סימולציה

סימולטור סוס עץ בתקופת מלחמת העולם הראשונה.
סימולטור תת-מימי של נאס"א להדמיית תנאי חלל על פני כדור הארץ.

סימולציה (או הדמיה) היא חיקוי של מציאות מורכבת באמצעות מודל מתאים. מטרת הסימולציה היא לייצג מאפיינים מסוימים בהתנהגותה של מערכת, למטרות שונות, כגון: בידור, לימוד והסבר, בדיקת מערכות בטרם ייושמו בפועל, קבלת תחזיות על התנהגות מערכות, אימון משתמשים עתידיים במערכת המדומה, ועוד.

הסימולציה מוכרת מזה מאות שנים. כך למשל השתמשו מצביאים רבים בסימולציה (כאשר משטח כגון ארגז חול מייצג את השטח, וכלים שונים מייצגים את הכוחות הלוחמים) כדי לתכנן את קרבות עתידיים. במהלך המאה ה-20 התפתח תחום הסימולציה באופן משמעותי עם הופעת מודלים מתמטיים מחד גיסא ואפשרות השימוש במחשב מאידך גיסא.

דוגמאות למצבים שבהם הסימולציה מועילה:

  • חקר מציאות מורכבת באמצעים זולים יותר מאשר ביצוע ניסויים ממשיים על מציאות זו.
דוגמה: סימולציה של פיצוץ גרעיני כתחליף לביצוע ממשי של הפיצוץ.
  • בדיקת השערות שאי אפשר בשום אופן לבדוק באמצעות ניסוי.
דוגמה: בדיקת השערות בקוסמולוגיה, כגון זו העוסקת במפץ הגדול או אחרת העוסקת באופן היווצרותם של כדור הארץ והירח.
  • תרגול פעילות במצבים שונים, ובפרט מצבים מסוכנים, בלא שיהיה צורך לחוות ממש מצבים אלה.
דוגמה: אימון טייסים באמצעות סימולטור טיסה או אימון לוחמים בסימולטור המדמה פעילות בשדה קרב.
  • חקר פעילותם של מתקנים שונים בשלב התכנון של מתקנים כאלה, כדי לברר את התאמת התכנון למציאות הצפויה.
דוגמה: סימולציה של פעולתו של קניון גדול, כדי לוודא שלא ייווצרו בו תורים ומוקדי לחץ וסיכון.

טכניקות סימולציה

לחיקוי המציאות, שבה יש מידה רבה של אקראיות, משמשות שיטות המתבססות על מספרים אקראיים, כגון שיטת מונטה-קרלו. פעמים אחרות מוקם מתקן פיזי המדמה את המציאות הממשית, ולעתים משולב בסימולטור הפיזי מחשב המפקח על פעולתו. סימולציה של פיצוץ גרעיני, למשל, מבוצעת באמצעות מחשב-על, ואילו מדמה טיסה = סימולטור מורכב ממתקן המספק את התחושה של תא הטייס ומחשב המדמה את מצבי הטיסה המתורגלים. "משחק מלחמה" הוא דוגמה לסימולציה רבת משתתפים (Multiplayer), שבמסגרתה מתורגלים מצבי מלחמה שונים. חלק מהמשתתפים מתרגלים מצבים שלהם ייחשפו בזמן מלחמה, ומשתתפים אחרים מדמים את פעולות האויב.

טכניקות סימולציה:

  • סימולציה פיזית - סימולציה בה עצמים מחלפים אלמנטים מהמערכת המדומה. למשל, ההכנה למבצע צבאי בה חיילי פלסטיק המוזזים בארגז חול מייצגים כוחות צבאיים.
  • סימולציה אינטראקטיבית - סימולציה שבה בני אדם לוקחים חלק בניסיון לחקות מצב אמיתי. לדוגמה, שחקני תיאטרון המבצעים חזרה גנרלית ללא קהל.
  • סימולציה ממוחשבת - הדמיה בה מיוצגת המערכת האמיתית על-גבי מחשב. למשל, הדמיית התנהגות האטמוספירה כדי לחזות את מזג האוויר. סימולציה ממוחשבת יכולה להיות אינטראקטיבית או עצמאית.