Ngày nay, nhờ các máy tính điện tử có tốc độ cao, dung lượng bộ nhớ lớn, kỹ thuật lập trình hiện đại mà người ta có thể xây dựng được các mô hình có tính hợp thức cao với đối tượng cần nghiên cứu. Đặc biệt, phương pháp mô phỏng số rất có hiệu quả để nghiên cứu những đối tượng có cấu trúc phức tạp. Các đối tượng mà
trong đó có các biến ngẫu nhiên. Bản chất của phương pháp mô phỏng số là xây
dựng một mô hình số (mô hình thể hiện bằng chương trình của máy tính) cho đối tượng cần nghiên cứu (nguyên hình ), sau đó người ta tiến hành thực nghiệm trên mô hình, kết quả nhận được trên mô hình cần hợp thức với nguyên hình.
* Phân loại phương pháp mô phỏng số:
- Phương pháp mô phỏng liên tục: Tín hiệu vào là liên tục. Mô hình toán học được biểu diễn bằng phương trình vi phân, tích phân.
- Phương pháp mô phỏng rời rạc: Các biến liên tục được rời rạc hoá, nhận
được các giá trị gián đoạn theo thời gian. Mô hình được biểu diễn bằng phương trình sai phân.
* Quá trình mô phỏng số được trình bày ở hình 1.6
Những bước chính của quá trình mô phỏng số bao gồm : Đối tượng nghiên cứu
Mô hình nguyên lý Mô hình trên máy tính
Thử nghiệm và so sánh
Kết quả
(1) Từ mục đích nghiên cứu ta thu thập được các thông tin, dữ liệu cần thiết của đối tượng và các yếu tố tác động (môi trường), trên cơ sở đó xây dựng mô hình nguyên lý (phản ánh bản chất của đối tượng nghiên cứu).
(2) Mô hình máy tính: Tiến hành lập trình để xây dựng mô hình trên máy tính
(là những chương trình chạy trên máy tính). Các chương trình này được viết bằng các ngôn ngữ cao cấp thông dụng như Visual Basic C++, Pascal….
(3) Lập kế hoạch thực nghiệm (số lần thử nghiệm, thời gian mô phỏng), hiệu
chỉnh kế hoạch thực hiện để đảm bảo độ chính xác theo yêu cầu. Thử
nghiệm mô phỏng: Cho chương trình chạy để lấy kết quả. Kết quả đó được
biểu diễn dưới dạng kết quả hoặc đồ thị. Cần lưu ý kết quả sẽ mang tính
“đánh giá” chính xác nếu bước tính tăng lên đủ lớn.
(4) Sau khi cài đặt chương trình, chạy thử xem mô hình có phản ánh đúng đặc
tính của đối tượng không. Nếu cần, phải sửa chữa lại các lỗi phần lập trình. Sau khi chạy thử, nếu mô hình trên máy vi tính không đạt yêu cầu phải xây dựng lại mô hình nguyên lý.
Để tiện lợi cho việc chế tạo và sử dụng mô phỏng, người ta đã phát triển nhiều phần mềm chế tạo mô phỏng chuyên dùng gồm nhiều khối chuẩn. Ví dụ trong điều kiện học người ta thường sử dụng chương trình Matlab Simulik để mô phỏng; người sử dụng chỉ việc chọn các khối có sẵn, thay đổi tham số trong đó và dùng các kết nối khối, cho mô hình chạy trong thời gian cần thiết và nhận được kết quả ở dạng đồ thị, ma trận,….Trong việc tạo các phim hoạt hình mô phỏng cũng có nhiều phần mềm chuyên dụng như 3D Studio, Media Studio Pro của Ulead…..
Ưu điểm của các ngôn ngữ mô phỏng là: Thời gian xây dựng chương trình ngắn, để bổ sung sửa chữa sai sót, các kết quả được xử lý tốt, thuận tiện cho việc sử dụng. Tuy nhiên, việc sử sụng ngôn ngữ cao cấp hoặc phần mềm chuyên dụng vào việc dạy học còn gặp một số khó khăn như việc lập trình mô phỏng phức tạp, yêu cầu giáo viên phải có trình độ máy tính tương đối thành thạo. Mặt khác, các phần mềm chuyên dụng thông thường chiếm bộ nhớ lớn, vì vậy việc cài đặt các máy tính thông dụng không thuận tiện. Vì thế, một vấn đề đặt ra là cần xây dựng những phần
mềm thiết thực, đơn giản trong sử dụng, phù hợp với chương trình học tập và điều kiện của trường.