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シミュレーションとは、現実世界に存在する可能性のあるプロセスやシステムの模倣表現です。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]この広い意味では、シミュレーションはモデルと互換的に使用されることがよくあります。[ 2 ]時には、2 つの用語を明確に区別し、シミュレーションにはモデルの使用が必要であるとします。モデルは選択されたシステムまたはプロセスの主要な特性または動作を表し、シミュレーションは時間の経過に伴うモデルの進化を表します。[ 3 ]用語を区別するもう 1 つの方法は、シミュレーションをモデルを使用した実験として定義することです。 [ 4 ]この定義には、時間に依存しないシミュレーションが含まれます。多くの場合、コンピュータを使用してシミュレーションを実行します。
シミュレーションは、パフォーマンスの調整や最適化のための技術シミュレーション、安全工学、テスト、トレーニング、教育、ビデオゲームなど、多くの文脈で使用されています。また、経済学のように、自然システムや人間システムの科学的モデリングで、それらの機能についての洞察を得るためにもシミュレーションが使用されています[ 5 ]。シミュレーションは、代替条件や行動方針の最終的な実際の影響を示すために使用できます。また、実際のシステムにアクセスできない場合、アクセスできない場合、アクセスすることが危険または受け入れられない場合、設計中だがまだ構築されていない場合、または単に存在しない場合など、実際のシステムにアクセスできない場合にもシミュレーションが使用されます[ 6 ] 。
モデリングとシミュレーションにおける重要な課題には、モデル構築に使用される主要な特性と挙動に関する適切な情報源の入手、モデル内での簡略化のための近似と仮定の使用、そしてシミュレーション結果の忠実度と妥当性などが含まれます。モデルの検証と妥当性確認のための手順とプロトコルは、特にコンピュータシミュレーションの分野において、シミュレーション技術や実践における学術研究、改良、研究開発の継続的な領域となっています。
歴史的に見ると、さまざまな分野で使用されるシミュレーションはほぼ独立して発展してきたが、20世紀のシステム理論とサイバネティクスの研究、そしてこれらの分野すべてにおけるコンピュータの利用の普及が相まって、ある程度の統一性と、より体系的な概念の見方がもたらされた。
物理シミュレーションとは、実物の代わりに物理的な物体を用いるシミュレーションのことである。これらの物理的な物体は、実際の物体やシステムよりも小さいか安価であるという理由で選ばれることが多い。（）あるいは、物理シミュレーションとは、マルチフィジックスシミュレーションのように、特定の物理法則を考慮したコンピュータシミュレーションを指す場合もある。 [ 7 ]（）
インタラクティブシミュレーションは、物理シミュレーションの一種であり、人間が操作に参加するシミュレーション（ヒューマン・イン・ザ・ループ・シミュレーションとも呼ばれる）であり、フライトシミュレーター、セーリングシミュレーター、ドライビングシミュレーターなどが挙げられる。
連続シミュレーションは、微分方程式の数値積分を用いて、離散時間ステップではなく連続時間ステップに基づくシミュレーションである。 [ 8 ]
離散イベントシミュレーションは、状態が離散的な時間でのみ変化するシステムを研究します。 [ 9 ]例えば、伝染病のシミュレーションでは、感受性のある個人が感染したとき、または感染した個人が回復したときの瞬間に、感染者の数を変化させることができます。
確率シミュレーションとは、ある変数またはプロセスがランダムな変動を受け、擬似乱数を用いたモンテカルロ法によって予測されるシミュレーションのことである。そのため、同じ境界条件で繰り返し実行しても、それぞれ特定の信頼区間内で異なる結果が得られる。 [ 8 ]
決定論的シミュレーションとは、確率的要素を含まないシミュレーションのことです。つまり、変数は決定論的なアルゴリズムによって制御されます。そのため、同じ境界条件でシミュレーションを繰り返し実行した場合、常に同一の結果が得られます。
ハイブリッドシミュレーション（または複合シミュレーション）は、連続イベントシミュレーションと離散イベントシミュレーションの混合に対応し、2 つの連続イベント間の微分方程式を数値的に積分して不連続点の数を減らす結果となる。[ 10 ]
スタンドアロンシミュレーションとは、単一のワークステーション上で単独で実行されるシミュレーションのことです。
A分散シミュレーションとは、複数のコンピュータを同時に使用して、異なるリソース（例えば、異なるシステムを操作する複数のユーザー、または分散データセット）へのアクセスを保証するシミュレーションのことです。古典的な例としては、分散対話型シミュレーション（DIS）があります。 [ 11 ]
並列シミュレーションは、高性能コンピューティングのように、ワークロードを複数のプロセッサに同時に分散させることで、シミュレーションの実行を高速化します。[ 12 ]
相互運用可能なシミュレーションとは、複数のモデル、シミュレータ（多くの場合フェデレートとして定義される）がネットワーク上に分散してローカルで相互運用するものであり、古典的な例としてはハイレベルアーキテクチャが挙げられる。[ 13 ] [ 14 ]
サービスとしてのモデリングとシミュレーションとは、ウェブ経由でサービスとしてシミュレーションにアクセスすることである。[ 15 ]
モデリング、相互運用可能なシミュレーション、シリアスゲームとは、シリアスゲームのアプローチ（ゲームエンジンや参加方法など）が相互運用可能なシミュレーションと統合される場所である。 [ 16 ]
シミュレーションの忠実度とは、シミュレーションの精度と、それが現実の状況をどれだけ忠実に再現しているかを表す指標です。忠実度は大きく分けて、低、中、高の3つのカテゴリーに分類されます。忠実度レベルの具体的な定義は解釈の余地がありますが、概ね以下の通りです。
合成環境とは、人間参加型シミュレーションに組み込むことができるコンピュータシミュレーションのことである。[ 19 ]
故障解析におけるシミュレーションとは、機器の故障原因を特定するために、環境や条件を再現するシミュレーションのことです。これは、故障原因を特定する上で最も効果的かつ迅速な方法となり得ます。
データシミュレーションは、現実世界のデータの挙動を再現する人工データを作成します。人工データは、特定のルール、パターン、特性に基づいたコンピュータモデルまたはプログラムを使用して生成されます。このタイプのデータは、実際のシステム、プロセス、または挙動の動作を模倣するように設計されており、研究者やアナリストが現実世界を直接観察したり情報を収集したりすることなく、シナリオを研究およびテストすることを可能にします。[ 20 ]
コンピュータシミュレーション（または「シム」）とは、現実または仮想の状況をコンピュータ上でモデル化し、システムがどのように動作するかを研究するための試みです。シミュレーション内の変数を変更することで、システムの挙動について予測を行うことができます。これは、研究対象のシステムの挙動を仮想的に調査するためのツールです。[ 3 ]
コンピュータシミュレーションは、物理学、化学、生物学における多くの自然システム[ 21 ]、経済学や社会科学（計算社会学など）における人間システム、そして工学におけるそれらのシステムの動作を理解するための有用なモデル化の一部となっています。コンピュータを使用してシミュレーションを行うことの有用性の良い例は、ネットワークトラフィックシミュレーションの分野に見られます。このようなシミュレーションでは、モデルの動作は、環境に対して想定される一連の初期パラメータに応じて、シミュレーションごとに変化します。
従来、システムの形式的なモデリングは、一連のパラメータと初期条件からシステムの挙動を予測できる解析解を見つけようとする数学モデルによって行われてきました。コンピュータシミュレーションは、単純な閉形式の解析解が得られないシステムのモデリングにおいて、補助的または代替的に用いられることがよくあります。コンピュータシミュレーションにはさまざまな種類がありますが、それらに共通する特徴は、すべての可能な状態を完全に列挙することが困難または不可能なモデルに対して、代表的なシナリオのサンプルを生成しようとすることです。
コンピュータベースのシミュレーションモデリング（モンテカルロシミュレーション、確率モデリング、マルチメソッドモデリングなど）を実行するためのソフトウェアパッケージがいくつか存在し、それらを使えばモデリング作業がほぼ手間なく行える。
現代における「コンピュータシミュレーション」という用語は、事実上あらゆるコンピュータベースの表現を包含する可能性がある。
コンピュータ科学では、シミュレーションにはいくつかの特殊な意味があります。アラン・チューリングは、汎用マシンが対象離散状態マシンの状態遷移、入力、出力を記述する状態遷移表（現代の用語では、コンピュータがプログラムを実行する）を実行するときに何が起こるかを指すためにシミュレーションという用語を使用しました。 [ 22 ]コンピュータは対象マシンをシミュレートします。したがって、理論計算機科学では、シミュレーションという用語は状態遷移システム間の関係であり、操作的意味論の研究に役立ちます。
理論的な側面だけでなく、コンピュータシミュレーションの興味深い応用例として、コンピュータを使ってコンピュータをシミュレートすることが挙げられます。コンピュータアーキテクチャでは、エミュレータと呼ばれるシミュレータの一種が、扱いにくい種類のコンピュータ（例えば、まだ製造されていない新設計のコンピュータや、入手不可能な旧式のコンピュータなど）で実行する必要のあるプログラム、あるいは厳密に制御されたテスト環境で実行するためによく使用されます（「コンピュータアーキテクチャシミュレータ」および「プラットフォーム仮想化」を参照）。例えば、シミュレータは、マイクロプログラムや、場合によっては商用アプリケーションプログラムを、ターゲットマシンにダウンロードする前にデバッグするために使用されてきました。コンピュータの動作がシミュレートされるため、コンピュータの動作に関するすべての情報がプログラマに直接提供され、シミュレーションの速度や実行を自由に調整できます。
シミュレータは、フォールトツリーの解析や、VLSI論理設計の構築前のテストにも使用できます。記号シミュレーションでは、未知の値を表すために変数を使用します。
最適化の分野では、制御戦略を最適化するために、物理プロセスのシミュレーションが進化計算と組み合わせて用いられることが多い。
シミュレーションは教育目的で広く利用されています。訓練生が実際の機器を現実世界で使用することが費用的に非常に高額であったり、危険すぎる場合に用いられます。このような状況では、訓練生は「安全な」仮想環境で貴重な教訓を学びながら、現実さながらの体験をすることができます（少なくともそれが目標です）。多くの場合、安全性が極めて重要なシステムの訓練中にミスを許容できるという利点があります。
教育におけるシミュレーションは、訓練シミュレーションとある程度似ています。特定のタスクに焦点を当てています。「マイクロワールド」という用語は、現実的な物体や環境をシミュレートするのではなく、抽象的な概念をモデル化する教育シミュレーション、あるいは学習者が主要な概念を理解できるように、現実世界の環境を簡略化してモデル化するシミュレーションを指すのに使用されます。通常、ユーザーはマイクロワールド内で、モデル化されている概念と一致する動作をする何らかの構造物を作成できます。シーモア・パパートはマイクロワールドの価値を最初に提唱した人物の一人であり、パパートが開発したLogoプログラミング環境は、最もよく知られたマイクロワールドの一つです。
プロジェクト管理シミュレーションは、学生や専門家にプロジェクト管理の技術と科学を訓練するためにますます使用されています。プロジェクト管理のトレーニングにシミュレーションを使用すると、学習の定着が向上し、学習プロセスが強化されます。[ 23 ] [ 24 ]
社会シミュレーションは、社会科学の授業で、人類学、経済学、歴史学、政治学、社会学などのコースで、社会や政治のプロセスを説明するために使用できます。これは通常、高校または大学レベルで行われます。たとえば、参加者が模擬社会で役割を担う公民シミュレーションや、参加者が交渉、同盟の形成、貿易、外交、武力行使を行う国際関係シミュレーションの形をとることができます。このようなシミュレーションは、架空の政治システムに基づいている場合もあれば、現在または過去の出来事に基づいている場合もあります。後者の例としては、バーナード大学の「Reacting to the Past」シリーズの歴史教育ゲームがあります。[ 25 ]全米科学財団も、科学と数学の教育に取り組む反応型ゲームの作成を支援しています。[ 26 ]ソーシャルメディアシミュレーションでは、参加者はプライベートな環境で批評家や他の利害関係者とのコミュニケーションを訓練します。
近年、援助機関や開発機関の職員研修に社会シミュレーションの利用が増加している。例えば、カラナ・シミュレーションは国連開発計画によって最初に開発され、現在では世界銀行によって大幅に改訂された形で、脆弱国や紛争影響国への対応に関する職員研修に使用されている。 [ 27 ]
シミュレーションの軍事用途は、航空機や装甲戦闘車両を対象とすることが多いが、小火器やその他の兵器システムの訓練にも使用できる。特に、仮想射撃場はほとんどの軍事訓練プロセスで標準となっており、これが武装専門家にとって有用なツールであることを示唆するデータが多数存在する。[ 28 ]
仮想シミュレーションは、シミュレーション機器を使用してユーザーのためのシミュレーション世界を作成するシミュレーションのカテゴリです。仮想シミュレーションにより、ユーザーは仮想世界と対話できます。仮想世界は、統合されたソフトウェアとハードウェアコンポーネントのプラットフォーム上で動作します。このようにして、システムはユーザーからの入力（例：身体追跡、音声/音認識、物理コントローラー）を受け取り、ユーザーに出力（例：視覚表示、聴覚表示、触覚表示）を生成できます。[ 29 ]仮想シミュレーションは、前述の対話モードを使用して、ユーザーに没入感を生み出します。
仮想シミュレーションにおいてユーザー入力を受け付けるための入力ハードウェアは多種多様である。以下にそのいくつかについて簡単に説明する。
将来の入力システムの研究は、仮想シミュレーションにとって大きな可能性を秘めている。脳コンピュータインターフェース（BCI）などのシステムは、仮想シミュレーションのユーザーの没入感をさらに高める可能性を秘めている。Lee、Keinrath、Scherer、Bischof、Pfurtscheller [ 30 ]は、経験のない被験者がBCIを使用して仮想アパートを比較的容易にナビゲートできるように訓練できることを証明した。著者らは、BCIを使用することで、被験者が比較的少ない労力で仮想環境を自由にナビゲートできることを発見した。このようなシステムは、将来の仮想シミュレーションシステムにおける標準的な入力方式となる可能性がある。
仮想シミュレーションにおいてユーザーに刺激を与えるための出力ハードウェアは多種多様である。以下にそのいくつかについて簡単に説明する。
臨床医療シミュレーターは、医療従事者に治療や診断の手順、医学的概念、意思決定を教えるために、ますます開発され、導入されています。シミュレーターは、採血などの基本的な手順から、腹腔鏡手術[ 32 ]や外傷治療まで、さまざまな手順のトレーニング用に開発されています。また、生物医学工学の問題に対する新しいデバイスのプロトタイプ作成[ 33 ]にも役立ちます。現在、シミュレーターは、医学における新しい治療法[ 34 ] 、治療[ 35 ]、早期診断[ 36 ]のためのツールの研究開発に活用されています。
多くの医療シミュレーターは、関連する解剖学的構造のプラスチック製模型に接続されたコンピューターを使用しています。[ 37 ]この種の高度なシミュレーターは、注射された薬に反応し、生命を脅かす緊急事態のシミュレーションを作成するようにプログラムできる等身大のマネキンを使用しています。
他のシミュレーションでは、手順の視覚的要素はコンピュータグラフィックス技術で再現され、触覚ベースの要素は、ユーザーの操作に応じて計算される物理シミュレーションルーチンと組み合わせた触覚フィードバックデバイスで再現されます。この種の医療シミュレーションでは、リアリティを高めるために、患者データの 3D CTまたはMRIスキャンがよく使用されます。一部の医療シミュレーションは広く配布されるように開発されており (標準的な Web ブラウザで表示できる Web 対応シミュレーション[ 38 ]や手順シミュレーション[ 39 ]など)、キーボードやマウスなどの標準的なコンピュータ インターフェースを使用して操作できます。
シミュレーターの重要な医療応用例の一つは、プラセボ薬の使用である。ただし、これはシミュレーターという言葉の本来の意味とは少し異なるかもしれない。プラセボ薬とは、薬効試験において有効成分を模倣した製剤のことである。
医療業界において、患者の安全は重要な課題です。患者は、管理上のミスや、最良のケア基準やトレーニングの欠如により、怪我を負ったり、死亡したりすることが知られています。「シミュレーションに基づく医療教育のための国家アジェンダの構築」（Eder-Van Hook, Jackie, 2004）によると、「医療従事者が予期せぬ状況に慎重に対応できる能力は、戦場、高速道路、病院の救急室など、どこで発生しても、医療上の緊急事態において良好な結果を生み出すための最も重要な要素の1つです。」Eder-Van Hook（2004）はまた、医療ミスにより年間最大98,000人が死亡し、その費用は3,700万ドルから5,000万ドルと推定され、予防可能な有害事象による損失は年間 170億ドルから290億ドルに上ると指摘しています。
シミュレーションは、患者安全の研究や医療従事者の訓練に使用されています。[ 40 ]医療における患者安全と安全対策の研究は、介入が意味のある違いをもたらしたかどうかを確認するための実験的制御（つまり、患者の複雑さ、システム/プロセスの変動）が不足しているため困難です（Groves & Manges、2017）。[ 41 ]患者安全を研究するための革新的なシミュレーションの例は、看護研究から得られます。Groves ら（2016）は、シフト交代時の報告などの時間帯における看護師の安全指向行動を調べるために、高忠実度シミュレーションを使用しました。[ 40 ]
しかし、シミュレーション介入が臨床実践にどれほど役立つかは依然として議論の余地がある。[ 42 ]西崎氏が述べているように、「シミュレーション訓練が医療従事者とチームの自己効力感とマネキン上での能力を向上させるという確かな証拠がある。また、手順シミュレーションが臨床現場での実際の運用パフォーマンスを向上させるという確かな証拠もある。」 [ 42 ]しかし、シミュレーションによるクルーリソースマネジメント訓練の効果を示す証拠をさらに増やす必要がある。 [ 42 ]最大の課題の1つは、チームシミュレーションがベッドサイドでのチームの運用パフォーマンスを向上させることを示すことである。[ 43 ]シミュレーションベースの訓練が実際に患者の転帰を改善するという証拠はなかなか集まらないが、今日では、手術室に活かせる実践的な経験を提供するシミュレーションの能力はもはや疑う余地がない。[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]
ベッドサイドの医療従事者の業務にトレーニングが影響を与える能力に影響を与える可能性のある最大の要因の 1 つは、最前線のスタッフに権限を与える能力です (Stewart、Manges、Ward、2015)。[ 43 ] [ 47 ]シミュレーション トレーニングを使用して患者の安全性を向上させる試みのもう 1 つは、ジャスト イン タイム サービスまたはジャスト イン プレイスを提供する患者ケアです。このトレーニングは、 従業員がシフトに入る直前に 20 分間のシミュレーション トレーニングで構成されています。ある研究では、ジャスト イン タイム トレーニングがベッドサイドへの移行を改善することがわかりました。西崎 (2008) の研究で報告された結論は、シミュレーション トレーニングによって実際の症例への研修医の参加が向上しましたが、サービスの質は犠牲にされなかったということです。したがって、シミュレーション トレーニングを使用して高度なトレーニングを受けた研修医の数を増やすことで、シミュレーション トレーニングが実際に患者の安全性を向上させるという仮説を立てることができます。
最初の医療シミュレーターは、人間の患者の単純なモデルでした。[ 48 ]
古代から、粘土や石で作られたこれらの表現は、病気の状態の臨床的特徴とそれが人体に及ぼす影響を示すために使用されてきました。モデルは多くの文化や大陸で発見されています。これらのモデルは、一部の文化（例えば中国文化）では「診断」ツールとして使用されており、女性が慎み深さという社会規範を守りながら男性医師に相談することを可能にしました。モデルは今日でも、学生が筋骨格系や臓器系の解剖学を学ぶのに役立てられています。[ 48 ]
2002年に、医療シミュレーションの応用における国際的な専門職間連携のリーダーとなるために、医療シミュレーション学会（SSH）が設立されました[ 49 ]。
McGaghie らは、シミュレーションベースの医学教育研究の批判的レビューの中で、「医療専門職のためのシミュレーションインストラクターを教育、評価、認定するための統一的なメカニズム」の必要性を認識した。[ 50 ] 2012 年、SSH はこのニーズを満たすために、教育者を認定するための 2 つの新しい認定を試験的に導入した。[ 51 ]
生体解剖学や生理学を再現しようとするアクティブモデルは、近年開発されたものである。有名な「ハーベイ」マネキンはマイアミ大学で開発され、触診、聴診、心電図検査など、心臓病学検査の多くの身体的所見を再現することができる。[ 52 ]
近年では、学生や医師の行動に反応するインタラクティブなモデルが開発されている。[ 52 ]最近まで、これらのシミュレーションは患者というより教科書のような2次元のコンピュータプログラムだった。コンピュータシミュレーションの利点は、学生が判断を下したり、間違いを犯したりできる点にある。評価、査定、意思決定、エラー修正を通じた反復学習のプロセスは、受動的な指導よりもはるかに強力な学習環境を作り出す。
シミュレーターは、学生の臨床スキルを評価するための理想的なツールとして提案されている。[ 53 ]患者に対しては、「サイバーセラピー」は、高所恐怖症から社会不安まで、トラウマ体験をシミュレートするセッションに使用できる。[ 54 ]
プログラムされた患者や模擬災害訓練を含むシミュレーションされた臨床状況は、教育や評価に広く使用されてきました。これらの「リアルな」シミュレーションは高価で、再現性に欠けます。完全に機能する「3Di」シミュレーターは、臨床スキルの教育と測定に利用できる最も具体的なツールとなるでしょう。ゲームプラットフォームは、これらの仮想医療環境を作成するために使用され、臨床コンテキストで情報を学習および適用するためのインタラクティブな方法を作り出しています。[ 55 ] [ 56 ]
没入型の疾患状態シミュレーションにより、医師や医療従事者は、実際に病気がどのようなものかを体験できます。センサーやトランスデューサーを用いることで、参加者に症状を再現し、患者の疾患状態を体験させることができます。
このようなシミュレーターは、臨床能力に関する客観的かつ標準化された試験の目標を満たしています。[ 57 ]このシステムは、「標準患者」を使用する試験よりも優れています。なぜなら、能力を定量的に測定できるだけでなく、同じ客観的な所見を再現できるからです。[ 58 ]
エンターテインメントにおけるシミュレーションは、映画、テレビ、ビデオゲーム（シリアスゲームを含む）、テーマパークのアトラクションなど、多くの大規模で人気のある産業を包含しています。現代のシミュレーションは訓練や軍事にルーツを持つと考えられていますが、20世紀にはより快楽主義的な性質を持つ事業の手段としても利用されるようになりました。
最初のシミュレーションゲームは、トーマス・T・ゴールドスミス・ジュニアとエストル・レイ・マンによって1947年頃に作られた可能性がある。これは、ミサイルが標的に発射される様子をシミュレートするシンプルなゲームだった。ミサイルの軌道と速度は、いくつかのつまみを使って調整できた。1958年には、ウィリー・ヒギンボサムによって「テニス・フォー・ツー」というコンピュータゲームが作られた。これは、ハンドコントロールを使って同時にプレイできる2人のプレイヤー間のテニスゲームをシミュレートし、オシロスコープに表示した。[ 59 ]これは、グラフィック表示を使用した最初の電子ビデオゲームの1つだった。
コンピューターグラフィックスは、 1972年の映画『コンピューターアニメーションの手』で早くも物体のシミュレーションに用いられ、その一部は1976年の映画『フューチャーワールド』でスクリーンに映し出された。その後、1977年の映画『スター・ウォーズ』で若きスカイウォーカーが停止させる「ターゲティングコンピューター」が登場した。
映画『トロン』（1982年）は、2分以上にわたってコンピュータ生成画像を使用した最初の映画だった。[ 60 ]
1980年代の技術進歩により、3Dシミュレーションはより広く利用されるようになり、映画や、アタリのバトルゾーン（1980年）やエイコーンソフトのエリート（1984年）といったコンピュータゲームにも登場するようになった。エリートは、家庭用コンピュータ向けの最初のワイヤーフレーム3Dグラフィックスゲームの一つである。
1980年代の技術の進歩により、コンピュータは以前の数十年よりも手頃な価格で高性能になり、[ 61 ] Xbox などのコンピュータ ゲームが台頭しました。1970年代から 1980 年代初頭に発売された最初のビデオゲーム コンソールは、 1983 年の業界崩壊の犠牲となりましたが、1985 年に任天堂がNintendo Entertainment System (NES) を発売し、ビデオゲーム史上最も売れたコンソールの 1 つです。[ 62 ] 1990 年代には、 The SimsやCommand & Conquerなどのゲームの発売とデスクトップ コンピュータの性能の向上により、コンピュータ ゲームが広く人気になりました。今日では、 World of Warcraftなどのコンピュータ シミュレーション ゲームが世界中で何百万人もの人々にプレイされています。
1993年、映画『ジュラシック・パーク』は、コンピュータグラフィックスを大規模に使用した最初の人気映画となり、シミュレーションされた恐竜を実写シーンにほぼ違和感なく融合させた。
この出来事は映画業界を変革しました。1995年の映画『トイ・ストーリー』は、コンピュータ生成画像のみを使用した最初の映画となり、新千年紀にはコンピュータ生成グラフィックスが映画の特殊効果の主要な選択肢となりました。[ 63 ]
2000年代初頭にバーチャル撮影技術が登場したことで、それまで撮影不可能だった映画が爆発的に増えた。代表的な例としては、『マトリックス』続編に登場するネオやスミスなどのデジタル合成キャラクター、そして『ロード・オブ・ザ・リング』三部作で多用された、物理的に不可能なカメラワークなどが挙げられる。
テレビシリーズ「パンナム」に登場するターミナルは、2011年から2012年にかけて放送されたこのシリーズの撮影時には既に存在していなかったが、自動視点検出とマッチング、実写映像とシミュレーション映像の合成を組み合わせたバーチャル撮影技術を用いて作成されたため、問題にはならなかった。これは2000年代初頭から映画スタジオ内外の映画制作者にとって定番の手法となっている。
コンピュータ生成画像は「3Dコンピュータグラフィックスの分野を特殊効果に応用したもの」です。この技術は、高品質で制御可能であり、コスト、リソース、安全性などの理由で他の技術では実現不可能な効果を生み出すことができるため、視覚効果に使用されます。[ 64 ]コンピュータ生成グラフィックスは、今日では多くの実写映画、特にアクションジャンルの映画で見ることができます。さらに、コンピュータ生成画像は、ますますコンピュータ生成のみになっている子供向け映画で手描きアニメーションをほぼ完全に置き換えています。コンピュータ生成画像を使用している映画の例としては、『ファインディング・ニモ』、『300』、『アイアンマン』などがあります。
シミュレーションゲームは、他のジャンルのビデオゲームやコンピュータゲームとは異なり、環境を正確に表現またはシミュレートします。さらに、プレイ可能なキャラクターと環境との相互作用をリアルに表現します。これらの種類のゲームは、通常、ゲームプレイの面でより複雑です。[ 65 ]シミュレーションゲームは、あらゆる年齢層の人々の間で非常に人気があります。[ 66 ]人気のシミュレーションゲームには、SimCityやTiger Woods PGA Tourなどがあります。フライトシミュレーターやドライビングシミュレーターのゲームもあります。
シミュレーターは、1930年代のリンクトレーナー以来、娯楽に使用されてきました。 [ 67 ]テーマパークに初めてオープンした近代的なシミュレーターライドは、1987年のディズニーのスターツアーズで、その後すぐに1990年にユニバーサルのハンナ・バーベラのファンタスティックワールドが登場しました。これは、完全にコンピュータグラフィックスで作られた最初のライドでした。[ 68 ]
シミュレーターライドは軍事訓練シミュレーターと商用シミュレーターの子孫ですが、根本的な点で異なります。軍事訓練シミュレーターは訓練生の入力にリアルタイムでリアルに反応しますが、ライドシミュレーターはリアルに動いているように感じるだけで、事前に録画されたモーションスクリプトに従って動きます。[ 68 ] 3,200万ドルを費やした最初のシミュレーターライドの1つであるスターツアーズは、 油圧式モーションベースのキャビンを使用しました。動きはジョイスティックでプログラムされていました。今日のシミュレーターライド、例えばスパイダーマンのアメイジングアドベンチャーには、3D画像、物理的な効果（水を噴射したり、匂いを発生させたり）、環境内での移動など、ライダーが体験する没入感を高める要素が含まれています。[ 69 ]
製造シミュレーションは、シミュレーションの最も重要な応用例の1つです。この技術は、工場、倉庫、配送センターなどの設備や物理的施設への資本投資の効果を評価する際にエンジニアが使用する貴重なツールです。シミュレーションは、既存または計画中のシステムのパフォーマンスを予測したり、特定の設計問題に対する代替ソリューションを比較したりするために使用できます。[ 70 ]
製造システムにおけるシミュレーションのもう1つの重要な目標は、システムのパフォーマンスを定量化することです。システムのパフォーマンスの一般的な測定方法には、次のものがあります。[ 71 ]
自動車シミュレーターは、仮想環境で実車の特性を再現する機会を提供します。車両が相互作用する外部要因や状況を再現することで、ドライバーはまるで自分の車の運転席に座っているかのような感覚を味わうことができます。シナリオやイベントは十分なリアリティをもって再現されるため、ドライバーは単なる教育的な体験としてではなく、その体験に完全に没入することができます。
このシミュレーターは、初心者ドライバーにとって有益な経験を提供するとともに、熟練ドライバーにとってはより複雑な訓練を可能にします。初心者ドライバーにとって、トラックシミュレーターは、最良の運転方法を実践することでキャリアをスタートさせる機会となります。熟練ドライバーにとっては、シミュレーションによって優れた運転技術を向上させたり、不適切な運転方法を検出し、必要な改善策を提案したりすることができます。企業にとっては、メンテナンスコストの削減、生産性の向上、そして何よりもあらゆる状況下での安全な運転を確保するための運転スキルを従業員に教育する機会となります。
生体力学シミュレーターは、剛体と変形可能な物体、関節、拘束条件、および様々な力アクチュエーターの組み合わせから構築される動的な機械モデルを作成するためのシミュレーションプラットフォームです。これは、人間の解剖学的構造の生体力学モデルを作成することに特化しており、その機能を研究し、最終的には医療処置の設計と計画を支援することを目的としています。
生体力学シミュレーターは、歩行力学の分析、スポーツパフォーマンスの研究、外科手術のシミュレーション、関節負荷の分析、医療機器の設計、人間や動物の動きのアニメーション化などに用いられる。
神経力学シミュレーターは、生体力学シミュレーションと生物学的に現実的なニューラルネットワークシミュレーションを組み合わせたものです。これにより、ユーザーは物理的に正確な3D仮想環境で、行動の神経基盤に関する仮説を検証することができます。
都市シミュレーターは、都市建設ゲームであると同時に、都市計画担当者がさまざまな政策決定に応じて都市がどのように進化していくかを理解するためのツールとしても利用できます。AnyLogicは、都市計画担当者向けに設計された、現代の大規模都市シミュレーターの一例です。都市シミュレーターは一般的に、土地利用と交通を明示的に表現したエージェントベースのシミュレーションです。UrbanSimとLEAMは、都市計画機関や軍事基地が土地利用と交通計画に利用する大規模都市シミュレーションモデルの例です。
クリスマスをテーマにしたシミュレーションは数多く存在し、その多くはサンタクロースを中心としている。こうしたシミュレーションの一例として、ユーザーがサンタクロースを追跡できると主張するウェブサイトがある。サンタは伝説上の人物であり、実在の人物ではないため[ 72 ] [ 73 ]、サンタの実際の居場所に関する情報を提供することは不可能であり、NORAD Tracks SantaやGoogle Santa Tracker（前者はレーダーなどの技術を使ってサンタを追跡すると主張している）[ 74 ]などのサービスは、あらかじめ決められた偽の居場所情報をユーザーに表示する。こうしたシミュレーションの別の例として、ユーザーがサンタクロースにメールやメッセージを送信できると主張するウェブサイトがある。emailSanta.comや、現在はサービス終了しているMicrosoftのWindows Live Spacesにあったサンタの旧ページなどのウェブサイトは、自動化されたプログラムやスクリプトを使用して、ユーザーの入力に基づいてサンタ本人からのものとされるパーソナライズされた返信を生成する[ 75 ] [ 76 ] [ 77 ] [ 78 ] 。
現代の衛星通信システム（SATCOM）は、多くの場合、大規模で複雑であり、多くの部品や要素が相互に作用しています。さらに、移動車両におけるブロードバンド接続の必要性は、商用および軍事用途の両方で、ここ数年で劇的に増加しています。SATCOMシステムの設計者は、高品質のサービスを正確に予測して提供するために、計画段階で地形だけでなく、大気や気象条件も考慮に入れる必要があります。このような複雑さに対処するため、システム設計者と運用者は、最終製品の承認前に、システムのコンピュータモデルを使用して実際の運用条件をシミュレートし、ユーザビリティと要件に関する洞察を得ることが増えています。モデリングにより、SATCOMシステムの設計者または計画者は、モデルに複数の仮想的な大気および環境条件を注入することで、実際のパフォーマンスをシミュレートできるため、システムの理解が深まります。シミュレーションは、民間および軍事要員の訓練によく使用されます。これは通常、訓練生が実際の機器を実際の環境で使用することが非常に高額であるか、または危険すぎる場合に行われます。このような状況では、彼らは「安全な」仮想環境で貴重な教訓を学びながら、現実さながらの体験をすることになる（少なくともそれが目標である）。多くの場合、安全性が極めて重要なシステムの訓練中にミスを許容できるという利点がある。
シミュレーションソリューションは、コンピュータ支援ソリューションやプロセス（コンピュータ支援設計（CAD）、コンピュータ支援製造（CAM）、コンピュータ支援エンジニアリング（CAE）など）との統合が進んでいます。製品ライフサイクル全体、特に初期のコンセプトおよび設計段階でのシミュレーションの活用は、大きなメリットをもたらす可能性があります。これらのメリットは、プロトタイプ作成の削減や市場投入までの時間短縮といった直接的なコスト削減から、製品性能の向上や利益率の向上まで多岐にわたります。しかし、一部の企業では、シミュレーションが期待されたメリットをもたらしていません。
製品ライフサイクルの初期段階におけるシミュレーションの活用が成功した背景には、シミュレーションツールとCAD、CAM、製品ライフサイクル管理ソリューション全体との統合が進んだことが大きく影響している。現在では、シミュレーションソリューションはマルチCAD環境において企業全体で機能し、シミュレーションデータとプロセスの管理、そしてシミュレーション結果が製品ライフサイクル履歴に確実に反映されるようにするためのソリューションも含まれている。
シミュレーション訓練は、災害への備えとして広く用いられるようになった。シミュレーションは緊急事態を再現し、現実さながらの体験を通して学習者の対応を追跡することができる。災害対策シミュレーションには、テロ攻撃、自然災害、パンデミックの発生、その他生命を脅かす緊急事態への対処方法に関する訓練が含まれる。
災害対策にシミュレーション訓練を使用している組織の1つにCADE（Center for Advancement of Distance Education）があります。CADE [ 79 ]は、ビデオゲームを使用して、緊急対応要員がさまざまなタイプの攻撃に備えられるようにしています。News-Medical.Net の報道によると、「このビデオゲームは、バイオテロ、パンデミックインフルエンザ、天然痘、および緊急対応要員が備えなければならないその他の災害に対処するための一連のシミュレーションの最初のものです。[ 80 ] 」イリノイ大学シカゴ校（UIC）のチームによって開発されたこのゲームでは、学習者は安全で管理された環境で緊急時のスキルを練習できます。
カナダ、ブリティッシュコロンビア州バンクーバーにあるブリティッシュコロンビア工科大学（BCIT）の緊急シミュレーションプログラム（ESP）は、緊急事態の訓練にシミュレーションを使用する組織のもう1つの例です。ESPは、森林火災の消火、石油または化学物質の流出への対応、地震への対応、法執行、自治体の消防、危険物の取り扱い、軍事訓練、テロ攻撃への対応などの状況の訓練にシミュレーションを使用します[ 81 ]。シミュレーションシステムの特徴の1つは、「動的ランタイムクロック」の実装です。これにより、シミュレーションは「シミュレートされた」時間枠で実行され、「必要に応じて時間を「加速」または「減速」できます[ 81 ]。さらに、このシステムでは、セッションの記録、画像アイコンベースのナビゲーション、個々のシミュレーションのファイルストレージ、マルチメディアコンポーネント、および外部アプリケーションの起動が可能です。
ケベック大学シクティミ校にある野外研究・専門知識研究所（Laboratoire d'Expertise et de Recherche en Plein Air – LERPA）の研究チームは、荒野の奥地における事故シミュレーションを用いて、緊急対応の連携を検証することに特化している。
教育的な観点から見ると、シミュレーションを用いた緊急時訓練の利点は、学習者のパフォーマンスをシステム上で追跡できる点です。これにより、開発者は必要に応じて調整を行ったり、追加の注意が必要なトピックについて教育者に警告したりすることができます。その他の利点としては、学習者が次の緊急時セグメントに進む前に、適切な対応方法について指導や訓練を受けることができる点が挙げられます。これは、実際の現場では得られない側面です。緊急時訓練シミュレーターの中には、即座にフィードバックを提供するものもあれば、概要を示して学習者に学習トピックを再度学習するよう指示するものもあります。
実際の緊急事態においては、緊急対応要員には一刻の猶予もありません。このような環境でのシミュレーション訓練は、学習者が安全な環境でできる限り多くの情報を収集し、知識を実践する機会を提供します。人命を危険にさらすことなくミスを犯し、それを修正することで、実際の緊急事態に備えることができます。
経済学、特にマクロ経済学におけるシミュレーションは、財政政策の変更や金融政策の変更といった提案された政策措置の効果の望ましさを判断する。過去の経済データに適合させた経済の数理モデルが実際の経済の代理として使用され、政府支出、課税、公開市場操作などの提案値がモデルのシミュレーションへの入力として使用され、インフレ率、失業率、貿易収支赤字、政府財政赤字などのさまざまな関心変数がシミュレーションの出力となる。これらの関心変数のシミュレーション値は、さまざまな提案された政策入力に対して比較され、どの結果のセットが最も望ましいかが決定される。[ 82 ]
シミュレーションは、エンジニアリングシステムや多くのプロセスを含むあらゆるシステムにおいて重要な機能です。たとえば、電気工学では、遅延線を使用して、実際の伝送線路によって引き起こされる伝搬遅延と位相シフトをシミュレートできます。同様に、ダミーロードを使用して、伝搬をシミュレートせずにインピーダンスをシミュレートできます。これは、伝搬が不要な状況で使用されます。シミュレータは、シミュレートするユニットの操作と機能のごく一部のみを模倣する場合があります。対義語: emulate。[ 83 ]
ほとんどの工学シミュレーションは、数学的モデリングとコンピュータ支援による調査を伴います。しかし、数学的モデリングが信頼できないケースも数多くあります。流体力学の問題のシミュレーションでは、数学的シミュレーションと物理的シミュレーションの両方が必要となることがよくあります。このような場合、物理モデルには動的相似性が求められます。物理シミュレーションと化学シミュレーションは、研究用途ではなく、直接的な実用用途にも使用されます。たとえば、化学工学では、プロセスシミュレーションを使用して、石油精製所などの化学プラントの運転に直接使用されるプロセスパラメータを取得します。シミュレータは、プラントオペレーターのトレーニングにも使用されます。これはオペレータートレーニングシミュレータ（OTS）と呼ばれ、化学、石油・ガス、電力産業など、多くの産業で広く採用されています。これにより、運転員やエンジニアをトレーニングするための安全で現実的な仮想環境が構築されます。Mimicは、オペレーターのトレーニングや制御システムのテストのために、ほぼすべての化学プラントの高精度な動的モデルを提供できます。
人間工学シミュレーションでは、仮想環境内で仮想製品や手作業の分析を行います。エンジニアリングプロセスにおいて、人間工学の目的は、製品や作業環境の設計を開発し、改善することです。[ 84 ]人間工学シミュレーションでは、一般的にマネキンまたはデジタルヒューマンモデル（DHM）と呼ばれる人体の人体計測仮想表現を使用して、飛行機、自動車、製造施設などのシミュレーション環境で人間のオペレーターの姿勢、機械的負荷、パフォーマンスを模倣します。DHMは、プロアクティブな人間工学分析と設計を実行するための進化し続ける貴重なツールとして認識されています。[ 85 ]シミュレーションでは、3Dグラフィックスと物理ベースのモデルを使用して仮想人間をアニメーション化します。人間工学ソフトウェアは、DHMのポーズ付けに逆運動学（IK）機能を使用します。[ 84 ]
ソフトウェアツールは通常、個々の筋肉の力、関節の力、モーメントなどの生体力学的特性を計算します。これらのツールのほとんどは、NIOSH 持ち上げ方程式や迅速上肢評価 (RULA) などの標準的な人間工学的評価方法を採用しています。一部のシミュレーションでは、代謝、エネルギー消費、疲労限界などの生理学的指標も分析します。サイクルタイム研究、設計とプロセスの検証、ユーザーの快適性、到達可能性、視線は、人間工学シミュレーションパッケージで検討される可能性のあるその他の人間工学的要因です。[ 86 ]
タスクのモデリングとシミュレーションは、シミュレーション環境内で仮想人間を手動で操作することによって実行できます。一部の人間工学シミュレーションソフトウェアでは、モーションキャプチャ技術による実際の人間入力を通して、インタラクティブなリアルタイムシミュレーションと評価が可能です。しかし、人間工学のためのモーションキャプチャには高価な機器と、環境や製品を再現するための小道具の作成が必要です。
人間工学シミュレーションの応用例としては、固形廃棄物収集の分析、災害管理タスク、インタラクティブゲーム[ 87 ] 、自動車組立ライン[ 88 ] 、リハビリテーション補助具の仮想プロトタイピング[ 89 ]、航空宇宙製品設計[ 90 ]などがある。フォードのエンジニアは、人間工学シミュレーションソフトウェアを使用して仮想製品設計レビューを実施している。エンジニアリングデータを使用して、シミュレーションは組立人間工学の評価を支援する。同社は、高価なプロトタイプを作成する必要なく、作業員の安全と効率を向上させるために、シーメンスのJack and Jill人間工学シミュレーションソフトウェアを使用している[ 91 ] 。
金融分野では、シナリオプランニングにコンピュータシミュレーションがよく用いられます。例えば、リスク調整済み正味現在価値は、明確に定義されているものの、必ずしも既知（または固定）ではない入力値から計算されます。シミュレーションは、評価対象プロジェクトのパフォーマンスを模倣することで、割引率やその他の変数の範囲におけるNPVの分布を提供できます。また、シミュレーションは、金融理論や金融モデルの有効性を検証するためにもよく用いられます。[ 92 ]
金融研修では、参加者が様々な歴史的状況や架空の状況を体験できるように、シミュレーションが頻繁に用いられます。株式市場シミュレーション、ポートフォリオシミュレーション、リスク管理シミュレーションまたはモデル、外国為替シミュレーションなどがあります。これらのシミュレーションは通常、確率的資産モデルに基づいています。研修プログラムでこれらのシミュレーションを使用することで、理論を現実世界に近い状況に適用することができます。他の業界と同様に、シミュレーションの活用は、技術主導型またはケーススタディ主導型となる場合があります。
飛行シミュレーションは主に航空機外でパイロットを訓練するために使用されます。[ 93 ]飛行訓練と比較して、シミュレーションベースの訓練では、パイロットと教官を地上の比較的リスクの低い環境に保ちながら、航空機内で実行することが非現実的（または危険）な操縦や状況を練習することができます。たとえば、電気系統の故障、計器の故障、油圧系統の故障、さらには飛行制御の故障も、乗員や機器にリスクを与えることなくシミュレートできます。[ 94 ]
教官は、実際の航空機では通常不可能なほど、一定期間内に多くの訓練課題を学生に提供することもできます。例えば、実際の航空機で複数の計器着陸進入を行う場合、機体の位置調整にかなりの時間を要することがありますが、シミュレーションでは、1回の進入が完了するとすぐに、教官は模擬航空機を次の進入を開始できる位置に移動させることができます。
フライトシミュレーションは、実際の航空機での訓練に比べて経済的な利点も提供します。燃料、メンテナンス、保険の費用を考慮すると、FSTDの運用コストは通常、シミュレーションされた航空機の運用コストよりも大幅に低くなります。一部の大型輸送機では、FSTDの運用コストは実際の航空機よりも数倍低くなる場合があります。もう1つの利点は、シミュレーターが炭素や騒音の排出に直接寄与しないため、環境への影響が軽減されることです。[ 95 ]
航空機の設計プロセスにおいて重要な要素となる「エンジニアリング飛行シミュレーター」も存在する。[ 96 ]コストや安全性の向上など、テスト飛行回数の減少による多くの利点については既に述べたが、独自の利点もいくつかある。シミュレーターを利用できることで、設計の反復サイクルを短縮したり、実際の航空機に搭載できる以上のテスト機器を使用したりすることが可能になる。[ 97 ]
飛行シミュレーターに似ている海洋シミュレーターは、船員の訓練を目的としています。最も一般的な海洋シミュレーターには、次のものがあります。[ 98 ]
こうしたシミュレーターは、主に海事大学、訓練機関、海軍などで使用されています。多くの場合、船舶の操舵室を再現したもので、操作コンソールと、仮想環境を投影する複数のスクリーンで構成されています。
軍事シミュレーションは、非公式にはウォーゲームとも呼ばれ、実際の戦闘を必要とせずに戦争理論を検証および改良できるモデルです。さまざまな形態があり、現実性の度合いも異なります。近年、その範囲は軍事的要因だけでなく、政治的および社会的要因も含むように拡大しています（たとえば、ラテンアメリカでの戦略演習であるネーションラボシリーズ）。[ 100 ]多くの政府が個別に、または共同でシミュレーションを利用していますが、専門家以外の人々の間では、モデルの詳細についてはほとんど知られていません。
ネットワークおよび分散システムは、新しいプロトコルやアルゴリズムを実際のシステムに導入する前にその影響を理解するために、広範囲にわたってシミュレーションされてきました。シミュレーションは、さまざまなレベル（物理層、ネットワーク層、アプリケーション層）に焦点を当て、さまざまな指標（ネットワーク帯域幅、リソース消費量、サービス時間、パケット損失、システム可用性）を評価できます。ネットワークおよび分散システムのシミュレーションシナリオの例は次のとおりです。
シミュレーション技術は、決済システムや証券決済システムにも応用されている。主な利用者は中央銀行であり、中央銀行は一般的に市場インフラの監督責任を負い、決済システムの円滑な運用に貢献する権限を有している。
中央銀行は、決済システムのシミュレーションを使用して、参加者（主に銀行）が効率的な決済を可能にするために利用できる流動性（口座残高や日中信用限度額の形）の適切性や十分性などを評価してきました。[ 105 ] [ 106 ]流動性の必要性は、システムにおけるネッティング手順の利用可能性と種類にも依存するため、一部の研究はシステム比較に焦点を当てています。[ 107 ]
もう1つの用途は、通信ネットワークの障害や参加者が支払いを送金できないこと（例えば、銀行破綻の可能性など）といった事象に関連するリスクを評価することです。[ 108 ]この種の分析は、ストレステストまたはシナリオ分析の概念に該当します。
これらのシミュレーションを実施する一般的な方法は、分析対象となる実際の決済システムまたは証券決済システムの決済ロジックを再現し、実際の決済データを使用することです。システム比較やシステム開発の場合には、当然ながら、他の決済ロジックも実装する必要があります。
ストレステストやシナリオ分析を実施するには、観測データを変更する必要があります（例：一部の支払いを遅延させたり、削除したりする）。流動性レベルを分析するには、初期流動性レベルを変更します。システム比較（ベンチマーク）や新しいネッティングアルゴリズムまたはルールの評価は、固定データセットを用いてシミュレーションを実行し、システム設定のみを変更することによって行われます。
推論は通常、未決済取引や決済遅延などの指標を比較することによって、ベンチマークシミュレーションの結果と変更されたシミュレーション設定の結果を比較することによって行われます。
プロジェクトマネジメントシミュレーションとは、プロジェクトマネジメントの研修や分析に用いられるシミュレーションのことです。プロジェクトマネージャーの研修シミュレーションとしてよく利用されますが、その他にも、シナリオ分析や実際のプロジェクトにおける意思決定支援にも用いられます。シミュレーションは、多くの場合、ソフトウェアツールを使用して実施されます。
ロボットシミュレータは、実際のロボットに依存することなく、特定の（あるいは特定のロボット以外の）ロボット向けの組み込みアプリケーションを作成するために使用されます。場合によっては、これらのアプリケーションを修正することなく実際のロボットに転送（または再構築）できます。ロボットシミュレータを使用すると、コスト、時間、またはリソースの「独自性」のために現実世界では「作成」できない状況を再現できます。また、シミュレータはロボットの迅速なプロトタイピングも可能にします。多くのロボットシミュレータは、ロボットのダイナミクスをシミュレートするための物理エンジンを備えています。
生産システムのシミュレーションは、主に生産システムの改善や投資の効果を検証するために使用されます。多くの場合、これはプロセス時間と輸送時間を含む静的なスプレッドシートを使用して行われます。より高度なシミュレーションには、生産システムの動的な変化をシミュレートできるという利点を持つ離散イベントシミュレーション（DES）が使用されます。生産システムは、製造プロセス、組み立て時間、機械のセットアップ、休憩、故障、および小規模な停止の変動に応じて非常に動的です。[ 109 ]離散イベントシミュレーションに一般的に使用されるソフトウェアは多数あります。それらは使いやすさと市場が異なりますが、多くの場合、同じ基盤を共有しています。
シミュレーションは、販売プロセスエンジニアリングの分野など、ビジネスプロセスにおける取引の流れをモデル化するのに役立ち、顧客注文がさまざまな完了段階（たとえば、商品/サービスの提供に関する最初の提案から注文の受諾と設置まで）を通過する流れを研究して改善することができます。このようなシミュレーションは、方法の改善がプロセスのさまざまな段階における変動性、コスト、労働時間、および取引数にどのような影響を与えるかを予測するのに役立ちます。このようなモデルを表現するために、フル機能のコンピュータ化されたプロセスシミュレーターを使用することもできますし、スプレッドシートソフトウェアを使用したより単純な教育的なデモンストレーション、サイコロを振ってカップ間でペニーを移動させるデモンストレーション、またはスコップで色付きビーズの入った容器に浸すデモンストレーションを使用することもできます。[ 110 ]
スポーツの世界では、試合結果や個々の選手のパフォーマンスを予測するために、コンピュータシミュレーションがよく用いられます。これらのシミュレーションは、統計データに基づいて構築されたモデルを通して、試合を再現しようと試みます。技術の進歩により、プログラミングの知識を持つ人なら誰でも、自分のモデルに基づいてシミュレーションを実行できるようになりました。シミュレーションは一連の数学的アルゴリズム、つまりモデルに基づいて構築され、その精度は様々です。ESPNなどの企業がライセンスを取得しているAccuscoreは、主要なスポーツすべてに対応した有名なシミュレーションプログラムです。シミュレーションされた賭け率、予想得点、全体的な確率などを通して、試合の詳細な分析を提供します。
ファンタジースポーツへの関心の高まりに伴い、個々の選手のパフォーマンスを予測するシミュレーションモデルが人気を集めている。What If SportsやStatFoxといった企業は、試合結果の予測だけでなく、個々の選手の活躍予測にもシミュレーションを活用することに特化している。多くの人が、ファンタジーリーグで誰を先発させるかを決める際に、これらのモデルを利用している。
シミュレーションがスポーツ分野に役立つもう1つの方法は、バイオメカニクスの利用です。アスリートに取り付けられたセンサーやビデオ機器から得られたデータに基づいてモデルが作成され、シミュレーションが実行されます。シミュレーションモデルによって支援されるスポーツバイオメカニクスは、疲労が投球パフォーマンス（投球の高さ）に及ぼす影響や、上肢のバイオメカニクス要因（反応強度指数、手の接触時間）などのトレーニング技術に関する疑問に答えます。[ 111 ]
コンピュータシミュレーションを用いることで、従来は複雑すぎて実行できなかったモデルを解析し、結果を得ることができる。シミュレーションは、試合のパフォーマンスとチームの予測可能性の両方について、最も優れた洞察を与える手段の一つであることが証明されている。
ケネディ宇宙センター（KSC）では、シミュレーションを用いて、打ち上げカウントダウンのシミュレーション作業中にスペースシャトルのエンジニアの訓練と認定が行われました。スペースシャトルのエンジニアリングチームは、各シャトル飛行の前に打ち上げカウントダウン統合シミュレーションに参加しました。このシミュレーションは、実際の人間がシミュレーションされたスペースシャトル機体と地上支援機器（GSE）ハードウェアとやり取りする仮想シミュレーションです。S0044としても知られるシャトル最終カウントダウンフェーズシミュレーションでは、スペースシャトル機体とGSEシステムの多くを統合するカウントダウンプロセスが行われました。シミュレーションに統合されたシャトルシステムには、主推進システム、RS-25、固体ロケットブースター、地上液体水素と液体酸素、外部燃料タンク、飛行制御、航法、アビオニクスなどがあります。[ 112 ]シャトル最終カウントダウンフェーズシミュレーションの高レベル目標は次のとおりです。
スペースシャトルの最終カウントダウン段階シミュレーションは、ケネディ宇宙センターの発射管制センターの発射管制室で行われました。シミュレーションで使用された発射管制室は、実際の打ち上げカウントダウン作業が行われる管制室と同じです。そのため、実際の打ち上げカウントダウン作業で使用される機器がそのまま使用されます。コマンドおよび制御用コンピュータ、アプリケーションソフトウェア、エンジニアリングプロットおよびトレンドツール、打ち上げカウントダウン手順書、打ち上げコミット基準書、ハードウェア要件書、および実際の打ち上げカウントダウン作業中にエンジニアリングチームが使用するその他のすべての機器が、シミュレーションで使用されます。
スペースシャトルの機体ハードウェアと関連する地上支援機器（GSE）ハードウェアは、実際のハードウェアのように動作し反応する数学モデル（シャトル地上運用シミュレータ（SGOS）モデリング言語[ 114 ]で記述）によってシミュレートされます。シャトルの最終カウントダウンフェーズのシミュレーション中、エンジニアは、実際の機体ハードウェアを操作しているかのように、制御コンソールで実行される実際のアプリケーションソフトウェアを介してハードウェアをコマンドおよび制御します。ただし、これらの実際のソフトウェアアプリケーションは、シミュレーション中に実際のシャトルハードウェアとインターフェースしません。代わりに、アプリケーションは、機体およびGSEハードウェアの数学モデル表現とインターフェースします。その結果、シミュレーションは、ハードウェアがどのように反応したかを詳細に示すエンジニアリング測定値を提供しながら、敏感で危険なメカニズムを回避します。これらの数学モデルはコマンドおよび制御アプリケーションソフトウェアと相互作用するため、モデルとシミュレーションは、アプリケーションソフトウェアの機能のデバッグと検証にも使用されます。[ 115 ]
GNSS受信機（一般的に商用分野では衛星ナビゲーションシステムとして知られています）をテストする唯一の真の方法は、RFコンステレーションシミュレータを使用することです。例えば航空機で使用される受信機は、実際の飛行に持ち込むことなく、動的な条件下でテストできます。テスト条件は正確に再現でき、すべてのテストパラメータを完全に制御できます。これは、実際の信号を使用する「現実世界」では不可能です。新しいガリレオ（衛星ナビゲーション）を使用する受信機をテストする場合、実際の信号がまだ存在しないため、他に方法はありません。
過去のデータを外挿・内挿することで気象状況を予測することは、シミュレーションの実際の用途の一つです。ほとんどの天気予報は、気象局が発表するこの情報を使用しています。このようなシミュレーションは、活発なハリケーンやサイクロンの進路など、異常気象の予測や事前警告に役立ちます。数値天気予報では、多くのパラメータを考慮して気象を正確に予測するために、複雑な数値コンピュータモデルが使用されます。
戦略ゲーム（伝統的なものも現代的なものも）は、軍事指導者や政治指導者を育成するための、抽象化された意思決定のシミュレーションと見なすことができる（そのような伝統の例として囲碁の歴史を、より最近の例としては戦争ゲームを参照）。
他の多くのビデオゲームは、何らかのシミュレーターである。こうしたゲームは、ビジネス、政府、建設、乗り物の操縦（上記参照）など、現実世界のさまざまな側面をシミュレートすることができる。
歴史的に、この言葉は否定的な意味合いを持っていた。
したがって、偽装という一般的な習慣（これが最後の段階である）は、生まれつきの偽りや恐怖心を利用した悪徳である。
—フランシス・ベーコン、『偽装と虚偽について』、1597年
区別のために、言葉による欺瞞は一般的に嘘と呼ばれ、行動、身振り、または振る舞いによる欺瞞は偽装と呼ばれる。
—ロバート・サウス、『サウス』、1697年、525ページ
しかし、シミュレーションと偽装の関連性は後に薄れ、現在では言語学的な関心事となっている。[ 116 ]
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