虚拟现实技术在军事领域的应用与展望

虚拟现实技术的主要特征 

虚拟现实是美国国家航空航天局和军事部门为实现实时仿真提出并开发的一项 高技术。它是使用者通过敏感器和致动器进入一个由计算机生成的“现实环境” 中，采用人机系统直观和自然的交互方式，在虚拟的“现实环境”中感知“现实世界”和完成操作。浸入和自然交互性是虚拟现实技术赖以生存的两个重要特征。浸入是指参与者的一种直觉感受，他必须确定在虚拟环境中自己是自始至终存在的，而且在整个交互过程中一直在发挥作用，其整个身心感受和客观现实世界完全一样；自然交互性是指参与者用人类熟悉的感知和操作方式，与虚拟环境中的“各种客体”进行相互交流。 

虚拟现实技术的系统构成 

虚拟现实技术生成系统是一个人和机器组成的闭环系统。其中人是虚拟环境的用户，即为虚拟环境的享受者与作用者，他用自身的视觉、听觉、嗅觉、触觉与行为动作去作用于虚拟环境及其中的虚拟对象；机器部分主要是生成与变换虚拟世界景象的超高速处理器以及人与计算机输入输出信息的接口设备，又称交互设备，它包括头盔显示器、数据手套和现实引擎三个主要部分。 

头盔显示器： 

视觉是审视世界事物的基础，是人的最重要的感觉之一。头盔显示器与计算机 相连，可以使人获得三维立体图像。显示器上还装有位置，可以跟踪头部的移动，并将6个自由度的移动信号输入计算机，计算机再根据头部位置的变化输出变动的图像，这样就可以像在真实世界中一样，从不同的观察角度看到不同的景象。配上耳机，可进一步实现头、眼、耳的协调一致，在观察随着方向变化的图像的同时，也能听到随着方向而变化的声音。另外，头盔显示器也屏蔽了来自真实世界的干扰，切断了视觉与真实世界的联系，使人产生完全浸入虚拟世界的感觉。 

数据手套与数据服： 

在浸入虚拟世界之后，人是通过手与虚拟对象进行交互的，如触摸物或人，拿起或搬动一个物体，以及做其他任何在真实世界中用手做的事情。在手部位置跟踪设备中，目前较先进的是数据手套，它不仅具有6个自由度的位置传感器，能探测整个手的移动，而且在手指关节部位设置有应力传感器，能捕捉到每个手指的相对移动和屈伸。戴上数据手套后，在虚拟世界中抓住与举起一个物体，如同在真实世界中一样的感觉。 

按照同样的道理，也可以制成一套数据服，使人体的所有关节部位都附着有位置传感器，甚至触觉反馈器，使人与虚拟对象接触和交互作用时产生真实的对接触物的力感和质感。 

现实引擎： 

虚拟现实系统的核心部分，是一种专用的超高速处理器，是产生用户看到并能与之交互作用的虚拟世界景象的主要设备，故又称为“现实引擎”。该设备可能是一台高级的个人计算机或超级计算机，也可能是由若干台可交互的计算机组成的网络。现实引擎不仅拥有产生逼真的虚拟景物的复杂软件，包括庞大的图形数据库，还必须具备强大的与快速的计算处理能力，包括存取与解释用户输入的数据，如身体位置的坐标，头、手等器官的位置与姿态数据、以及语言与触觉等数据。一般来说，在虚拟现实系统中视景生成速度越快，使用的多边形越多，视景的效果越逼真。据有关专家分析，完全模拟真实世界的景象约需要每秒钟为每只眼睛显示一亿个多边形，而目前的技术可达到一百万个，显示时间在60～70毫秒，所显示的图像的逼真度可达到基本满意的程度。 

虚拟现实技术在军事领域的应用与展望 

随着光电技术、传感技术和计算机网络技术的飞速发展，虚拟现实技术取得了很大进展并进入了实用阶段。当前世界上许多发达国家都在大力研究与开发虚拟现实技术，并积极探讨其在军事领域的应用前景。 

虚拟现实技术为武器装备研制提供了新思路 

虚拟现实技术在武器装备研制过程中，可为用户提供先期演示，让研制者和用户同时进入虚拟的作战环境中操作武器系统。研制者和用户能够充分利用分布式交互网络提供的各种虚拟环境，检验武器系统的设计方案和战术、技术性能指标及其操作的合理性。把顶层设计思想溶入武器装备研制的全过程，从武器装备体系的总体质量和效能上去发展武器装备，从而提高整个系统的技术优势，实现武器装备投资的最佳战略选择。 

由于采用虚拟现实技术设计者可方便自如地介入系统建模和仿真试验全过程，这样加快了武器系统周期，并能对武器系统的作战效能进行合理评估，从而使武器的性能指标更接近实战要求。虚拟现实技术可以将采用高新技术设计的虚拟仿真模型与实际的工程结构模型相结合，实现从分析模型到工程模型以及二者在虚拟环境中的互操作，以此预测高新技术在未来武器装备发展中的应用前景。由于武器装备体系的复杂性和实战演习的困难性，必然把虚拟现实和分布式交互仿真技术作为未来武器装备体系对抗研究的重要手段。采用虚拟现实技术对未来高技术局部战争的战场环境、武器装备的战技性能和使用效率等进行作战仿真。这样有利于选择那些对整体效能贡献大、经费允许、技术可实现的武器装备进行重点发展，从而优化武器装备体系的整体质量和效能。 

技术使军事训练改革方兴未艾 

虚拟现实技术是从用驾驶员训练的军事模拟器发展起来的。1983年美国国防部高级研究计划局开始了一项“模拟器网络”工程，其目的是把200多个虚拟系统模拟器联网，组成一个实时的可供多人共享的虚拟环境，主要用于模拟坦克、飞机、车辆等各种武器装备。1987年已有250个模拟器投入运行。1988年整个系统开始启动，目前已进行运行阶段。美陆军于1992年提出了“近战战术训练系统”，投资10亿美元，1993财年已支付合同1/4。它将利用许多先进的主干系统光纤网络并结合分布式交互仿真，建立一个虚拟作战环境，供单兵在人工合成环境中完成作战训练任务。这个由美陆军主持的国防仿真网，通过局域网和广域网联结着从韩国到欧洲的大约65个工作站，各站之间可迅速传递模型和数据。它包括“艾布拉姆斯”坦克、“布雷德利”战车等，使士兵能在虚拟环境的动态地形上进行作战。