النمذجة والمحاكاة
من الصعب علينا دائما إجراء التجارب العلمية كافة إما لعدم توفر المواد أو لخطورة إجرائها كما هو الحال في التدريب على قيادة الطائرات فالتدريب العملي على طائرة فعلية يواجه العديد من التحديات أبرزها الخطورة على حياة الأشخاص إما المتدرب أو المدرب أو المناطق السكنية أسفل الطائرة، ولحل هذه المشاكل تدخلت التكنولوجيا فظهر علمي النمذجة والمحاكاة.
أصبح جهاز الحاسوب أداة المصمم الأساسية، حيث بإمكانه تصميم النماذج المختلفة وتجربتها على جهاز الحاسوب قبل البدء بإنشائها على أرض الوقع
مفهوم النمذجة والمحاكاة:
النمذجة: هي تصميم مجسم على جهاز الحاسوب يمثل النظام الحقيقي من حيث الشكل والغرض الذي وضع لأجله، إذ تستخدم برامج خاصة لإنتاج التصاميم الدقيقة والمعقدة والرسومات ثلاثية الأبعاد. النموذج: هو تعبير بسيط ومثالي للنظام الحقيقي وهذا النظام قد يكون موجودا أو ما زال فكرة ينتظر تكوينها.
ومن أشهر برامج إعداد النماذج ثلاثية الأبعاد برنامجي 3Ds MAX وبرنامج MAYA، ويوضح الفيديو الآتي تطبيقا عمليا لاستخدام برنامج MAYA في تصميم نموذج لطائرة
https://www.youtube.com/watch?v=wN97pDqDtrc
يجرب النموذج قبل التصنيع عن طريق المحاكاة.
المحاكاة: عملية تمثيل أو إنشاء مجموعة من المواقف تمثيلا أو تقليدا لأحداث من واقع الحياة.
ومن الأمثلة على برامج المحاكاة، برامج محاكاة قيادة السيارات الموضح في الفيديو الآتي:
https://www.youtube.com/watch?v=iDDnTaVGd2c
أهداف المحاكاة:
- تجريب النماذج عن طريق تمثيل ذلك النموذج على الحاسوب
- التدرب على عمليات يصعب عملها في مواقف حقيقة
- إنشاء مجموعة من المواقف أو تمثيلها والتي يمكن من خلالها تقليد أحداث من واقع الحياة ليتيسر: فهمها والتعرف على آلية عملها ونتائجها المحتملة عن قرب
وتنشأ الحاجة إلى هذا النوع من البرامج عندما يصعب تجسيد حدث معين في الواقع نظرا إلى تكلفته أو حاجته إلى إجراء العديد من العمليات المعقدة أو لخطورته في التطبيق
فوائد المحاكاة:
- تجنب الأخطار في حل المشكلات إذ يمكن إجراء التجارب الخطيرة والتي يصعب تنفيذها في الحقيقة أو يمكن ارتكاب أخطاء دون أن يترتب عليها نتائج سيئة
- توفير الوقت والمال لأن التجارب الحقيقية تأخذ وقتا طويلا وإذا فشلت فإن كلفتها عالية
- توفير المرونة في إجراء التغييرات على التجارب وتكرارها
مجالات استخدام المحاكاة
استخدم أسلوب المحاكاة بداية في المجالات العسكرية إذ يتطلب تطبيق الفرضيات عمليا حدوث كوارث باهظة الثمن مما استوجب التعبير عن الحالة الواقعية عن طريق تكوين أنموذج مماثل بظروف مشابهة للحقيقة ولكن سرعان ما انتقل هذا الأسلوب إلى الحياة المدنية بتطبيقات هائلة في مجالات مختلفة هي:
1. محاكاة ظروف الطيران: يهدف إلى تدريب الطيارين على قيادة الطائرات في بداية حياتهم العملية وزيادة مهاراتهم للتعامل مع تأثيرات الطقس المختلفة سواء أكانت بالطيران المدني أم الحربي في جو آمن للحفاظ على أرواحهم ولتجنب كوارث جوية.
https://www.youtube.com/watch?v=pdksH6Sd0xg
2. محاكاة التجارب العلمية: تفتقر الكثير من المدارس إلى المختبرات العلمية المجهزة بجميع الاماكنات اللازمة لإجراء التجارب العلمية وبوجود برامج محاكاة التجارب العلمية يصبح الحاسوب مختبرا تجريبيا في الوقت الذي يعد الحصول على الأجهزة اللازمة لعمل مختلف التجارب أمرا صعبا لأغلب المدارس.
https://www.youtube.com/watch?v=66TXvp3VeUY
ويبين الشكل الآتي محاكاة تجربة كيميائية، إذ يمكنك الاطلاع عليها وتجريبها عن طريق برنامج Virtual Chemistry Lab وموقعه على شبكة الانترنت http://chemistry.dortikum.net.
3. المحاكاة في المجال العسكري: أدى التعقيد المتزايد في جميع الأسلحة والمعدات العسكرية وما يترتب عليه من ارتفاع أسعارها وزيادة تكاليف تشغيلها إلى الحاجة الملحة لاستخدام المحاكاة للتغلب على مشكلة استخدام مساحات كبيرة من الأرض للتدريب 
عليها بالذخيرة الحية. وقد حدث تقدم كبير في تقنيات المحاكاة فأصبح بالإمكان قيادة الطائرة بصورة شبه تامة دون ركوبها وتعلم كيفية قياة الدبابة أو مركبة القتال دون أن تركب واكتساب مهارات القتال كالرماية دون ذخيرة حية. مما يقلل التكلفة المادية اللازمة لتوفير أسلحة وذخائر وكذلك يقلل من احتمال الحوادث الناجمة عن الرماية على أرض الواقع.
https://www.youtube.com/watch?v=NHVmikK8ZRg
4. محاكاة العمليات والتجارب النووية: مثال ذلك التفجيرات الاختبارية للأسلحة النووية التي كانت تجري تحت الأرض والتي حظرتها حاليا المعاهد الدولية فأصبحت تتجه إلى العالم الافتراضي للمحاكاة بحواسيب عملاقة لتفادي الأخطار الكبيرة الناجمة عن هذه التفجيرات في الواقع.
5. محاكاة قيادة السيارات: تهدف إلى التقليل من الازدحام في الشوارع والخطر المحتمل عند تعلم القيادة الحقيقية وتوفير نفقات الوقود والتدريب على القيادة أثناء هطول الأمطار والضباب وفي الظلام وتمكن المتدربين أيضا من استعادة المشاهد الخاصة بالأخطاء التي يرتكبها السائقون وهو ما يتيح لهم مراجعة الأخطاء وتكرار التدريبات ليتمكن من التخلص منها جميعا.
https://www.youtube.com/watch?v=iDDnTaVGd2c
6. محاكاة العمليات الجراحية والإسعاف: تهدف إلى تقليل الأخطاء الطبية البشرية والتكلفة اللازمة لتوفير مستلزمات التدريب. وتستخدم المحاكاة في تدريب الفريق الطبي والتمريضي عن طريق تمثيل ما يحدث في غرفة الإسعاف والعمليات الجراحية.
