VR技术的军事化运用浅探

骆书阳

摘要：VR技术随着科学发展已进入爆发期，在陆海空军事领域的运用也更加深入、更加广泛，目的是进行实操准备的准军事训练和实战化条件下心理素质的提升。对于士兵在军事实战情况下和其他危险紧急情况下做出快速准确的反应起到了关键作用。同时，VR技术也迅速在其他军事相关领域发挥其独特的优势。

关键词：VR技术；虚拟现实；军事化运用；概况；建议

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）20-0229-03

Abstract： The VR technology with the development of science has entered the outbreak period， in the field of armed apply more extensive， in-depth and also aims to do for the paramilitary training field. For soldiers in military real cases and other dangerous situation make fast reaction played a key role. At the same time， VR technology is rapidly in the related fields of other military also play its unique advantages.

Key words： VR Technology； virtual reality； Military Application； General Situation； Suggestions

长期以来，外军对作战模拟训练极其重视，投入了大量的人力、物力和技术力量，不断研究和探索模拟训练的新理论、新方法。尤其是作为世界头号军事强国的美国，将高新技术不断地投入到军事领域的各个方面。而作为诞生时间不到30年的新技术，虚拟现实（VirtualReality，简称VR）技术，近年来在军事领域发挥着越来越大的作用，而美军更是将虚拟现实技术充分应用到了军事模拟训练的各个层面。

1 VR技术的概念及其特点 [1]

VR技术又译为灵境技术，它是一种综合计算机图形技术、多媒体技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术及仿真技术等多种科学技术综合发展起来的技术，也是力学、数学、光学、机构运动学等各种学科的综合应用。这种技术的特点在于以模仿的方式为用户创造一种虚拟的环境，通过视、听、触等感知行为使得用户产生沉浸于虚拟环境的感觉并与虚拟环境相互作用从而引起虚拟环境的实时变化。参与者借助一定的交互设备与虚拟环境中的对象进行交互作用，并相互影响。在这种环境下，参与者可以按照自己的主观意愿驱动虚拟环境，并感知虚拟世界的各种对象，从而可以完成一些现实中难以完成或根本无法完成的活动。与传统计算机技术相比，虚拟现实系统，具有沉浸性、交互性和想象性三个显著特征。[2]

1）沉浸性：又称浸入性，是VR技术的核心，是指用户感受存在于模拟环境中的真实程度，包括视觉沉浸、听觉沉浸、触觉沉浸、嗅觉沉浸、味觉沉浸及身体感觉沉浸。

2）交互性：指参与者对虚拟环境内物体的可操作程度和从环境中得到反馈的自然程度。这种交互的产生，主要借助于各种专用的三维交互设备（如头盔显示器、数据手套、三维鼠标等）。

3）想象性：是VR系统的目的，是指虚拟环境是人想象出来的，同时人沉浸在这个环境中能够获取新的知识，从而产生新的想法，因而可以创造性的实现一定的目的。

2 VR技术军事化运用的前景及优势

VR技术的进步使人们拥有功能更丰富和更智能娱乐设备的同时，也使得军事装备同样日益智能化。同样的技术或硬件设备，可以是普通人的娱乐玩具，也可以是军队增强战斗力的先进兵器。军事领域或许才是VR技术应用前景最广阔的舞台。目前VR技术在军事领域的应用主要有以下两个方面。

2.1模拟真实战场环境

通过背景生成与图像合成创造一种险象环生、几近真实的立体战场环境，使受训士兵“真正”进入形象逼真的战场，从而增强受训者的临场反应，大大提高训练质量。单兵模拟训练与评判在该应用系统中导调人员可设置不同的战场背景，给出不同的情况，而受训者则通过立体头盔、数据服、数据手套或三维鼠标操作传感装置做出或选择相应的战术动作，输入不同的处置方案，体验不同的作战效果，进而像参加实战一样，锻炼和提高技战术水平、快速反应能力和心理承受力。与常规的训练方式相比较，虚拟现实训练具有环境逼真、“身临其境”感强、场景多变、训练针对性强和安全经济、可控制性强等特点。

2.2模拟诸军种联合演习

建立一个“虚拟战场”，使参战双方同处其中，根据虚拟环境中的各种情况及其变化，实施“真实的”对抗演习。在这样的虚拟作战环境中，可以使众多军事单位参与到作战模拟中来，而不受地域的限制，可大大提高战役训练的效益；还可以评估武器系统的总体性能，启发新的作战思想。虚拟军事演习系统可以任意增加联合演习的次数。这样便于作战方案与理论的研究。传统的实兵演习周期长、耗费大，如果借助虚拟军事演习系统进行训练，就可以较小的代价、较短的时间实施大规模战区、战略级演习，并可通过多次演习或一次演习多种方案，发现、解决实战中可能出现的问题。进行指挥员训练利用虚拟现实技术，根据侦察情况资料合成出战场全景图，让受训指挥员通过传感装置观察双方兵力部署和战场情况，以便判断敌情，定下正确决心。

将虚拟现实应用于军事领域，符合减少人员、物资的损耗，提高军事训练效费比的现实需求与发展方向。今后的应用将会越来越泛，发挥的作用也将会越来越大。而随着VR技术的进一步发展，未来的士兵将在模拟舱内身“战”，体验生死，磨练意志，娴熟战术技能。超前的训练使军队在虚拟中体验战争、把握战争，以往那种认为“战术专家是打出来的，而不是训练出来”的观念正面临严峻挑战。超前模拟已成为军事训练的全新领域。

3 我军与外军VR技术运用概况 [3]

20世纪90年代初，美国率先将VR技术用于军事领域，所以军事应用可以说是推动VR技术发展的源动力，直到现在依然是VR系统的最大应用领域。近些年美军一直都十分关注模拟训练的问题，并在自己的军事训练中努力满足其可视化、人机交互的基于VR技术的模拟训练要求，实现从战略到战役、从指挥机构到单兵、从战场环境到武器运用，对部队实施全方位的模拟训练，而且已经具备运用VR模拟直接为实战和战争服务的能力。最近的几场军事交锋中，美军官兵都体现了良好的指挥和阅读战争的能力，这与他们长期坚持的近似实战的高水平模拟训练密切相关。虚拟现实技术在美军模拟训练中的应用主要体现在构建虚拟战场环境、单兵模拟训练、网络化作战训练、军事指挥人员训练、提高指挥决策能力、研制武器装备及进行网络信息战等方面。

3.1构建虚拟战场环境

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。在阿富汗和伊拉克战争中，美军采用综合了航空照片、卫星影像和数字高层地形数据来生成高分辨率的作战区域三维地形环境，以几乎一致的三维环境来训练执行任务的战斗机飞行员。很多飞行员都感慨在执行任务的过程中，见到的环境都在模拟器中见到过，因此大大减少了执行任务的难度和伤亡率。

3.2进行单兵模拟训练 [4]

基于VR的军事模拟训练最初就是针对单兵操作武器装备的，因此在单兵训练系统中的应用也最为广泛和成熟。如图1所示，美国的“F-16”战斗机虚拟训练模拟器采用了三维图形可视化生成系统、全封闭立体头盔显示器、三维交互式声音合成技术、Provision高性能图形工作站、六自由度的运动平台等先进的技术手段，并制造了与实物同样大小的战斗座舱。其三维图形生成系统不仅能够生成逼真的大范围虚拟地形环境，模拟不同自然环境下如雾天、雨天、暴风雪等各种飞行条件，而且其三维的声音合成系统还能够合成出逼真的三维空间声音的效果，能处理虚拟现实中飞机以外的各种情况，如气球的威胁、导弹的发射轨迹等。

3.3通过网络进行异地同环境作战训练 [5]

运用虚拟现实技术分布式交互仿真并结合现代网络通信技术，通过作战模拟训练中心控制设置在不同地域的作战单位及各级指挥官处的模拟系统终端来实现不同地域、相同环境的模拟作战训练。美陆军的“近战战术训练系统”CCTT）采用先进的主干光纤系统网络并结合分布式交互仿真，建立一个虚拟作战环境，能够仿真包括“艾布拉莫斯”坦克、“布雷德利”战车、HUM-VEES武器系统在内的多种武器装备，供作战人员在人工合成环境中完成作战训练任务。该系统通过局域网和广域网联结着从韩国到欧洲的大约65个工作站，各站之间可迅速传递装备模型和训练数据，使参演人员能在虚拟环境的动态形式中进行近战战术训练。

3.4进行军事指挥人员训练[6]

利用VR技术，根据侦察情况资料合成出战场全景图，让受训指挥员通过传感器装置观察双方兵力部署和战场情况，以便判断敌情，定下正确决心。美军曾经使用过许多作战模拟系统来培训军事人员，并取得了显著的效果。如美国海军开发的“虚拟舰艇作战指挥中心”就能逼真地模拟与真实的舰艇作战指挥中心几乎完全相似的环境，生动的视觉、听觉和触觉效果，使受训军官沉浸在“真实的”战场之中。目前，美军更进一步采取措施，通过设置“军官虚拟现实教程”来强化人员培训。

3.5 提高指挥决策能力

在作战指挥决策领域，VR技术的应用包括两个方面：1、通过对获取的情报数据在三维战场环境上合成逼真的三维战场态势场景，有利于指挥人员更加形象直观地把握整个战场态势，辅助指挥人员进行决策；2、采用基于VR技术的作战方案分析系统对指挥决策人员提出的决策方案进行仿真分析，以便更好地为决策人员服务。美国海军实验室（NRL）自主开发的Dragon系统在作战之前就能够快速将复杂战场态势可视化，使指挥员及其参谋人员能灵活使用二维或三维动态显示系统，更有效地制定任务计划和演练，评估行动路线，保持对战场态势的认知。

3.6 缩短武器装备的研制周期 [7]

众所周知，在高新技术武器开发的过程中大量地采用VR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，让研制者和用户同时进入虚拟的作战环境中操作武器系统，充分利用分布交互式网络提供的各种虚拟环境，检验武器系统的设计方案和战技术性能指标及其操作的合理性，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。美国第四代战斗机F-22和JSF在研制的全过程中由于采用了VR技术，实现三维数字化设计和制造一体化，研制周期缩短50%，节省研制费用超过93%。

3.7 信息网络虚拟战

信息网络虚拟战是以计算机成像、电子显示、话音识别和合成、传感等技术为基础实施的信息欺骗。它通过信息网络某一节点，把己方计算机与对方联网，或战前通过各种途径将VR技术植入敌方的指挥控制信息系统中，把己方的虚拟信息即假情报、假决心、假部署传输给敌方，迷惑敌人，诱敌判断失误；向敌指挥官和士兵发布敌方军官假命令，使敌军事行动陷入混乱。这种战法，能使敌方在三维声像环境中，看到酷似实物的立体交战图像，使敌方产生错觉，增大了欺骗的真实性。1994年4月，随着美军第一支数字化部队的建立，美军就开始着手运用VR技术进行模拟对抗性演习，并专门成立了“VR技术欺骗战”研究小组，由其具体负责技术研制和实验。

反观我军，VR技术的军事化运用水平相对较低、方式较少、技术不够成熟，但总体呈快速发展的态势。近年，我军在装甲兵驾驶及陆航飞行员训练中大量投入VR技术，对我军模拟真实战场环境，提升武器操作水平及实战心理具有重大意义。同时我军开始运行大规模地形地景仿真引擎。该引擎的运用，可快速生成基于真实的地形数据和高分辨率的遥感影像，通过与视觉仿真技术结合，可用于虚拟战场军事演习。此外，如图2所示，VR技术还运用到航天飞船中的模拟对接及导弹发射情况模拟。VR技术军事中的运用广度和深度在不断拓展和深化，我军的VR技术在不久的将来将深入每个军事领域。

4 VR技术军事化运用的思考及建议 [8]

我军必须着眼未来战场空间多元化，构建多维虚拟战场，提高部队联合作战能力。未来信息化战争中，战场空间呈现陆、海、空、天、电、心、高等多维发展的趋势，能否在复杂多变的多维空间中保持指挥信息的畅通，这已成为影响现代战争制胜的关键。为能尽快适应未来战场需要并掌握信息化战争的主动权，我军只有VR技术同战争需求紧密相联，提高部队在复杂多维的战场环境下的联合作战能力和情报获取能力。

1）集中模拟训练向分散模拟训练发展。[9]随着军事通信技术和计算机技术的快速发展，作战模拟训练衍生出了“分布式模拟”新概念，即分散模拟训练。指作战模拟训练中心通过现代化通信技术，控制设置在不同地域的作战单位及各级指挥官处的模拟系统终端来实现不同地域、相同环境的模拟作战训练。

2）重视基于混合现实的军事领域VR技术，形成一个能够支持将真实士兵、装备、作战环境与虚拟作战实体和环境相结合来组织演习的训练系统。

3）通信指挥控制与情报系统逐步纳入到模拟环境，进行“实战”的检验。在利用分布交互式模拟训练系统的训练中，可使用与战时相同的通信装备和侦察报知器材，对武器系统、通信系统、人的素质和指挥艺术进行“一体化”检验，从而使训练更加“近似”实战。

4）努力将VR技术与作战、反恐和心理训练紧密结合，[10]以求迅速提高部队快速反应能力、打击能力和对战场的心理承受及恢复、适应能力。

5 结束语

VR技术现已成为信息领域中继多媒体技术、网络技术之后被广泛关注及研究、开发与应用的又一热点技术，而美军已经充分意识到了VR技术在军事领域的巨大价值，并将其运用到了军事生活的方方面面。虽然现阶段VR技术存在一定不足，但不可否认其潜力是巨大的。我国对VR技术的研究起步较晚、时间较短，但发展迅速，尤其是在商业领域及各高校均有研究应用，在军事领域虽有一定应用，总体来说相对滞后。近年来，随着VR技术的快速发展和广泛应用，我军也开始认识到了VR技术在军事训练中的巨大优势而开始增大对该技术的关注和投入。通过对VR技术应用现状的分析，了解该技术在军事领域的最新应用和发展趋势，可以为我军VR技术的研究应用提供一定的参考，继而更好地推动我军VR技术的发展。不断提高指挥现代化战争水平和锤炼打赢现代化信息化高技术战争能力。

参考文献：

[1] 胡小强.虚拟现实技术基础与应用[M].北京：北京邮电大学出版社，2009.

[2] BURDEAGC，COIFFETP.虚拟现实技术[M].魏迎梅，栾悉道，译.北京：电子工业出版社，2005.

[3] 军事科学院军事百科研究所.当代最具影响力的军事技术（一）[J].军事百科，2005（1）：64-66.

[4] FROST，SULLIVAN.Linksimulationandtraining-militarysimulatorsandtrainingsystem[DB/OL].www.airforc-technology.com，2006.

[5] NationalSimulationCenter.Closecombattacticaltrainer.[DB/OL].FortLeavenworth.www.leav.army.mil/nsc/tsm/cctt-p.html，2002.

[6] STONER，REESJ.ApplicationofVRtotheDevelop-mentofNavalWeaponsSimulator[C]//ProceedingsofI/ITSEC，2002：1100-1103.

[7] DAVIESRApplicationsofsystemdesignusingvirtualen-vironments[C]//TheHandbookofVirtualEnvironmentsTechnology，Erlbaum，Mahwah，NJ，2002：93-137.

[8] 刘世斌，刘兴彦.虚拟现实技术在军事上的研究[J].应用与安全，2003（4）：604-607.

[9] 张志涛.外军模拟训练的发展趋势[C]//系统仿真技术及应用学术交流会，2002：10-12.

[10] 李湘德，赵俭.虚拟现实技术的军事应用研究[J].科技进步与对策，2003（10）：81-83.