《虚拟现实技术及其在军事领域的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《虚拟现实技术及其在军事领域的应用（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、关键词 :虚拟现实 ;军事 ;教育V ir tua l rea l ity technology and its appl ica t ion i n the f ie ld of m il itaryJ iang Yi W e i J un(4th dep a rtm en t, Peop les L ibe ra tion A r m y A rtille ry of Ch ina, H e ife i 230031 )A b stra c t: V irtua l rea lity is a k ind of comp u te r system , w ith wh ich we ca
2、n e stab lish and exp e rience the virtua lwo rld. V irtua l rea lity techno logy ha s been w ide ly app lied in ae ro sp ace, a rch itec tu ra l de sign, m ilita ry educa tion, techn ica l ab ility tra in ing, and so on . Th is p ap e r ha s de sc ribed the background, concep t, cha rac te ristic,
3、key tech2 no logy, app lica tion and fu tu re of the virtua l rea lity techno logy . B e side s, the app lica tion of the virtua l rea lity tech2 no logy in the fie ld of m ilita ry ha s been m a in ly d iscu ssed. V irtua l rea lity techno logy, a s a new teach ing m ed ia, its app lica tion w ill
4、undoub ted ly have a fa r reach ing imp ac t on the refo rm ing of m ilita ry educa tion and tra in ing .Keyword s: virtua l rea lity; m ilita ry affa irs; educa tion经过近 40年的研究发展 ,虚拟现实已经广泛应用于军事领域 , 并 将 对 军 事 教 育 训 练 改 革 产 生 深 远 的 影响 。0 引言国家保持 强大 的现 代化 国 防和 军事 威 慑手 段 的一条重要途径就是要具备现代化 的训 练 和演 练 水平 。现代战
5、争科技水平越来越高 ,综合性越来越 强 ,耗资越来越巨大 , 提 高军 队 的训 练水 平 成为 各 国急需解决的问题 。但进行实战训练耗资太大 ,并 且受到空域和场地的限制 ,某些训练项目还具有很 高的危险性 。这些新特 点都 迫 切要 求军 事 仿真 训 练系统的新突破 , 通 过 仿真 技术 以低 廉 的成 本 、 逼 真的效果最大程度地替代实兵训演练 。自从 20 世 纪 80年代末正式提出虚拟现实的概念以后 ,世界各 发达国家都认识到了虚拟现实技术 在军 事 领域 巨 大的应用潜力 ,美国国防部更是将以虚拟现实技术 为标志的“ 建模与仿真技术 ” 作为 21 世纪保证美军 优势地位的
6、 7大关键技术之一 ,在军事仿真训练系 统的理 论 研 究 和 实 际 应 用 中 都 作 了 巨 大 的 投 入 。1 虚拟现实的概念及特征1. 1 虚拟现实的概念虚拟现 实 技 术 ( virtua l rea lity, VR ) 又 称 为“ 灵 境 ” 或“ 临境 ” 技术 ,它综合了计算机图形技术 、 计算机仿真技术 、 传感技术和显示技术等多种高科技成 果 ,是用计算机和先进的传感设备构造出来的一种 人工环境 ,它能够模仿人的视觉 、 听觉 、 触觉等感知 功能 ,具有使用户可以亲身体验沉浸在这种虚拟环 境中并与之交互的 能力 。实现 这种 环 境的 技术 称为虚拟现实技术 。军
7、事 部 门出 于军 事 训练 的目 的 成为该技术的资助者和最早用户 。1. 2 虚拟现实的特征 现在人们常引用伯第亚 ( G . B u rdea)在 虚拟现作者简介 :蒋一 ( 1979 - ) ,女 ,助教 ,主要研究方向为信号处理 。实系统和它的应用 一文中提出的“ 虚拟现实技术三角形 ” 来说明虚拟现实系统的 3 个基本特征 , 也 称为 虚 拟 现 实 3 要 素 , 它 们 分 别 是 沉 浸 ( i mm e r2 sion) 、 交互 ( in te rac tion )和构想 ( im agina tion ) ,如图1 所示 。虚拟现实技术的操作设备等 。在 VR 的关键
8、技术中 ,除了上述高性能计算机 系统软硬件设备之外 ,还包括实时三维图形系统和 虚拟现实交互技术 。利用实时三维图形系统 ,可以生成具有逼真感的 图形 。虚拟 现实 是 一种 交互 式 和先进的计算机显示技术 ,双向对话是它的一种重 要工作方式 。3 虚拟现实技术在军事领域的应用3. 1 应用现状20世纪 90 年代初 , 美国率先将虚拟现实技术 用于军事领 域 。近 几年 , 随 着科 学 技术 的发 展 , 虚 拟现实技术已经渗透进军事生活的各个方面 ,开始在军事领域中发挥着越来越大的作用 。目前 ,虚拟 现实技术在军事领域的应用主要集 中 在虚 拟战 场环境 、 军事训练和武器装备的研制
9、与开发等方面 。( 1 ) 虚拟战场环境 通过相应的三维战场环境图形图像库 ,包括作战背景 、 战地场景 、 各种武器装备和作战人员等 ,为使用者创造一种险象环生 、 逼近真实的立体战场环 境 ,以增强其临场感觉 ,提高训练质量 。( 2 ) 进行单兵模拟训练其包括虚 拟战 场环 境 下的 作战 训 练和 虚拟 武 器装备操作训练 。前者是利用虚拟战场环境 ,让士兵携带各种传感设备 ,士兵可以通过操作传感设备 选择不同的战场环 境 , 输入 不同 的 处置 方案 , 体 验 不同的作战效果从而像参加实战一样 ,锻炼和提高 参训人员的战术动作水平 、 心理承受能力和战场应 变能力 。虚拟武器装备
10、 操 作训 练是 在 虚拟 武器 装备环境进行的 ,通过训练可以达到对真实装备进行 实际操作的目的 。虚拟 武 器装 备操 作 训练 能够 有效地解决军队现阶段大型新式武器 装 备数 量少 的图 1 虚拟现实系统的基本特性( 1 )沉浸 :是虚拟现实系统的核心 ,指的是使用户投入到由计算机生成的虚拟场景中的能力 ,用户 在虚拟的训练场景中会有“ 身临其境 ” 之感 。比如在军事模 拟 训 练 中 , 通 过 三 维 战 场 环 境 图 形 图 像 库 ,包括天气背景 、 地形环境 、 武器装备和作战人员 等 ,可为使用者创造 一 个立 体战 场环 境 , 增 强临 场感 ,从而提高训练的质量
11、。( 2 )交互 : 是虚拟现实系统中人机和谐的关键 性因素 ,指的是用户与虚拟场景中各种对象相互作用的能力 。比如在军事模拟训练中 ,使用者可以进 行对虚拟的飞机 、 舰 船 和武 器装 备等 进 行操 作 , 这 些虚拟设备能够及时做出回应 。( 3 )构想 :是虚拟现实系统的目的 ,使用户沉浸在此环境中获取新的知识 ,从而产生新的构思 。比 如在军事 模 拟 训 练 中 , 可 以 使 受 训 人 员 提 高 对 武器 、 装备和作战行动 的 感性 认识 和理 性 认识 , 从 而 提高实际的作战能力和水平 。“ 可进入地图 ” 等 。境中 ,指 挥 员 根 据 虚 拟 环 境 中 的
12、各 种 情 况 及 其 变化 ,来判 断 敌 情 作 决 定 , 并 采 取 相 应 的 作 战 行 动 。 在虚拟战场环境中的诸军兵种联合 战役 训 练中 可以做到在不动一枪 、 一弹 、 一车的情况下 ,对一定区 域或全区域所属的诸军兵种进行适 时协 调 一致 的 训练 。通过训练能够发现协同作战行动中的问题 ,提高各军兵种的协同作战能力 ,并能够对诸军兵种 联合训练 的 原则 、 方 法进 行补 充 和校 正 。目 前 , 各 国军事部门都很重视这种训练模式 ,在美国的国防大学中专门开设了联 合 与合 成虚 拟 作战 课程 。实践证明 ,在虚拟战场环境中对诸军兵种进行联合战 役训练能够极
13、大地提高参战部队的作战能力 。3. 2 新的发展方向总结虚拟现实近几年在世界军事上的发展 ,虚 拟现实在军事领域中的渗透出现了以下 4个新的发展方向 。( 1 ) 高新技 术 武器 的研 制 开发 、 论 证 、 评估 及 预测在高新技 术武 器开 发过 程 中大 量采 用 虚拟 现实技术 ,设计者可方便自如地介入系统建模和仿真 实验全过程 , 这样缩 短 了武 器系 统的 研 制周 期 , 并 能对武器系统的作战效能进行合理评估 ,从而使武器的性能指标更接近 实 战要 求 。同 时在 武 器装 备 的研制过程中 ,虚拟现实技术可为用户提供先期演 示 ,让研制者和用户同时进入虚拟的作战环境中操
14、 作武器系统 。研制者和 用户 能 够充 分利 用 分布 式 交互网络提供的各种虚拟环境 ,检验武器系统的设 计方案和战术 、 技术性能指标及其操作的合理性 。 利用虚拟 现实 技术 来进 行 大型 复杂 系 统的 开 发 、 设计 、 评估论证等 ,已有很多成功的例子 。如波 音 777 飞机的产品设计与性能评价 ,就是虚拟原型 机 的应用典型实例 ,这是飞机设计史上第一次在设 计 过程中没有采用实物模型 。波音 777 由 300 万个( 3 ) 虚拟现实在军事医学 、 救治上的应用医药专家可以通过虚拟的医疗手术治疗系统 , 对战场上受伤较重或者病情较为复 杂 的官 兵进 行 远程救治的训
15、练与 实践 。用已 有的 人 体数 据在 计算机中重构人体或某一器官的几何模型 ,并赋予一 定的物理特征 (例如密度 、 韧度 、 组织比例等 ) ,通过 机械手或数据手套等高精度的交互 工 具在 计算 机中模拟手术过程和操作“ 虚拟 ” 手术器械 ,以达到训 练 、 研究 、 医疗的目的 。( 4 ) 虚拟远程控制机械装备 对某些 军 事装 备进 行 虚拟 的远 程 控 制 。对 那些不适宜直接接触或进入的危险地域与物体 ,可以 通过某些技术装备在虚拟现实的环 境 中对 其实 施 远程的操作与控制 , 如 勘察 与清 理 受核 、 化 学污 染的地带 。美国宇航局和 欧 洲空 间局 曾 成功
16、 地将 虚 拟现实技术应用于航天运载器的空间活动 、 空间站 的操作 , 以 及 对 哈 勃 太 空 望 远 镜 维 修 方 面 的 地 面 训练 。4 结论虚拟现实技术被誉为“21世纪的新科技 ”,随着 计算机科学及相关技术的发展 ,虚拟现实技术不断 成熟 ,虚拟现实在未 来 战争 中的 应 用将 越来 越 多 , 对战争的影响也将越来越大 ,可以确信虚拟现实技 术发展和运用必将在我军新一轮军 事 变革 中产 生 深远的影响 。及时跟踪 与 虚拟 现实 技 术相 关的 技 术的发展动态 ,深入研究虚拟现实技术对未来人类 战争及其他领域的影响将变得越来越有必要 。参考文献 1 王亚 ,汤万刚 ,罗代升 ,等. 虚拟现实技术在军事领域的应用及对 未来战争的影响 J . 现代防御技术 , 2005 ( 4 ) : 68 272. 2 李云花. 虚拟现实技术综述 J . 重型机械科
