淺談虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軍事訓(xùn)練中的應(yīng)用

徐利國

摘 要：隨著信息化軍事變革的迅猛發(fā)展，以計(jì)算機(jī)為主體的數(shù)字化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，很大程度上解決了真實(shí)作戰(zhàn)訓(xùn)練中的一些實(shí)際難題。本文介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軍事訓(xùn)練中應(yīng)用的優(yōu)勢，概述了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軍事訓(xùn)練中應(yīng)用的主要方向，最后闡述了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在應(yīng)用中存在的主要問題。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；軍事訓(xùn)練；應(yīng)用

當(dāng)前，隨著軍隊(duì)信息化改革步伐的不斷加快，以信息化為標(biāo)志的高新技術(shù)、新概念武器層出不窮，戰(zhàn)爭模式也發(fā)生了重大變化，作戰(zhàn)進(jìn)程加快、作戰(zhàn)反應(yīng)時(shí)間縮短，對作戰(zhàn)人員的能力、素質(zhì)，對部隊(duì)的戰(zhàn)術(shù)素養(yǎng)、協(xié)同作戰(zhàn)能力都提出了極高的要求。

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtural Reality）技術(shù)一項(xiàng)綜合性集成技術(shù)，涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互學(xué)、傳感技術(shù)、人工智能等諸多領(lǐng)域，是人們利用計(jì)算機(jī)生成一個(gè)逼真的三維視、聽、嗅等感覺的虛擬環(huán)境，使人作為參與者通過自然技能使用傳感設(shè)備等適當(dāng)裝置，自然地對虛擬世界進(jìn)行體驗(yàn)和交互作用的新技術(shù)。隨著光電技術(shù)、傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)取得了很大進(jìn)展并進(jìn)入了實(shí)用階段，已被廣泛用于視景仿真、軍事訓(xùn)練模擬、虛擬制造、虛擬裝配、教學(xué)可視化等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的軍事訓(xùn)練手段相比，虛擬訓(xùn)練更具有沉浸性、交互性和感知性三個(gè)顯著特點(diǎn)。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢

（一）虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練方式本身的優(yōu)越性

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要依靠模擬一種高度可控、逼真現(xiàn)實(shí)、多種感知一體化的環(huán)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(jìn)而開展各種模擬訓(xùn)練。情境、協(xié)作、互動(dòng)、對抗構(gòu)建是促使訓(xùn)練活動(dòng)的四大激發(fā)要素，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬的事物和環(huán)境真實(shí)而生動(dòng)，多樣化的自然交互途徑和交互手段使參訓(xùn)者可以在一個(gè)自主控制的環(huán)境里自由支配和探索，有利于激發(fā)人的形象思維和感性認(rèn)知，特別是基于分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建的系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)支持參訓(xùn)者之間的協(xié)作與對抗，虛擬現(xiàn)實(shí)創(chuàng)造的戰(zhàn)場環(huán)境條件更符合人的心理感知特性，而且，虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練系統(tǒng)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(xùn)者可以有選擇的扮演各種角色。

（二）降低訓(xùn)練成本和危險(xiǎn)性

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用能夠彌補(bǔ)許多真實(shí)訓(xùn)練條件的不足而達(dá)到同樣訓(xùn)練效果的目的。一是在實(shí)際軍事訓(xùn)練過程中，經(jīng)常會(huì)遇到訓(xùn)練場地、訓(xùn)練經(jīng)費(fèi)、訓(xùn)練裝備等限制，致使一些必要的訓(xùn)練環(huán)節(jié)或活動(dòng)無法開展，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，可以立足有限的經(jīng)費(fèi)投入，更多的依靠軟件和智慧，有針對性的設(shè)計(jì)、開展各種模擬作戰(zhàn)或技能訓(xùn)練，讓參訓(xùn)者獲得與真實(shí)訓(xùn)練一樣的體驗(yàn)，從而大大降低了昂貴的訓(xùn)練費(fèi)用。二是虛擬訓(xùn)練過程中能有效避免真實(shí)訓(xùn)練或作戰(zhàn)所面臨的各種高危險(xiǎn)性的活動(dòng)，虛擬現(xiàn)實(shí)可以為受訓(xùn)者提供各種困境、危境、絕境等危險(xiǎn)境況，提高受訓(xùn)者處理各種突發(fā)危險(xiǎn)性事件的能力，避免由于實(shí)裝、實(shí)彈、實(shí)訓(xùn)中帶來的人員、裝備的損傷，美軍在伊拉克戰(zhàn)爭和阿富汗戰(zhàn)爭中取得的全面勝利就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的典型案例。

（三）虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練系統(tǒng)使用靈活

一是采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和分布式交互技術(shù)，可以最大限度地營造逼真的戰(zhàn)場環(huán)境和各種可能性，使相距甚遠(yuǎn)的參訓(xùn)者在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行對抗作戰(zhàn)和訓(xùn)練，效果如同在真的戰(zhàn)場上一樣。二是可以靈活安排訓(xùn)練計(jì)劃和訓(xùn)練內(nèi)容。虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)就是好教易學(xué)，即使操作失誤也不會(huì)帶來很大的損失。訓(xùn)練計(jì)劃和訓(xùn)練內(nèi)容可由參訓(xùn)者靈活設(shè)計(jì)，以達(dá)到不同的訓(xùn)練效果。三是可反復(fù)使用，并能持續(xù)升級(jí)。作為一套軟硬設(shè)備，一旦建立，可以在模擬培訓(xùn)中反復(fù)使用。如果在訓(xùn)練中發(fā)現(xiàn)有漏洞、欠缺或者新技術(shù)新的出現(xiàn)都可以方便的對系統(tǒng)進(jìn)行更新。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軍事訓(xùn)練中的應(yīng)用

（一）虛擬指揮決策

指揮決策模擬，主要幫組指揮官學(xué)會(huì)在戰(zhàn)場的各個(gè)階段如何做出決策。指揮官可以在虛擬的戰(zhàn)場中及時(shí)了解敵人的當(dāng)前態(tài)勢和意圖，以迅速地定下作戰(zhàn)策略。而當(dāng)同種情況在未來作戰(zhàn)中重現(xiàn)時(shí)，指揮官就可以參考作戰(zhàn)模擬的情況指揮作戰(zhàn)，極大地提升了作戰(zhàn)勝利的概率。

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”就能遇真地模擬與真的艦艇作戰(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。

（二）虛擬戰(zhàn)場環(huán)境模擬

戰(zhàn)場環(huán)境模擬主要是通過建設(shè)視景仿真系統(tǒng)、數(shù)據(jù)仿真系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)、仿真軟件系統(tǒng)、訓(xùn)練導(dǎo)調(diào)系統(tǒng)，可以針對不同的參訓(xùn)對象，分別配置不同的視景仿真環(huán)境和不同的訓(xùn)練任務(wù)。分隊(duì)能夠在近似戰(zhàn)場條件下各種景象、聲音的氛圍中進(jìn)行操作訓(xùn)練和考核評價(jià)。模擬過程中儲(chǔ)存的各種戰(zhàn)場目標(biāo)對象、戰(zhàn)場背景、作戰(zhàn)場景及作戰(zhàn)雙方力量的數(shù)據(jù)，使演練者“真正”真正進(jìn)入形象逼真的戰(zhàn)場。在這樣的環(huán)境中，指揮員可以獲得充足的戰(zhàn)場信息，擁有決策優(yōu)勢，貫徹各種戰(zhàn)術(shù)思想，體會(huì)運(yùn)籌帷幄的驚心動(dòng)魄；士兵可以熟悉戰(zhàn)場環(huán)境，適應(yīng)戰(zhàn)場氛圍，訓(xùn)練戰(zhàn)斗技能和堅(jiān)韌的意志。

（三）虛擬聯(lián)合模擬訓(xùn)練

依托分布式交互模擬技術(shù)強(qiáng)化各分隊(duì)聯(lián)合作戰(zhàn)訓(xùn)練，是指依托計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，運(yùn)用分布式交互網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，把分散在不同地點(diǎn)的軟、硬設(shè)備和人員聯(lián)系起來，在人工合成的“電子環(huán)境”中形成一個(gè)在時(shí)間和空間上相互耦合的、實(shí)時(shí)共享一個(gè)虛擬作戰(zhàn)環(huán)境的訓(xùn)練方式。它可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)所有分隊(duì)的聯(lián)合訓(xùn)練和對抗訓(xùn)練，從而較好地解決各分隊(duì)聯(lián)合訓(xùn)練聯(lián)而不和的問題。

一是利用分布式交互模擬訓(xùn)練可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)合作戰(zhàn)指揮。著眼于未來戰(zhàn)爭作戰(zhàn)聯(lián)合化合一體化的特點(diǎn)，在分布式交互模擬系統(tǒng)的支持下，各分隊(duì)就可以更加靈活地實(shí)現(xiàn)聯(lián)合訓(xùn)練，各級(jí)指揮和作戰(zhàn)單位可就地參訓(xùn)，各訓(xùn)練單位可通過全球定位系統(tǒng)和其它通訊設(shè)備，及時(shí)掌握和報(bào)告作戰(zhàn)情況。

二是利用分布式交互模擬訓(xùn)練可以增加聯(lián)合聯(lián)系的次數(shù)，有利于作戰(zhàn)研究。借助分布式交互模擬訓(xùn)練系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練，可以以較小的經(jīng)費(fèi)投入、較短的訓(xùn)練時(shí)間實(shí)施大規(guī)模、戰(zhàn)略級(jí)演習(xí)，并可通過演習(xí)或一次演習(xí)多種方案，發(fā)現(xiàn)、解決實(shí)戰(zhàn)中可能出現(xiàn)的棘手問題。

三是利用分布式交互模擬訓(xùn)練可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)合演習(xí)的資源共享。分布式交互模擬系統(tǒng)具有龐大的數(shù)據(jù)庫、模型庫和知識(shí)庫，各參訓(xùn)單位不需要重復(fù)建庫就可以從網(wǎng)上調(diào)用數(shù)據(jù)。同時(shí)，這種系統(tǒng)的并行處理技術(shù)，還可以克服集中訓(xùn)練系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)中央處理器信息處理速度慢和存儲(chǔ)空間不足的缺陷。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軍事訓(xùn)練應(yīng)用中存在的問題

（一）虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的“貴族化”

要構(gòu)建一個(gè)高質(zhì)量的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，首先需要昂貴的外部設(shè)備，無論是高分辨率的頭盔顯示器HMD，還是獨(dú)立的投影顯示器，無論是空間定位器，還是高精度的數(shù)據(jù)手套，都非常昂貴。其次，為完成復(fù)雜場景的實(shí)時(shí)渲染，還需要高性能的圖形工作站及相應(yīng)的配套軟件。也就是說，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是需要一定的軟、硬件設(shè)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(huán)境需要首先解決的問題是三維模型。雖然當(dāng)前圖形渲染技術(shù)的發(fā)展已使虛擬場景越來越接近現(xiàn)實(shí)，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(shù)的發(fā)展提供了簡化模型構(gòu)建的過程，但是真實(shí)的世界中幾何實(shí)體是極端復(fù)雜的，大部分的模型仍需要由人工繪制，而且需要聘請專業(yè)的人士，其費(fèi)用較高。就如現(xiàn)在的驚險(xiǎn)、炫目的好萊塢大片一樣中不可思議的鏡頭其實(shí)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(fèi)用是非常驚人的。

（三）虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)的“海量化”

虛擬現(xiàn)實(shí)要想得到很大的發(fā)展，需要與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，這是不爭的事實(shí)。目前虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的數(shù)據(jù)量仍然很大，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)整體速度較慢的情況下，網(wǎng)絡(luò)用戶必須等待較長時(shí)間，這往往令人難以忍受。我們應(yīng)該在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中考慮數(shù)據(jù)壓縮問題，這個(gè)問題可能還未引起人們的重視，但隨著應(yīng)用的深入，這是一個(gè)不可規(guī)避的大問題。

（四）虛擬現(xiàn)實(shí)的“復(fù)雜化”

由于人在真實(shí)環(huán)境中的感覺是相當(dāng)復(fù)雜的，這種感覺在虛擬環(huán)境匯總難以實(shí)現(xiàn)真實(shí)模擬。尤其是視覺和聽覺，當(dāng)虛擬現(xiàn)實(shí)模擬器產(chǎn)生的視覺和聽覺運(yùn)動(dòng)信號(hào)與人的感覺之間存在差異時(shí)，就會(huì)容易使受訓(xùn)者產(chǎn)生頭痛、眩暈等不適癥狀。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軍事教學(xué)訓(xùn)練中的應(yīng)用前景非常廣闊，將在虛擬課堂、虛擬訓(xùn)練、虛擬實(shí)驗(yàn)室、虛擬科研等方面發(fā)揮重要的作用。但是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用只是逼真的模仿真實(shí)的訓(xùn)練過程，是一種獲得間接經(jīng)驗(yàn)的手段，它本身并非就是實(shí)戰(zhàn)，并不能完全取代真實(shí)的訓(xùn)練過程，因此，“虛實(shí)結(jié)合”的訓(xùn)練模式才是最佳選擇。

總之，虛擬現(xiàn)實(shí)是一個(gè)充滿活力，應(yīng)用前景巨大的高新技術(shù)領(lǐng)域?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行軍用工程裝備模擬訓(xùn)練，具有交互性強(qiáng)、安全性好、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。通過軍用裝備模擬訓(xùn)練器材的開發(fā)實(shí)踐證明，半實(shí)物仿真是軍用工程裝備模擬訓(xùn)練器材的研制發(fā)展方向，可顯著節(jié)省操作手的受訓(xùn)時(shí)問，是部隊(duì)進(jìn)行科技練兵和裝備快速生成戰(zhàn)斗力的有效手段。