張?jiān)?韓古亞琦+文力

摘 要：文中根據(jù)現(xiàn)實(shí)需求，設(shè)計(jì)了虛擬作戰(zhàn)指揮室，通過(guò)3DMAX建立模型后將模型傳遞至UNITY平臺(tái)，并對(duì)模型中需要的相關(guān)操作編寫(xiě)代碼，實(shí)現(xiàn)使用者在虛擬世界中的交互操作，可有效提高作戰(zhàn)勝率，減少成本，具有良好的社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；3DMAX

1 作品簡(jiǎn)介

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是根據(jù)市場(chǎng)或工作需要，通過(guò)3DMAX建立模型后將模型傳遞至UNITY平臺(tái)，并對(duì)模型中需要的相關(guān)操作編寫(xiě)代碼，實(shí)現(xiàn)使用者在虛擬世界中的交互操作。最后，將VR設(shè)備與主機(jī)相連，讓使用者佩戴相應(yīng)的VR設(shè)備，進(jìn)入虛擬世界進(jìn)行相應(yīng)目的的實(shí)現(xiàn)。通過(guò)在虛擬世界中進(jìn)行試驗(yàn)，可以完成許多現(xiàn)實(shí)世界中不便于進(jìn)行大量試驗(yàn)或者試驗(yàn)開(kāi)發(fā)成本較高的工作。

本作品是一個(gè)模擬作戰(zhàn)指揮室系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供軟件構(gòu)建戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境部署和兵力布設(shè)、空戰(zhàn)推演及實(shí)戰(zhàn)數(shù)據(jù)回放等功能，參謀人員可以通過(guò)系統(tǒng)生成作業(yè)任務(wù)；指揮人員通過(guò)沉浸式設(shè)備進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境觀察和態(tài)勢(shì)感知交互。通過(guò)該系統(tǒng)，各級(jí)作戰(zhàn)參謀能更加有效地研究新戰(zhàn)術(shù)，增加作戰(zhàn)手段，并對(duì)未來(lái)可能進(jìn)行的軍事活動(dòng)進(jìn)行推演，提高作戰(zhàn)勝率，同時(shí)還可讓缺少實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)的作戰(zhàn)人員在虛擬世界中充分獲得鍛煉，提高協(xié)同作戰(zhàn)水平。虛擬作戰(zhàn)指揮室實(shí)物如圖1所示。

2 工作原理

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是計(jì)算機(jī)生成的給人以多種感官刺激的虛擬環(huán)境，是一種高級(jí)的人機(jī)交互系統(tǒng)。它是多種技術(shù)的綜合，包括實(shí)時(shí)三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，廣角（寬視野）立體顯示技術(shù)，對(duì)觀察者頭、眼和手的跟蹤技術(shù)，以及觸覺(jué)/力覺(jué)反饋、立體聲、網(wǎng)絡(luò)傳輸、語(yǔ)音輸入輸出技術(shù)等。

2.1 顯示

由于人的兩只眼睛位置不同，因此在觀看周圍景物時(shí)得到的圖像略有差異，而這些圖像在大腦中進(jìn)行融合，就形成了一個(gè)關(guān)于周圍世界的整體景象，這個(gè)景象中也包括有關(guān)距離遠(yuǎn)近的信息。當(dāng)然，距離信息也可以通過(guò)其他方法獲得，例如眼睛焦距的遠(yuǎn)近、物體大小的比較等。

在VR系統(tǒng)中，雙目立體視覺(jué)起了很大作用。用戶的兩只眼睛看到的不同圖像是分別產(chǎn)生的，會(huì)顯示在不同的顯示器上。但用戶佩戴特殊的眼鏡后，一只眼睛只能看到奇數(shù)幀圖像，另一只眼睛只能看到偶數(shù)幀圖像，奇、偶幀之間的不同導(dǎo)致視差，就產(chǎn)生了立體感。

2.1.1 用戶（頭、眼）的跟蹤

在人造環(huán)境中，每個(gè)物體相對(duì)于系統(tǒng)的坐標(biāo)系都有一個(gè)位置與姿態(tài)，用戶亦如此。用戶看到的景象由用戶的位置和頭（眼）的方向來(lái)確定。

2.1.2 跟蹤頭部運(yùn)動(dòng)的虛擬現(xiàn)實(shí)頭套

在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)中，通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤(pán)來(lái)改變視場(chǎng)，用戶的視覺(jué)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)感知系統(tǒng)是分離的，而利用頭部跟蹤來(lái)改變圖像的視角，就可以將用戶的視覺(jué)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)感知系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，感覺(jué)更逼真。用戶不僅可以通過(guò)雙目立體視覺(jué)去認(rèn)識(shí)環(huán)境，還可以通過(guò)頭部的運(yùn)動(dòng)去觀察環(huán)境。

在用戶與計(jì)算機(jī)的交互中，鍵盤(pán)和鼠標(biāo)是目前最常用的工具，但對(duì)于三維空間來(lái)說(shuō)，它們都不太適合。因?yàn)槿S空間中有六個(gè)自由度，我們很難找出比較直觀的辦法把鼠標(biāo)的平面運(yùn)動(dòng)映射成三維空間的任意運(yùn)動(dòng)。目前，3Space數(shù)字化儀和SpaceBall空間球等已可以提供六個(gè)自由度，而另外一些性能優(yōu)異的設(shè)備則是數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)衣。

2.2 聲音

人能夠很好地判定聲源的方向。因?yàn)槁曇舻竭_(dá)兩只耳朵的時(shí)間或距離有所不同，因此在水平方向上，我們可以依靠聲音的相位差及強(qiáng)度差來(lái)確定聲音的方向。常見(jiàn)的立體聲效果就是靠左右耳聽(tīng)到在不同位置錄制的不同聲音來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以會(huì)有一種方向感。在現(xiàn)實(shí)生活中，當(dāng)頭部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，聽(tīng)到的聲音的方向就會(huì)改變。但在現(xiàn)階段的VR系統(tǒng)中，聲音的方向與用戶頭部的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。

2.3 感覺(jué)反饋

在一個(gè)VR系統(tǒng)中，用戶可以看到一個(gè)虛擬的杯子。于是可以設(shè)法去抓住它，但用戶的手并沒(méi)有接觸杯子的感覺(jué)，并有可能穿過(guò)虛擬杯子的“表面”，而這在現(xiàn)實(shí)生活中是不可能的。解決這一問(wèn)題的常用裝置是在手套內(nèi)層安裝一些可以振動(dòng)的觸點(diǎn)來(lái)模擬觸覺(jué)。

2.4 語(yǔ)音

在VR系統(tǒng)中，語(yǔ)音的輸入輸出十分重要。要求虛擬環(huán)境能夠聽(tīng)懂人類的語(yǔ)言，并能與人進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。而讓計(jì)算機(jī)識(shí)別人類的語(yǔ)音卻相當(dāng)困難，因?yàn)檎Z(yǔ)音信號(hào)和自然語(yǔ)言信號(hào)有其“多邊性”和復(fù)雜性。例如，連續(xù)語(yǔ)音中詞與詞之間沒(méi)有明顯的停頓，同一詞、同一字的發(fā)音受前后詞、字的影響，不僅不同的人說(shuō)同一詞會(huì)有不同，即便是同一人，其發(fā)音也會(huì)受心理、生理和環(huán)境的影響而有所不同。

使用人的自然語(yǔ)言作為計(jì)算機(jī)輸入目前存在兩個(gè)問(wèn)題，首先是效率問(wèn)題，為方便計(jì)算機(jī)理解，輸入的語(yǔ)音可能會(huì)比較啰嗦。其次是正確性問(wèn)題，計(jì)算機(jī)理解語(yǔ)音的方法是對(duì)比匹配，不具備人的智能。

3 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）二/三維聯(lián)動(dòng)一體化管理，系統(tǒng)提供靈活高效的地理信息數(shù)據(jù)，二/三維處理和顯示引擎，具備對(duì)二/三維地理信息數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理和綜合管理的能力，實(shí)現(xiàn)一份數(shù)據(jù)，二/三維同步使用的目標(biāo)。

（2）具備提供二/三維聯(lián)動(dòng)的地理信息系統(tǒng)服務(wù)能力，包括對(duì)道路、水系、行政區(qū)劃、地標(biāo)、航路、航線、點(diǎn)、面、動(dòng)目標(biāo)等數(shù)據(jù)的統(tǒng)一顯示和控制。

（3）在眼鏡中呈現(xiàn)模擬指揮大廳的環(huán)境。

（4）三維戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境以指揮大廳中的實(shí)體沙盤(pán)形式呈現(xiàn)，將三維戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境通過(guò)比例變換映射到模擬實(shí)體沙盤(pán)上。

（5）二維地圖模擬墻上掛圖以抬頭顯示方式呈現(xiàn)。

（6）三維地圖的縮放等控制由支持人控制。

（7）能夠逼真地模擬飛行操縱桿，為操作者提供飛機(jī)機(jī)動(dòng)控制手段，提供武器操作手段，并實(shí)現(xiàn)與虛擬兵力的聯(lián)合對(duì)抗推演。

4 市場(chǎng)前景

（1）應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。使各級(jí)作戰(zhàn)參謀能更加有效地研究新戰(zhàn)術(shù)、增加作戰(zhàn)手段，并對(duì)未來(lái)可能進(jìn)行的軍事活動(dòng)進(jìn)行推演，提高作戰(zhàn)勝率，同時(shí)能讓缺少實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)的作戰(zhàn)人員在虛擬世界中充分獲得鍛煉，提高協(xié)同作戰(zhàn)水平。通過(guò)改變模型及交互操作代碼，VR設(shè)備的前景更加廣泛。

（2）應(yīng)用于軍隊(duì)武器設(shè)計(jì)研發(fā)。通過(guò)在虛擬世界中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)裝備進(jìn)行虛擬拆裝，以降低訓(xùn)練成本，提高練習(xí)次數(shù)，使新裝備快速實(shí)現(xiàn)部隊(duì)裝配；也可代替現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)物拆裝訓(xùn)練以及裝備性能測(cè)試等內(nèi)容，并能完成一些不易實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)，節(jié)約開(kāi)發(fā)成本。

（3）應(yīng)用于教學(xué)領(lǐng)域。使學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程中，能夠達(dá)到身臨其境的效果，比如醫(yī)學(xué)學(xué)生的醫(yī)學(xué)培訓(xùn)和教學(xué)實(shí)驗(yàn)，可大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

（4）應(yīng)用于娛樂(lè)領(lǐng)域。使游戲者得到更加逼真的游戲體驗(yàn)，并通過(guò)這種方式，在進(jìn)行一些體育游戲時(shí)，達(dá)到鍛煉身體的作用。包括歌手的演唱會(huì)，綜藝節(jié)目等，通過(guò)VR設(shè)備讓觀眾能夠有身臨其境的感覺(jué)。

（5）應(yīng)用于室內(nèi)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。讓?xiě)糁鞲鶕?jù)自己的喜好，在虛擬世界中提前感受最終效果，以此來(lái)提高用戶滿意度。

（6）應(yīng)用于文物古跡領(lǐng)域。一方面可以通過(guò)VR設(shè)備將世界各地的文化古跡，山川河流等資源共享到全世界，真正實(shí)現(xiàn)足不出戶走遍世界各地的目的；另一方面，通過(guò)VR技術(shù)可以將這些文物古跡永遠(yuǎn)的保存下來(lái)，即使有一天它們?cè)诂F(xiàn)實(shí)世界中不存在了，也能夠通過(guò)該技術(shù)，讓后人像在現(xiàn)實(shí)生活中一樣欣賞它們，有利于文化傳承。endprint