Question

计算机仿真是什么?

计算机仿真技术是指编写出模拟真实情况的程序?我在其他有关问答上看到有个叫计算机仿真动画?这又是同一个东西吗?

Answer 1

利用模型复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统。又称模拟。当所研究的系统造价昂贵、实验的危险性大或需要很长的时间才能了解系统参数变化所引起的后果时，仿真是一种特别有效的研究手段。仿真与数值计算、求解方法的区别在于它首先是一种实验技术。仿真过程包括建立仿真模型和进行仿真实验两个主要步骤。
分类仿真可以按不同原则分类：①按所用模型的类型(物理模型、数学模型、物理-数学模型)分为物理仿真、计算机仿真(数学仿真)、半实物仿真。②按所用计算机的类型(模拟计算机、数字计算机、混合计算机)分为模拟仿真、数字仿真和混合仿真。③按仿真对象中的信号流(连续的、离散的)分为连续系统仿真和离散系统仿真。④按仿真时间与实际时间的比例关系分为实时仿真(仿真时间标尺等于自然时间标尺)、超实时仿真(仿真时间标尺小于自然时间标尺)和亚实时仿真(仿真时间标尺大于自然时间标尺)。⑤按对象的性质分为宇宙飞船仿真、化工系统仿真、经济系统仿真等。
仿真工具主要指的是仿真硬件和仿真软件。仿真硬件中最主要的是计算机。模拟计算机的人机交互性好，适合于实时仿真。改变时间比例尺还可实现超实时的仿真。数字计算机已成为现代仿真的主要工具。混合计算机把模拟计算机和数字计算机联合在一起工作，充分发挥模拟计算机的高速度和数字计算机的高精度、逻辑运算和存储能力强的优点。但这种系统造价较高，只宜在一些要求严格的系统仿真中使用。除计算机外，仿真硬件还包括一些专用的物理仿真器，如运动仿真器、目标仿真器、负载仿真器、环境仿真器等。仿真软件包括为仿真服务的仿真程序、仿真程序包、仿真语言和以数据库为核心的仿真软件系统。除进一步发展交互式仿真语言和功能更强的仿真软件系统外，另一个重要的趋势是将仿真技术和人工智能结合起来，产生具有专家系统功能的仿真软件。
仿真技术通过对模型进行调试和计算，并利用测试和计算的结果研究、改进模型的一定方法和技术。它是模型化方法的继续。
仿真技术是随着时间数值的增加，一步一步地求解系统动态模型方程的方法。仿真过程中，任何一步计算所得的即时值，都表示在指定时间内已被模型化了的系统状态。这样，在全部时间内就可以通过对系统的动态模型性能的观测来求得问题的解。系统仿真技术广泛应用于航空、空间、核能及工业过程控制等许多领域，以进行系统分析、系统设计、分系统测试、系统功能实验及操作训练，近年来又被广泛推广应用于社会、经济、生物等非工程领域，用以进行系统的预测及运筹控制的研究。
应用和效益仿真技术得以发展的主要原因，是它所带来的巨大社会经济效益。50年代和60年代仿真主要应用于航空、航天、电力、化工以及其他工业过程控制等工程技术领域。在航空工业方面，采用仿真技术使大型客机的设计和研制周期缩短20%。采用仿真实验代替实弹试验可使实弹试验的次数减少80%。在电力工业方面采用仿真系统对核电站进行调试、维护和排除故障，一年即可收回建造仿真系统的成本。现代仿真技术不仅应用于传统的工程领域，而且日益广泛地应用于社会、经济、生物等领域，如交通控制、城市规划、资源利用、环境污染防治、生产管理、市场预测、世界经济的分析和预测、人口控制等。对于社会经济等系统，很难在真实的系统上进行实验。因此，利用仿真技术来研究这些系统就具有更为重要的意义