计算机仿真作为剖析和研究系统运行行为、揭示系统动态过程和运动规律的一种重要手段和方式，随着系统科学研究的深入、控制理论、计算技术、计算机科学与技术的发展而产生的一门新兴学科。近些年来，随着信息处理技术的突飞猛进，使仿真技术得到迅速发展。本文按照作者的研究体会，企图从仿真的涵义入手，讨论现代仿真方式、建模方式、仿真算法、可效度研究等，为在系统仿真中合理、有效地运行仿真新技巧和新技术做一些探求。
仿真技术是借助计算机并通过构建模型进行科学实验的一门多学科综合性技术。它是它具有经济、可靠、实用、安全、可多次重用的优点。
仿真是对现实系统的某一层次具象属性的模仿。人们借助这样的模型进行试验，从中得到所需的信息，之后帮助人们对现实世界的某一层次的问题作出决策。仿真是一个相对概念，任何逼真的仿真都只能是对真实系统个别属性的迫近。仿真是有层次的，既要针对所欲处理的客观系统的问题，又要针对提出处理者的需求层次，否则很难评价一个仿真系统的好坏。
传统的仿真方式是一个迭代过程，即针对实际系统某一层次的特点（过程），具象出一个模型，之后假定态势（输入），进行试验，由试验者判读输出结果和验证模型，依据判定的情况来更改模型和有关的参数。这么迭代地进行仿真物理实验室电脑，直至觉得这个模型已满足试验者对客观系统的某一层次的仿真目的为止。
计算机仿真技术原理
“仿真是一种基于模型的活动”，它涉及多学科、多领域的知识和经验。成功进行仿真研究的关键是有机、协调地组织施行仿真全生命周期的各种活动。这儿的“各类活动”，就是“系统建模”、“仿真建模”、“仿真实验”，而联系那些活动的要素是“系统”、“模型”、“计算机”。其中：系统是研究的对象，模型是系统的具象，仿真是通过对模型的实验来达到研究的的。要素与活动的关系如图所示：
物理模型将研究对象的实质具象下来，计算机再来处理那些经过具象的物理模型，并通过输出这种模型的相关数据来诠释研究对象的个别特质，其实，这些诠释可以是三维立体的。因为三维显示愈发清晰直观，已为越来越多的研究者所采用。通过对这种输出量的剖析，就可以愈发清楚的认识研究对象。通过这个关系还可以看出，物理建模的精准程度是决定计算机仿真精度的最关键诱因。
从模型这个角度出发，可以将计算机仿真的实现分为三个大的步骤：模型的构建、模型的转换和模型的仿真实验。
模型的构建
对于所研究的对象或问题，首先须要依照仿真所要达到的目的具象出一个确定的系统，而且要给出这个系统的边界条件和约束条件。在这以后，须要借助各类相关学科的知识，把所具象下来的系统用物理的表达式描述下来，描述的内容，就是所谓的“数学模型”。这个模型是进行计算机仿真的核心。
系统的物理模型按照时间关系可界定为静态模型、连续时间动态模型、离散时间动态模型和混和时间动态模型;按照系统的状态描述和变化形式可界定为连续变量系统模型和离散风波系统模型。
模型的转换
所谓模型的转换，即是对上一步具象下来的物理表达式通过各类适当的算法和计算机语言转换成为计算机才能处理的方式，这些方式所表现的内容，就是所谓的“仿真模型”。这个模型是进行计算机仿真的关键。实现这一过程，既可以自行开发一个新的系统，也可以运用现今市场上已有的仿真软件。
模型的仿真实验
将上一步得到的仿真模型载入计算机，根据预先设置的实验方案来运行仿真模型，得到一系列的仿真结果，这就是所谓的“模型的仿真实验”。
仿真技术发展历程
作为一种非常有效的研究手段，20世纪初仿真技术已得到应用。诸如在实验室中建立水利模型，进行水利学方面的研究。
40～50年代民航、航天和原子能技术的发展带动了仿真技术的进步。60年代计算机技术的突飞猛进，为仿真技术提供了先进的工具，加速了仿真技术的发展。借助计算机实现对于系统的仿真研究除了便捷、灵活，并且也是经济的。因而计算机仿真在仿真技术中占有重要地位。
50年代初，连续系统的仿真研究绝大多数是在模拟计算机上进行的。50年代中期，人们开始借助数字计算机实现数字仿真。计算机仿真技术遂向模拟计算机仿真和数字计算机仿真两个方向发展。在模拟计算机仿真中降低逻辑控制和模拟储存功能以后，又出现了混和模拟计算机仿真，以及把混合模拟计算机和数字计算机联合在一起的混和计算机仿真。在发展仿真技术的过程中已研发出大量仿真程序包和仿真语言。
70年代后期，还研发成功专用的全数字并行仿真计算机。仿真技术来自于军事领域，但它除了用于军事领域，在许多非军事领域也到了广泛的应用。诸如：在军事领域中的训练仿真;商业领域中的商业活动预测、决策、规划、评估;工业领域中的工业系统规划、研制、评估及模拟训练;农业领域中的农业系统规划、研制、评估，洪灾预报、环境保护;在交通领域中的驾驶模拟训练和交通管理中的应用;医学领域中的临床确诊及医用图象辨识等。
仿真技术的种类
仿真建模
仿真建模是一门构建仿真模型并进行仿真实验的技术。建模活动是在忽视次要诱因及不可检测变量的基础上，用化学或物理的方式对实际系统进行描述，因而获得实际系统的简化或近似反映。
面向对象的仿真
面向对象仿真是当前仿真研究领域中最引人关注的研究方向之一，面向对象仿真就是将面向对象的方式应用到计算机仿真领域中，以形成面向对象的仿真系统。
智能仿真
智能仿真是把以知识为核心、人类思维行为作背景的智能技术引入整个建模与仿真过程，构造智能仿真平台。智能仿真技术的开发途径是人工智能与仿真技术的集成化。仿真技术与人工智能技术的结合，即所谓的智能化仿真;仿真模型中知识的抒发。
虚拟现实技术
虚拟现实技术是现代仿真技术的一个重要研究领域，是在综合仿真技术、计算机图形技术、传感技术等多种学科技术的基础之上发展上去的，其核心是建模与仿真，通过构建模型，对人、物、环境及其互相关系进行本质的描述，并在计算机上实现。
分布仿真技术
分布仿真技术作为仿真技术的最新发展成果，它在高层体系结构上（HLA，highlevel），构建了一个在广泛的应用领域内分布在不同地域上的各类仿真系统之间实现互操作和重用的框架及规范。HLA的基本思想就是使用面向对象的方式设计，开发及实现系统不同层次和细度的对象模型，来获得仿真部件和仿真系统高层次上的互操作性与可重用性。
云仿真技术
云仿真的概念是按照“云估算”的理念提出来的。云估算是指服务的交付和使用模式，指通过网路以按需、易扩充的形式获得所需的服务。这些服务可以是与软件、互联网相关的，也可以是其他任意的服务，包括仿真服务，它具有超大规模、虚拟化、可靠安全等特点。云仿真指通过网路以按需、易扩充的形式获得所需的仿真服务。
云仿真平台是一种新型的网路化建模与仿真平台，是仿真网格的进一步发展。它以应用领域的需求为背景，基于云估算理念，综合应用各种技术，包括复杂系统模型技术、高性能估算技术等，实现系统中各种资源安全地按需共享与重用，实现网上资源多用户按需协同互操作，从而支持工程与非工程领域内的仿真系统工程。
仿真技术新热点
近些年来，因为问题域的扩充和仿真支持技术的发展，系统仿真方式学旨在于更自然地抽取事物的属性特点，寻求使模型研究者更自然地参与仿真活动的方式，等等。在这种探求的促进下，生长了一批新的研究热点：
1、面向对象仿真：从人类认识世界模式出发，使问题空间和求解空间相一致，提供更自然直观，且具可维护性和可重用性的系统仿真框架。
2、定性仿真：用于复杂系统的研究，因为传统的定量数字仿真的局限，仿真领域引入定性研究方式将拓展其应用。定性仿真力求非数字化，以非数字手段处理信息输入、建模、行为剖析和结果输出，通过定性模型推论系统定性行为描述。
3、智能仿真：是以知识为核心和人类思维行为作背景的智能技术，引入整个建模与仿真过程，构造各处基本知识的仿真系统（KnowledgeBasedKBSS）,即智能仿真平台。智能仿真技术的开发途径是人工智能（如专家系统、知识工程、模式辨识、神经网路等）与仿真技术（如仿真模型、仿真算法、仿真语言、仿真软件等）的集成化。为此，近些年来各类智能算法，如模糊算法、神经算法、遗传算法的探求也产生了智能建模与仿真中的一些研究热点。
4、分布交互仿真：是通过计算机网路将分散在各地的仿真设备互连，构成时间与空间相互偶合的虚拟仿真环境。实现分布交互仿真的关键技术是：网路技术、支撑环境技术、组织和管理。其中网路技术是实现分布交互仿真的基础，支撑环境技术是分布交互仿真的核心，组织和管理是建立分布交互仿真的讯号。
5、可视化仿真：用以为数值仿真过程及结果降低文本提示、图形、图象、动画表现，使仿真过程愈发直观，结果更容易理解，并能验证仿真过程是否正确。近些年来还提出了动漫仿真（AAS）,主要用于系统仿真模型构建以后动漫显示，所以原则上仍属于可视化仿真。
6、多媒体仿真：它是在可视化仿真的基础上再加入声音，就可以得到视觉和触觉媒体组合的多媒体仿真。
7、虚拟现实仿真：是在多媒体仿真的基础上指出三维动漫、交互功能，支持触、嗅、味知觉，就得到了VR仿真系统。
现代仿真技术
现代仿真技术的一个重要进展是将仿真活动扩充到上述三个方面，并将其统一到同环境中。Oren将上述思想加以总结，提出了现代仿真方式的概念框架。
概念框架图中的“仿真问题描述”对应于“仿真建模”;“行为形成”对应于“仿真实验”，只是将仿真输出独立于行为形成;“模型行为及其处理”相应于输出处理。
现代仿真技术的重要进展主要彰显
1、系统建模方面
传统上，多通过实验辩识来构建系统模型。近十几年来，系统辩识技术得到急速发展。在辩识方式上有频域法、频域法、相关剖析法、最小二除法等;在技术手段上有系统辩识设计、系统模型结构辩识、系统模型参数辩识、系统模型检验等。除此之外，近些年来还提出了用仿真方式确定实际系统模型的方式;基于模型库的结构化建模方式：面向对象建模方式等。非常是对象建模，可在泛型基础上实现模型的拼合与重用。
2、仿真建模方面
不仅适应计算机软、硬件环境的发展而不断研究新算法和开发新软件外，现代仿真技术采用模型与实验分离技术，即模型数据驱动（data）。将模型分为参数模型和参数值，便于增强仿真的灵活性和运行效率。
3、仿真实验方面
现代仿真技术将实验框架与仿真运行控制区分开。其中，实验架拿来定义条件，包括模型参数、输入变量、观测变量、初始条件、输出说明。这样，当须要不同方式的输出时，毋须重新更改仿真模型，甚至毋须重新仿真运行。正是因为现代仿真方式学的完善，非常是模拟可重用性（）、面向对象方式（）和应用集成（App）等新技术的应用，促使仿真、建模与实验统一到一个集成环境这中，构成一个和谐的人机交互界面。
计算机仿真技术发展方向
随着计算机应用技术和网路技术的发展，计算机仿真技术也在不断的发展之中。如借助网路技术实现异地仿真、应用虚拟现实技术进行的虚拟制造等。
网路化仿真
如今早已开发下来的仿真系统，多数不能互相兼容，可移植性差，实现共享困难。较之于开发的高成本和长时间，实在物未尽其用。解决这种问题，第一就是采用兼容性好的计算机语言编撰仿真系统，第二就是采用网路化技术实现仿真系统共享。尤其是前者，在将来的仿真系统开发中有着重要地位。实现仿真系统的网路共享，既可以在一定程度上防止重复开发以节省社会资源，又可以通过适当收费以补偿部份开发成本。
虚拟制造技术
计算机仿真技术发展的另一大方向就是在虚拟制造技术领域的深入应用。虚拟制造技术是20世纪90年代发展上去的一种先进制造技术。它借助计算机仿真技术与虚拟现实技术，在计算机上实现从产品设计到产品出厂以及企业各级过程的管理与控制等制造的本质。这促使制造技术不再主要依靠经验，并可以实现对制造的全方位预测，为机械制造领域开辟了一个宽广的新天地。
计算机仿真技术的应用
计算机仿真的用途十分广泛早已渗透到社会的各个领域，不断推动了各行各业的发展，为各行各业注入了一股新的活力。
交通领域
交通是由人、车、路和环境构成的一个复杂人机系统，车祸的诱发诱因是多方面诱因的综合。交通安全的评价，应当充分考虑人、车、路和环境诸方面诱因的作用和影响。本交通安全仿真是基于虚拟现实技术的方式。该评价体系是通过构建虚拟环境，并在这个虚拟环境中设计各类车祸诱发诱因，并对某区域和某路段的交通安全水平进行全过程（设计后，施工中，营运后）的跟踪和评价。
交通安全仿真及评价系统的核心部份就是计算机的仿真。该仿真过程不同与传统的数值仿真，它是一种可视化的仿真。比如，对某路段的交通安全评价，不仅使用传统的绝对数法和车祸率法来评价外，再将交通参与者的感知和行为也考虑进去。在该虚拟环境中，可以选择不同的运载工具，设置不同的交通环境，以交通参与者或第二者的角度来进行车祸的可能性试验与剖析，进而实现了对路段的安全性的评价。同时为交通没施的建设和改进提供了根据，为交通车祸剖析提供了一种新的方式。
制造领域
车辆制造是机械行业的一个重要组成部份。它有好多实验课题，难度大、实地成本高，计算机仿真技术的引入，有效的减轻了这一方面的问题。如底盘方面，装甲兵工程大学机械系的毕小平院士等完善了多缸汽油机起动过程的计算机仿真模型，其仿真结果与实际检测值比较吻合，可用于多缸汽油机的起动性能仿真。四川理工学院的蔡忆昔实现了对进食道内二氧化碳流动的动态仿真，直观描述了瞬态过程，为多缸底盘换气过程的研究提供了有效的技巧。车辆紊流方面，华南理工学院信息大学的吕明忠博士等成功的模拟出了车辆尾紊流的气流分离和拖曳涡现象，完善了两种车型的车辆外紊流空气动热学模型，并进行了仿真实验，取得了满意结果。碰撞实验方面，杭州学院动力机械及汽车工程研究所的詹樟松博士依据车辆碰撞的车祸形态与乘员伤害之间的规律，构建了乘员动力学响应的物理模型，并开发出了相应的仿真软件，该系统可部份取代实车碰撞实验进行车辆被动安全性能的研究。其他方面，比如，车辆工程大学的熊坚对车辆的刹车过程进行了仿真研究，一汽大众车辆有限公司的姚革等通过仿真研究了车辆转向的轻便性问题等
教育领域
计算机模拟实验又称计算机仿真实验或计算机虚拟实验，是近几年在计算机多媒体教学中开辟的新领域。它通过计算机把实验设备、教学内容、教师指导和中学生的操作有机地融合为一体，产生了一部活的、可操作的化学实验教科书和按照须要在顿时构建的模拟实验室。
计算机模拟化学实验的出现打破了教与学、理论与实验、课内与课外的界限，它更加大调实验的设计思想和实验方式，更指出实验者的主动学习;通过计算机模拟实验，中学生对化学思想、方法、仪器的结构和设计原理的理解，都可以达到训练实验技能、学习数学知识的目的，提高了中学生对化学实验的兴趣，增强了化学实验的水平。目前，模拟实验已成为现代化化学实验的重要手段。
计算机模拟实验系统运用了人工智能、控制理论和班主任专家系统对化学实验和数学仪器完善其内在模型，用计算机可操作的仿真方法，实现了化学实验教学的各个环节。
计算机仿真的发展，经历了简单原型、物理模型、通用编程语言、仿真专用语言、仿真结果的动态显示及可视化交互式仿真等一系列阶段。计算机仿真发展与应用的历程仿真物理实验室电脑，就是在实际应用需求的牵引下，在不断涌现出与发展的相关新技术的促进下，融合新的建模与仿真方式学而不断发展起来的。
目前，无论在科学研究还是技术开发甚或工业设计中，计算机仿真方式都显示出强悍的威力。随着计算机科学技术的急速发展，多媒体技术、虚拟现实、人工智能、面向对象方式、可视化与图形界面等方面皆取得了巨大进展，对系统建模与仿真技术的发展亦相应地形成了广泛与深刻的影响。
虚拟现实技术与计算机仿真技术的区别？
虚拟现实虚拟现实技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域，它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等觉得，使人作为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。使用者进行位置联通时，笔记本可以立刻进行复杂的运算，将精确的3D世界影像传回形成临场感。该技术集成了计算机图形(CG)技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。
概括地说，虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新形式，与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术思想上有了质的飞越。
虚拟现实中的“现实”是泛称在数学意义上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环境，它可以是实际上可实现的，也可以是实际上无法实现的或根本难以实现的。而“虚拟”是指用计算机生成的意思。为此，虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境，人可以通过使用各类特殊装置将自己“投射”这个环境中，并操作、控制环境，实现特殊的目的，即人是这些环境的主宰。