虛擬作戰(zhàn)指揮室

張?jiān)?韓古亞琦+文力

摘 要：文中根據(jù)現(xiàn)實(shí)需求，設(shè)計(jì)了虛擬作戰(zhàn)指揮室，通過3DMAX建立模型后將模型傳遞至UNITY平臺(tái)，并對(duì)模型中需要的相關(guān)操作編寫代碼，實(shí)現(xiàn)使用者在虛擬世界中的交互操作，可有效提高作戰(zhàn)勝率，減少成本，具有良好的社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；3DMAX

1 作品簡(jiǎn)介

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是根據(jù)市場(chǎng)或工作需要，通過3DMAX建立模型后將模型傳遞至UNITY平臺(tái)，并對(duì)模型中需要的相關(guān)操作編寫代碼，實(shí)現(xiàn)使用者在虛擬世界中的交互操作。最后，將VR設(shè)備與主機(jī)相連，讓使用者佩戴相應(yīng)的VR設(shè)備，進(jìn)入虛擬世界進(jìn)行相應(yīng)目的的實(shí)現(xiàn)。通過在虛擬世界中進(jìn)行試驗(yàn)，可以完成許多現(xiàn)實(shí)世界中不便于進(jìn)行大量試驗(yàn)或者試驗(yàn)開發(fā)成本較高的工作。

本作品是一個(gè)模擬作戰(zhàn)指揮室系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供軟件構(gòu)建戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境部署和兵力布設(shè)、空戰(zhàn)推演及實(shí)戰(zhàn)數(shù)據(jù)回放等功能，參謀人員可以通過系統(tǒng)生成作業(yè)任務(wù)；指揮人員通過沉浸式設(shè)備進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境觀察和態(tài)勢(shì)感知交互。通過該系統(tǒng)，各級(jí)作戰(zhàn)參謀能更加有效地研究新戰(zhàn)術(shù)，增加作戰(zhàn)手段，并對(duì)未來可能進(jìn)行的軍事活動(dòng)進(jìn)行推演，提高作戰(zhàn)勝率，同時(shí)還可讓缺少實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)的作戰(zhàn)人員在虛擬世界中充分獲得鍛煉，提高協(xié)同作戰(zhàn)水平。虛擬作戰(zhàn)指揮室實(shí)物如圖1所示。

2 工作原理

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是計(jì)算機(jī)生成的給人以多種感官刺激的虛擬環(huán)境，是一種高級(jí)的人機(jī)交互系統(tǒng)。它是多種技術(shù)的綜合，包括實(shí)時(shí)三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，廣角（寬視野）立體顯示技術(shù)，對(duì)觀察者頭、眼和手的跟蹤技術(shù)，以及觸覺/力覺反饋、立體聲、網(wǎng)絡(luò)傳輸、語(yǔ)音輸入輸出技術(shù)等。

2.1 顯示

由于人的兩只眼睛位置不同，因此在觀看周圍景物時(shí)得到的圖像略有差異，而這些圖像在大腦中進(jìn)行融合，就形成了一個(gè)關(guān)于周圍世界的整體景象，這個(gè)景象中也包括有關(guān)距離遠(yuǎn)近的信息。當(dāng)然，距離信息也可以通過其他方法獲得，例如眼睛焦距的遠(yuǎn)近、物體大小的比較等。

在VR系統(tǒng)中，雙目立體視覺起了很大作用。用戶的兩只眼睛看到的不同圖像是分別產(chǎn)生的，會(huì)顯示在不同的顯示器上。但用戶佩戴特殊的眼鏡后，一只眼睛只能看到奇數(shù)幀圖像，另一只眼睛只能看到偶數(shù)幀圖像，奇、偶幀之間的不同導(dǎo)致視差，就產(chǎn)生了立體感。

2.1.1 用戶（頭、眼）的跟蹤

在人造環(huán)境中，每個(gè)物體相對(duì)于系統(tǒng)的坐標(biāo)系都有一個(gè)位置與姿態(tài)，用戶亦如此。用戶看到的景象由用戶的位置和頭（眼）的方向來確定。

2.1.2 跟蹤頭部運(yùn)動(dòng)的虛擬現(xiàn)實(shí)頭套

在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)中，通過鼠標(biāo)或鍵盤來改變視場(chǎng)，用戶的視覺系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)感知系統(tǒng)是分離的，而利用頭部跟蹤來改變圖像的視角，就可以將用戶的視覺系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)感知系統(tǒng)聯(lián)系起來，感覺更逼真。用戶不僅可以通過雙目立體視覺去認(rèn)識(shí)環(huán)境，還可以通過頭部的運(yùn)動(dòng)去觀察環(huán)境。

在用戶與計(jì)算機(jī)的交互中，鍵盤和鼠標(biāo)是目前最常用的工具，但對(duì)于三維空間來說，它們都不太適合。因?yàn)槿S空間中有六個(gè)自由度，我們很難找出比較直觀的辦法把鼠標(biāo)的平面運(yùn)動(dòng)映射成三維空間的任意運(yùn)動(dòng)。目前，3Space數(shù)字化儀和SpaceBall空間球等已可以提供六個(gè)自由度，而另外一些性能優(yōu)異的設(shè)備則是數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)衣。

2.2 聲音

人能夠很好地判定聲源的方向。因?yàn)槁曇舻竭_(dá)兩只耳朵的時(shí)間或距離有所不同，因此在水平方向上，我們可以依靠聲音的相位差及強(qiáng)度差來確定聲音的方向。常見的立體聲效果就是靠左右耳聽到在不同位置錄制的不同聲音來實(shí)現(xiàn)的，所以會(huì)有一種方向感。在現(xiàn)實(shí)生活中，當(dāng)頭部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，聽到的聲音的方向就會(huì)改變。但在現(xiàn)階段的VR系統(tǒng)中，聲音的方向與用戶頭部的運(yùn)動(dòng)無關(guān)。

2.3 感覺反饋

在一個(gè)VR系統(tǒng)中，用戶可以看到一個(gè)虛擬的杯子。于是可以設(shè)法去抓住它，但用戶的手并沒有接觸杯子的感覺，并有可能穿過虛擬杯子的“表面”，而這在現(xiàn)實(shí)生活中是不可能的。解決這一問題的常用裝置是在手套內(nèi)層安裝一些可以振動(dòng)的觸點(diǎn)來模擬觸覺。

2.4 語(yǔ)音

在VR系統(tǒng)中，語(yǔ)音的輸入輸出十分重要。要求虛擬環(huán)境能夠聽懂人類的語(yǔ)言，并能與人進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。而讓計(jì)算機(jī)識(shí)別人類的語(yǔ)音卻相當(dāng)困難，因?yàn)檎Z(yǔ)音信號(hào)和自然語(yǔ)言信號(hào)有其“多邊性”和復(fù)雜性。例如，連續(xù)語(yǔ)音中詞與詞之間沒有明顯的停頓，同一詞、同一字的發(fā)音受前后詞、字的影響，不僅不同的人說同一詞會(huì)有不同，即便是同一人，其發(fā)音也會(huì)受心理、生理和環(huán)境的影響而有所不同。

使用人的自然語(yǔ)言作為計(jì)算機(jī)輸入目前存在兩個(gè)問題，首先是效率問題，為方便計(jì)算機(jī)理解，輸入的語(yǔ)音可能會(huì)比較啰嗦。其次是正確性問題，計(jì)算機(jī)理解語(yǔ)音的方法是對(duì)比匹配，不具備人的智能。

3 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）二/三維聯(lián)動(dòng)一體化管理，系統(tǒng)提供靈活高效的地理信息數(shù)據(jù)，二/三維處理和顯示引擎，具備對(duì)二/三維地理信息數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理和綜合管理的能力，實(shí)現(xiàn)一份數(shù)據(jù)，二/三維同步使用的目標(biāo)。

（2）具備提供二/三維聯(lián)動(dòng)的地理信息系統(tǒng)服務(wù)能力，包括對(duì)道路、水系、行政區(qū)劃、地標(biāo)、航路、航線、點(diǎn)、面、動(dòng)目標(biāo)等數(shù)據(jù)的統(tǒng)一顯示和控制。

（3）在眼鏡中呈現(xiàn)模擬指揮大廳的環(huán)境。

（4）三維戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境以指揮大廳中的實(shí)體沙盤形式呈現(xiàn)，將三維戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境通過比例變換映射到模擬實(shí)體沙盤上。

（5）二維地圖模擬墻上掛圖以抬頭顯示方式呈現(xiàn)。

（6）三維地圖的縮放等控制由支持人控制。

（7）能夠逼真地模擬飛行操縱桿，為操作者提供飛機(jī)機(jī)動(dòng)控制手段，提供武器操作手段，并實(shí)現(xiàn)與虛擬兵力的聯(lián)合對(duì)抗推演。

4 市場(chǎng)前景

（1）應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。使各級(jí)作戰(zhàn)參謀能更加有效地研究新戰(zhàn)術(shù)、增加作戰(zhàn)手段，并對(duì)未來可能進(jìn)行的軍事活動(dòng)進(jìn)行推演，提高作戰(zhàn)勝率，同時(shí)能讓缺少實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)的作戰(zhàn)人員在虛擬世界中充分獲得鍛煉，提高協(xié)同作戰(zhàn)水平。通過改變模型及交互操作代碼，VR設(shè)備的前景更加廣泛。

（2）應(yīng)用于軍隊(duì)武器設(shè)計(jì)研發(fā)。通過在虛擬世界中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)裝備進(jìn)行虛擬拆裝，以降低訓(xùn)練成本，提高練習(xí)次數(shù)，使新裝備快速實(shí)現(xiàn)部隊(duì)裝配；也可代替現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)物拆裝訓(xùn)練以及裝備性能測(cè)試等內(nèi)容，并能完成一些不易實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)，節(jié)約開發(fā)成本。

（3）應(yīng)用于教學(xué)領(lǐng)域。使學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)的過程中，能夠達(dá)到身臨其境的效果，比如醫(yī)學(xué)學(xué)生的醫(yī)學(xué)培訓(xùn)和教學(xué)實(shí)驗(yàn)，可大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

（4）應(yīng)用于娛樂領(lǐng)域。使游戲者得到更加逼真的游戲體驗(yàn)，并通過這種方式，在進(jìn)行一些體育游戲時(shí)，達(dá)到鍛煉身體的作用。包括歌手的演唱會(huì)，綜藝節(jié)目等，通過VR設(shè)備讓觀眾能夠有身臨其境的感覺。

（5）應(yīng)用于室內(nèi)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。讓戶主根據(jù)自己的喜好，在虛擬世界中提前感受最終效果，以此來提高用戶滿意度。

（6）應(yīng)用于文物古跡領(lǐng)域。一方面可以通過VR設(shè)備將世界各地的文化古跡，山川河流等資源共享到全世界，真正實(shí)現(xiàn)足不出戶走遍世界各地的目的；另一方面，通過VR技術(shù)可以將這些文物古跡永遠(yuǎn)的保存下來，即使有一天它們?cè)诂F(xiàn)實(shí)世界中不存在了，也能夠通過該技術(shù)，讓后人像在現(xiàn)實(shí)生活中一樣欣賞它們，有利于文化傳承。endprint