Как сделать материальную модель

Обновлено: 07.07.2024

Человечество в своей деятельности (научной, образовательной, технологической, художественной) постоянно создает и использует модели окружающего мира. Строгие правила построения моделей сформулировать невозможно, однако человечество накопило богатый опыт моделирования различных объектов и процессов.

Модель. Это слово многим знакомо.
Кто-то занимается созданием моделей кораблей, самолетов, автомобилей.
Модели имеют чрезвычайно важную роль в проектировании и создании различных технических устройств. Без предварительного создания чертежа невозможно изготовить даже простую деталь.
Развитие науки невозможно без создания теоретических моделей (теорий, законов, гипотез), отражающих строение, свойства и поведение реальных объектов.
Все художественное творчество фактически является процессом создания моделей. Любое литературное произведение может рассматриваться, как модель реальной человеческой жизни.

Модель создается человеком в процессе познания окружающего мира и отражает существенные особенности изучаемого объекта, явления или процесса.

Разные науки исследуют объекты и процессы под разными углами зрения и строят различные типы моделей.
В физике изучаются процессы взаимодействия и изменения объектов, в химии – их химический состав, в биологии – строения и поведение живых организмов.

В механике – как материальная точка
В химии – как объект, состоящий из различных химических веществ
В биологии – как систему, стремящуюся к самосохранению

Всякая модель воспроизводит только те свойства объекта – оригинала, которые понадобятся при исследовании, изучении объекта.

Никакая модель не может заменить сам объект. Но при решении конкретной задачи, когда нас интересуют определенные свойства изучаемого объекта, модель может оказаться полезным и единственным инструментом исследования.

Материальные модели
Информационные модели

Глобус
Манекен
Муляж

Рисунки
Схемы
Плакаты
Фотографии

Текст
Таблица
Формула
Программа на ЯП

При построении некоторых типов информационных моделей одновременно используются система графических элементов и знаковая система.
Например, в блок-схемах алгоритмов используются различные фигуры для обозначения элементов алгоритма и формальный алгоритмический язык для записи программы на языке программирования.

Что такое моделирование?
Приведите примеры моделирования в различных областях деятельности человека
Что такое модель?
Может ли один объект иметь несколько моделей (если да, приведите примеры)?
Могут ли разные объекты описываться одной и той же моделью (если да, приведите примеры)?
Какие свойства реальных объектов воспроизводят следующие модели:

Муляжи продуктов в витрине магазина
Чучело птицы
Заводной игрушечный автомобиль

Что такое информационная модель?
Приведите различные примеры графических информационных моделей
Какая форма графической модели применима для отображения процессов
Назовите примеры материальных моделей

Задания

2. Создайте информационную модель молекулы воды по образцу (см. Приложение 1)

3. Определите объект моделирования, метод моделирования и цель:

4. Объясните различие моделей бабочки с точки зрения биолога, художника, рыболова, скульптора, фотографа:

Часы пробили восемь,
Сейчас затихнет дом.
Сейчас платок набросим
На клетку со щеглом.

Есть у меня дочка,
Ей скоро полгодочка,
Она лежит, не плачет,
Глаза от света прячет.
Чтоб у нас она спала,
Снимем лампу со стола.

Ходят тени по стене,
Будто птицы в тишине
Стаями летят.
Кошка сердится во сне
На своих котят.

Мы спать ложимся рано,
Сейчас закроем шторы,
Диваны-великаны
Теперь стоят как горы…
Баю-баюшки-баю,
Баю Машеньку мою.

6. Откройте презентацию (Приложение 2). Доработайте данную модель так, чтобы минутная стрелка выполняла полностью весь круг. Добавьте часовую стрелку.

Данную классификацию следует рассматривать как попытку построения некоторого инструмента или модели для исследования свойств и характеристик самого процесса моделирования. Моделирование относится к общенаучным методам познания. Использование моделирования на эмпирическом и теоретическом уровнях исследования приводит к условному делению моделей на материальные и идеальные.

Материальное моделирование — это моделирование, при котором исследование объекта выполняется с использованием его материального аналога, воспроизводящего основные физические, геометрические, динамические и функциональные характеристики данного объекта. Основными разновидностями материального моделирования являются натурное и аналоговое. При этом оба вида моделирования основаны на свойствах геометрического или физического подобия.

Идеальное моделирование отличается от материального тем, что оно основано не на материализованной аналогии объекта и модели, а на аналогии идеальной, мыслимой и всегда носит теоретический характер. Идеальное моделирование является первичным по отношению к материальному. Вначале в сознании человека формируется идеальная модель, а затем на ее основе строится материальная.

Материальное моделирование

Основными разновидностями материального моделирования являются натурное и аналоговое. При этом оба вида моделирования основаны на свойствах геометрического или физического подобия. Две геометрические фигуры подобны, если отношение всех соответственных длин и углов одинаковы. Если известен коэффициент подобия — масштаб, то простым умножением размеров одной фигуры на величину масштаба определяются размеры другой, ей подобной геометрической фигуры. Два явления физически подобны, если по заданным характеристикам одного можно получить характеристики другого простым пересчетом, который аналогичен переходу от одной системы единиц измерения к другой. Изучением условий подобия явлений занимается теория подобия.

Натурное моделирование — это такое моделирование, при котором реальному объекту ставится в соответствие его увеличенный или уменьшенный материальный аналог, допускающий исследование (как правило, в лабораторных условиях) с помощью последующего перенесения свойств изучаемых процессов и явлений с модели на объект на основе теории подобия.

Аналоговое моделирование — это моделирование, основанное на аналогии процессов и явлений, имеющих различную физическую природу, но одинаково описываемых формально (одними и теми же математическими соотношениями, логическими и структурными схемами). В основу аналогового моделирования положено совпадение математических описаний различных объектов.

Модели физического и аналогового типов являются материальным отражением реального объекта и тесно связаны с ним своими геометрическими, физическими и прочими характеристиками. Фактически процесс исследования моделей данного типа сводится к проведению ряда натурных экспериментов, где вместо реального объекта используется его физическая или аналоговая модель.

Идеальное моделирование

Идеальное моделирование разделяют на два основных типа: интуитивное и научное.

Интуитивное моделирование — это моделирование, основанное на интуитивном (не обоснованном с позиций формальной логики) представлении об объекте исследования, не поддающимся формализации или не нуждающимся в ней. В качестве наиболее яркого примера интуитивной модели окружающего мира можно считать жизненный опыт любого человека. Любое эмпирическое знание без объяснения причин и механизмов наблюдаемого явления также следует считать интуитивным.

Научное моделирование — это всегда логически обоснованное моделирование, использующее минимальное число предположений, принятых в качестве гипотез на основании наблюдений за объектом моделирования.

Интуитивное и научное (теоретическое) моделирование ни в коей мере нельзя противопоставлять одно другому. Они хорошо дополняют друг друга, разделяя области своего применения.

Знаковым называют моделирование, использующее в качестве моделей знаковые изображения какого-либо вида: схемы, графики, чертежи, наборы символов, включающее также совокупность законов и правил, по которым можно оперировать с выбранными знаковыми образованиями и элементами. В качестве примеров таких моделей можно назвать любой язык, например: устного и письменного человеческого общения, алгоритмический и т.д. Знаковая форма используется для передачи как научного, так и интуитивного знания. Моделирование с помощью математических соотношений также является примером знакового моделирования.

Интуитивное знание является генератором нового знания. Однако далеко не все догадки и идеи выдерживают последующую проверку экспериментом и методами формальной логики, свойственными научному подходу, выступающему в виде своеобразного фильтра для выделения наиболее ценных знаний.

Баланс с нуля (цикл статей) — Манжеты Гейм-дизайнера

Последнее: тервер, обучение, заключение Теория вероятностей Самое частое применение тервера в геймдизайне: пугать моло…

Там он периодически обновляется, косяки правятся, примеры обтачиваются и т.д.
К сожалению, нет времени делать это на всех ресурсах сразу.
Спасибо за понимание!

Математическая модель — представление реальности через математику.
Звучит слишком академично. На самом деле все просто: вычесть DMG из HP — получится модель боя.
Требуемый опыт делим на убитых монстров — модель прокачки.
Сложить доход и вычесть расходы — модель экономики.
Бизнес-план игры, семейный бюджет и т.п. — тоже модели.

От балансера, как правило, нужна совмещенная модель экономики и прогресса. Она описывает, как игрок растет по уровню, что получает, на что тратит и т.п.
Но с ней мы познакомимся чуть позже.

Я уже писал: таблички не помогают, а запутывают; это инструмент, а не цель.
Нелишним будет повторить. Именно в моделировании легче всего допустить эту ошибку: рассчитать абстракцию, которая гладко смотрится на бумаге, но отвратительно играется.
Правильная матмодель ≠ правильная экономика.

Воспринимайте матмодель как гипотезу, которая требует доказательства в геймплее.

Поэтому я уделю некоторое внимание геймдизайну как таковому, в отрыве от моделей и экономики.

Но начнем с самого простого.

В предыдущем посте мы научились считать силу юнитов — поэтому сначала смоделируем бой.

Честно говоря, эта модель не нужна. Параметры у вас уже есть, можно ничего не моделировать, а сразу перейти к тестированию.
Единственный смысл боевой модели — наглядно показать работу нашего баланса. Когда я впервые построил такую модель и увидел, что мои цифры реально работают — это сильно порадовало и подтолкнуло.
Порадуемся вместе.

Итак, наша задача: смоделировать битву двух юнитов.

Вот простейший вариант: по колонке HP на каждого юнита. В каждом ряду из HP отнимается DMG врага. Ряд — это 1 ход или 1 секунда в реалтайме. Все цифры из предыдущего поста.

Собственно, все.
Даже такая простая модель показывает, что раньше мы все правильно посчитали.

Если у нас куча разных параметров — модель может выглядеть довольно запутанно.
Например, вот так:

Не факт, что вам это нужно, но глаз радует.

Подробно изучать модель боя мы не будем.
Основываясь на предыдущих материалах, вы наверняка сможете смоделировать то, что вам нужно.

Отмечу одно: достаточно легко смоделировать столкновение двух юнитов и полностью детерминированные бои (там, где игрок ничего не решает), но смоделировать бой, где игрок активно принимает решения, зачастую просто невозможно.
Да и не нужно. Такая модель не скажет ничего, что вы не увидите в билде. А от постоянного тестирования все равно никуда не деться.

Приступаем к главному.

Подготовка к работе

В отличие от модели боя, у экономики есть конкретные цели.
С её помощью мы контролируем другие гейм-дизайнерские решения, в частности:

Необходимое количество контента
Время, потраченное на разные этапы игры
Эффективность игрового процесса и циклов
Точку дефицита или его отсутствие
Потенциальные дыры баланса и монетизации

Важный акцент: не определяем, а только контролируем. Большинство этих параметров мы должны были уже давно определить.

К началу работы над балансом надо знать все о механиках игры, доступных режимах, монетизации, источниках доходов и трат.
Любое изменение может привести к тому, что экономику придется переписывать чуть ли не с нуля.

Вот с чем еще полезно определиться:

Чистое время (т.е. игра без перерыва и таймеров), которое игрок потратит, чтобы получить весь контент и достигнуть целей.
Расчетное время (то же самое с учетом таймеров, средней длины сессии и среднего количества сессий в день/неделю для вашего жанра или из ваших гипотез).
Объем контента, который вытянет ваша команда во время.
Примерные цены в реальной валюте — поскольку они зависят от жанра и конкурентов. Вы едва ли найдете баттлер с ценой бустера = 1$, т.к. игроки в баттлеры платят много.
Сюда же относится ценность минуты для игры с таймерами.
Жесткость экономики — когда, как и при каких условиях игроку не хватает денег? На что будет хватать всегда?

Итак, начинаем работу.

Минимальная экономика

Самый простой вариант: суммировать стоимость всего контента и разделить на скорость заработка.
Мы получим время, которое нужно игроку, чтобы заработать все ценности, сопоставим его с желаемым — и вуаля, у нас готова игровая экономика.

В абсолютном большинстве случаев этот вариант недостаточен и не отвечает на массу важных вопросов.
К примеру, захочет ли игрок хоть раз заплатить?
Мы, напоминаю, делаем f2p и хотим заработать (как минимум — и дальше получать зарплату).

Поэтому мы будем рассматривать другую модель, более подробную.
Она совмещает экономику и прогресс; выглядит приблизительно так:

Смысл этой модели: на каждый произвольный этап игры (здесь это уровень, но можно брать время) подробно расписано, что игрок имеет, сколько зарабатывает, сколько тратит.
Чем больше мы знаем об игроке на каждом этапе, тем полезнее наша модель.

Небольшой совет: не обязательно расписывать модель для каждого уровня или этапа. Если уровней за сотню — в ней станет легко потеряться.
Самое главное, чтобы в модели было три этапа: первые часы игры, максимально подробно; переломные моменты экономики (например, на 10-м уровне у игрока начинается нехватка валюты); и последние уровни для понимания крайних значений и динамики.
Все остальные можно пропустить. Но для этого следует высчитывать значения в таблице от уровня (или этапа) и не брать их из предыдущих строк.

Комплексная экономика

Пример, конечно, малоподробный.
Его хватит на простые игры с минимумом механик и режимов, без разных экономических стратегий, с линейной структурой покупок.
Если у нас такая игра — дальше все очевидно и работу можно доделать по аналогии.

Но в мало-мальски сложной игре наша модель может разрастись до нескольких десятков столбцов и нескольких вспомогательных таблиц.
В ней по-прежнему не будет ничего сложного: мы просто повысим детализацию модели, вместо размытой общей картины увидим все четко, в высоком разрешении.

Такой вариант предполагает, что мы учитываем не только усредненный доход/расход, а моделируем все поведение игрока: чем он занимается, сколько времени, где зарабатывает, на что тратит.

Например, архитекторы перед постройкой здания сначала создают его модель — макет здания. Это делают для того, чтобы перевести замысел архитектора в трёхмерную модель, и увидеть наглядно будущий объект. Проверить инженерные возможности, как здание будет сочетаться с остальными объектами на местности и т.п.

В школе мы встречаемся с такими моделями, как глобус, карты, графики, макет скелета человека, модели молекул, модели геометрических фигур и т. д.

Модели создают когда:
• изучаемый объект слишком большой или маленький (модель Вселенной, модель строения атома);
• процесс протекает слишком быстро или медленно (модель двигателя внутреннего сгорания, модель изменения земной поверхности);
• исследование является опасным для окружающей среды (модель атомного взрыва);
• может произойти разрушение самого объекта (модель здания, вертолёта);
• реальный объект очень дорогой (макет города, производства).

Создавая макет здания, в нём не прокладывают электропроводку и не делают водопровод, потому что для наглядности это неважно.

Для одного объекта-оригинала можно создать несколько моделей и каждая из них будет отражать какое-то одно или несколько свойств важных для данного исследования.

Модели бывают двух видов:
• Натурные модели — это реальные предметы в уменьшенном или увеличенном виде, которые воспроизводят облик объекта, его структуру, действия.

Примерами натурных моделей являются: манекен, глобус, скульптура, дом, игрушки.
• Информационные модели — описание объекта-оригинала на языке кодирования информации — блок-схема, график, таблица, формула.

Примерами информационных моделей могут быть описание исторического события с помощью текста, решение математической задачи с помощью формул, таблица умножения, график роста цен на продукты и т. п.

Коммуникативный педагогический тренинг: способы взаимодействия с разными категориями учащихся

Сертификат и скидка на обучение каждому участнику

Кафедра информатики и вычислительной техники

Моделирование, виды моделей. Требования к построению моделей

Организация информационного взаимодействия в информационном образовательном пространстве педагогического вуза

студентка 4 курса группы МДМ-216 ______________________ А.А.Буянова

канд. физ. мат. наук, доцент ________________________ Т. В. Кормилицына

Модель - очень широкое понятие, включающее в себя множество способов представления изучаемой реальности. Различают модели материальные (натурные) и идеальные (абстрактные). Материальные модели основываются на чем-то объективном, существующем независимо от человеческого сознания (каких-либо телах или процессах). Материальные модели делят на физические и аналоговые, основанные на процессах, аналогичных в каком-то отношении изучаемому. Между физическими и аналоговыми моделями можно провести границу и такая классификация моделей будет носить условный характер.

Еще более сложную картину представляют идеальные модели, неразрывным образом связанные с человеческим мышлением, воображением, восприятием. Среди идеальных моделей можно выделить интуитивные модели, к которым относятся, но единого подхода к классификации остальных видов идеальных моделей нет. Такой подход является не вполне оправданным, так как он переносит информационную природу познания на суть используемых в процессе моделей - при этом любая модель является информационной. Более продуктивным представляется такой подход к классификации идеальных моделей:

1. Вербальные (текстовые) модели. Эти модели используют последовательности предложений на формализованных диалектах естественного языка для описания той или иной области действительности (примерами такого рода моделей являются милицейский протокол, правила дорожного движения, настоящий учебник).

2. Математические модели - очень широкий класс знаковых моделей (основанных на формальных языках над конечными алфавитами), широко использующих те или иные математические методы. Например, математическая модель звезды. Эта модель будет представлять собой сложную систему уравнений, описывающих физические процессы, происходящие в недрах звезды. Математической моделью другого рода являются, например, математические соотношения, позволяющие рассчитать оптимальный (наилучший с экономической точки зрения) план работы какого-либо предприятия.

3. Информационные модели - класс знаковых моделей, описывающих информационные процессы (возникновение, передачу, преобразование и использование информации) в системах самой разнообразной природы.

Граница между вербальными, математическими и информационными моделями может быть проведена весьма условно; возможно, информационные модели следовало бы считать подклассом математических моделей. В рамках информатики как самостоятельной науки, отдельной от математики, физики, лингвистики и других наук, выделение класса информационных моделей является целесообразным. Информатика имеет самое непосредственное отношение и к математическим моделям, поскольку они являются основой применения компьютера при решении задач различной природы: математическая модель исследуемого процесса или явления на определенной стадии исследования преобразуется в компьютерную (вычислительную) модель, которая затем превращается в алгоритм и компьютерную программу.

Модель - это искусственно созданный объект, дающий упрощенное представление о реальном объекте, процессе или явлении, отражающий существенные стороны изучаемого объекта с точки зрения цели моделирования. Моделирование - это построение моделей, предназначенных для изучения и исследования объектов, процессов или явлений.

Объект, для которого создается модель, называют оригиналом или прототипом. Любая модель не является абсолютной копией своего оригинала, она лишь отражает некоторые его качества и свойства, наиболее существенные для выбранной цели исследования. При создании модели всегда присутствуют определенные допущения и гипотезы.

Системный подход позволяет создавать полноценные модели. Особенности системного подхода заключаются в следующем. Изучаемый объект рассматривается как система, описание и исследование элементов которой не выступает как сама цель, а выполняется с учетом их места (наличие подзадач). В целом объект не отделяется от условий его существования и функционирования. Объект рассматривается как составная часть чего-то целого (сам является подзадачей). Один и тот же исследуемый элемент рассматривается как обладающий разными характеристиками, функциями и даже принципами построения. При системном подходе на первое место выступают не только причинные объяснения функционирования объекта, но и целесообразность включения его в состав других элементов. Допускается возможность наличия у объекта множества индивидуальных характеристик и степеней свободы. Альтернативы решения задач сравниваются в первую очередь по критерию "стоимость-эффективность".

Создание универсальных моделей - это следствие использование системного подхода. Моделирование (эксперимент) может быть незаменимо. С помощью компьютера возможен расчет интересующих исследователей параметров. Моделирование - исследование явлений, процессов или систем объектов путем построения и изучения их моделей - это основной способ научного познания. В информатике данный способ называется вычислительный эксперимент и основывается он на трех основных понятиях: модель - алгоритм - программа. Использование компьютера при моделировании возможно по трем направлениям:

1. Вычислительное - прямые расчеты по программе.

2. Инструментальное - построение базы знаний, для преобразования ее в алгоритм и программу.

3. Диалоговое - поддержание интерфейса между исследователем и компьютером.

Модель - общенаучное понятие, означающее как идеальный, так и физический объект анализа. Важным классом идеальных моделей является математическая модель - в ней изучаемое явление или процесс представлены в виде абстрактных объектов или наиболее общих математических закономерностей, выражающих либо законы природы, либо внутренние свойства самих математических объектов, либо правила логических рассуждений.

Границы между моделями различных типов или классов, а также отнесение модели к какому-то типу или классу чаще всего условны. Наиболее распространенные признаки, по которым классифицируются модели:

По целям использования выделяются модели учебные, опытные, имитационные, игровые, научно-технические.

По области знаний выделяются модели биологические, экономические, исторические, социологические и т.д.

По фактору времени разделяются модели динамические и статические. Статическая модель отражает строение и параметры объекта, поэтому ее называют также структурной. Она описывает объект в определенный момент времени, дает срез информации о нем. Динамическая модель отражает процесс функционирования объекта или изменения и развития процесса во времени.

Любая модель имеет конкретный вид, форму или способ представления, она всегда из чего-то и как-то сделана или представлена и описана. В этом классе, прежде всего, модели рассматриваются как материальные и нематериальные.

Материальные модели - это материальные копии объектов моделирования. Они всегда имеют реальное воплощение, воспроизводят внешние свойства или внутреннее строение, либо действия объекта-оригинала. Материальное моделирование использует экспериментальный (опытный) метод познания.

Нематериальное моделирование использует теоретический метод познания. По-другому его называют абстрактным, идеальным. Абстрактные модели, в свою очередь, делятся на воображаемые и информационные.

Информационная модель - это совокупность информации об объекте, описывающая свойства и состояние объекта, процесса или явления, а также связи и отношения с окружающим миром. Информационные модели представляют объекты в виде, словесных описаний, текстов, рисунков, таблиц, схем, чертежей, формул и т.д. Информационную модель нельзя потрогать, у нее нет материального воплощения, она строится только на информации. Ее можно выразить на языке описания (знаковая модель) или языке представления (наглядная модель).Одна и та же модель одновременно относится к разным классам деления. Например, программы, имитирующие движение тел. Такие программы используются на уроках физики (область знания) с целями обучения (цель использования). В то же время они являются динамическими, так как учитывают положение тела в разные моменты времени, и алгоритмическими по способу реализации.

Форма представления информационной модели зависит от способа кодирования (алфавита) и материального носителя.

Воображаемое (мысленное или интуитивное) моделирование - это мысленное представление об объекте. Такие модели формируются в воображении человека и сопутствуют его сознательной деятельности. Они всегда предшествуют созданию материального объекта, материальной и информационной модели, являясь одним из этапов творческого процесса.

Наглядное (выражено на языке представления) моделирование - это выражение свойств оригинала с помощью образов. Например, рисунки, художественные полотна, фотографии, кинофильмы. При научном моделировании понятия часто кодируются рисунками - иконическое моделирование. Сюда же относятся геометрические модели - информационные модели, представленные средствами графики.

Образно-знаковое моделирование использует знаковые образы какого-либо вида: схемы, графы, чертежи, графики, планы, карты. Например, географическая карта, план квартиры, родословное дерево, блок-схема алгоритма. К этой группе относятся структурные информационные модели, создаваемые для наглядного изображения составных частей и связей объектов. Наиболее простые и распространенные информационные структуры - это таблицы, схемы, графы, блок-схемы, деревья.

Знаковое (символическое выражено на языке описания) моделирование использует алфавиты формальных языков: условные знаки, специальные символы, буквы, цифры и предусматривает совокупность правил оперирования с этими знаками. Примеры: специальные языковые системы, физические или химические формулы, математические выражения и формулы, нотная запись и т. д. Программа, записанная по правилам языка программирования, является знаковой моделью.

Одним из наиболее распространенных формальных языков является алгебраический язык формул в математике, который позволяет описывать функциональные зависимости между величинами. Составление математической модели во многих задачах моделирования хоть и промежуточная, но очень существенная стадия.

Математическая модель - способ представления информационной модели, отображающий связь различных параметров объекта через математические формулы и понятия. В тех случаях, когда моделирование ориентировано на исследование моделей с помощью компьютера, одним из его этапов является разработка компьютерной модели.

Компьютерная модель - это созданный за счет ресурсов компьютера виртуальный образ, качественно и количественно отражающий внутренние свойства и связи моделируемого объекта, иногда передающий и его внешние характеристики. Компьютерная модель представляет собой материальную модель, воспроизводящую внешний вид, строение или действие моделируемого объекта посредством электромагнитных сигналов. Разработке компьютерной модели предшествуют мысленные, вербальные, структурные, математические и алгоритмические модели.

Читайте также: