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模型替代法就是为达到一定的目的，用与真实原型相似的模型替代。模型替代法的核心是模型。通俗地讲，模型就是抽取原型的部分属性或功能的模仿体，是对客观事物原型的抽象。模型可以是实体或替代物等物理模型，也可以是抽象的图表模型、数学模型或用计算机软件表达的虚拟模型。最常见的物理模型是静态的外观实体模型，例如在房地产开发商的售楼处陈列的住宅小区模型，展览馆中的工程模型、设计模型，教学用的分子结构模型等。描述事物特征及定性定量规律的模型还有图形、表达特征变量间关系的数据表以及公式和方程等数学模型。
仿照原型事物的运动、功能或行为的动态物理模型称为模拟。例如天文馆中的模拟太阳系的各行星绕太阳运行的太阳系运行模型和科技展览中演示的动态水利工程等模型，各种可以操纵的供比赛和表演用的航空和航海模型等都是实体物理模拟。物理模拟试验在科学和技术中有广泛应用。美国莱特兄弟发明的飞机风洞模拟试验，利用相对性原理使飞机不动而空气作相对运动，试验可以方便地在室内进行，而且飞机模型可以缩小，大大节约了试验费用，已经成为空气动力学研究和飞机外形设计的不可缺少的项目。企业的沙盘培训也叫沙盘推演，它借鉴作战沙盘的模拟方法，学员分组建立几个模拟公司，围绕形象直观的沙盘教具，模拟企业的经营管理与市场竞争、进行实战对抗演练。
在许多无法做真实实验的情况下模拟试验起了很大的作用。这时所用的模型用与原型相似的替代物，称为替代模型，例如直接用活人进行致病机理及用新药治疗的研究，风险太大，所以在医学研究中必须先用与人同为哺乳动物的鼠和猴等活的实验动物来替代人进行疾病机理的研究、药物试验和疫苗研制，最后才在病人上做临床试验。在侦查杀人的刑事案件时，也常常使用替代模型。我国古代三国时期的吴国句章县县令张举在审判一家男主人被“烧死”的案件时用与人有相似呼吸系统功能的猪替代真人作为替代模型进行模拟试验，发现两种情况尸体的口鼻内的烟尘的有无。检查结果为男主人尸体的口鼻内并无烟尘，证明是被杀在先，才破了案找到了真凶。此案已成为世界刑事侦破的经典案例。在研究汽车的交通事故中对驾驶员或乘员的人身伤害时为保证人员的绝对安全，试验中只能用装有传感器的假人来替代真人。在研究地球早期历史的生命起源和石油生成等课题时根本无法真实地再现历史过程，而且无法用替代模型来替代地球环境，此时可以进行人工模拟试验。例如1958年美国科学家米勒创造性地用氢、氨等模拟地球早期的还原性原始大气，并用人工闪电在实验室中反应生成了氨基酸，有力地证明了从无机物合成有机生物小分子是生命起源进程中的第一步，称为化学进化。
原型事物的属性、功能和动作也可以用抽象的图、表、文字和数学公式等来描述和表达。数学模型替代事物原型更便于通过模拟和模拟试验解决实际问题。由于电子计算机具有强大而快速的数学运算能力，先根据对象的性能及相关的规律通过数学方法建立数学模型，再进行数值计算和模拟试验的计算机模拟，还可以利用计算机图形学方法实现可视化，用直观的图形和动画显示出来。电子计算机只能处理离散的数据，所以数学建模时先要将连续的数据离散化并符合离散相似，才能进行数值计算，因此通常称为计算机数值模拟或计算机仿真。计算机仿真在仿真培训、科学试验、产品和工程设计以及预测预报等方面得到广泛应用。与真实的物理和化学或生物试验相比，它不仅可以部分替代代价太大的实验，节约了大量的时间和经费，而且可以模拟实际不可能进行的试验，成为人类认识客观世界的新的重要手段。由于在化工、石油加工、冶金和电力等连续生产的装置和设备上是无法进行生产事故演练培训的，而利用仿真软件进行生产实习培训时却还可以人为地设定生产事故，以训练学生分析处理突发性生产事故的能力。大型工程项目的投资巨大、工期长、安全要求高。除了进行必要的物理模拟试验外，计算机仿真试验还可以演练和考验工程建成后自然恶劣环境和灾害时的运行状况，找出问题、漏洞和补救措施，防患于未然。例如1969年美国的阿波罗登月工程和1997年我国长江三峡大坝截流及正在进行的南水北调工程都进行过计算机仿真试验。1998年长江发生洪水期间，通过计算机仿真试验才决定荆江大堤不分洪，避免了分洪对地方和百姓可能带来的损失。
虚拟技术一般是用计算机软件模拟替代硬件的功能。例如由具有曲线轮廓的凸轮作为主动件和其从动件组成的凸轮机构，其结构简单紧凑，凸轮的轮廓曲线决定从动件的运动规律，可以实现许多复杂的机械运动，所以广泛应用于各种机械和自动机械中。例如由凸轮和顶杆组成的凸轮结构可以把凸轮的等速回转运动变换成往复直线运动，是印刷机和细纱机不可缺少的重要部件，但是在高速工作时其动态性能变坏，设计和加工难度大。利用计算机的数据存储和编程功能，把凸轮上每个点所产生的位移数据存储到计算机中，并将其输送给直线电机执行、直接驱动顶杆运动，就可以用软件模拟的虚拟凸轮替代机械凸轮工作，其优点是工作时没有任何磨损、惯性及弹性或刚性冲击，响应速度快，特别适用于高速运动，并且软件的开发快且灵活容易。虚拟计算机只是一个程序，在电脑模拟一个虚拟的计算机，可像一台真正的计算机一样来操作。而计算机的虚拟化技术是指实体运算系统能以多个虚拟系统的方式进行运作，单CPU模拟多CPU并行，允许一个硬件平台同时运行多个操作系统，从而显著提高计算机的工作效率。
虚拟现实技术也称为虚拟环境技术，是利用计算机图形学等技术制作的三维动态的模拟环境或景观环境来替代真实环境。再加上各种传感器，使用者可使用立体眼镜、头盔、数据手套、数据衣鞋等设备，有逼真的感觉。该技术用于虚拟电子游戏、虚拟电影场景、虚拟制造场景、虚拟建筑、虚拟旅游、虚拟购物、虚拟表演、虚拟服装试衣、虚拟医院漫游、虚拟球类运动、虚拟施工、虚拟维修中。虚拟现实技术源于20世纪60年代，当时被用作飞行员和宇航员的模拟训练，后来逐渐转为民用，如驾驶员、外科医生、维修人员、运动员和消防员等的培训中。例如在虚拟手术中，利用各种医学影像断层扫描数据来模拟人体的组织和器官，即虚拟人体。医生穿戴好传感器及头盔、数据手套等输入设备，使用电子虚拟手术刀切入虚拟人体时甚至似乎能感觉肌肉和骨骼等的存在。
仿照原型事物的运动、功能或行为的动态物理模型称为模拟。例如天文馆中的模拟太阳系的各行星绕太阳运行的太阳系运行模型和科技展览中演示的动态水利工程等模型，各种可以操纵的供比赛和表演用的航空和航海模型等都是实体物理模拟。物理模拟试验在科学和技术中有广泛应用。美国莱特兄弟发明的飞机风洞模拟试验，利用相对性原理使飞机不动而空气作相对运动，试验可以方便地在室内进行，而且飞机模型可以缩小，大大节约了试验费用，已经成为空气动力学研究和飞机外形设计的不可缺少的项目。企业的沙盘培训也叫沙盘推演，它借鉴作战沙盘的模拟方法，学员分组建立几个模拟公司，围绕形象直观的沙盘教具，模拟企业的经营管理与市场竞争、进行实战对抗演练。
在许多无法做真实实验的情况下模拟试验起了很大的作用。这时所用的模型用与原型相似的替代物，称为替代模型，例如直接用活人进行致病机理及用新药治疗的研究，风险太大，所以在医学研究中必须先用与人同为哺乳动物的鼠和猴等活的实验动物来替代人进行疾病机理的研究、药物试验和疫苗研制，最后才在病人上做临床试验。在侦查杀人的刑事案件时，也常常使用替代模型。我国古代三国时期的吴国句章县县令张举在审判一家男主人被“烧死”的案件时用与人有相似呼吸系统功能的猪替代真人作为替代模型进行模拟试验，发现两种情况尸体的口鼻内的烟尘的有无。检查结果为男主人尸体的口鼻内并无烟尘，证明是被杀在先，才破了案找到了真凶。此案已成为世界刑事侦破的经典案例。在研究汽车的交通事故中对驾驶员或乘员的人身伤害时为保证人员的绝对安全，试验中只能用装有传感器的假人来替代真人。在研究地球早期历史的生命起源和石油生成等课题时根本无法真实地再现历史过程，而且无法用替代模型来替代地球环境，此时可以进行人工模拟试验。例如1958年美国科学家米勒创造性地用氢、氨等模拟地球早期的还原性原始大气，并用人工闪电在实验室中反应生成了氨基酸，有力地证明了从无机物合成有机生物小分子是生命起源进程中的第一步，称为化学进化。
原型事物的属性、功能和动作也可以用抽象的图、表、文字和数学公式等来描述和表达。数学模型替代事物原型更便于通过模拟和模拟试验解决实际问题。由于电子计算机具有强大而快速的数学运算能力，先根据对象的性能及相关的规律通过数学方法建立数学模型，再进行数值计算和模拟试验的计算机模拟，还可以利用计算机图形学方法实现可视化，用直观的图形和动画显示出来。电子计算机只能处理离散的数据，所以数学建模时先要将连续的数据离散化并符合离散相似，才能进行数值计算，因此通常称为计算机数值模拟或计算机仿真。计算机仿真在仿真培训、科学试验、产品和工程设计以及预测预报等方面得到广泛应用。与真实的物理和化学或生物试验相比，它不仅可以部分替代代价太大的实验，节约了大量的时间和经费，而且可以模拟实际不可能进行的试验，成为人类认识客观世界的新的重要手段。由于在化工、石油加工、冶金和电力等连续生产的装置和设备上是无法进行生产事故演练培训的，而利用仿真软件进行生产实习培训时却还可以人为地设定生产事故，以训练学生分析处理突发性生产事故的能力。大型工程项目的投资巨大、工期长、安全要求高。除了进行必要的物理模拟试验外，计算机仿真试验还可以演练和考验工程建成后自然恶劣环境和灾害时的运行状况，找出问题、漏洞和补救措施，防患于未然。例如1969年美国的阿波罗登月工程和1997年我国长江三峡大坝截流及正在进行的南水北调工程都进行过计算机仿真试验。1998年长江发生洪水期间，通过计算机仿真试验才决定荆江大堤不分洪，避免了分洪对地方和百姓可能带来的损失。
虚拟技术一般是用计算机软件模拟替代硬件的功能。例如由具有曲线轮廓的凸轮作为主动件和其从动件组成的凸轮机构，其结构简单紧凑，凸轮的轮廓曲线决定从动件的运动规律，可以实现许多复杂的机械运动，所以广泛应用于各种机械和自动机械中。例如由凸轮和顶杆组成的凸轮结构可以把凸轮的等速回转运动变换成往复直线运动，是印刷机和细纱机不可缺少的重要部件，但是在高速工作时其动态性能变坏，设计和加工难度大。利用计算机的数据存储和编程功能，把凸轮上每个点所产生的位移数据存储到计算机中，并将其输送给直线电机执行、直接驱动顶杆运动，就可以用软件模拟的虚拟凸轮替代机械凸轮工作，其优点是工作时没有任何磨损、惯性及弹性或刚性冲击，响应速度快，特别适用于高速运动，并且软件的开发快且灵活容易。虚拟计算机只是一个程序，在电脑模拟一个虚拟的计算机，可像一台真正的计算机一样来操作。而计算机的虚拟化技术是指实体运算系统能以多个虚拟系统的方式进行运作，单CPU模拟多CPU并行，允许一个硬件平台同时运行多个操作系统，从而显著提高计算机的工作效率。
虚拟现实技术也称为虚拟环境技术，是利用计算机图形学等技术制作的三维动态的模拟环境或景观环境来替代真实环境。再加上各种传感器，使用者可使用立体眼镜、头盔、数据手套、数据衣鞋等设备，有逼真的感觉。该技术用于虚拟电子游戏、虚拟电影场景、虚拟制造场景、虚拟建筑、虚拟旅游、虚拟购物、虚拟表演、虚拟服装试衣、虚拟医院漫游、虚拟球类运动、虚拟施工、虚拟维修中。虚拟现实技术源于20世纪60年代，当时被用作飞行员和宇航员的模拟训练，后来逐渐转为民用，如驾驶员、外科医生、维修人员、运动员和消防员等的培训中。例如在虚拟手术中，利用各种医学影像断层扫描数据来模拟人体的组织和器官，即虚拟人体。医生穿戴好传感器及头盔、数据手套等输入设备，使用电子虚拟手术刀切入虚拟人体时甚至似乎能感觉肌肉和骨骼等的存在。