1.2 仿真技术概述

“仿真”来源于英语单词“simulation”，也译成“模拟”，是模仿真实世界的意思。计算机仿真，是指在研究系统过程中，根据相似原理，以计算机为主要工具，运行真实系统或预研系统的仿真模型，通过对计算机输出信息的分析与研究，实现对实际系统运行状态和演化规律的综合评估与预测。

仿真技术的发展源于自动控制系统在设计过程中对系统参数变化或受外界干扰时必须验证系统性能是否能满足设计要求而进行的一项工作。它是分析评估现有系统运行状态或设计优化未来系统性能与功能的一种技术手段，在机械系统、工程设计、航空航天、交通运输、计算机集成等领域中有着广泛的应用。

严格地来说，仿真技术最初是随着第一台电子计算机诞生而问世的，虚拟技术是在仿真技术发展较繁荣时期衍生出来的。一共经历了物理仿真→模拟仿真→数字仿真→虚拟仿真四个阶段。

第一阶段：20世纪20～30年代。在此期间，仿真技术是指实物仿真和物理效应仿真方法，在航天领域中得到了很好的应用。一般是以航天飞行器运行情况为研究对象的、面向复杂系统的仿真，并取得了一定的效益，如1930年左右，美国陆、海军航空队采用了林克仪表飞行模拟训练器。据说当时其经济效益相当于每年节约1.3亿美元，而且少牺牲了524名飞行员。以后，固定基座及三自由度飞行模拟座舱陆续投入使用。

第二阶段是20世纪40～50年代。在这期间，仿真技术采用模拟计算机仿真，到20世纪50年代末期采用模拟/数字混合仿真方法。模拟计算机仿真是根据仿真对象的数字模型将一系列运算器（如放大器、加法器、乘法器、积分器和函数发生器等）以及无源器件（如电阻器件、电容器、电位器等）相互连接而形成仿真电路。通过调节输入端的信号来观察输出端的响应结果，进行分析和把握仿真对象的性能。模拟计算机仿真对分析和研究飞行器制导系统及卫星上设备的性能起着重要的作用。在1950—1953年美国首先利用计算机来模拟战争，防空兵力或地空作战被认为是具有最大训练潜力的应用范畴。

第三阶段是20世纪60～80年代。在这20年间，仿真技术大踏步地向前进了一步。到了20世纪60年代，数字计算机的迅速发展和广泛应用使仿真技术由模拟计算机仿真转向数字计算机仿真。数字计算机仿真首先在航天航空领域中得到了应用。

第四阶段是20世纪80年代到今天。在这之际，仿真技术得到了质的飞跃，虚拟技术诞生了。虚拟技术的出现并没有意味着仿真技术趋向淘汰，而恰恰有力地说明仿真和虚拟技术都随着计算机图形技术而迅速发展，系统仿真、方法论和计算机仿真软件设计技术在交互性、生动性、直观性等方面取得了比较大的进步，先后出现了动画仿真、可视交互仿真、多媒体仿真和虚拟环境仿真、虚拟现实仿真等一系列新的仿真思想、仿真理论及仿真技术和虚拟技术。