虚拟现实技术及其在军事上的应用
时间：2021-05-23 08:02:00 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：虚拟现实是现代仿真技术的一个重要发展方向，它为人类提供了一种全新的认识世界、改造世界的手段。本文介绍了虚拟现实技术的基本概念、特征、系统构成、在军事领域的应用及展望。
关键词：虚拟现实；军事应用；虚拟战场环境；军事训练
中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)12-21636-02
The Virtual Reality Technique and it"s application in the Military Affairs
DENG Ling-bo1，YANG Zhen-yu2，FU Guo-yu2
(1.College of PLA artillery, Hefei 230031, China; 2.Qun-Guang Electronic Inc, Suzhou 215200, China)
Abstract:The virtual reality is an important developmental orientation of the modern simulation and it gives a new way for human to learn and change the world. The basic conception, character, systemic constitutes, the application of the virtual reality in the field of military affairs and the vista.
Key words:Virtual reality; the application of military affairs; Environment of virtual battlefield; Drill of the military affairs
1 引言
虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术又称“灵境技术”，是20世纪末发展起来的一门涉及众多学科的高新技术，是一种综合应用各种技术制造逼真的人工模拟环境，并能有效地模拟人在自然环境中视、听、触觉等各种感知行为的高级人机交互技术[1]。它汇集了计算机图形学、图像处理技术、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、计算机仿真技术、传感器技术、高度并行的实时计算技术和人的行为学研究等多项技术，是这些技术高层次的集成和渗透。它对图形图像的渲染是实时的，用户可以走进这一环境，通过鼠标控制浏览的方向，并操作场景中的对象，实现在虚拟场景中的人机交互性。用户也可以借助头盔式屏幕、数据手套、立体眼镜和三维鼠标等进入虚拟现实的环境，感觉和操纵虚拟世界中的各种对象。
它给用户以更逼真的体验，为人们探索宏观世界和微观世界中由于种种原因不便于直接观察事物的运动变化规律提供了极大的便利。目前，虚拟现实技术已在工程、教育、医学、建筑、航天、军事等诸多领域获得了广泛的应用，而且随着虚拟现实技术的不断发展，必将展示出更加广阔的应用前景。
2 虚拟现实技术的基本特性
VR具有3个最突出的特征，即人们称道的“3I”特性：交互性（Interactivity）、沉浸感（Illusion of Immersion）和构想性（Imagination）。
交互性（Interactivity）。主要是指用户通过使用专门输入和输出设备（主要有头盔、数据手套、数据衣等），用人类的自然技能（如：自身的语言、身体运动、动作等）对虚拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。
沉浸感（Illusion of Immersion）。沉浸感是指用户在纯自然的状态下，借助交互设备和自身的感知觉系统，对虚拟环境的投入程度。
构想性（Imagination）。指借助虚拟现实技术,使抽象概念具体化的程度。比如建造一座大厦，其量化的设计图纸只有少数内行人看得懂，利用虚拟现实则可以用别样方式同样反映出设计者的构思。
VR除了上述“3I”基本特征之外,还应该具备全息性特征。全息性（Multi perceives）是指虚拟现实系统能提供的感觉通道和获取信息的广度和深度。虚拟现实旨在提供多维感觉通道和类似现实的全面的信息，让参与者通过全息传感及反应装置，在虚拟环境中获得视觉、听觉、触觉及嗅觉等多种感知，从而达到身临其境的感受。全息性是人们全身心沉浸到虚拟现实最基本的前提条件和技术基础。
图1 三“I”关系图
3 虚拟现实的系统构成
VR系统主要由以下6个功能模块构成（图2）[2]：
（1）检测模块：检测用户的操作命令，并通过传感器模块作用于虚拟环境；
（2）反馈模块：接受来自传感器模块的信息，为用户提供实时反馈；
（3）传感器模块：一方面接受来自用户的操作命令，并将其作用于虚拟环境；另一方面将操作后产生的结果以各种反馈的形式提供给用户；
（4）控制模块：对传感器进行控制，使其对用户、虚拟环境和现实世界产生作用；
（5）3D 模型库：现实世界各组成部分的三维表示，并由此构成对应的虚拟环境；
（6）建模模块：获取现实世界各组成部分的三维数据，并建立它们的三维模型。
图2 虚拟现实系统实现模块
4 虚拟现实技术在军事中的应用
随着科学技术的发展，VR 技术已经渗透进了军事生活的各个方面，并开始在军事领域中发挥着越来越大的作用。VR 技术具有良好的可控性、安全性、无破坏性、费用低、不受气候影响、不受空间和场地限制等特点，已被广泛应用于虚拟战场环境、军事训练、作战方案的制定、虚拟军用地图、作战效果评估以及武器装备研制与开发等领域。
4.1 虚拟战场环境
指利用虚拟现实技术，通过计算机系统和其他辅助设备建立相应的三维战场环境图形图像库，对获取或存贮的战场要素数据，如：战场目标对象、作战背景、战场地形、战场态势、战场人员、及作战场武器装备等进行处理，最终显示出近似逼真的立体战场环境[3]。它能创造出一种险象环生、逼近真实战场的感觉，将它用于军事训练能够大大提高训练的质量。美国现在研制出一种被称为“激光沙盘”的虚拟现实系统，它能够产生虚拟战场环境。此系统由图文扫描仪、计算机系统、激光发射器和“沙盘”组成。图文扫描仪将收到的图片或录像等信息处理后，输入计算机系统，计算机系统对图像信息进行处理，并在其屏幕上显示出三维立体图形。然后，计算机系统将图像的信息送到激光发射器，激光发射器便向“沙盘”发出不同频率的激光。“沙盘”是一个空玻璃箱,箱内放有各种感应器并与计算机系统相连接，感应器用来控制、调节箱内空气。当几台激光发射器按照获得的图像信号同时连续快速射击箱内空气后，一副清晰的彩色立体图像就出现了，立体图像会随着输入图像的变化而变化。激光沙盘系统能够判读和转换由卫星发回的航空照片和录像，并将图像信息转变成逼真的彩色立体地形图。这样远在千里之外的战场环境就呈现在了指挥员的面前。
4.2 军事训练
虚拟现实技术为军事训练提供了新方法。将虚拟现实技术用于军事训练，既能比实兵操演节约大量的财务物力，又能使官兵“身临其境”。单兵模拟训练中，让士兵穿上数据服、戴上头盔显示器和数据手套，通过操作传感装置选择不同的战场背景，输入不同的处置方案，能体味不同的作战效果，进而像参加实战一样，锻炼和提高战、技术水平、快速反应能力和心理承受能力。在指挥员训练中，利用虚拟现实技术，根据侦察情报资料合成出现场全景图，让受训指挥员通过传感装置观察敌我兵力部署和战场情况，以便判断敌情，定下正确决定。美国海军开发的“虚拟舰艇作战指挥中心”，能逼真地模拟与真舰艇作战指挥中心几乎完全相似的环境，生动的视觉、听觉和触觉效果，可使受训军官沉浸于“真实的”战场上。
