シミュレーション
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シミュレーション (Simulation) は、模擬的にある事象を試行することである。
実際に行う事が困難、不可能、または危険である場合、多岐にわたる選択条件を事前に検証する場合、現象の特定要素をデフォルメさせて検証する場合などに用いられる。シミュレーションの実施には現象を論理的に単純化したモデル、模型、コンピュータなどが用いられる。シミュレーションを行う装置やプログラムをシミュレータ (Simulator) と言う。
ただし、シミュレータは必須ではなく、自然状態の再現が容易な場合、特に単純化されたモデルを用いる場合などは必要とされない場合もある。
「シュミレーション」という呼称・表記も良く見られるが、これは誤りである。
システムのモデル化を行わず、完全な模倣を目的とする場合は、シミュレーションと言わずエミュレーションという。エミュレーションは、模倣したいシステムにおいて、予測できる現象より予測できない現象が支配的である場合に使われる。
通常シミュレーションはエミュレーションとは異なり、現象の全てを試行要素とせず、対象要素を絞り込むことにより要素が現象に与える影響を検証する事が主な目的とされる。よって、結果が完全に不確定な事象を検証することは困難とされる。特にコンピュータを用いた積算によるシミュレーションは、基本的に線形近似による計算となるため、非線形要素を含む自然現象をシミュレートする場合は必ず誤差が生ずる。従ってコンピュータによるシミュレーションによって良好な結果を得る為には、モデル化による誤差見積もりが重要となる。モデル化によるシミュレーションは、現象についてどの程度正確に真似るかによって計算量を調整することが可能であり、現象についての完全な知識は必要とされないなどのメリットがある。
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シミュレーションの目的と用途
- 建築物や車などの製品の機構に内在する欠陥（負荷や強度など）を模型やコンピュータによって探して取り除く。
- ビジネスにおいて客層や商品、時間帯、店舗等の調査結果をシミュレーションに取り入れることで、効率的な販売をする。
- 災害の発生や規模の予知。地震、津波、火災などの自然災害や、原子力発電所のメルトダウンや航空機事故などの人災などの防災。
- ドライブシミュレータやフライトシミュレータ等、各種の操縦、操作を学ぶ手立てとしての利用。いろいろなシチュエーションを体験する事で身をもって覚える。
- シミュレーションゲームではシミュレーションを娯楽として行う。ボードやコマやカードを使い事象を再現するようなルールに基づいてプレイするものと、コンピュータを使って事象の再現を行わせるものとがある。ウォーゲーム、戦略ゲーム、経営ゲーム、レースゲームなど。
- その他、天気予報や人口の推移、予測、分析の分野でも広く使われている。
コンピュータによるシミュレーション
コンピュータの登場によって、人間の手による計算ではほとんど不可能な膨大な量の総当りでしか行えない計算が比較的短時間で行えるようになったため、コンピュータによるシミュレーションは自然現象や経済活動や人口の推移といったものに使用されるようになった。コンピューターの演算能力の発展は、以前は縮小模型や実物大模型などによって行われていた実験を計算による仮想空間のみで実験・予測することが可能になってきている。
物理学の世界
例えば、木の葉が舞い落ちる動きを通常の手計算で導き出す事は不可能であった。これは重力や空気抵抗だけでなく、木の葉自体の動きによる空気の状態の変化などが複雑に絡み合っているからである。この、カオティックな振る舞いに対して、単純計算を膨大に繰り返す事の出来るコンピュータによって、ある程度の周期性や規則性を見出されうる。
経済
個々の人々は仮に自分の利益追求だけを求める単純なモデルと考えたとしても、社会全体としての動きを知る事は出来ない。単純が複数集まるとそこには、様々な性質が生まれるという複雑系であるためで、これもまた、コンピュータの膨大な計算のシミュレーションによって予想されうるものであるが、実際のところ株価や物価の変動など、経済の動きを予測することは容易ではない。
デザイン・景観
コンピュータグラフィックス（CG）によって作成されたバーチャルリアリティ映像を、工業デザインや建築デザインの成果物を事前評価するのに用いる。例えば建築物による景観への影響を予測する景観シミュレーションの場合、実写風景の上で建物のCGと組み合わせたり、建物や背景の全てをCGで構築し、実際に建築した様子に近い景観を観察することが出来る。コンピュータの計算能力が実用に達するまでは、手作業により遠近法にそって書かれたパース画を作成し評価していた。
