Physikbasierten

Der Ausdruck „Physikbasierten“ (physikbasierte Modelle) bezieht sich auf Ansätze, die auf physikalischen Gesetzen und ersten Prinzipien beruhen, statt ausschließlich auf empirischen Daten. Der Begriff wird in Technik, Wissenschaft und Lehre verwendet, um Modelle, Simulationen oder Theorien zu beschreiben, die durch Mechanik, Thermodynamik, Elektromagnetismus oder ähnliche Disziplinen gestützt sind.

Physikbasierte Ansätze verwenden explizite Gleichungen und Parameter, die das Systemverhalten vorschreiben. Sie unterscheiden sich von datengetriebenen oder rein empirischen Ansätzen, bei denen Muster aus Beobachtungen abgeleitet werden. Oft sind sie interoperabel mit bekannten physikalischen Größen wie Kräften, Spannungen, Wärmetransport oder Feldern.

Anwendungsbeispiele umfassen physikbasiertes Rendering in der Computergraphik, bei dem Licht- und Materialinteraktionen gemäß physikalischen Prinzipien modelliert werden; physikbasierte Simulationen in Ingenieurwesen und Robotik, etwa mittels Finite-Elemente-Methode oder Mehrkörpersystemen; sowie biomechanische Modelle, die Geometrie, Materialeigenschaften und Kräfte berücksichtigen.

Zu den Vorteilen gehören Vorhersagefähigkeit, Konsistenz mit physikalischen Gesetzen und bessere Generalisierung außerhalb des beobachteten Datenspektrums. Nachteile umfassen hohen Rechenaufwand, Anforderungen an präzise Parameter und die Gefahr, komplexe Phänomene zu stark zu vereinfachen.

In der Praxis kommen häufig hybride Ansätze zum Einsatz, die Physik mit datengetriebenen Methoden kombinieren, um Unsicherheiten zu handhaben oder Parameter gezielt zu schätzen.