VR與AR在軍事訓(xùn)練中的應(yīng)用探析

趙晉慧

摘要：VR和AR兩種技術(shù)是已使用的兩種較為前沿的顯示技術(shù)，對(duì)軍事訓(xùn)練領(lǐng)域有極大的幫助，VR和AR同屬虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，但有明顯的區(qū)別，不存在單純的遞進(jìn)和取代關(guān)系，在具體應(yīng)用中根據(jù)自身特點(diǎn)，針對(duì)性使用這兩種技術(shù)可以達(dá)到最佳的投入產(chǎn)出比。

關(guān)鍵詞：VR;AR;軍事訓(xùn)練

VR和AR在美國(guó)最早是應(yīng)用于軍事領(lǐng)域的技術(shù)，主要體現(xiàn)在單兵模擬訓(xùn)練、多軍種聯(lián)合虛擬仿真演習(xí)、高新武器研發(fā)與設(shè)計(jì)、信息網(wǎng)絡(luò)虛擬戰(zhàn)等。根據(jù)VR和AR不同的技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合不同的軍事訓(xùn)練需求，有的放矢的使用新技術(shù)可以最大限度的發(fā)揮新技術(shù)的功能。

1 VR和AR

VR（Virtual Reality），虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是由計(jì)算機(jī)視覺、仿真技術(shù)、人機(jī)交互等多種信息技術(shù)演變發(fā)展而來(lái)的新型計(jì)算機(jī)技術(shù)。VR可分為非沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)和沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)。非沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)也稱為桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)，是借助于計(jì)算機(jī)和其鼠標(biāo)、鍵盤、話筒等外圍設(shè)備，通過(guò)三維制圖軟件在屏幕生成的窗口式虛擬環(huán)境。沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)是利用圖形系統(tǒng)和各種控制接口設(shè)備，在計(jì)算機(jī)上生成可交互和具有沉浸感覺的現(xiàn)實(shí)世界的模擬仿真，其沉浸特征要求用戶戴上 VR 頭盔才能進(jìn)入虛擬環(huán)境。

AR（Augmented Reality），增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是將原本在現(xiàn)實(shí)世界的一定時(shí)空范圍內(nèi)難以體驗(yàn)到的實(shí)體信息，通過(guò)技術(shù)手段進(jìn)行模擬仿真后再疊加到現(xiàn)實(shí)世界，被人類感官所感知，從而達(dá)到超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)。AR系統(tǒng)是集成了真實(shí)和虛擬世界的信息，具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)交互性。在顯示技術(shù)方面，全息影像和智能眼鏡近眼屏為代表是未來(lái)AR硬件的發(fā)展方向之一。

2 VR和AR的主要區(qū)別

2.1 虛擬環(huán)境的立足點(diǎn)不同

VR技術(shù)的特點(diǎn)在于虛擬環(huán)境完全構(gòu)建在虛擬的三維世界當(dāng)中，所有的事物都通過(guò)三維模型來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如《Special Force VR：Infinity War》，玩家需頭戴非透視式 HMD，完全沉浸在虛擬世界中，與現(xiàn)實(shí)世界環(huán)境完全脫離，可在幾平米范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)游戲中數(shù)平方公里范圍的活動(dòng)。AR技術(shù)的特點(diǎn)在于虛擬對(duì)象立足于現(xiàn)實(shí)世界當(dāng)中，將部分虛擬對(duì)象與現(xiàn)實(shí)環(huán)境有機(jī)融合，例如AR游戲《Pokemon GO》，立足于現(xiàn)實(shí)世界，利用手機(jī)顯示端，將精靈角色與現(xiàn)實(shí)環(huán)境相融合，2016年9月18日下午，日本東京港區(qū)臺(tái)場(chǎng)街頭聚集數(shù)百人，導(dǎo)致交通癱瘓，人群聚集因玩家為捕捉虛擬精靈而導(dǎo)致，其中還有玩家從神奈川趕來(lái)。

2.2 顯示設(shè)備使用感受不同

VR將視覺與現(xiàn)實(shí)世界完全隔離開，借助頭戴式顯示設(shè)備，使人沉浸于一個(gè)完全的虛擬世界。VR的優(yōu)點(diǎn)是徹底改變了PC的交互形式，視覺的感受更近似于人眼，交互設(shè)備更豐富，手柄、重力感應(yīng)、陀螺儀、眼動(dòng)儀等極大豐富了VR的交互體驗(yàn)。缺點(diǎn)是因VR顯示設(shè)備對(duì)人眼的全包裹，長(zhǎng)時(shí)間使用VR會(huì)對(duì)眼睛造成較大負(fù)擔(dān)，容易導(dǎo)致眩暈，眼睛全包裹后使用者會(huì)擔(dān)心自己與周圍發(fā)生碰撞，一定程度上導(dǎo)致行動(dòng)不自如的問題。

AR將虛擬對(duì)象與現(xiàn)實(shí)世界融合互動(dòng)，以現(xiàn)實(shí)的環(huán)境為基礎(chǔ)，進(jìn)行局部的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象的虛擬。顯示設(shè)備主要為透視式 HMD，鏡片上顯示的只是疊加的虛擬圖像和信息，這樣的顯示形式很好的改善了VR頭盔帶來(lái)的眩暈感、酸澀感等不良視覺感受，也不會(huì)有行動(dòng)受限的問題。它的缺點(diǎn)是技術(shù)尚不成熟，虛擬對(duì)象與現(xiàn)實(shí)結(jié)合不自然，還不能得到廣泛的應(yīng)用。

2.3 顯示技術(shù)重點(diǎn)側(cè)重不同

VR是完全的虛擬場(chǎng)景，因此它的技術(shù)重點(diǎn)為使用者與虛擬場(chǎng)景交互的領(lǐng)域，影響質(zhì)量的關(guān)鍵因素有定位跟蹤器、動(dòng)作捕捉系統(tǒng)、手柄控制器，除此之外就是大體量的三維模型數(shù)據(jù)和特效數(shù)據(jù)，對(duì)運(yùn)行系統(tǒng)的主機(jī)有很高的要求。

AR是現(xiàn)實(shí)和虛擬結(jié)合的技術(shù)，它的技術(shù)重點(diǎn)在結(jié)合的部分。眼鏡式頭顯設(shè)備前端要增加獲取現(xiàn)實(shí)環(huán)境的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，數(shù)據(jù)采集設(shè)備的質(zhì)量高低也決定了虛擬對(duì)象與現(xiàn)實(shí)環(huán)境的融合程度。全息投影的顯示方式可以實(shí)現(xiàn)裸眼的AR體驗(yàn)，但對(duì)顯示的環(huán)境要求較高，顯示范圍也會(huì)受到較大限制。

3 VR和AR在軍事訓(xùn)練中的應(yīng)用

非沉浸式VR技術(shù)基于計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備，環(huán)境易實(shí)現(xiàn)且成本較低，但視野局限于顯示屏邊框，因此多應(yīng)用于視野為窗口類的模擬訓(xùn)練科目。例如飛機(jī)、車輛、船艇等駕駛操作技能訓(xùn)練，因現(xiàn)實(shí)中駕駛艙的視野同樣受到觀察窗邊框的限制，因此使用非沉浸式VR技術(shù)是最合適的，不必使用沉浸式VR或者AR來(lái)訓(xùn)練，可以最小的成本達(dá)到最大的訓(xùn)練效果。

沉浸式VR技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)就是在虛擬世界中視野最大程度還原人眼感受，可360度無(wú)死角的觀察，逼真的營(yíng)造出現(xiàn)實(shí)中不易遇到的大場(chǎng)面，比較適用于側(cè)重環(huán)境感受的軍事訓(xùn)練科目。例如戰(zhàn)場(chǎng)中隱蔽意識(shí)訓(xùn)練就是一個(gè)需要解決的問題，在現(xiàn)實(shí)中營(yíng)造對(duì)己方人員密集火力覆蓋的環(huán)境是較為困難的，容易造成人員傷亡，目前多采用的激光對(duì)抗訓(xùn)練系統(tǒng)在一定程度上能解決訓(xùn)練戰(zhàn)味不濃的問題，但是僅限于士兵間輕武器的對(duì)抗，對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)的綜合環(huán)境表現(xiàn)方面還有較大差距，在訓(xùn)練中受訓(xùn)者往往表現(xiàn)出一種無(wú)所畏懼的輕視狀態(tài)，VR可以很好解決這一問題，全要素的模擬出一場(chǎng)戰(zhàn)斗，讓受訓(xùn)者體驗(yàn)到最接近真實(shí)的戰(zhàn)斗環(huán)境。

AR技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)在于現(xiàn)實(shí)和虛擬兩部分真假參半，適合訓(xùn)練對(duì)真實(shí)環(huán)境要求較高的科目。例如特戰(zhàn)訓(xùn)練中的狙擊訓(xùn)練，面對(duì)人形靶標(biāo)，受訓(xùn)者往往能表現(xiàn)出優(yōu)異的訓(xùn)練成績(jī)，但是換成真人，特別是訓(xùn)練中由隊(duì)員扮演的活人靶，對(duì)狙擊手的心理造成極大的沖擊，甚至導(dǎo)致開不了槍的狀況發(fā)生。這一問題用AR雖然也能解決環(huán)境的構(gòu)建，但是它的虛擬性同樣會(huì)導(dǎo)致受訓(xùn)者重視不起來(lái)的問題，高質(zhì)量的AR人靶可以達(dá)到以假亂真的效果，一方面極大地貼近實(shí)戰(zhàn)，另一方面可以避免活人靶帶來(lái)的安全、倫理等一系列問題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐碩.VR/AR應(yīng)用場(chǎng)景及關(guān)鍵技術(shù)綜述[J].智能計(jì)算機(jī)與應(yīng)用，2017（06）.

[2] 劉崇進(jìn).沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展概況及發(fā)展趨勢(shì)[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2019（03）.

（作者單位：陸軍邊海防學(xué)院）