駱書陽

摘要：VR技術(shù)隨著科學發(fā)展已進入爆發(fā)期，在陸?？哲娛骂I(lǐng)域的運用也更加深入、更加廣泛，目的是進行實操準備的準軍事訓練和實戰(zhàn)化條件下心理素質(zhì)的提升。對于士兵在軍事實戰(zhàn)情況下和其他危險緊急情況下做出快速準確的反應(yīng)起到了關(guān)鍵作用。同時，VR技術(shù)也迅速在其他軍事相關(guān)領(lǐng)域發(fā)揮其獨特的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：VR技術(shù)；虛擬現(xiàn)實；軍事化運用；概況；建議

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）20-0229-03

Abstract： The VR technology with the development of science has entered the outbreak period， in the field of armed apply more extensive， in-depth and also aims to do for the paramilitary training field. For soldiers in military real cases and other dangerous situation make fast reaction played a key role. At the same time， VR technology is rapidly in the related fields of other military also play its unique advantages.

Key words： VR Technology； virtual reality； Military Application； General Situation； Suggestions

長期以來，外軍對作戰(zhàn)模擬訓練極其重視，投入了大量的人力、物力和技術(shù)力量，不斷研究和探索模擬訓練的新理論、新方法。尤其是作為世界頭號軍事強國的美國，將高新技術(shù)不斷地投入到軍事領(lǐng)域的各個方面。而作為誕生時間不到30年的新技術(shù)，虛擬現(xiàn)實（VirtualReality，簡稱VR）技術(shù)，近年來在軍事領(lǐng)域發(fā)揮著越來越大的作用，而美軍更是將虛擬現(xiàn)實技術(shù)充分應(yīng)用到了軍事模擬訓練的各個層面。

1 VR技術(shù)的概念及其特點 [1]

VR技術(shù)又譯為靈境技術(shù)，它是一種綜合計算機圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、人機交互技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、立體顯示技術(shù)及仿真技術(shù)等多種科學技術(shù)綜合發(fā)展起來的技術(shù)，也是力學、數(shù)學、光學、機構(gòu)運動學等各種學科的綜合應(yīng)用。這種技術(shù)的特點在于以模仿的方式為用戶創(chuàng)造一種虛擬的環(huán)境，通過視、聽、觸等感知行為使得用戶產(chǎn)生沉浸于虛擬環(huán)境的感覺并與虛擬環(huán)境相互作用從而引起虛擬環(huán)境的實時變化。參與者借助一定的交互設(shè)備與虛擬環(huán)境中的對象進行交互作用，并相互影響。在這種環(huán)境下，參與者可以按照自己的主觀意愿驅(qū)動虛擬環(huán)境，并感知虛擬世界的各種對象，從而可以完成一些現(xiàn)實中難以完成或根本無法完成的活動。與傳統(tǒng)計算機技術(shù)相比，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，具有沉浸性、交互性和想象性三個顯著特征。[2]

1）沉浸性：又稱浸入性，是VR技術(shù)的核心，是指用戶感受存在于模擬環(huán)境中的真實程度，包括視覺沉浸、聽覺沉浸、觸覺沉浸、嗅覺沉浸、味覺沉浸及身體感覺沉浸。

2）交互性：指參與者對虛擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境中得到反饋的自然程度。這種交互的產(chǎn)生，主要借助于各種專用的三維交互設(shè)備（如頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套、三維鼠標等）。

3）想象性：是VR系統(tǒng)的目的，是指虛擬環(huán)境是人想象出來的，同時人沉浸在這個環(huán)境中能夠獲取新的知識，從而產(chǎn)生新的想法，因而可以創(chuàng)造性的實現(xiàn)一定的目的。

2 VR技術(shù)軍事化運用的前景及優(yōu)勢

VR技術(shù)的進步使人們擁有功能更豐富和更智能娛樂設(shè)備的同時，也使得軍事裝備同樣日益智能化。同樣的技術(shù)或硬件設(shè)備，可以是普通人的娛樂玩具，也可以是軍隊增強戰(zhàn)斗力的先進兵器。軍事領(lǐng)域或許才是VR技術(shù)應(yīng)用前景最廣闊的舞臺。目前VR技術(shù)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用主要有以下兩個方面。

2.1模擬真實戰(zhàn)場環(huán)境

通過背景生成與圖像合成創(chuàng)造一種險象環(huán)生、幾近真實的立體戰(zhàn)場環(huán)境，使受訓士兵“真正”進入形象逼真的戰(zhàn)場，從而增強受訓者的臨場反應(yīng)，大大提高訓練質(zhì)量。單兵模擬訓練與評判在該應(yīng)用系統(tǒng)中導調(diào)人員可設(shè)置不同的戰(zhàn)場背景，給出不同的情況，而受訓者則通過立體頭盔、數(shù)據(jù)服、數(shù)據(jù)手套或三維鼠標操作傳感裝置做出或選擇相應(yīng)的戰(zhàn)術(shù)動作，輸入不同的處置方案，體驗不同的作戰(zhàn)效果，進而像參加實戰(zhàn)一樣，鍛煉和提高技戰(zhàn)術(shù)水平、快速反應(yīng)能力和心理承受力。與常規(guī)的訓練方式相比較，虛擬現(xiàn)實訓練具有環(huán)境逼真、“身臨其境”感強、場景多變、訓練針對性強和安全經(jīng)濟、可控制性強等特點。

2.2模擬諸軍種聯(lián)合演習

建立一個“虛擬戰(zhàn)場”，使參戰(zhàn)雙方同處其中，根據(jù)虛擬環(huán)境中的各種情況及其變化，實施“真實的”對抗演習。在這樣的虛擬作戰(zhàn)環(huán)境中，可以使眾多軍事單位參與到作戰(zhàn)模擬中來，而不受地域的限制，可大大提高戰(zhàn)役訓練的效益；還可以評估武器系統(tǒng)的總體性能，啟發(fā)新的作戰(zhàn)思想。虛擬軍事演習系統(tǒng)可以任意增加聯(lián)合演習的次數(shù)。這樣便于作戰(zhàn)方案與理論的研究。傳統(tǒng)的實兵演習周期長、耗費大，如果借助虛擬軍事演習系統(tǒng)進行訓練，就可以較小的代價、較短的時間實施大規(guī)模戰(zhàn)區(qū)、戰(zhàn)略級演習，并可通過多次演習或一次演習多種方案，發(fā)現(xiàn)、解決實戰(zhàn)中可能出現(xiàn)的問題。進行指揮員訓練利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，根據(jù)偵察情況資料合成出戰(zhàn)場全景圖，讓受訓指揮員通過傳感裝置觀察雙方兵力部署和戰(zhàn)場情況，以便判斷敵情，定下正確決心。

將虛擬現(xiàn)實應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，符合減少人員、物資的損耗，提高軍事訓練效費比的現(xiàn)實需求與發(fā)展方向。今后的應(yīng)用將會越來越泛，發(fā)揮的作用也將會越來越大。而隨著VR技術(shù)的進一步發(fā)展，未來的士兵將在模擬艙內(nèi)身“戰(zhàn)”，體驗生死，磨練意志，嫻熟戰(zhàn)術(shù)技能。超前的訓練使軍隊在虛擬中體驗戰(zhàn)爭、把握戰(zhàn)爭，以往那種認為“戰(zhàn)術(shù)專家是打出來的，而不是訓練出來”的觀念正面臨嚴峻挑戰(zhàn)。超前模擬已成為軍事訓練的全新領(lǐng)域。

3 我軍與外軍VR技術(shù)運用概況 [3]

20世紀90年代初，美國率先將VR技術(shù)用于軍事領(lǐng)域，所以軍事應(yīng)用可以說是推動VR技術(shù)發(fā)展的源動力，直到現(xiàn)在依然是VR系統(tǒng)的最大應(yīng)用領(lǐng)域。近些年美軍一直都十分關(guān)注模擬訓練的問題，并在自己的軍事訓練中努力滿足其可視化、人機交互的基于VR技術(shù)的模擬訓練要求，實現(xiàn)從戰(zhàn)略到戰(zhàn)役、從指揮機構(gòu)到單兵、從戰(zhàn)場環(huán)境到武器運用，對部隊實施全方位的模擬訓練，而且已經(jīng)具備運用VR模擬直接為實戰(zhàn)和戰(zhàn)爭服務(wù)的能力。最近的幾場軍事交鋒中，美軍官兵都體現(xiàn)了良好的指揮和閱讀戰(zhàn)爭的能力，這與他們長期堅持的近似實戰(zhàn)的高水平模擬訓練密切相關(guān)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在美軍模擬訓練中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在構(gòu)建虛擬戰(zhàn)場環(huán)境、單兵模擬訓練、網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)訓練、軍事指揮人員訓練、提高指揮決策能力、研制武器裝備及進行網(wǎng)絡(luò)信息戰(zhàn)等方面。

3.1構(gòu)建虛擬戰(zhàn)場環(huán)境

通過相應(yīng)的三維戰(zhàn)場環(huán)境圖形圖像庫，包括作戰(zhàn)背景、戰(zhàn)地場景、各種武器裝備和作戰(zhàn)人員等，為使用者創(chuàng)造一種險象環(huán)生、逼近真實的立體戰(zhàn)場環(huán)境，以增強其臨場感覺，提高訓練質(zhì)量。在阿富汗和伊拉克戰(zhàn)爭中，美軍采用綜合了航空照片、衛(wèi)星影像和數(shù)字高層地形數(shù)據(jù)來生成高分辨率的作戰(zhàn)區(qū)域三維地形環(huán)境，以幾乎一致的三維環(huán)境來訓練執(zhí)行任務(wù)的戰(zhàn)斗機飛行員。很多飛行員都感慨在執(zhí)行任務(wù)的過程中，見到的環(huán)境都在模擬器中見到過，因此大大減少了執(zhí)行任務(wù)的難度和傷亡率。

3.2進行單兵模擬訓練 [4]

基于VR的軍事模擬訓練最初就是針對單兵操作武器裝備的，因此在單兵訓練系統(tǒng)中的應(yīng)用也最為廣泛和成熟。如圖1所示，美國的“F-16”戰(zhàn)斗機虛擬訓練模擬器采用了三維圖形可視化生成系統(tǒng)、全封閉立體頭盔顯示器、三維交互式聲音合成技術(shù)、Provision高性能圖形工作站、六自由度的運動平臺等先進的技術(shù)手段，并制造了與實物同樣大小的戰(zhàn)斗座艙。其三維圖形生成系統(tǒng)不僅能夠生成逼真的大范圍虛擬地形環(huán)境，模擬不同自然環(huán)境下如霧天、雨天、暴風雪等各種飛行條件，而且其三維的聲音合成系統(tǒng)還能夠合成出逼真的三維空間聲音的效果，能處理虛擬現(xiàn)實中飛機以外的各種情況，如氣球的威脅、導彈的發(fā)射軌跡等。

3.3通過網(wǎng)絡(luò)進行異地同環(huán)境作戰(zhàn)訓練 [5]

運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)分布式交互仿真并結(jié)合現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，通過作戰(zhàn)模擬訓練中心控制設(shè)置在不同地域的作戰(zhàn)單位及各級指揮官處的模擬系統(tǒng)終端來實現(xiàn)不同地域、相同環(huán)境的模擬作戰(zhàn)訓練。美陸軍的“近戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)訓練系統(tǒng)”CCTT）采用先進的主干光纖系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)并結(jié)合分布式交互仿真，建立一個虛擬作戰(zhàn)環(huán)境，能夠仿真包括“艾布拉莫斯”坦克、“布雷德利”戰(zhàn)車、HUM-VEES武器系統(tǒng)在內(nèi)的多種武器裝備，供作戰(zhàn)人員在人工合成環(huán)境中完成作戰(zhàn)訓練任務(wù)。該系統(tǒng)通過局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)聯(lián)結(jié)著從韓國到歐洲的大約65個工作站，各站之間可迅速傳遞裝備模型和訓練數(shù)據(jù)，使參演人員能在虛擬環(huán)境的動態(tài)形式中進行近戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)訓練。

3.4進行軍事指揮人員訓練[6]

利用VR技術(shù)，根據(jù)偵察情況資料合成出戰(zhàn)場全景圖，讓受訓指揮員通過傳感器裝置觀察雙方兵力部署和戰(zhàn)場情況，以便判斷敵情，定下正確決心。美軍曾經(jīng)使用過許多作戰(zhàn)模擬系統(tǒng)來培訓軍事人員，并取得了顯著的效果。如美國海軍開發(fā)的“虛擬艦艇作戰(zhàn)指揮中心”就能逼真地模擬與真實的艦艇作戰(zhàn)指揮中心幾乎完全相似的環(huán)境，生動的視覺、聽覺和觸覺效果，使受訓軍官沉浸在“真實的”戰(zhàn)場之中。目前，美軍更進一步采取措施，通過設(shè)置“軍官虛擬現(xiàn)實教程”來強化人員培訓。

3.5 提高指揮決策能力

在作戰(zhàn)指揮決策領(lǐng)域，VR技術(shù)的應(yīng)用包括兩個方面：1、通過對獲取的情報數(shù)據(jù)在三維戰(zhàn)場環(huán)境上合成逼真的三維戰(zhàn)場態(tài)勢場景，有利于指揮人員更加形象直觀地把握整個戰(zhàn)場態(tài)勢，輔助指揮人員進行決策；2、采用基于VR技術(shù)的作戰(zhàn)方案分析系統(tǒng)對指揮決策人員提出的決策方案進行仿真分析，以便更好地為決策人員服務(wù)。美國海軍實驗室（NRL）自主開發(fā)的Dragon系統(tǒng)在作戰(zhàn)之前就能夠快速將復雜戰(zhàn)場態(tài)勢可視化，使指揮員及其參謀人員能靈活使用二維或三維動態(tài)顯示系統(tǒng)，更有效地制定任務(wù)計劃和演練，評估行動路線，保持對戰(zhàn)場態(tài)勢的認知。

3.6 縮短武器裝備的研制周期 [7]

眾所周知，在高新技術(shù)武器開發(fā)的過程中大量地采用VR技術(shù)，設(shè)計者可方便自如地介入系統(tǒng)建模和仿真實驗全過程，讓研制者和用戶同時進入虛擬的作戰(zhàn)環(huán)境中操作武器系統(tǒng)，充分利用分布交互式網(wǎng)絡(luò)提供的各種虛擬環(huán)境，檢驗武器系統(tǒng)的設(shè)計方案和戰(zhàn)技術(shù)性能指標及其操作的合理性，縮短了武器系統(tǒng)的研制周期，并能對武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能進行合理評估，從而使武器的性能指標更接近實戰(zhàn)要求。美國第四代戰(zhàn)斗機F-22和JSF在研制的全過程中由于采用了VR技術(shù)，實現(xiàn)三維數(shù)字化設(shè)計和制造一體化，研制周期縮短50%，節(jié)省研制費用超過93%。

3.7 信息網(wǎng)絡(luò)虛擬戰(zhàn)

信息網(wǎng)絡(luò)虛擬戰(zhàn)是以計算機成像、電子顯示、話音識別和合成、傳感等技術(shù)為基礎(chǔ)實施的信息欺騙。它通過信息網(wǎng)絡(luò)某一節(jié)點，把己方計算機與對方聯(lián)網(wǎng)，或戰(zhàn)前通過各種途徑將VR技術(shù)植入敵方的指揮控制信息系統(tǒng)中，把己方的虛擬信息即假情報、假決心、假部署傳輸給敵方，迷惑敵人，誘敵判斷失誤；向敵指揮官和士兵發(fā)布敵方軍官假命令，使敵軍事行動陷入混亂。這種戰(zhàn)法，能使敵方在三維聲像環(huán)境中，看到酷似實物的立體交戰(zhàn)圖像，使敵方產(chǎn)生錯覺，增大了欺騙的真實性。1994年4月，隨著美軍第一支數(shù)字化部隊的建立，美軍就開始著手運用VR技術(shù)進行模擬對抗性演習，并專門成立了“VR技術(shù)欺騙戰(zhàn)”研究小組，由其具體負責技術(shù)研制和實驗。

反觀我軍，VR技術(shù)的軍事化運用水平相對較低、方式較少、技術(shù)不夠成熟，但總體呈快速發(fā)展的態(tài)勢。近年，我軍在裝甲兵駕駛及陸航飛行員訓練中大量投入VR技術(shù)，對我軍模擬真實戰(zhàn)場環(huán)境，提升武器操作水平及實戰(zhàn)心理具有重大意義。同時我軍開始運行大規(guī)模地形地景仿真引擎。該引擎的運用，可快速生成基于真實的地形數(shù)據(jù)和高分辨率的遙感影像，通過與視覺仿真技術(shù)結(jié)合，可用于虛擬戰(zhàn)場軍事演習。此外，如圖2所示，VR技術(shù)還運用到航天飛船中的模擬對接及導彈發(fā)射情況模擬。VR技術(shù)軍事中的運用廣度和深度在不斷拓展和深化，我軍的VR技術(shù)在不久的將來將深入每個軍事領(lǐng)域。

4 VR技術(shù)軍事化運用的思考及建議 [8]

我軍必須著眼未來戰(zhàn)場空間多元化，構(gòu)建多維虛擬戰(zhàn)場，提高部隊聯(lián)合作戰(zhàn)能力。未來信息化戰(zhàn)爭中，戰(zhàn)場空間呈現(xiàn)陸、海、空、天、電、心、高等多維發(fā)展的趨勢，能否在復雜多變的多維空間中保持指揮信息的暢通，這已成為影響現(xiàn)代戰(zhàn)爭制勝的關(guān)鍵。為能盡快適應(yīng)未來戰(zhàn)場需要并掌握信息化戰(zhàn)爭的主動權(quán)，我軍只有VR技術(shù)同戰(zhàn)爭需求緊密相聯(lián)，提高部隊在復雜多維的戰(zhàn)場環(huán)境下的聯(lián)合作戰(zhàn)能力和情報獲取能力。

1）集中模擬訓練向分散模擬訓練發(fā)展。[9]隨著軍事通信技術(shù)和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，作戰(zhàn)模擬訓練衍生出了“分布式模擬”新概念，即分散模擬訓練。指作戰(zhàn)模擬訓練中心通過現(xiàn)代化通信技術(shù)，控制設(shè)置在不同地域的作戰(zhàn)單位及各級指揮官處的模擬系統(tǒng)終端來實現(xiàn)不同地域、相同環(huán)境的模擬作戰(zhàn)訓練。

2）重視基于混合現(xiàn)實的軍事領(lǐng)域VR技術(shù)，形成一個能夠支持將真實士兵、裝備、作戰(zhàn)環(huán)境與虛擬作戰(zhàn)實體和環(huán)境相結(jié)合來組織演習的訓練系統(tǒng)。

3）通信指揮控制與情報系統(tǒng)逐步納入到模擬環(huán)境，進行“實戰(zhàn)”的檢驗。在利用分布交互式模擬訓練系統(tǒng)的訓練中，可使用與戰(zhàn)時相同的通信裝備和偵察報知器材，對武器系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、人的素質(zhì)和指揮藝術(shù)進行“一體化”檢驗，從而使訓練更加“近似”實戰(zhàn)。

4）努力將VR技術(shù)與作戰(zhàn)、反恐和心理訓練緊密結(jié)合，[10]以求迅速提高部隊快速反應(yīng)能力、打擊能力和對戰(zhàn)場的心理承受及恢復、適應(yīng)能力。

5 結(jié)束語

VR技術(shù)現(xiàn)已成為信息領(lǐng)域中繼多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后被廣泛關(guān)注及研究、開發(fā)與應(yīng)用的又一熱點技術(shù)，而美軍已經(jīng)充分意識到了VR技術(shù)在軍事領(lǐng)域的巨大價值，并將其運用到了軍事生活的方方面面。雖然現(xiàn)階段VR技術(shù)存在一定不足，但不可否認其潛力是巨大的。我國對VR技術(shù)的研究起步較晚、時間較短，但發(fā)展迅速，尤其是在商業(yè)領(lǐng)域及各高校均有研究應(yīng)用，在軍事領(lǐng)域雖有一定應(yīng)用，總體來說相對滯后。近年來，隨著VR技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，我軍也開始認識到了VR技術(shù)在軍事訓練中的巨大優(yōu)勢而開始增大對該技術(shù)的關(guān)注和投入。通過對VR技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀的分析，了解該技術(shù)在軍事領(lǐng)域的最新應(yīng)用和發(fā)展趨勢，可以為我軍VR技術(shù)的研究應(yīng)用提供一定的參考，繼而更好地推動我軍VR技術(shù)的發(fā)展。不斷提高指揮現(xiàn)代化戰(zhàn)爭水平和錘煉打贏現(xiàn)代化信息化高技術(shù)戰(zhàn)爭能力。

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