虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在通信訓(xùn)練中的應(yīng)用探析

桑亞樓 王景文

摘 要：隨著信息技術(shù)的發(fā)展，通信裝備越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)通信訓(xùn)練模式已經(jīng)難以滿足需求，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)很大程度上解決了真實(shí)訓(xùn)練中難以解決的問題。文章介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念、特點(diǎn)以及在通信訓(xùn)練中的應(yīng)用，重點(diǎn)探討了構(gòu)建通信虛擬訓(xùn)練平臺的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了后期展望。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí);通信訓(xùn)練;平臺

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本概念

基于計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的虛擬現(xiàn)實(shí)通過創(chuàng)建逼真的3D虛擬環(huán)境，使參與者可以使用自然技能并通過改編傳感器等設(shè)備來自然感知虛擬世界并進(jìn)行交互。它是一種復(fù)雜的集成技術(shù)，包括計算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感器技術(shù)、人工智能以及其他技術(shù)^[1]。

換句話說，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)本質(zhì)上是從系統(tǒng)仿真技術(shù)發(fā)展而來的高級前端技術(shù)。但這又與仿真技術(shù)不同，虛擬現(xiàn)實(shí)的目的是為人與真實(shí)環(huán)境（即所謂的虛擬環(huán)境）之間的交互提供自然、方便的界面。虛擬環(huán)境可以給人們帶來進(jìn)入真實(shí)環(huán)境的效果，人們可以與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互，通過改變虛擬環(huán)境，達(dá)到改變實(shí)際環(huán)境的目的。

任何虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)都具有3個主要特征，即“沉浸”“交互”和“想象”。這3個方面反映了虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基本特征，即系統(tǒng)與人之間的充分完整交互，強(qiáng)調(diào)了人在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的主導(dǎo)作用，并且有許多類型的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，主要包括如下幾種。

1.1 桌面級單人虛擬現(xiàn)實(shí)

桌面級單人虛擬現(xiàn)實(shí)使用低級PC和工作站進(jìn)行仿真模擬。計算機(jī)屏幕作為用戶觀察虛擬世界的窗口。各種外部設(shè)備（例如鼠標(biāo)、追蹤球、力矩球等）用于控制虛擬現(xiàn)實(shí)，并可以控制虛擬場景中的各種對象。桌面級虛擬現(xiàn)實(shí)的最大特征是缺乏完全實(shí)現(xiàn)的功能，但成本較低，應(yīng)用范圍較廣。

1.2 沉浸式單人虛擬現(xiàn)實(shí)

單人玩家沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)為用戶提供了完全互動的功能，使用戶感覺就像在舞臺上一樣，充分體驗身臨其境的感覺。使用頭戴式設(shè)備和其他設(shè)備遮擋參與者的視力、聽力和其他感官，創(chuàng)建新的虛擬感官空間，使用位置跟蹤器、信息手套、其他手動輸入設(shè)備、聲音等，使參與者感到自己處于虛擬環(huán)境中并能夠完全沉浸在其中^[2]。

1.3 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的虛擬現(xiàn)實(shí)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)不僅需要使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來模擬和仿真現(xiàn)實(shí)世界，還需要使用它來提高參與者對現(xiàn)實(shí)環(huán)境的感知，即增強(qiáng)在現(xiàn)實(shí)中無法感受的感覺或不方便感受的感覺。這種類型的虛擬現(xiàn)實(shí)的典型示例是戰(zhàn)斗機(jī)飛行員的平視顯示器，它可以在飛行員面前的穿透式屏幕上顯示儀器讀數(shù)和目標(biāo)數(shù)據(jù)，從而可以避免飛行員低頭讀取座艙儀表數(shù)據(jù)情況的發(fā)生，進(jìn)而可以使得飛行員充分著重于瞄準(zhǔn)敵機(jī)和導(dǎo)航偏差^[2]。

1.4 分布式網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)

分布式網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)可以視為在網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，多個用戶通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接在一起，并同時共享虛擬空間以一起體驗虛擬現(xiàn)實(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)將上升到一個更高的水平，這就是一個分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)^[2]。

2 實(shí)際應(yīng)用

2.1 虛擬設(shè)置環(huán)境

使用VR技術(shù)自定義虛擬環(huán)境，可以使用必要的設(shè)備與虛擬環(huán)境中的對象進(jìn)行交互，以創(chuàng)建與真實(shí)環(huán)境等效的沉浸式體驗，從而使用戶可以真正進(jìn)入真實(shí)逼真的環(huán)境。在虛擬環(huán)境中，用戶可以了解環(huán)境、適應(yīng)氛圍并訓(xùn)練其強(qiáng)大的技能和意志力^[3-4]。

另外，現(xiàn)代高精度設(shè)備的開發(fā)和測試成本很高，而在虛擬環(huán)境中，檢查此設(shè)備的準(zhǔn)確范圍、打擊范圍、損壞程度、技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)不僅準(zhǔn)確性高，經(jīng)濟(jì)成本還比較低。

2.2 指揮決策模擬

在計算機(jī)模擬的幫助下，用戶不僅可以進(jìn)行全方位的理論展示并獲得新的理論原理和行動規(guī)則，還可以通過模擬對抗來計算每個單元的攻防能力，并在進(jìn)行比較后選擇最佳決策方案，可以將指揮員完全放置在綜合五維空間中，不受二維空間中思維的限制，可以使得指揮藝術(shù)得到更充分的發(fā)揮。

2.3 高精尖裝備模擬試驗

仿真測試和演示對設(shè)計和使用新設(shè)備非常有幫助。例如，通過使用虛擬現(xiàn)實(shí)，模擬所創(chuàng)建的精神環(huán)境，模擬在適當(dāng)區(qū)域上空飛行的飛機(jī)以及在這種虛擬環(huán)境中進(jìn)行訓(xùn)練，飛行員的成功率和適應(yīng)性得到了極大的提高。

2.4 網(wǎng)絡(luò)虛擬戰(zhàn)（欺騙）驗證

網(wǎng)絡(luò)虛擬戰(zhàn)（欺騙）是基于計算機(jī)圖像、電子顯示器、語音識別技術(shù)，調(diào)整和感測的信息欺騙。借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以將接收者置于現(xiàn)實(shí)中，該現(xiàn)實(shí)可以模擬未來的各種困難情況，從而使敵人改變決心和部署。這種戰(zhàn)術(shù)方法使敵人能夠在視聽3D環(huán)境中看到酷似實(shí)物的立體交戰(zhàn)圖像，這會造成敵人的幻覺并增加欺騙的可信度。

3 構(gòu)建通信訓(xùn)練虛擬平臺

復(fù)雜的環(huán)境對通信訓(xùn)練提出了更高的要求，為了更好地完成各種使命任務(wù)，必須具備應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境的能力和素質(zhì)，可以通過構(gòu)建VR訓(xùn)練平臺，提高對抗能力^[5]。

3.1 平臺構(gòu)成

利用VR和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開發(fā)相應(yīng)的通信訓(xùn)練軟件模塊，突出模擬預(yù)定地區(qū)自然電磁現(xiàn)象、民用電磁設(shè)備、電磁壓制和自身電磁設(shè)備互擾所形成的電磁輻射，為訓(xùn)練提供逼真的復(fù)雜電磁環(huán)境，并且根據(jù)想定和組織方案，模擬逼真訓(xùn)練平臺和環(huán)境，進(jìn)入虛擬環(huán)境，進(jìn)行網(wǎng)上演練。通信訓(xùn)練虛擬平臺如圖1所示。

短波通信抗擾訓(xùn)練模塊包含短波通信訓(xùn)練的相關(guān)技能、戰(zhàn)法和干擾模式，為短波通信抗擾訓(xùn)練提供支撐;數(shù)據(jù)鏈抗擾訓(xùn)練模塊包含數(shù)據(jù)鏈通信訓(xùn)練的相關(guān)技能、戰(zhàn)法和干擾模式，為數(shù)據(jù)鏈通信抗擾訓(xùn)練提供支撐;衛(wèi)星通信抗擾訓(xùn)練模塊包含衛(wèi)星通信訓(xùn)練的相關(guān)技能、戰(zhàn)法和干擾模式，為衛(wèi)星通信抗擾訓(xùn)練提供支撐;超短波通信抗擾訓(xùn)練模塊包含超短波通信訓(xùn)練的相關(guān)技能、戰(zhàn)法和干擾模式，為超短波通信抗擾訓(xùn)練提供支撐;綜合控制交換單元主要負(fù)責(zé)各個通信訓(xùn)練模塊的交互與融合，為訓(xùn)練平臺提供服務(wù)，訓(xùn)練平臺主要是為作戰(zhàn)訓(xùn)練人員使用。

3.2 平臺優(yōu)缺點(diǎn)

虛擬訓(xùn)練平臺具有模擬訓(xùn)練的特征：（1）具有成本效益性。一旦構(gòu)建了硬件和網(wǎng)絡(luò)平臺，虛擬化訓(xùn)練的成本就會降低，從而使得訓(xùn)練經(jīng)濟(jì)成本效益實(shí)現(xiàn)最大化。（2）具有時間高效性。與真實(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境相比，通過虛擬仿真獲得的高學(xué)習(xí)效率可以縮短訓(xùn)練時間，如可以在幾分鐘之內(nèi)更改學(xué)習(xí)環(huán)境，并且可以將設(shè)備和過渡時間降低到最低水平，從而有效地節(jié)省時間。（3）具有綠色環(huán)保性。與真實(shí)運(yùn)動相比，由于缺乏真實(shí)的能量消耗和室內(nèi)運(yùn)動，減少了對環(huán)境的影響。 （4）具有安全性。虛擬教學(xué)不同于真實(shí)教學(xué)，實(shí)際培訓(xùn)會帶來安全風(fēng)險，而虛擬培訓(xùn)會帶來極少的安全風(fēng)險，在運(yùn)動時無需擔(dān)心意外的發(fā)生，因此，這種方式在增加訓(xùn)練的安全性、減少事故發(fā)生率進(jìn)而提高訓(xùn)練效果等方面具有巨大的推進(jìn)作用^[2]。

存在的缺陷：（1）逼真度有所欠缺，在很短的時間內(nèi)無法實(shí)現(xiàn)完全身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)，另外，受計算能力和軟件的限制，當(dāng)前系統(tǒng)無法完全模擬物理世界，且對手的反應(yīng)也缺乏隨機(jī)性，導(dǎo)致適應(yīng)性差。（2）單元實(shí)際能力檢驗較弱。虛擬現(xiàn)實(shí)終歸是虛擬的，就真實(shí)性而言，它不能替代現(xiàn)實(shí)，在復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，總是會出現(xiàn)各種意外情況，而虛擬訓(xùn)練則不會發(fā)生改變，它會一直根據(jù)指定的方案進(jìn)行。另外，有些用戶在“這是假的”的心理暗示前提下，自然會產(chǎn)生懈怠的心理，從而導(dǎo)致在絕望的情況下，他們無法像平常一樣完全爆發(fā)自身最大的戰(zhàn)斗力^[2]。

4 結(jié)語

隨著VR技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，計算機(jī)模擬已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)先進(jìn)，很多國家將其視為各種訓(xùn)練計劃制定的必要環(huán)節(jié)，超前模擬將成為未來訓(xùn)練的最高級特征，VR以全息和超前的訓(xùn)練在虛擬中體驗復(fù)雜環(huán)境，通過虛擬訓(xùn)練可以極大提高應(yīng)對復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境的能力，為贏得勝利提供有力支撐。

作者簡介：桑亞樓（1980— ），男，河南開封人，工程師，碩士;研究方向：無線通信。

[參考文獻(xiàn)]

[1]葉愫，王昊鵬.教育中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用研究[J].電腦知識與技術(shù)，2008（20）：301-303.

[2]姜山.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軍事訓(xùn)練中的應(yīng)用[J].青年與社會：中外教育研究，2011（12）：193-193.

[3]張李杰，孫文磊，趙群，等.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的軍事訓(xùn)練場地布局和模擬[J].四川兵工學(xué)報，2013（4）：91-92.

[4]何志紅，孫會龍.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概論[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2020.

[5]高博，黃昉，侯春牧.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在美軍實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練中的應(yīng)用及啟示[J].國防科技，2014（2）：94-97.

（編輯?何 琳）

Analysis of the application of virtual reality technology to communication training

Sang Yalou， Wang Jingwen

（PLA 92126， Fuzhou 350007， China）

Abstract：With the development of information technology， the complexity of communication equipment increases rapidly， the traditional communication training mode has been difficult to meet the needs， and virtual reality technology has solved the difficult problems in real training to a great extent. This paper studies the application of virtual reality technology in communication training， focuses on the construction of communication virtual training platform， analyzes the advantages and disadvantages， and puts forward a later prospect.

Key words：virtual reality; communication training; platform