淺議虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在指揮院?，F(xiàn)地演練中的應(yīng)用

余宗澤

（中國人民解放軍邊防學(xué)院 陜西 西安 710108）

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，縮寫為VR）又稱靈境技術(shù)或幻境技術(shù)。是一種高新的人—機(jī)界面形式。它依托于數(shù)學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、機(jī)械學(xué)、聲學(xué)、力學(xué)、生物學(xué)、光學(xué)乃至社會科學(xué)和美學(xué)等多種學(xué)科，在計算機(jī)圖形學(xué)、智能接口技術(shù)、圖像處理與模式識別、多傳感技術(shù)、人工智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、語音處理與音響技術(shù)、高性能計算機(jī)系統(tǒng)和并行處理技術(shù)等基礎(chǔ)上迅速發(fā)展起來的信息技術(shù)。目前，該應(yīng)用已涉及教育培訓(xùn)、科研、軍事、工程設(shè)計、影視、醫(yī)學(xué)、商業(yè)等眾多領(lǐng)域，是公認(rèn)的能促使社會發(fā)展巨大變化的革命性技術(shù)。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)也是由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)構(gòu)成的。一個完備的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)應(yīng)具有以下3個方面的本質(zhì)特征：（1）沉浸感。VR技術(shù)的核心內(nèi)容是虛擬環(huán)境的建立，目的是獲取真實(shí)環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并建立虛擬環(huán)境模型，實(shí)時顯示三維圖像，達(dá)到真實(shí)環(huán)境的虛擬圖形展示。（2）交互性。用戶與虛擬環(huán)境里各種對象相互作用，傳感器是高級人機(jī)交互技術(shù)的關(guān)鍵，例如人取物體時，機(jī)器應(yīng)對虛擬環(huán)境作相應(yīng)的變化。（3）空間想象力。VR應(yīng)用的關(guān)鍵是發(fā)揮主觀能動性、進(jìn)行創(chuàng)造性思維，它與多媒體技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在初級指揮院?，F(xiàn)地演練中的應(yīng)用的優(yōu)勢

3.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以突破演練時空的局限

現(xiàn)代戰(zhàn)爭戰(zhàn)斗樣式多種多樣，根據(jù)戰(zhàn)場條件的地形條件，分為登陸、城市、荒漠草原、渡江河、山岳叢林、高寒山地、水網(wǎng)稻田進(jìn)攻戰(zhàn)斗等。按照戰(zhàn)斗時間，可分為晝間、夜間進(jìn)攻等。由于院校教學(xué)的時間和場地相對固定，要在真實(shí)的時空環(huán)境中進(jìn)行上述戰(zhàn)斗樣式的演練，勢必要耗費(fèi)大量的時間和金錢，這對于院校教學(xué)而言并不現(xiàn)實(shí)。然而利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在空間上可以實(shí)現(xiàn)逼真的各種形態(tài)的地形地貌、植被地標(biāo)等地理環(huán)境，在時間上也可以實(shí)現(xiàn)白晝、夜暗的自由設(shè)定。

3.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以突破演練氣候的局限

真實(shí)的戰(zhàn)場環(huán)境離不開一定的天候氣象背景，而天氣狀況作為戰(zhàn)斗地域內(nèi)最不穩(wěn)定的因素，也是影響戰(zhàn)斗成敗的重要因素之一。巧妙利用天候氣象條件獲取戰(zhàn)斗勝利的戰(zhàn)例亦是不勝枚舉。真實(shí)戰(zhàn)場環(huán)境中可能遭遇的天氣狀況多種多樣，有常見的陰、晴、雨、霧、雪等，也有少見的風(fēng)暴、雷暴等。在現(xiàn)地教學(xué)過程中，課時安排相對固定，各種天氣狀況的出現(xiàn)具有隨機(jī)性，難以開發(fā)針對各種天氣狀況的教學(xué)課程。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以模擬出各種各樣的天候氣象狀況，并且可以實(shí)時改變氣象條件，增強(qiáng)了演練的導(dǎo)調(diào)手段。

3.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以突破演練裝備的局限

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各軍兵種的高新技術(shù)武器裝備不斷涌現(xiàn)，并迅速投入到實(shí)戰(zhàn)中來。這些高新武器通常有著強(qiáng)大的殺傷力和破壞力，且訓(xùn)練和使用成本極其昂貴。初級指揮學(xué)院的專業(yè)方向設(shè)置固定，教學(xué)器材種類單一，諸多武器裝備難以為院校配備，使得院校裝備水平和部隊裝備水平形成鴻溝。此外，院校配備的部分武器裝備存在訓(xùn)練成本高，殺傷威力大，實(shí)彈演練十分危險，難以在現(xiàn)地演練中實(shí)際操作和使用的問題。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，院校難以配備的武器裝備，以及已經(jīng)配備了，卻不敢實(shí)兵實(shí)彈應(yīng)用的裝備也可以通過模擬仿真器材進(jìn)行訓(xùn)練和演練。

3.4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以突破演練兵力的局限

現(xiàn)代步兵分隊執(zhí)行任務(wù)的形式日趨多樣化，既有在上級編成內(nèi)完成作戰(zhàn)任務(wù)，也有與其他兵種分隊協(xié)同或者獨(dú)立遂行多種作戰(zhàn)任務(wù)。信息化條件下的局部戰(zhàn)爭多軍種、多兵種參與的聯(lián)合作戰(zhàn)將成為主流，作戰(zhàn)人員編成或大或小，或單一或復(fù)雜，靈活性極大。我軍初級指揮院校都屬于兵種專業(yè)院校，受軍兵種單一和教學(xué)規(guī)模固定的限制，傳統(tǒng)現(xiàn)地演練的戰(zhàn)術(shù)背景十分簡單，難以實(shí)現(xiàn)多軍兵種、多樣化戰(zhàn)斗任務(wù)的實(shí)兵演練。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)海陸空二炮等多軍兵種，可大可小的兵力和火力編成，使得在院校培養(yǎng)學(xué)員形成聯(lián)合作戰(zhàn)的意識，以及培養(yǎng)遂行多樣戰(zhàn)斗任務(wù)的實(shí)踐能力成為可能。

3.5 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以突破演練氣氛的局限

傳統(tǒng)現(xiàn)地演練通常利用空包彈、TNT、發(fā)煙罐、發(fā)煙手榴彈等設(shè)施營造戰(zhàn)場氛圍，雖然具有一定的逼真效果，但其局限性也非常突出。其一是，手段較為單一，隨著大量高技術(shù)武器裝備投入到戰(zhàn)場中，各種武器裝備所造成的視聽效果、毀傷效果多種多樣，差異極大，傳統(tǒng)手段難以再現(xiàn)。其二是，傳統(tǒng)手段危險系數(shù)較高，如TNT具有十分強(qiáng)大的爆炸力，發(fā)煙裝置產(chǎn)生的煙霧對人的呼吸系統(tǒng)和消化系統(tǒng)具有一定的損傷力，空包彈在一定距離以內(nèi)仍然有一定的殺傷力。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以通過聲、光、電等形式再現(xiàn)戰(zhàn)場的各種戰(zhàn)斗效果，并且十分安全。受訓(xùn)人員在接受戰(zhàn)場心理訓(xùn)練時可以免于遭受人身傷害的威脅。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在初級指揮院?，F(xiàn)地演練的應(yīng)用途徑

4.1 戰(zhàn)場環(huán)境的虛擬實(shí)現(xiàn)

指揮院校的現(xiàn)地演練場地需要營造逼真的戰(zhàn)場環(huán)境。戰(zhàn)場環(huán)境通常分為自然環(huán)境和軍事環(huán)境，戰(zhàn)場自然環(huán)境主要包括地形、氣象、水文等依自然規(guī)律發(fā)生的要素。軍事環(huán)境主要指交戰(zhàn)雙方軍事設(shè)施、武器裝備、戰(zhàn)斗人員，以及戰(zhàn)斗中各種火器所產(chǎn)生火光、揚(yáng)塵、煙幕、聲響等要素。利用電子地圖數(shù)據(jù)與高分辨率的衛(wèi)星遙感或航空相片疊加，生成預(yù)定演練地區(qū)逼真的三維地形圖解，實(shí)施無級縮放，無邊界漫游，任意角度旋轉(zhuǎn)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)地形場景的仿真模擬。利用三維建模技術(shù)模擬各類軍事設(shè)施和人員，再利用外部調(diào)用及單元分割技術(shù)將各種不動的實(shí)體模型和運(yùn)動的實(shí)體模型實(shí)時組合到地形場景中，實(shí)現(xiàn)軍事環(huán)境的模擬。利用光照和粒子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一些非剛性物體（氣流、尾焰、爆炸、雨雪等）和一些不規(guī)則物質(zhì)的仿真模擬。

4.2 小型武器裝備的虛擬實(shí)現(xiàn)

小型武器裝備是初級指揮院校的主要裝備，所謂小型武器裝備特指步兵分隊中小口徑武器系統(tǒng)，包括各種槍支、反坦克火箭、無坐力炮、迫擊炮等小口徑炮等。小型武器裝備的外觀形態(tài)的構(gòu)建方法是根據(jù)武器裝備整體機(jī)構(gòu)及其部件結(jié)構(gòu)的三維模型，構(gòu)建出所需的真實(shí)感圖像。對小型武器機(jī)械動力學(xué)進(jìn)行研究,掌握其運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)特性,搜集槍械出射擊精度、強(qiáng)度及連發(fā)時的射彈散布等數(shù)據(jù)，建立數(shù)學(xué)模型，通過面向?qū)ο蟪绦蚓幊探⑽淦魈摂M樣機(jī)模型。當(dāng)槍械扳機(jī)觸發(fā)仿真武器的信號發(fā)射器，仿真子彈炮彈的運(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)及彈著點(diǎn)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)入計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，與整個戰(zhàn)場模擬系統(tǒng)合為一體，從而實(shí)時引發(fā)虛擬環(huán)境發(fā)生形態(tài)變化，并反映到顯示設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

4.3 單兵戰(zhàn)斗動作的虛擬實(shí)現(xiàn)

單兵戰(zhàn)斗動作是分隊?wèi)?zhàn)斗中最基本的要素。單兵戰(zhàn)斗動作的虛擬仿真實(shí)現(xiàn)，須具備三維圖形可視化生成系統(tǒng)、數(shù)據(jù)服及數(shù)據(jù)手套、全封閉立體頭盔顯示器、三位交互式聲音合成技術(shù)、provision高性能圖形工作站、平面原地運(yùn)動平臺等技術(shù)手段。演練人員穿上數(shù)據(jù)服、戴上數(shù)據(jù)手套，其肢體的狀態(tài)信息會輸入到計算中，計算機(jī)生成的虛擬人物將復(fù)現(xiàn)其肢體的運(yùn)動和變化，并合成到虛擬戰(zhàn)場環(huán)境中。三維圖形可視化生成系統(tǒng)形成的虛擬戰(zhàn)場圖像通過全封閉立體頭盔顯示器展現(xiàn)在參演人員眼前。演練人員通過操作虛擬武器裝備或者傳感裝置便可以與同處于虛擬環(huán)境中的實(shí)兵協(xié)同戰(zhàn)斗或者對抗。

4.4 跨軍兵種近戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)的虛擬實(shí)現(xiàn)

近戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)是分隊?wèi)?zhàn)術(shù)的主要形式，也是初級指揮院校教學(xué)的核心內(nèi)容。近戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)把在地理上分散的各個學(xué)校、戰(zhàn)術(shù)分隊的多個訓(xùn)練模擬器和仿真器連接起來，以當(dāng)前的武器系統(tǒng)、配置、戰(zhàn)術(shù)和原則為基礎(chǔ)，把陸軍的近戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)、空軍的合成戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)、防空合成戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)、野戰(zhàn)炮兵合成戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)、工程兵合成戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)，通過局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)連接起來。這樣的虛擬作戰(zhàn)環(huán)境，可以使眾多軍事單位參與到作戰(zhàn)模擬之中，而不受地域的限制，具有動態(tài)的分布交互作用；可以進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)理論和作戰(zhàn)計劃的檢驗，并預(yù)測軍事行動和作戰(zhàn)計劃的效果；可以評估武器系統(tǒng)的總體性能，啟發(fā)新的作戰(zhàn)思想。

5 結(jié)論

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被譽(yù)為“21世紀(jì)的新科技”，隨著計算機(jī)科學(xué)及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不斷成熟，虛擬現(xiàn)實(shí)在未來作戰(zhàn)和訓(xùn)練中的應(yīng)用將越來越多，對作戰(zhàn)訓(xùn)練的影響也將越來越大，可以確信虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展和運(yùn)用必將在我軍新一輪軍事變革中產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。及時跟蹤與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相關(guān)的技術(shù)的發(fā)展動態(tài)，深入研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對未來人類戰(zhàn)爭及其他領(lǐng)域的影響將變得越來越有必要。

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