增強現(xiàn)實座艙英國暴風(fēng)迷霧中的真實?

晨楓

某種意義上，F(xiàn)-35的分布孔徑系統(tǒng)（簡稱DAS）可以算是增強現(xiàn)實座艙的初級階段。DAS通過前上、前下、后上、后下、左側(cè)、右側(cè)6個光電傳感器陣列，提供完整的球形感知能力。也就是說，飛行員不再有因機體結(jié)構(gòu)造成的觀察死角，可以“看到”任何角度的目標(biāo)。DAS不光提供高分辨率周視，還提供導(dǎo)彈預(yù)警和跟蹤、導(dǎo)彈發(fā)射定位、紅外態(tài)勢感知和目標(biāo)提示以及火控和夜視能力。拋開機動性等傳統(tǒng)戰(zhàn)斗機指標(biāo)不談，F(xiàn)-35在軟件化、信息化方面堪稱開路先鋒。

海量數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)上，戰(zhàn)斗機的新功能和性能升級都涉及硬件改動，軟件化使得戰(zhàn)斗機可以不改動硬件就能解鎖新功能或者實現(xiàn)性能升級。F-35的各種武器使用能力就是火控軟件分階段升級的結(jié)果，速度和機動性包線則是在飛控軟件升級中逐步解鎖的。原則上，現(xiàn)有硬件的不同運作方式或者全新排列組合能得到的祈功能都能通過軟件實現(xiàn)，這就是飛機軟件化帶來的巨大機會。

信息化的含義則比較模糊——包括高度的態(tài)勢感知和網(wǎng)絡(luò)化。信恩化不僅涉及來自本機傳感器的信息，更包括來自數(shù)據(jù)鏈的機外信息，以及信恩融合——對大量原始信息進(jìn)行自動處理提煉出來的對飛行員最有用的信息。比如說，雷達(dá)上的光點可以代表很多東西，依靠飛行員人工判讀不僅需要大量的經(jīng)驗還占用大量的時間。但在綜合敵情通報、敵我識別、對方發(fā)射的電磁信號強度與特證、對方致量、速度、高度、方向和飛行模式等信息后，有望確定目標(biāo)性質(zhì)，甚至敵機型號。如果“電磁指紋”數(shù)據(jù)庫完整，還可能確認(rèn)敵機隸屬。

信息化對反隱身也有特殊意義。隱身戰(zhàn)斗機各個方向的可探測程度并不均勻。把各個方向上的探測結(jié)果整合到一起，抓出其中的不一致，是反隱身的重要手段。

現(xiàn)代空中戰(zhàn)場也是高度復(fù)雜的，戰(zhàn)斗機要面臨的不僅是空中威脅，還有地面威脅。未來的空中戰(zhàn)場還要增加另一個維度——有人一無人搭配，下一代戰(zhàn)斗機很可能配備無人僚機。后者勢必有大量信息要與有人長機交換。蜂擁攻擊是既相似又不同的、司題，大量智能彈藥蜂擁向前的同時，還向戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)注入信息，包括敵人的實力、部署和受到攻擊后的反應(yīng)，還有戰(zhàn)果評估和新目標(biāo)的實時再標(biāo)定。

海量的信恩讓如何保證信息的有效顯示成為挑戰(zhàn)，顯然現(xiàn)有的小屏多幅甚至大屏單幅屏顯勢必捉襟見肘，增強現(xiàn)實座艙則是比較理想的解決方案。增強現(xiàn)實與虛擬現(xiàn)實既相近又不同。虛擬現(xiàn)實完全由人工營造出一個三維（實際上是移動的二維）景象，顯示內(nèi)容隨頭部的轉(zhuǎn)動和身體的移動而實時更新，但與周圍的現(xiàn)實完全無關(guān)。增強現(xiàn)實頭盔則是在可見的環(huán)境圖像上疊加計算機生成的信息和圖像，顯示內(nèi)容也隨頭部轉(zhuǎn)動和身體移動而實時更新。

顯示藝術(shù)與輔助決策

增強現(xiàn)實座艙可看作頭盔顯示系統(tǒng)的高度發(fā)展，而頭盔顯示系統(tǒng)是由頭盔瞄準(zhǔn)具發(fā)展而來的。在米格-29和蘇-27的研發(fā)中，蘇聯(lián)成功實現(xiàn)了第一代頭盔瞄準(zhǔn)具，取得了巨大的成功。同時代的西方戰(zhàn)斗機只有飛行員耳中的簡單聲響報警，必須在低頭顯示器或者平顯上才能看到具體信息。

經(jīng)過幾代發(fā)展，頭盔瞄準(zhǔn)具進(jìn)化到頭盔顯示系統(tǒng)，當(dāng)前技術(shù)以F-35的頭盔顯示系統(tǒng)為最高水平，但DAS與目視可見環(huán)境景象依然沒有直接關(guān)聯(lián)。增強現(xiàn)實座艙要與肉眼可見以及不可見的環(huán)境景象相關(guān)聯(lián)。比如說，在頭部轉(zhuǎn)動時，可以透過頭盔顯示系統(tǒng)的透明部分看見左前方的敵機，此時在敵機圖像旁邊顯示距離、相對速度、相對高度、敵機類型、火控鎖定狀態(tài)等信恩。如果本機與友機實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，還可標(biāo)注是否已經(jīng)被友機鎖定，或者友機被該敵機鎖定。

這樣的信息也可在常規(guī)顯屏上顯示。但在敵機逼近的緊要關(guān)頭，飛行員會被迫在對敵機方向的目視觀察和低頭研讀顯屏之間不斷切換。保持對敵觀察的增強現(xiàn)實顯示的好處就顯而易見了。

當(dāng)然，信息顯示的組織也是一門藝術(shù)。一般正前方視界內(nèi)顯示最重要的信息，視界邊緣顯示次要信息和提示信息，左右次之，上下再次之。人機工程研究表明，頭部左右轉(zhuǎn)動對頸部肌肉的負(fù)擔(dān)較低，還可以得到眼球轉(zhuǎn)動的幫助以減小頭部轉(zhuǎn)動的幅度;低頭次之，但眼球經(jīng)常下視容易導(dǎo)致瞌睡：眼球經(jīng)常上視倒是有利于減少瞌睡，但經(jīng)常過度抬頭最容易導(dǎo)致頸部肌肉疲勞。

顯示的目的是為了幫助飛行員作出正確決策。根據(jù)目標(biāo)信息，由計算機自動提供最優(yōu)武器選擇，并呈現(xiàn)給飛行員，只要飛行員“批準(zhǔn)”，就立刻或者在最優(yōu)時刻自動發(fā)射，這樣的自動輔助決策是人工智能甚至當(dāng)前技術(shù)能夠做到的。在理論上，這可以由計算機自動執(zhí)行，但對于致命的武器發(fā)射，需要由飛行員最后把關(guān)。不管從技術(shù)可靠性還是從戰(zhàn)爭倫理出發(fā)，在可預(yù)見的將來，自動發(fā)射致命武器還是不可接受的。

顯示只是自動輔助決策的一半，另一半是輸入。從飛行員的生理電信號直接控制武器或者飛行可能還太科幻，至少在短期內(nèi)無法做到實戰(zhàn)所需要的可靠性。但眼球跟蹤和肢體動作識別是現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)能做到的。手勢識別已經(jīng)在汽車上開始使用，寶馬7系可以通過揮手來接打電話，或者控制音響。

自動輔助決策還可以用于危急復(fù)雜情況的半自動恢復(fù)，比如發(fā)動機意外停車、飛機進(jìn)入尾旋、高低空接近失速等。計算機通過增強現(xiàn)實顯示，自動提示飛行員應(yīng)采取的正確步驟，讓飛機從危險狀態(tài)改出。

這些也可以由計算機自動執(zhí)行，排除人為誤判。但實際情況永遠(yuǎn)比預(yù)想的復(fù)雜，再優(yōu)化的計算機程序也只能針對已經(jīng)考慮到的情況?，F(xiàn)實與設(shè)想有所偏差時，程序執(zhí)行是否能奏效就難以保證，這就是發(fā)揮飛行員的判斷和主觀能動性的時候了。另外，飛行員在非常特殊的情況下可能有意進(jìn)入危險狀態(tài)，以避免更大的危險，這也是計算機難以判別的。對于大多數(shù)情況，飛行員“批準(zhǔn)”下的半自動恢復(fù)還是必要的。

但對于飛行員失去知覺或者突發(fā)緊急情況應(yīng)付不及時，計算機要有自動判別的能力，必要時自動接管，不能傻等。比如在自動提示一定時間之后飛行員沒有反應(yīng)，或者再不行動就要機毀人亡，或者生理檢測系統(tǒng)（比如心電圖、腦電圖）判斷飛行員已經(jīng)失能或者應(yīng)付不過來了，這就是按照優(yōu)先等級自動逐級接管部分飛行員決策的時候了。只有在需要的時候才下場、會“察言觀色”的計算機才是人工智能時代人-機合作的重要形式。

增強現(xiàn)實座艙在平時的訓(xùn)練中也很有用。此時，自動輔助決策反串成為教官，自動提示新飛行員正確的動作.并確保飛行和武器安全。這樣的增強現(xiàn)實系統(tǒng)在工業(yè)上已經(jīng)開始使用，比如說，儀表、機修人員可以通過增強現(xiàn)實手段，自動獲得相關(guān)的維修和操作手冊.并根據(jù)現(xiàn)場狀況和已知信息獲得自動提示，幫助查錯和檢修。

四道難關(guān)

但增強現(xiàn)實座艙的實現(xiàn)遠(yuǎn)非輕而易舉，再快的IT發(fā)展都難以解決很多關(guān)鍵問題，F(xiàn)-35的頭盔顯示系統(tǒng)研發(fā)已經(jīng)揭示了這一艱難。

難關(guān)一，系統(tǒng)重量。過大的頭盔重量無疑增加了飛行員的頸部負(fù)擔(dān)，尤其是飛機進(jìn)行高機動飛行時，飛行員要承受七八個g的過載，頭盔重量也會增加七八信，頸椎承受的壓力可想而知。而緊急狀況下的彈射自救則是更大的問題，因為彈射瞬間的過載更大。

難關(guān)二，顯示滯后。增強現(xiàn)實座艙說到底是電子顯示技術(shù)的一種，任何電子顯示都有成像時問?？措娨曈幸稽c滯后問題不大，頂多在激烈運動場景時有點頓挫感或者虛影。但在高速運動的飛機里，滯后引起的不適在嚴(yán)重時可以導(dǎo)致暈眩。F-35頭盔在初期就有這個問題，后來是靠簡化功能才縮短了滯后時間。這當(dāng)然是個治標(biāo)不治本的權(quán)直之計，洛克希德.馬丁公司計劃在以后顯示技術(shù)更為完善的時候，再把簡化的功能加回去。不僅如此，對于增強現(xiàn)實座艙來說，對頭部轉(zhuǎn)動的探測、信號處理、圖像和信息生成也都需要時間，探測眼球轉(zhuǎn)動以確定飛行員的視線并以此決定顯示圖標(biāo)或者確認(rèn)飛行員的選擇更需要時間。功能越復(fù)雜，顯示滯后越明顯。任何計算速度進(jìn)步都只能縮短滯后，但更高的性能要求又重新凸顯了滯后。

難關(guān)三，亮度和對比度。在環(huán)境亮度很高的時候，顯示亮度和對比度必須更高，才能保證足夠的可見度。在房間里可以開著燈看LCD電視，但用投影儀看電視，要效果好的話，最好還是關(guān)燈，差別就在于亮度和對比度。但為了避免看不清和刺眼，顯示的亮度和對比度必須隨環(huán)境和視線而實時調(diào)整。在抬頭看天的時候迅速調(diào)高亮度和對比度，在低頭看座艙內(nèi)部的時候自動調(diào)低。另一個是防眩光保護，這對非殺傷性激光已經(jīng)泛濫的時代非常重要。

難關(guān)四，可靠性。增強現(xiàn)實座艙可以取代所有傳統(tǒng)顯屏，即使保留部分傳統(tǒng)顯屏，大量關(guān)鍵信恩依然靠頭盔顯示，對可靠性的要求不言而喻。F-35曾經(jīng)把關(guān)鍵的飛行和發(fā)動機信息只在頭盔顯示，后來被迫在傳統(tǒng)的低頭大屏上保留備份，不至于在頭盔顯示失效時影響飛行安全。但顯示系統(tǒng)畢竟是顯示系統(tǒng)，在系統(tǒng)斷電或者全面故障時，必須依然保持很高的透明度和無失真，因此面罩上的顯屏必須是純光學(xué)的，能接受投影圖標(biāo)和各種圖像顯示，而不能是全電子的，在任何時候不能出現(xiàn)黑屏。

這些只是頭盔顯示所涉及的問題，還沒有涉及頭部運動、限球運動、虛擬觸覺等問題。這些也都不容易做到，所以實戰(zhàn)級的增強現(xiàn)實座艙還有距離，但這是非常值得關(guān)注的方向。在可靠的增強現(xiàn)實實現(xiàn)后，虛擬現(xiàn)實也就不遠(yuǎn)了。那時，“暗艙”座艙可以成為現(xiàn)實，不利于隱身的座艙蓋可以取消，飛行員的座艙可以在機內(nèi)任何方便的地方設(shè)置。這也意味著飛行員甚至不必在機上，可以實現(xiàn)有效的遙控。當(dāng)然，成功的遙控還取決于通信滯后和高度自主的人工智能飛控。

有句話說，“21世紀(jì)最重要的是人才?！比瞬胖匾辉谟谟辛?，而在于能大量處理信息，并根據(jù)信息作出正確決策，真正花力氣反而是相對不重要的部分。戰(zhàn)斗機也是一樣。速度、機動性、武器載量和性能這些“硬性能”依然重要，但信息可能才是決定勝負(fù)的。增強現(xiàn)實座艙正是戰(zhàn)斗機信息化的重要一環(huán)，這或許才是BAe“暴風(fēng)”概念戰(zhàn)斗機的意義之所在

責(zé)任編輯：王鑫邦