Computermodell

Grundidee

Ein Computermodell ist die digitale Abbildung eines Teils der Wirklichkeit. Es ist also ein Modell, das ein Computer verarbeiten kann. Weil die wirkliche Welt meist sehr komplex ist, bildet ein Computermodell normalerweise nur bestimmte Teilaspekte ab und ist gegenüber der Wirklichkeit stark vereinfacht.

Computermodelle sind wichtig, weil sie helfen, Vorgänge, Objekte oder Systeme rechnerisch zu untersuchen, darzustellen oder vorherzusagen. Sie werden besonders dort genutzt, wo Probleme zu komplex sind, um sie direkt oder vollständig von Hand zu lösen.

Bearbeitung und Simulation

Für die Arbeit mit Computermodellen wird Simulationssoftware verwendet. Der Bereich, in dem solche Modelle mit Computern bearbeitet und ausgewertet werden, heißt wissenschaftliches Rechnen. Ein Beispiel für Simulationssoftware ist OpenFOAM, das für kontinuumsmechanische Probleme eingesetzt wird.

Eine Computersimulation entsteht, wenn ein mathematisches Modell mit einem Computer bearbeitet wird. Dadurch können Probleme mit hoher Komplexität und vielen Freiheitsgraden ausgewertet werden. Freiheitsgrade sind dabei unabhängige Größen oder Bewegungsmöglichkeiten, die ein System beschreiben. Häufig werden numerische Verfahren genutzt, also Rechenmethoden, die Näherungslösungen liefern. Die Ergebnisse einer Simulation sind deshalb in der Regel angenähert und nicht exakt.

Auswertung und Visualisierung

Simulationssoftware kann meist nicht nur rechnen, sondern Ergebnisse auch auswerten und sichtbar machen. Die Visualisierung nutzt Hilfsmittel aus der Computergrafik, damit Menschen ein Modell oder ein Simulationsergebnis besser verstehen können.

In manchen Fällen kann ein Computermodell nicht nur zur Darstellung dienen, sondern auch mit der Wirklichkeit verbunden sein oder sie beeinflussen. Damit geht es nicht nur um das Anschauen eines digitalen Modells, sondern auch um seine praktische Nutzung für Planung, Steuerung oder Analyse.

Anwendungen

In der Architektur können virtuelle Gebäudemodelle verwendet werden, um viele grafische Darstellungen eines Gebäudes zu erzeugen. Dadurch lässt sich das spätere Aussehen eines Gebäudes vorab umfassend beurteilen.

Programme, die ursprünglich nur für Darstellungen genutzt wurden, enthalten zunehmend Simulationssoftware. An Gebäudemodellen werden daher immer häufiger Gebäudesimulationen durchgeführt, zum Beispiel zur Berechnung statischer und dynamischer Belastungssituationen, zur Massenermittlung oder zur Untersuchung der Belichtungssituation.

Ein digitaler Zwilling ist die digitale Repräsentanz eines bereits existierenden oder erst zukünftig existierenden Objekts aus der realen Welt. Er kann Eigenschaften oder das Verhalten dieses Objekts beschreiben oder beeinflussen und dazugehörige Dienste anbieten.

Beispiele

Wichtige Beispiele für Computermodelle sind Atmosphärenmodelle, die als Grundlage der Wettervorhersage dienen. Klimamodelle werden zur Vorhersage des Klimawandels verwendet.

Ein weiteres Beispiel sind agentenbasierte Modelle. Sie dienen dazu, soziale Interaktionen zu simulieren. Dabei werden einzelne Einheiten oder Akteure als sogenannte Agenten modelliert, deren Verhalten zusammen ein größeres System abbilden kann.