計算機仿真作為剖析和研究系統運行行為、揭示系統動態過程和運動規律的一種重要手段和方式，隨著系統科學研究的深入、控制理論、計算技術、計算機科學與技術的發展而產生的一門新興學科。近些年來，隨著信息處理技術的突飛猛進，使仿真技術得到迅速發展。本文按照作者的研究體會，企圖從仿真的涵義入手，討論現代仿真方式、建模方式、仿真算法、可效度研究等，為在系統仿真中合理、有效地運行仿真新技巧和新技術做一些探求。
仿真技術是借助計算機并通過構建模型進行科學實驗的一門多學科綜合性技術。它是它具有經濟、可靠、實用、安全、可多次重用的優點。
仿真是對現實系統的某一層次具象屬性的模仿。人們借助這樣的模型進行試驗，從中得到所需的信息，之后幫助人們對現實世界的某一層次的問題作出決策。仿真是一個相對概念，任何逼真的仿真都只能是對真實系統個別屬性的迫近。仿真是有層次的，既要針對所欲處理的客觀系統的問題，又要針對提出處理者的需求層次，否則很難評價一個仿真系統的好壞。
傳統的仿真方式是一個迭代過程，即針對實際系統某一層次的特點（過程），具象出一個模型，之后假定態勢（輸入），進行試驗，由試驗者判讀輸出結果和驗證模型，依據判定的情況來更改模型和有關的參數。這么迭代地進行仿真物理實驗室電腦，直至覺得這個模型已滿足試驗者對客觀系統的某一層次的仿真目的為止。
計算機仿真技術原理
“仿真是一種基于模型的活動”，它涉及多學科、多領域的知識和經驗。成功進行仿真研究的關鍵是有機、協調地組織施行仿真全生命周期的各種活動。這兒的“各類活動”，就是“系統建模”、“仿真建模”、“仿真實驗”，而聯系那些活動的要素是“系統”、“模型”、“計算機”。其中：系統是研究的對象，模型是系統的具象，仿真是通過對模型的實驗來達到研究的的。要素與活動的關系如圖所示：
物理模型將研究對象的實質具象下來，計算機再來處理那些經過具象的物理模型，并通過輸出這種模型的相關數據來詮釋研究對象的個別特質，其實，這些詮釋可以是三維立體的。因為三維顯示愈發清晰直觀，已為越來越多的研究者所采用。通過對這種輸出量的剖析，就可以愈發清楚的認識研究對象。通過這個關系還可以看出，物理建模的精準程度是決定計算機仿真精度的最關鍵誘因。
從模型這個角度出發，可以將計算機仿真的實現分為三個大的步驟：模型的構建、模型的轉換和模型的仿真實驗。
模型的構建
對于所研究的對象或問題，首先須要依照仿真所要達到的目的具象出一個確定的系統，而且要給出這個系統的邊界條件和約束條件。在這以后，須要借助各類相關學科的知識，把所具象下來的系統用物理的表達式描述下來，描述的內容，就是所謂的“數學模型”。這個模型是進行計算機仿真的核心。
系統的物理模型按照時間關系可界定為靜態模型、連續時間動態模型、離散時間動態模型和混和時間動態模型;按照系統的狀態描述和變化形式可界定為連續變量系統模型和離散風波系統模型。
模型的轉換
所謂模型的轉換，即是對上一步具象下來的物理表達式通過各類適當的算法和計算機語言轉換成為計算機才能處理的方式，這些方式所表現的內容，就是所謂的“仿真模型”。這個模型是進行計算機仿真的關鍵。實現這一過程，既可以自行開發一個新的系統，也可以運用現今市場上已有的仿真軟件。
模型的仿真實驗
將上一步得到的仿真模型載入計算機，根據預先設置的實驗方案來運行仿真模型，得到一系列的仿真結果，這就是所謂的“模型的仿真實驗”。
仿真技術發展歷程
作為一種非常有效的研究手段，20世紀初仿真技術已得到應用。諸如在實驗室中建立水利模型，進行水利學方面的研究。
40～50年代民航、航天和原子能技術的發展帶動了仿真技術的進步。60年代計算機技術的突飛猛進，為仿真技術提供了先進的工具，加速了仿真技術的發展。借助計算機實現對于系統的仿真研究除了便捷、靈活，并且也是經濟的。因而計算機仿真在仿真技術中占有重要地位。
50年代初，連續系統的仿真研究絕大多數是在模擬計算機上進行的。50年代中期，人們開始借助數字計算機實現數字仿真。計算機仿真技術遂向模擬計算機仿真和數字計算機仿真兩個方向發展。在模擬計算機仿真中降低邏輯控制和模擬儲存功能以后，又出現了混和模擬計算機仿真，以及把混合模擬計算機和數字計算機聯合在一起的混和計算機仿真。在發展仿真技術的過程中已研發出大量仿真程序包和仿真語言。
70年代后期，還研發成功專用的全數字并行仿真計算機。仿真技術來自于軍事領域，但它除了用于軍事領域，在許多非軍事領域也到了廣泛的應用。諸如：在軍事領域中的訓練仿真;商業領域中的商業活動預測、決策、規劃、評估;工業領域中的工業系統規劃、研制、評估及模擬訓練;農業領域中的農業系統規劃、研制、評估，洪災預報、環境保護;在交通領域中的駕駛模擬訓練和交通管理中的應用;醫學領域中的臨床確診及醫用圖象辨識等。
仿真技術的種類
仿真建模
仿真建模是一門構建仿真模型并進行仿真實驗的技術。建模活動是在忽視次要誘因及不可檢測變量的基礎上，用化學或物理的方式對實際系統進行描述，因而獲得實際系統的簡化或近似反映。
面向對象的仿真
面向對象仿真是當前仿真研究領域中最引人關注的研究方向之一，面向對象仿真就是將面向對象的方式應用到計算機仿真領域中，以形成面向對象的仿真系統。
智能仿真
智能仿真是把以知識為核心、人類思維行為作背景的智能技術引入整個建模與仿真過程，構造智能仿真平臺。智能仿真技術的開發途徑是人工智能與仿真技術的集成化。仿真技術與人工智能技術的結合，即所謂的智能化仿真;仿真模型中知識的抒發。
虛擬現實技術
虛擬現實技術是現代仿真技術的一個重要研究領域，是在綜合仿真技術、計算機圖形技術、傳感技術等多種學科技術的基礎之上發展上去的，其核心是建模與仿真，通過構建模型，對人、物、環境及其互相關系進行本質的描述，并在計算機上實現。
分布仿真技術
分布仿真技術作為仿真技術的最新發展成果，它在高層體系結構上（HLA，highlevel），構建了一個在廣泛的應用領域內分布在不同地域上的各類仿真系統之間實現互操作和重用的框架及規范。HLA的基本思想就是使用面向對象的方式設計，開發及實現系統不同層次和細度的對象模型，來獲得仿真部件和仿真系統高層次上的互操作性與可重用性。
云仿真技術
云仿真的概念是按照“云估算”的理念提出來的。云估算是指服務的交付和使用模式，指通過網路以按需、易擴充的形式獲得所需的服務。這些服務可以是與軟件、互聯網相關的，也可以是其他任意的服務，包括仿真服務，它具有超大規模、虛擬化、可靠安全等特點。云仿真指通過網路以按需、易擴充的形式獲得所需的仿真服務。
云仿真平臺是一種新型的網路化建模與仿真平臺，是仿真網格的進一步發展。它以應用領域的需求為背景，基于云估算理念，綜合應用各種技術，包括復雜系統模型技術、高性能估算技術等，實現系統中各種資源安全地按需共享與重用，實現網上資源多用戶按需協同互操作，從而支持工程與非工程領域內的仿真系統工程。
仿真技術新熱點
近些年來，因為問題域的擴充和仿真支持技術的發展，系統仿真方式學旨在于更自然地抽取事物的屬性特點，尋求使模型研究者更自然地參與仿真活動的方式，等等。在這種探求的促進下，生長了一批新的研究熱點：
1、面向對象仿真：從人類認識世界模式出發，使問題空間和求解空間相一致，提供更自然直觀，且具可維護性和可重用性的系統仿真框架。
2、定性仿真：用于復雜系統的研究，因為傳統的定量數字仿真的局限，仿真領域引入定性研究方式將拓展其應用。定性仿真力求非數字化，以非數字手段處理信息輸入、建模、行為剖析和結果輸出，通過定性模型推論系統定性行為描述。
3、智能仿真：是以知識為核心和人類思維行為作背景的智能技術，引入整個建模與仿真過程，構造各處基本知識的仿真系統（KnowledgeBasedKBSS）,即智能仿真平臺。智能仿真技術的開發途徑是人工智能（如專家系統、知識工程、模式辨識、神經網路等）與仿真技術（如仿真模型、仿真算法、仿真語言、仿真軟件等）的集成化。為此，近些年來各類智能算法，如模糊算法、神經算法、遺傳算法的探求也產生了智能建模與仿真中的一些研究熱點。
4、分布交互仿真：是通過計算機網路將分散在各地的仿真設備互連，構成時間與空間相互偶合的虛擬仿真環境。實現分布交互仿真的關鍵技術是：網路技術、支撐環境技術、組織和管理。其中網路技術是實現分布交互仿真的基礎，支撐環境技術是分布交互仿真的核心，組織和管理是建立分布交互仿真的訊號。
5、可視化仿真：用以為數值仿真過程及結果降低文本提示、圖形、圖象、動畫表現，使仿真過程愈發直觀，結果更容易理解，并能驗證仿真過程是否正確。近些年來還提出了動漫仿真（AAS）,主要用于系統仿真模型構建以后動漫顯示，所以原則上仍屬于可視化仿真。
6、多媒體仿真：它是在可視化仿真的基礎上再加入聲音，就可以得到視覺和觸覺媒體組合的多媒體仿真。
7、虛擬現實仿真：是在多媒體仿真的基礎上指出三維動漫、交互功能，支持觸、嗅、味知覺，就得到了VR仿真系統。
現代仿真技術
現代仿真技術的一個重要進展是將仿真活動擴充到上述三個方面，并將其統一到同環境中。Oren將上述思想加以總結，提出了現代仿真方式的概念框架。
概念框架圖中的“仿真問題描述”對應于“仿真建模”;“行為形成”對應于“仿真實驗”，只是將仿真輸出獨立于行為形成;“模型行為及其處理”相應于輸出處理。
現代仿真技術的重要進展主要彰顯
1、系統建模方面
傳統上，多通過實驗辯識來構建系統模型。近十幾年來，系統辯識技術得到急速發展。在辯識方式上有頻域法、頻域法、相關剖析法、最小二除法等;在技術手段上有系統辯識設計、系統模型結構辯識、系統模型參數辯識、系統模型檢驗等。除此之外，近些年來還提出了用仿真方式確定實際系統模型的方式;基于模型庫的結構化建模方式：面向對象建模方式等。非常是對象建模，可在泛型基礎上實現模型的拼合與重用。
2、仿真建模方面
不僅適應計算機軟、硬件環境的發展而不斷研究新算法和開發新軟件外，現代仿真技術采用模型與實驗分離技術，即模型數據驅動（data）。將模型分為參數模型和參數值，便于增強仿真的靈活性和運行效率。
3、仿真實驗方面
現代仿真技術將實驗框架與仿真運行控制區分開。其中，實驗架拿來定義條件，包括模型參數、輸入變量、觀測變量、初始條件、輸出說明。這樣，當須要不同方式的輸出時，毋須重新更改仿真模型，甚至毋須重新仿真運行。正是因為現代仿真方式學的完善，非常是模擬可重用性（）、面向對象方式（）和應用集成（App）等新技術的應用，促使仿真、建模與實驗統一到一個集成環境這中，構成一個和諧的人機交互界面。
計算機仿真技術發展方向
隨著計算機應用技術和網路技術的發展，計算機仿真技術也在不斷的發展之中。如借助網路技術實現異地仿真、應用虛擬現實技術進行的虛擬制造等。
網路化仿真
如今早已開發下來的仿真系統，多數不能互相兼容，可移植性差，實現共享困難。較之于開發的高成本和長時間，實在物未盡其用。解決這種問題，第一就是采用兼容性好的計算機語言編撰仿真系統，第二就是采用網路化技術實現仿真系統共享。尤其是前者，在將來的仿真系統開發中有著重要地位。實現仿真系統的網路共享，既可以在一定程度上防止重復開發以節省社會資源，又可以通過適當收費以補償部份開發成本。
虛擬制造技術
計算機仿真技術發展的另一大方向就是在虛擬制造技術領域的深入應用。虛擬制造技術是20世紀90年代發展上去的一種先進制造技術。它借助計算機仿真技術與虛擬現實技術，在計算機上實現從產品設計到產品出廠以及企業各級過程的管理與控制等制造的本質。這促使制造技術不再主要依靠經驗，并可以實現對制造的全方位預測，為機械制造領域開辟了一個寬廣的新天地。
計算機仿真技術的應用
計算機仿真的用途十分廣泛早已滲透到社會的各個領域，不斷推動了各行各業的發展，為各行各業注入了一股新的活力。
交通領域
交通是由人、車、路和環境構成的一個復雜人機系統，車禍的誘發誘因是多方面誘因的綜合。交通安全的評價，應當充分考慮人、車、路和環境諸方面誘因的作用和影響。本交通安全仿真是基于虛擬現實技術的方式。該評價體系是通過構建虛擬環境，并在這個虛擬環境中設計各類車禍誘發誘因，并對某區域和某路段的交通安全水平進行全過程（設計后，施工中，營運后）的跟蹤和評價。
交通安全仿真及評價系統的核心部份就是計算機的仿真。該仿真過程不同與傳統的數值仿真，它是一種可視化的仿真。比如，對某路段的交通安全評價，不僅使用傳統的絕對數法和車禍率法來評價外，再將交通參與者的感知和行為也考慮進去。在該虛擬環境中，可以選擇不同的運載工具，設置不同的交通環境，以交通參與者或第二者的角度來進行車禍的可能性試驗與剖析，進而實現了對路段的安全性的評價。同時為交通沒施的建設和改進提供了根據，為交通車禍剖析提供了一種新的方式。
制造領域
車輛制造是機械行業的一個重要組成部份。它有好多實驗課題，難度大、實地成本高，計算機仿真技術的引入，有效的減輕了這一方面的問題。如底盤方面，裝甲兵工程大學機械系的畢小平院士等完善了多缸汽油機起動過程的計算機仿真模型，其仿真結果與實際檢測值比較吻合，可用于多缸汽油機的起動性能仿真。四川理工學院的蔡憶昔實現了對進食道內二氧化碳流動的動態仿真，直觀描述了瞬態過程，為多缸底盤換氣過程的研究提供了有效的技巧。車輛紊流方面，華南理工學院信息大學的呂明忠博士等成功的模擬出了車輛尾紊流的氣流分離和拖曳渦現象，完善了兩種車型的車輛外紊流空氣動熱學模型，并進行了仿真實驗，取得了滿意結果。碰撞實驗方面，杭州學院動力機械及汽車工程研究所的詹樟松博士依據車輛碰撞的車禍形態與乘員傷害之間的規律，構建了乘員動力學響應的物理模型，并開發出了相應的仿真軟件，該系統可部份取代實車碰撞實驗進行車輛被動安全性能的研究。其他方面，比如，車輛工程大學的熊堅對車輛的剎車過程進行了仿真研究，一汽大眾車輛有限公司的姚革等通過仿真研究了車輛轉向的輕便性問題等
教育領域
計算機模擬實驗又稱計算機仿真實驗或計算機虛擬實驗，是近幾年在計算機多媒體教學中開辟的新領域。它通過計算機把實驗設備、教學內容、教師指導和中學生的操作有機地融合為一體，產生了一部活的、可操作的化學實驗教科書和按照須要在頓時構建的模擬實驗室。
計算機模擬化學實驗的出現打破了教與學、理論與實驗、課內與課外的界限，它更加大調實驗的設計思想和實驗方式，更指出實驗者的主動學習;通過計算機模擬實驗，中學生對化學思想、方法、儀器的結構和設計原理的理解，都可以達到訓練實驗技能、學習數學知識的目的，提高了中學生對化學實驗的興趣，增強了化學實驗的水平。目前，模擬實驗已成為現代化化學實驗的重要手段。
計算機模擬實驗系統運用了人工智能、控制理論和班主任專家系統對化學實驗和數學儀器完善其內在模型，用計算機可操作的仿真方法，實現了化學實驗教學的各個環節。
計算機仿真的發展，經歷了簡單原型、物理模型、通用編程語言、仿真專用語言、仿真結果的動態顯示及可視化交互式仿真等一系列階段。計算機仿真發展與應用的歷程仿真物理實驗室電腦，就是在實際應用需求的牽引下，在不斷涌現出與發展的相關新技術的促進下，融合新的建模與仿真方式學而不斷發展起來的。
目前，無論在科學研究還是技術開發甚或工業設計中，計算機仿真方式都顯示出強悍的威力。隨著計算機科學技術的急速發展，多媒體技術、虛擬現實、人工智能、面向對象方式、可視化與圖形界面等方面皆取得了巨大進展，對系統建模與仿真技術的發展亦相應地形成了廣泛與深刻的影響。
虛擬現實技術與計算機仿真技術的區別？
虛擬現實虛擬現實技術，涉及計算機圖形學、人機交互技術、傳感技術、人工智能等領域，它用計算機生成逼真的三維視、聽、嗅覺等覺得，使人作為參與者通過適當裝置，自然地對虛擬世界進行體驗和交互作用。使用者進行位置聯通時，筆記本可以立刻進行復雜的運算，將精確的3D世界影像傳回形成臨場感。該技術集成了計算機圖形(CG)技術、計算機仿真技術、人工智能、傳感技術、顯示技術、網絡并行處理等技術的最新發展成果，是一種由計算機技術輔助生成的高技術模擬系統。
概括地說，虛擬現實是人們通過計算機對復雜數據進行可視化操作與交互的一種全新形式，與傳統的人機界面以及流行的視窗操作相比，虛擬現實在技術思想上有了質的飛越。
虛擬現實中的“現實”是泛稱在數學意義上或功能意義上存在于世界上的任何事物或環境，它可以是實際上可實現的，也可以是實際上無法實現的或根本難以實現的。而“虛擬”是指用計算機生成的意思。為此，虛擬現實是指用計算機生成的一種特殊環境，人可以通過使用各類特殊裝置將自己“投射”這個環境中，并操作、控制環境，實現特殊的目的，即人是這些環境的主宰。