淺談虛擬現實技術在軍事訓練中的應用

徐利國

摘 要：隨著信息化軍事變革的迅猛發展，以計算機為主體的數字化虛擬現實技術在軍事領域的應用越來越廣泛，很大程度上解決了真實作戰訓練中的一些實際難題。本文介紹了虛擬現實技術在軍事訓練中應用的優勢，概述了虛擬現實技術在軍事訓練中應用的主要方向，最后闡述了虛擬現實技術在應用中存在的主要問題。

關鍵詞：虛擬現實技術；軍事訓練；應用

當前，隨著軍隊信息化改革步伐的不斷加快，以信息化為標志的高新技術、新概念武器層出不窮，戰爭模式也發生了重大變化，作戰進程加快、作戰反應時間縮短，對作戰人員的能力、素質，對部隊的戰術素養、協同作戰能力都提出了極高的要求。

虛擬現實（Virtural Reality）技術一項綜合性集成技術，涉及計算機圖形學、人機交互學、傳感技術、人工智能等諸多領域，是人們利用計算機生成一個逼真的三維視、聽、嗅等感覺的虛擬環境，使人作為參與者通過自然技能使用傳感設備等適當裝置，自然地對虛擬世界進行體驗和交互作用的新技術。隨著光電技術、傳感技術和計算機網絡技術的飛速發展，虛擬現實技術取得了很大進展并進入了實用階段，已被廣泛用于視景仿真、軍事訓練模擬、虛擬制造、虛擬裝配、教學可視化等領域。與傳統的軍事訓練手段相比，虛擬訓練更具有沉浸性、交互性和感知性三個顯著特點。

1 虛擬現實技術應用的優勢

（一）虛擬現實訓練方式本身的優越性

虛擬現實技術的實現主要依靠模擬一種高度可控、逼真現實、多種感知一體化的環境和條件，使參與者能夠“身臨其境”并與之自由交互和真切感知，進而開展各種模擬訓練。情境、協作、互動、對抗構建是促使訓練活動的四大激發要素，虛擬現實技術模擬的事物和環境真實而生動，多樣化的自然交互途徑和交互手段使參訓者可以在一個自主控制的環境里自由支配和探索，有利于激發人的形象思維和感性認知，特別是基于分布式虛擬現實技術構建的系統，能夠實時支持參訓者之間的協作與對抗，虛擬現實創造的戰場環境條件更符合人的心理感知特性，而且，虛擬現實訓練系統還可以虛擬各種人物對象（如虛擬教官、虛擬首長、知名人物等），使參訓者可以有選擇的扮演各種角色。

（二）降低訓練成本和危險性

虛擬現實技術的應用能夠彌補許多真實訓練條件的不足而達到同樣訓練效果的目的。一是在實際軍事訓練過程中，經常會遇到訓練場地、訓練經費、訓練裝備等限制，致使一些必要的訓練環節或活動無法開展，而虛擬現實技術的應用，可以立足有限的經費投入，更多的依靠軟件和智慧，有針對性的設計、開展各種模擬作戰或技能訓練，讓參訓者獲得與真實訓練一樣的體驗，從而大大降低了昂貴的訓練費用。二是虛擬訓練過程中能有效避免真實訓練或作戰所面臨的各種高危險性的活動，虛擬現實可以為受訓者提供各種困境、危境、絕境等危險境況，提高受訓者處理各種突發危險性事件的能力，避免由于實裝、實彈、實訓中帶來的人員、裝備的損傷，美軍在伊拉克戰爭和阿富汗戰爭中取得的全面勝利就是虛擬現實技術應用的典型案例。

（三）虛擬現實訓練系統使用靈活

一是采用虛擬現實技術和分布式交互技術，可以最大限度地營造逼真的戰場環境和各種可能性，使相距甚遠的參訓者在網絡上進行對抗作戰和訓練，效果如同在真的戰場上一樣。二是可以靈活安排訓練計劃和訓練內容。虛擬訓練系統最大的優點就是好教易學，即使操作失誤也不會帶來很大的損失。訓練計劃和訓練內容可由參訓者靈活設計，以達到不同的訓練效果。三是可反復使用，并能持續升級。作為一套軟硬設備，一旦建立，可以在模擬培訓中反復使用。如果在訓練中發現有漏洞、欠缺或者新技術新的出現都可以方便的對系統進行更新。

2 虛擬現實技術在軍事訓練中的應用

（一）虛擬指揮決策

指揮決策模擬，主要幫組指揮官學會在戰場的各個階段如何做出決策。指揮官可以在虛擬的戰場中及時了解敵人的當前態勢和意圖，以迅速地定下作戰策略。而當同種情況在未來作戰中重現時，指揮官就可以參考作戰模擬的情況指揮作戰，極大地提升了作戰勝利的概率。

利用虛擬現實技術，根據偵察情況資料合成出戰場全景圖，讓受訓指揮員通過傳感裝置觀察雙方兵力部署和戰場情況，以便判斷敵情，定下正確決心。美國海軍開發的“虛擬艦艇作戰指揮中心”就能遇真地模擬與真的艦艇作戰指揮中心幾乎完全相似的環境，生動的視覺、聽覺和觸覺效果，使受訓軍官沉浸于“真實的”戰場之中。

（二）虛擬戰場環境模擬

戰場環境模擬主要是通過建設視景仿真系統、數據仿真系統、人機交互系統、仿真軟件系統、訓練導調系統，可以針對不同的參訓對象，分別配置不同的視景仿真環境和不同的訓練任務。分隊能夠在近似戰場條件下各種景象、聲音的氛圍中進行操作訓練和考核評價。模擬過程中儲存的各種戰場目標對象、戰場背景、作戰場景及作戰雙方力量的數據，使演練者“真正”真正進入形象逼真的戰場。在這樣的環境中，指揮員可以獲得充足的戰場信息，擁有決策優勢，貫徹各種戰術思想，體會運籌帷幄的驚心動魄；士兵可以熟悉戰場環境，適應戰場氛圍，訓練戰斗技能和堅韌的意志。

（三）虛擬聯合模擬訓練

依托分布式交互模擬技術強化各分隊聯合作戰訓練，是指依托計算機網絡技術，運用分布式交互網絡系統，把分散在不同地點的軟、硬設備和人員聯系起來，在人工合成的“電子環境”中形成一個在時間和空間上相互耦合的、實時共享一個虛擬作戰環境的訓練方式。它可實現網內所有分隊的聯合訓練和對抗訓練，從而較好地解決各分隊聯合訓練聯而不和的問題。

一是利用分布式交互模擬訓練可以實現聯合作戰指揮。著眼于未來戰爭作戰聯合化合一體化的特點，在分布式交互模擬系統的支持下，各分隊就可以更加靈活地實現聯合訓練，各級指揮和作戰單位可就地參訓，各訓練單位可通過全球定位系統和其它通訊設備，及時掌握和報告作戰情況。

二是利用分布式交互模擬訓練可以增加聯合聯系的次數，有利于作戰研究。借助分布式交互模擬訓練系統進行訓練，可以以較小的經費投入、較短的訓練時間實施大規模、戰略級演習，并可通過演習或一次演習多種方案，發現、解決實戰中可能出現的棘手問題。

三是利用分布式交互模擬訓練可以實現聯合演習的資源共享。分布式交互模擬系統具有龐大的數據庫、模型庫和知識庫，各參訓單位不需要重復建庫就可以從網上調用數據。同時，這種系統的并行處理技術，還可以克服集中訓練系統中計算機中央處理器信息處理速度慢和存儲空間不足的缺陷。

3 虛擬現實技術在軍事訓練應用中存在的問題

（一）虛擬現實設備的“貴族化”

要構建一個高質量的虛擬現實系統，首先需要昂貴的外部設備，無論是高分辨率的頭盔顯示器HMD，還是獨立的投影顯示器，無論是空間定位器，還是高精度的數據手套，都非常昂貴。其次，為完成復雜場景的實時渲染，還需要高性能的圖形工作站及相應的配套軟件。也就是說，虛擬現實技術的實現是需要一定的軟、硬件設備支撐的。

（二）三維立體建模的“繁瑣化”

我們知道，由于圖形的虛擬環境需要首先解決的問題是三維模型。雖然當前圖形渲染技術的發展已使虛擬場景越來越接近現實，但前提是需要先建立精確的三維模型，盡管三維激光掃描技術的發展提供了簡化模型構建的過程，但是真實的世界中幾何實體是極端復雜的，大部分的模型仍需要由人工繪制，而且需要聘請專業的人士，其費用較高。就如現在的驚險、炫目的好萊塢大片一樣中不可思議的鏡頭其實都是虛擬出來的，而其背后的各種三維場景建模和特技處理所用的費用是非常驚人的。

（三）虛擬現實數據的“海量化”

虛擬現實要想得到很大的發展，需要與網絡結合，這是不爭的事實。目前虛擬現實應用的數據量仍然很大，現有的網絡整體速度較慢的情況下，網絡用戶必須等待較長時間，這往往令人難以忍受。我們應該在虛擬現實系統中考慮數據壓縮問題，這個問題可能還未引起人們的重視，但隨著應用的深入，這是一個不可規避的大問題。

（四）虛擬現實的“復雜化”

由于人在真實環境中的感覺是相當復雜的，這種感覺在虛擬環境匯總難以實現真實模擬。尤其是視覺和聽覺，當虛擬現實模擬器產生的視覺和聽覺運動信號與人的感覺之間存在差異時，就會容易使受訓者產生頭痛、眩暈等不適癥狀。

虛擬現實技術在軍事教學訓練中的應用前景非常廣闊，將在虛擬課堂、虛擬訓練、虛擬實驗室、虛擬科研等方面發揮重要的作用。但是虛擬現實技術的應用只是逼真的模仿真實的訓練過程，是一種獲得間接經驗的手段，它本身并非就是實戰，并不能完全取代真實的訓練過程，因此，“虛實結合”的訓練模式才是最佳選擇。

總之，虛擬現實是一個充滿活力，應用前景巨大的高新技術領域。基于虛擬現實技術進行軍用工程裝備模擬訓練，具有交互性強、安全性好、性價比高等優點。通過軍用裝備模擬訓練器材的開發實踐證明，半實物仿真是軍用工程裝備模擬訓練器材的研制發展方向，可顯著節省操作手的受訓時問，是部隊進行科技練兵和裝備快速生成戰斗力的有效手段。