Симулятор

Симулятор — имитатор (обычно механический или компьютерный), задача которого состоит в имитации управления каким-либо процессом, аппаратом или транспортным средством.

Чаще всего сейчас слово «симулятор» используется применительно к компьютерным программам (обычно играм). Так же распространены веб сайты с симулятором каких либо действий. С помощью компьютерно-механических симуляторов, абсолютно точно воспроизводящих интерьер кабины аппарата, тренируются пилоты, космонавты, машинисты высокоскоростных поездов.[1]

Симуляторы — программные и аппаратные средства, создающие впечатление действительности, отображая часть реальных явлений и свойств в виртуальной среде.]Часто для изучения имитационных моделей используются компьютерные эксперименты. Симулирование также используется при научном моделировании природных систем или систем человека, чтобы получить представление об их функционировании. Моделирование может быть использовано для демонстрации возможных эффектов альтернативных условий и способов действий. Имитация также используется, когда реальная система не может быть задействована, потому что она может быть недоступна, или она может быть опасной или неприемлемой для участия, или она проектируется, но еще не построена, или она может просто не существовать.

## Классификация и терминология

Исторически симулирование, применяемое в различных областях, развивалось в значительной степени независимо, но исследования теории систем и кибернетики XX века в сочетании с распространением использования компьютеров во всех этих областях привели к некоторой унификации и более систематическому взгляду на эту концепцию.

В случае физического моделирования физические объекты заменяются реальной вещью. Эти физические объекты часто выбираются потому, что они меньше или дешевле, чем реальный объект или система.

Интерактивное моделирование — это особый вид физического моделирования, часто называемый симуляцией человека в цикле, в котором физическое моделирование включает в себя людей-операторов, таких как симулятор полета, симулятор парусного спорта или симулятор вождения.

Непрерывное моделирование — это моделирование, основанное на непрерывном времени, а не на дискретных временных шагах, с использованием численного интегрирования дифференциальных уравнений.

Дискретно-событийное моделирование изучает системы, состояния которых изменяют свои значения только в дискретные моменты времени. Например, моделирование эпидемии может изменить число инфицированных людей в моменты времени, когда восприимчивые люди заражаются, а инфицированные люди выздоравливают.

Гибридное моделирование (иногда комбинированное моделирование) соответствует сочетанию непрерывного и дискретного моделирования событий и приводит к численному интегрированию дифференциальных уравнений между двумя последовательными событиями для уменьшения числа разрывов.

Автономное моделирование — это моделирование, выполняемое на одной рабочей станции само по себе.

Распределенное моделирование использует более одного компьютера одновременно, чтобы гарантировать доступ к различным ресурсам(например, многопользовательские операционные системы или распределенные наборы данных).

Параллельное моделирование ускоряет выполнение моделирования, одновременно распределяя его рабочую нагрузку по нескольким процессорам, как в высокопроизводительных вычислениях.

При оперативно совместимом моделировании несколько моделей, симуляторы, распределенные по сети, взаимодействуют локально; классическим примером является архитектура высокого уровня и серьезные игры, где серьезные игровые подходы (например, игровые движки и методы взаимодействия) интегрированы с интероперабельным моделированием.

Понятие точности моделирования используется для описания того, насколько близко оно имитирует реальный аналог. Можно приблизительно разделить точность на следующие уровни:

Низкий уровень — минимальное моделирование, необходимое для того, чтобы система реагировала на прием входных данных и обеспечивала выходы.

Средний уровень — автоматически реагирует на раздражители, с ограниченной точностью.

Высокий уровень — почти неразличимая или максимально приближенная к реальной системе.

Учебные симуляторы:

- Авиационный тренажёр
- Горнолыжный тренажёр
- Логический симулятор цифровой логики и цифровых схем
- Симулятор электронных схем
- Бизнес-симулятор
- Тренажёр пехоты

## Симуляция в сфере развлечений

Симуляция в сфере развлечений охватывает многие крупные и популярные отрасли, такие как кино, телевидение, видеоигры и аттракционы в тематических парках. Хотя считается, что современная симуляция имеет свои корни в обучении и армии, в 20-м веке она также стала широко использоваться компаниями, предоставляющими развлекательные услуги.

### История визуального моделирования в кино и играх

#### Ранняя история (1940–1950-е годы)

Первая игра-симулятор, возможно, была создана еще в 1947 году Томасом т. Голдсмитом-младшим и Эстлом Рэем Манном. Это была простая игра, которая имитировала ракету, выпущенную по цели. Кривизну ракеты и ее скорость можно было регулировать с помощью нескольких ручек. В 1958 году Вилли Хиггинботем создал игру под названием "теннис для двоих", которая имитировала игру в теннис между двумя игроками, используя ручное управление, и отображалась на осциллографе. Это была одна из первых электронных видеоигр, использующих графический дисплей.

#### 1970-е и начало 1980-х годов

Компьютерные изображения были использованы в фильме для имитации объектов еще в 1972 году в анимированной руке, части которой были показаны на большом экране в фильме 1976 года Мир будущего. Многие помнят "компьютер наведения" из "Звездных войн" 1977 года. Фильм "Трон"(1982) был первым фильмом, в котором компьютерные изображения использовались более двух минут.

Развитие технологий в 1980-х годах привело к тому, что 3D-моделирование стало более широко использоваться в фильмах и компьютерных играх, таких как Battlezone(1980) и Elite(1984) компании Acornsoft, одной из первых использующих каркасную модель в персональных компьютерах.

#### Эпоха до виртуального кинематографа (начало 1980-х–1990-е годы)

Достижения в области технологий в 1980-х годах сделали компьютер более доступным и более способным, чем в предыдущие десятилетия, что способствовало появлению таких компьютеров, как Xbox gaming. Первые игровые приставки, выпущенные в 1970-х и начале 1980-х годов, стали жертвой краха индустрии в 1983 году, но в 1985 году Nintendo выпустила Nintendo Entertainment System (NES), которая стала одной из самых продаваемых консолей в истории видеоигр. В 1990-х годах стали широко популярны такие компьютерные игры, как The Sims и Command & Conquer, рассчитанные на растущую мощность настольных компьютеров. Сегодня в компьютерные симуляторы, такие как World of Warcraft, играют миллионы людей по всему миру.

"Парк Юрского периода", вышедший на экраны в 1993 году, стал первым популярным фильмом, в котором широко использовалась компьютерная графика, почти полностью интегрировавшая смоделированных динозавров в сцены действия. Это событие преобразило киноиндустрию; в 1995 году фильм "История игрушек" стал первым фильмом, в котором использовались только компьютерные изображения, а к новому тысячелетию компьютерная графика стала основным способом создания спецэффектов в кино.

#### Виртуальное кино (начало 2000-х–настоящее время)

Появление виртуального кинематографа в начале 2000-х годов привело к резкому росту числа фильмов, снятых на основе виртуальных изображений. Классическими примерами являются цифровые двойники Нео, Смита и других персонажей в трилогии "Матрица" и множество фантастических персонажей, создание которых невозможно без компьютерной графики, в трилогии "Властелин колец".

В сериале Pan Am терминал, который уже не существовал во время съемок в 2011-2012 годах, был создан средствами виртуального кинематографа, такими как автоматизированный поиск точки съёмки и сочетание реальных и имитированных кадров в одной сцене, которые прочно закрепились в киноиндустрии с начала 2000-х годов. CGI-графика используется для визуальных эффектов, потому что она является высококачественной, хорошо управляемой и способной создавать эффекты, которые были бы невозможны при использовании любой другой технологии из-за высокой стоимости или недостаточной безопасности. Компьютерную графику сегодня можно увидеть во многих фильмах, особенно в жанре экшн. Кроме того, компьютерные изображения почти полностью вытеснили рисованную анимацию в детских фильмах, большинство из которых сейчас создается только на компьютере. Примерами фильмов, использующих компьютерные образы, являются "В поисках Немо", "300 спартанцев" и "Железный Человек".

### Другие виды развлечений на основе симуляции

#### Игровые симуляторы

Игровые симуляторы[en], в отличие от других жанров видео-и компьютерных игр, точно представляют или имитируют окружающую среду. Более того, они реалистично отображают взаимодействие между игровыми персонажами и окружающей средой. Эти виды игр обычно более сложны с точки зрения геймплея. Многие симуляторы, такие как SimCity и Tiger Woods PGA Tour, стали невероятно популярны среди людей всех возрастов.

#### Аттракционы в тематическом парке

Симуляторы использовались для развлечения со времен Link Trainer в 1930-х годах. Первым современным симуляционным аттракционом, открывшимся в тематическом парке, стал Disney's Star Tours в 1987 году, а вскоре за ним последовал The Funtastic World of Hanna-Barbera в 1990 году, который стал первым аттракционом, сконструированным только с помощью компьютерной графики. Симуляционные аттракционы произошли от военных и коммерческих тренажеров, но между первыми и последними есть принципиальная разница. В то время как военные тренажеры реагируют на ввод обучаемого в режиме реального времени, аттракционы только создают иллюзию реагирования, на самом деле соответствуя заранее записанным сценариям движения. Один из первых симуляторов Star Tours стоимостью $32 млн, имел кабину на гидравлическом приводе. Движение было запрограммировано джойстиком. Современные симуляционные аттракционы, такие как The Amazing Adventures of Spider-Man, включают в себя элементы для усиления погружения, испытываемого пользователями, такие как 3D-изображения, физические эффекты (распыление воды или ароматов) и движение через окружающую среду.