軍事上的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是一門信息領(lǐng)域的前沿技術(shù)。到現(xiàn)在為止，世界上還沒有關(guān)于它的普遍適用的定義，但一般可以認(rèn)為：它利用各種人機(jī)交互技術(shù)為人類在現(xiàn)實(shí)空間之外創(chuàng)造了另一個(gè)盡可能真實(shí)的互動(dòng)的虛幻世界，使人類可以漫游其中，體驗(yàn)最真實(shí)的虛擬空間，不受任何限制地在自己的夢想里散步。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航天、軍事、工程等各種尖端科技領(lǐng)域中，并將作為一種先進(jìn)的技術(shù)手段更為廣泛地應(yīng)用并影響我們的日常生活。

美國虛擬現(xiàn)實(shí)研究技術(shù)的水平基本上就代表國際虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展的水平。目前美國在該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究主要集中在感知、用戶界面、后臺(tái)軟件和硬件四個(gè)方面。美國宇航局研究的重點(diǎn)放在對空間站操縱的實(shí)時(shí)仿真上，大量運(yùn)用了面向座艙的飛行模擬技術(shù)。如對哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的仿真，現(xiàn)在正致力于一個(gè)叫“虛擬行星探索”的試驗(yàn)計(jì)劃，這一項(xiàng)目能使“虛擬探索者”利用虛擬環(huán)境來考察遙遠(yuǎn)的行星。他們的第一個(gè)目標(biāo)是火星?，F(xiàn)在已經(jīng)建立了航空、衛(wèi)是維護(hù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)，空間站虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)，并且已經(jīng)建立了可供美國使用的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)教育系統(tǒng)。北卡羅宋納大學(xué)是進(jìn)行虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究最早最著名的大學(xué)。他們主要研究分子建模、航中駕駛、外科手術(shù)仿真、建筑仿真等。在顯示技術(shù)上，該所大學(xué)開發(fā)了一個(gè)幫助用戶在復(fù)雜視景中建立實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示的并行處理系統(tǒng)，叫做像素飛機(jī)，麻省理工學(xué)院足一個(gè)一直走在最新技術(shù)前沿的科學(xué)研究機(jī)構(gòu)。原先就是研究人工智能、機(jī)器人和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及動(dòng)畫的先鋒，這些技術(shù)都是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)。1985年成立了媒體實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行虛擬環(huán)境的正規(guī)研究。例如，波音公司的V22運(yùn)輸機(jī)就是先在實(shí)驗(yàn)室中造出虛擬機(jī)后再投入生產(chǎn)的，在設(shè)計(jì)車輛的過程中，各種部件都可以共享一個(gè)虛擬環(huán)境，并且可以查看對方任何一個(gè)位置的視頻傳遞和相應(yīng)的定位方向。在系統(tǒng)中采用了虛擬原型，從而減少了設(shè)計(jì)圖像和新產(chǎn)品進(jìn)入市場的時(shí)間，這樣產(chǎn)品在生產(chǎn)之前就可以估算和測試，并且大大地提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

虛擬現(xiàn)實(shí)模擬，是美軍于20世紀(jì)90年代開始興起并逐步推廣的一種新的現(xiàn)代模擬訓(xùn)練方式。目前，美軍的虛擬現(xiàn)實(shí)模擬已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用化階段，廣泛運(yùn)用于各軍兵種的單兵單裝訓(xùn)練、作戰(zhàn)指揮訓(xùn)練、戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練等各個(gè)層次。從美軍的虛擬現(xiàn)實(shí)模擬實(shí)踐看，虛擬現(xiàn)實(shí)模擬可以最大限度地營造逼真的戰(zhàn)場景況，模擬未來戰(zhàn)爭的各種可能情況，使受訓(xùn)者最大限度地貼近實(shí)戰(zhàn)鍛煉；可以為受訓(xùn)者提供各種困境、危境、絕境等高危境況，全面模擬演練各種高危險(xiǎn)性的行動(dòng)，提高處理各種危險(xiǎn)突發(fā)事件的能力。美軍虛擬現(xiàn)實(shí)模擬的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)非常豐富，并已經(jīng)具備運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)模擬直接為實(shí)戰(zhàn)和戰(zhàn)爭服務(wù)的水平。實(shí)踐證明，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)擁有廣闊的發(fā)展前景，它可以應(yīng)用在模擬訓(xùn)練。

美軍開始使用幾種高科技互動(dòng)電腦游戲來訓(xùn)練美國士兵和軍官，他們在各種嚴(yán)酷的戰(zhàn)爭環(huán)境中接受訓(xùn)練，卻連教室都不必走出半步。不過士兵接受訓(xùn)練的教室也是特制的，玩游戲需要的屏幕是150度的電影屏幕，地板可以根據(jù)游戲情節(jié)震動(dòng)，各種逼真的擬音和音響效果可以讓士兵們清晰地感覺到與敵人戰(zhàn)斗的情景，同時(shí)游戲情節(jié)還有一系列的天災(zāi)或是和平任務(wù)需要完成?？梢酝ㄟ^點(diǎn)擊鼠標(biāo)調(diào)整戰(zhàn)爭的情況，來給每個(gè)士兵安排各種難以預(yù)料的問題，對問題不同的處理方式會(huì)導(dǎo)致虛擬世界不同的結(jié)果，拯救成功或者虛擬士兵的死亡。在飛行訓(xùn)練中，飛行員坐在一個(gè)模擬的具有“載人操縱飛行器”功能并帶有傳感裝置的椅子上。椅子上有用于在虛擬空間中作直線運(yùn)動(dòng)的位移控制器和用于繞飛行員重心調(diào)節(jié)飛行員朝向的旋轉(zhuǎn)控制器。飛行員頭戴立體頭盔顯示器，用于顯示望遠(yuǎn)鏡、航天飛機(jī)和太空的模型，并用數(shù)據(jù)手套作為和系統(tǒng)進(jìn)行交互的于段。在一個(gè)武器平臺(tái)仿真器內(nèi)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，受訓(xùn)者憑借由計(jì)算機(jī)控制的視、聽、觸、嗅、味等仿真特性，在逼真的多維信息空間里可以斗謀略、拼意志、學(xué)技能、練戰(zhàn)法。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)例了是“聯(lián)網(wǎng)軍事訓(xùn)練系統(tǒng)”。在該系統(tǒng)中，軍隊(duì)被布置在與實(shí)際車輛和指揮中心相同的位置，他們可以看到一個(gè)有山、樹、云彩、硝煙、道路、建筑物以及由其他部隊(duì)操縱的車輛的模擬戰(zhàn)場，這些由實(shí)際人員操作的車輛可以相互射擊，系統(tǒng)利用無線電通信和聲音來加強(qiáng)真實(shí)感。系統(tǒng)的每個(gè)用戶可以通過環(huán)境視點(diǎn)來觀察別人的行動(dòng)。炮火的顯示極為真實(shí)，用廣可以看到被攻擊部隊(duì)炸毀的情況。從直升機(jī)上看到的場景也非常逼真。這個(gè)模擬系統(tǒng)可用來訓(xùn)練坦克、直升機(jī)和進(jìn)行軍事演習(xí)，以及訓(xùn)練部隊(duì)之間的協(xié)同作戰(zhàn)能力。近年來，世界上軍事強(qiáng)國利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)施的“網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)爭”層出不窮。僅1999年，美軍就連續(xù)發(fā)動(dòng)了“焦點(diǎn)透鏡99”、“聯(lián)合絢麗99”等多場模擬演習(xí)，通過創(chuàng)造逼真的人丁合成環(huán)境，使參戰(zhàn)雙方同處其中，在虛擬的網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)場上“調(diào)兵遣將”、“斗智斗勇”，實(shí)施“真實(shí)的”對抗演習(xí)，其“戰(zhàn)場態(tài)勢逼真度就像發(fā)生在眼前一樣”。

讓士兵穿上數(shù)據(jù)服，戴上頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手段，通過操作傳感裝置選擇不同的戰(zhàn)場背景，輸入不同的處置方案，體驗(yàn)不同的作戰(zhàn)效果，進(jìn)而像參加實(shí)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。美陸軍1992年提出了“近戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)”(CCTT)，投資10億美元。它利用許多先進(jìn)的土中系統(tǒng)光纖網(wǎng)絡(luò)并結(jié)合分布式交互仿真，建立一個(gè)虛擬作戰(zhàn)環(huán)境，供單兵在人工合成環(huán)境中完成作戰(zhàn)訓(xùn)練任務(wù)。這個(gè)由美陸軍主持的國防仿真網(wǎng)，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(gè)上作站，各站之間可迅速傳遞模型和數(shù)據(jù)，它包括“艾布拉姆斯”坦克、“布雷得利”戰(zhàn)車、HUMVEES武器系統(tǒng)，使士兵能在虛擬環(huán)境的動(dòng)態(tài)地形上進(jìn)行作戰(zhàn)，美中軍用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研制的飛行訓(xùn)練模擬器，能產(chǎn)生視覺控制，能處理三維實(shí)時(shí)交互圖形，且有圖形以外的聲音和觸感，不但能以正常方式操縱和控制飛行器，還能處理虛擬現(xiàn)實(shí)中飛機(jī)以外的各種情況，如氣球的威脅、導(dǎo)彈的發(fā)射軌跡等。建立一個(gè)“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，“調(diào)兵遣將”、“斗智斗勇”，實(shí)施“真實(shí)的”對抗演習(xí)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，根據(jù)偵察情況資料合成出戰(zhàn)場全景圖，讓受訓(xùn)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。美國海軍開發(fā)的“虛擬艦艇作戰(zhàn)指揮中心”就能逼真地模擬真的艦艇作戰(zhàn)指揮中心幾乎完全相似的環(huán)境，生動(dòng)的視覺、聽覺和觸覺效果，使受訓(xùn)軍官沉浸于“真實(shí)的”戰(zhàn)場之中。

在武器設(shè)計(jì)研制過程中，可以用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供先期演示，讓研制者與用戶同時(shí)進(jìn)入虛擬的作戰(zhàn)環(huán)境中操作武器系統(tǒng)，檢驗(yàn)其設(shè)計(jì)方案、戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能指標(biāo)及其操作的合理性，把先進(jìn)設(shè)計(jì)思想融入武器裝備研制的全過程，從而保證其總體質(zhì)暈和效能，實(shí)現(xiàn)武器裝備投資的最佳戰(zhàn)略選擇。設(shè)計(jì)者采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)方便自如地介入系統(tǒng)建模和仿真試驗(yàn)全過程，既能加快武器系統(tǒng)的研制周期，又能合理評(píng)估其作戰(zhàn)效能，使之更能接近實(shí)戰(zhàn)的要求。采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對未來高技術(shù)戰(zhàn)爭的戰(zhàn)場環(huán)境、武器裝備的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能和使用效率等進(jìn)行仿真，有利于有選擇地重點(diǎn)發(fā)展武器裝備體系，優(yōu)化具整體質(zhì)量和作戰(zhàn)效能。

運(yùn)用建立在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，可以建立人規(guī)模油練聯(lián)合戰(zhàn)役的“戰(zhàn)爭實(shí)驗(yàn)室”，使敵對雙方可在虛擬的網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)場上厲兵秣馬，預(yù)演未來戰(zhàn)爭。世界上第一次運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)導(dǎo)演大規(guī)模的“網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)爭”是在1994年，當(dāng)時(shí)，美軍為了提高在高技術(shù)條件下的作戰(zhàn)能力，利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行了代號(hào)為“路易斯安娜94”作戰(zhàn)演習(xí)。這次演習(xí)在“戰(zhàn)爭實(shí)驗(yàn)室”里擺開陣勢，不但試驗(yàn)論證了美國陸軍制定的條令、戰(zhàn)術(shù)和部隊(duì)編成，使之更加符合21世紀(jì)的作戰(zhàn)要求，還節(jié)約演習(xí)經(jīng)費(fèi)近20億美元。當(dāng)時(shí)，一些軍事專家稱之為“軍事訓(xùn)練領(lǐng)域中劃時(shí)代的革命”。

[責(zé)任編輯] 林 京