guerra se pueden probar y refinar sin necesidad de hostilidades reales. Existen en muchas formas diferentes, con diversos grados de realismo. En los últimos tiempos, su alcance se ha ampliado para incluir no solo factores militares sino también políticos y sociales (por ejemplo, la serie de ejercicios estratégicos Nationlab en América Latina). Si bien muchos gobiernos hacen uso de la simulación, tanto de manera individual como colaborativa, se sabe poco sobre las especificaciones del modelo fuera de los círculos profesionales.

Red y sistemas distribuidos

Los sistemas de red y distribuidos se han simulado ampliamente en otros para comprender el impacto de los nuevos protocolos y algoritmos antes de su implementación en los sistemas reales. La simulación puede enfocarse en diferentes niveles (capa física, capa de red, capa de aplicación) y evaluar diferentes métricas (ancho de banda de red, consumo de recursos, tiempo de servicio, paquetes perdidos, disponibilidad del sistema). Ejemplos de escenarios de simulación de redes y sistemas distribuidos son:

Sistema de liquidación de pagos y valores

También se han aplicado técnicas de simulación a los sistemas de pago y liquidación de valores. Entre los principales usuarios se encuentran los bancos centrales, que generalmente son responsables de la supervisión de la infraestructura del mercado y tienen derecho a contribuir al buen funcionamiento de los sistemas de pago.

Los bancos centrales han estado utilizando simulaciones de sistemas de pago para evaluar cosas como la adecuación o suficiencia de la liquidez disponible (en forma de saldos de cuenta y límites de crédito intradía) para los participantes (principalmente bancos) para permitir la liquidación eficiente de pagos. La necesidad de liquidez también depende de la disponibilidad y el tipo de procedimientos de compensación en los sistemas, por lo que algunos de los estudios se centran en las comparaciones de sistemas.

Otra aplicación es evaluar los riesgos relacionados con eventos tales como fallas en la red de comunicación o la incapacidad de los participantes para enviar pagos (por ejemplo, en caso de una posible quiebra bancaria). Este tipo de análisis cae bajo los conceptos de prueba de estrés o análisis de escenarios.

Una forma común de llevar a cabo estas simulaciones es replicar las lógicas de liquidación de los sistemas de liquidación de valores o pagos reales bajo análisis y luego utilizar los datos de pago reales observados. En caso de comparación de sistemas o desarrollo de sistemas, naturalmente, también es necesario implementar otras lógicas de liquidación.

Para realizar pruebas de estrés y análisis de escenarios, los datos observados deben modificarse, por ejemplo, algunos pagos retrasados ​​o eliminados. Para analizar los niveles de liquidez, se varían los niveles iniciales de liquidez. Las comparaciones de sistemas (evaluación comparativa) o las evaluaciones de nuevos algoritmos o reglas de compensación se realizan ejecutando simulaciones con un conjunto fijo de datos y variando solo las configuraciones del sistema.

Por lo general, se hace una inferencia comparando los resultados de la simulación de referencia con los resultados de configuraciones de simulación modificadas mediante la comparación de indicadores como transacciones no liquidadas o retrasos en la liquidación.

Gestión de proyectos

La simulación de gestión de proyectos es una simulación utilizada para la formación y el análisis de la gestión de proyectos. A menudo se utiliza como una simulación de formación para los directores de proyectos. En otros casos, se utiliza para análisis hipotéticos y para apoyar la toma de decisiones en proyectos reales. Con frecuencia, la simulación se lleva a cabo utilizando herramientas de software.

Robótica

Un simulador de robótica se utiliza para crear aplicaciones integradas para un robot específico (o no) sin depender del robot "real". En algunos casos, estas aplicaciones pueden transferirse al robot real (o reconstruirse) sin modificaciones. Los simuladores de robótica permiten reproducir situaciones que no se pueden 'crear' en el mundo real debido al costo, el tiempo o la 'singularidad' de un recurso. Un simulador también permite la creación rápida de prototipos de robots. Muchos simuladores de robots cuentan con motores de física para simular la dinámica de un robot.

Producción

La simulación de sistemas de producción se utiliza principalmente para examinar el efecto de mejoras o inversiones en un sistema de producción. La mayoría de las veces esto se hace usando una hoja de cálculo estática con tiempos de proceso y tiempos de transporte. Para simulaciones más sofisticadas, se utiliza la simulación de eventos discretos (DES) con las ventajas de simular dinámicas en el sistema de producción. Un sistema de producción es muy dinámico dependiendo de las variaciones en los procesos de fabricación, tiempos de montaje, puesta a punto de las máquinas, roturas, averías y pequeñas paradas. Hay mucho software comúnmente utilizado para la simulación de eventos discretos. Difieren en usabilidad y mercados, pero a menudo comparten la misma base.

Proceso de ventas

Las simulaciones son útiles para modelar el flujo de transacciones a través de procesos comerciales, como en el campo de la ingeniería de procesos de ventas, para estudiar y mejorar el flujo de pedidos de clientes a través de varias etapas de finalización (digamos, desde una propuesta inicial para proporcionar bienes/servicios hasta aceptación de pedidos e instalación). Tales simulaciones pueden ayudar a predecir el impacto de cómo las mejoras en los métodos pueden afectar la variabilidad, el costo, el tiempo de trabajo y la cantidad de transacciones en varias etapas del proceso. Se puede usar un simulador de proceso computarizado con todas las funciones para representar dichos modelos, al igual que demostraciones educativas más simples que usan software de hoja de cálculo, centavos que se transfieren entre tazas según el lanzamiento de un dado o sumergir en una tina de cuentas de colores con una cuchara.

Deportes

En los deportes, las simulaciones por computadora a menudo se realizan para predecir el resultado de los eventos y el rendimiento de los deportistas individuales. Intentan recrear el evento a través de modelos construidos a partir de estadísticas. El aumento de la tecnología ha permitido a cualquier persona con conocimientos de programación la capacidad de ejecutar simulaciones de sus modelos. Las simulaciones se construyen a partir de una serie de algoritmos matemáticos o modelos, y pueden variar con la precisión. Accuscore, que tiene licencia de empresas como ESPN, es un programa de simulación muy conocido para todos los deportes principales. Ofrece un análisis detallado de los juegos a través de líneas de apuestas simuladas, totales de puntos proyectados y probabilidades generales.

Con el creciente interés en los modelos de simulación de deportes de fantasía que predicen el rendimiento individual de los jugadores, han ganado popularidad. Compañías como What If Sports y StatFox se especializan no solo en usar sus simulaciones para predecir los resultados del juego, sino también en qué tan bien lo harán los jugadores individuales. Mucha gente usa modelos para determinar con quién empezar en sus ligas de fantasía.

Otra forma en que las simulaciones están ayudando al campo deportivo es en el uso de la biomecánica. Los modelos se derivan y las simulaciones se ejecutan a partir de los datos recibidos de los sensores conectados a los atletas y al equipo de video. La biomecánica deportiva con la ayuda de modelos de simulación responde preguntas relacionadas con las técnicas de entrenamiento, como el efecto de la fatiga en el rendimiento del lanzamiento (altura del lanzamiento) y los factores biomecánicos de las extremidades superiores (índice de fuerza reactiva; tiempo de contacto de la mano).

Las simulaciones por computadora permiten a sus usuarios tomar modelos que antes eran demasiado complejos para ejecutar y darles respuestas. Las simulaciones han demostrado ser una de las mejores perspectivas tanto del rendimiento del juego como de la previsibilidad del equipo.

Cuenta regresiva del transbordador espacial

La simulación se utilizó en el Centro Espacial Kennedy (KSC) para capacitar y certificar a los ingenieros del transbordador espacial durante las operaciones de cuenta regresiva del lanzamiento simulado. La comunidad de ingenieros del transbordador espacial participaría en una simulación integrada de cuenta regresiva de lanzamiento antes de cada vuelo del transbordador. Esta simulación es una simulación virtual en la que personas reales interactúan con el vehículo del transbordador espacial simulado y el hardware del equipo de apoyo en tierra (GSE). La simulación de la fase de cuenta regresiva final del transbordador, también conocida como S0044, involucró procesos de cuenta regresiva que integrarían muchos de los vehículos del transbordador espacial y los sistemas GSE. Algunos de los sistemas del transbordador integrados en la simulación son el sistema de propulsión principal, el RS-25, los propulsores de cohetes sólidos, el hidrógeno líquido y el oxígeno líquido terrestres, el tanque externo, los controles de vuelo, la navegación y la aviónica.Los objetivos de alto nivel de la simulación de la fase de cuenta regresiva final del transbordador son:

La simulación de la fase de cuenta regresiva final del transbordador se llevó a cabo en las salas de tiro del Centro de control de lanzamiento del Centro espacial Kennedy. La sala de tiro utilizada durante la simulación es la misma sala de control donde se ejecutan las operaciones reales de cuenta regresiva del lanzamiento. Como resultado, se activa el equipo utilizado para las operaciones reales de cuenta regresiva de lanzamiento. Durante la simulación se utilizan computadoras de comando y control, software de aplicaciones, herramientas de trazado y tendencias de ingeniería, documentos de procedimiento de cuenta regresiva de lanzamiento, documentos de criterios de compromiso de lanzamiento, documentos de requisitos de hardware y cualquier otro elemento utilizado por los equipos de cuenta regresiva de lanzamiento de ingeniería durante las operaciones de cuenta regresiva de lanzamiento real.

El hardware del vehículo del transbordador espacial y el hardware GSE relacionado se simula mediante modelos matemáticos (escritos en el lenguaje de modelado del simulador de operaciones terrestres del transbordador (SGOS)) que se comportan y reaccionan como hardware real. Durante la simulación de la fase de cuenta regresiva final del transbordador, los ingenieros controlan el hardware a través de un software de aplicación real que se ejecuta en las consolas de control, como si estuvieran al mando del hardware de un vehículo real. Sin embargo, estas aplicaciones de software reales no interactúan con el hardware real de Shuttle durante las simulaciones. En cambio, las aplicaciones interactúan con representaciones de modelos matemáticos del vehículo y el hardware GSE. En consecuencia, las simulaciones eluden mecanismos sensibles e incluso peligrosos al tiempo que proporcionan mediciones de ingeniería que detallan cómo habría reaccionado el hardware. 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.

La única forma verdadera de probar los receptores GNSS (comúnmente conocidos como Sat-Nav en el mundo comercial) es mediante el uso de un simulador de constelación de RF. Un receptor que puede, por ejemplo, usarse en un avión, puede probarse en condiciones dinámicas sin necesidad de llevarlo a un vuelo real. Las condiciones de prueba se pueden repetir exactamente y hay un control total sobre todos los parámetros de prueba. esto no es posible en el 'mundo real' utilizando las señales reales. Para probar los receptores que utilizarán el nuevo Galileo (navegación por satélite) no hay alternativa, ya que las señales reales aún no existen.

Tiempo

Predecir las condiciones meteorológicas mediante la extrapolación/interpolación de datos anteriores es uno de los usos reales de la simulación. La mayoría de las previsiones meteorológicas utilizan esta información publicada por las oficinas meteorológicas. Este tipo de simulaciones ayuda a predecir y advertir sobre condiciones climáticas extremas, como la trayectoria de un huracán/ciclón activo. La predicción meteorológica numérica para el pronóstico implica complicados modelos informáticos numéricos para predecir el tiempo con precisión teniendo en cuenta muchos parámetros.

Juegos de simulacion

Los juegos de estrategia, tanto tradicionales como modernos, pueden verse como simulaciones de toma de decisiones abstractas con el fin de capacitar a líderes militares y políticos (ver Historia del Go para un ejemplo de tal tradición, o Kriegsspiel para un ejemplo más reciente).

Muchos otros videojuegos son simuladores de algún tipo. Dichos juegos pueden simular varios aspectos de la realidad, desde negocios hasta gobierno, construcción y conducción de vehículos (ver arriba).

Uso histórico

Históricamente, la palabra tenía connotaciones negativas:

... por lo tanto, una costumbre general de simulación (que es este último grado) es un vicio, ya sea usando una falsedad natural o un temor...—  Francis Bacon, De la simulación y el disimulo, 1597

...por el Bien de la Distinción, un Engaño por Palabras, se llama comúnmente una Lejía, y un Engaño por Acciones, Gestos, o Comportamiento, se llama Simulación...—  Robert Sur, Sur, 1697, p.525

Sin embargo, la conexión entre simulación y disimulo más tarde se desvaneció y ahora solo tiene interés lingüístico.