青出于藍(lán)而勝于藍(lán)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

“虛擬現(xiàn)實(shí)”（VR-Virtual Reality）是利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境（如飛機(jī)駕駛艙、操作現(xiàn)場等），通過多種傳感設(shè)備使用戶“沉浸”到該環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)用戶與該環(huán)境直接的自然交互。這個(gè)提法是在上個(gè)世紀(jì)80年代出現(xiàn)的，但對它的研究可追溯到上世紀(jì)60年代。當(dāng)時(shí)以美國國家航空航天局（NASA）為首，致力于把VR技術(shù)用于各種武器系統(tǒng)操作人員，特別是飛機(jī)駕駛員和宇航員的模擬訓(xùn)練，以減少實(shí)戰(zhàn)中的人員、物資損失并節(jié)約訓(xùn)練經(jīng)費(fèi)。

VR技術(shù)與我們熟知的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的關(guān)系可以概括成是“青出于藍(lán)而勝于藍(lán)”。計(jì)算機(jī)仿真是一門利用計(jì)算機(jī)軟件模擬實(shí)際環(huán)境進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)的技術(shù)。從模擬實(shí)際環(huán)境這一特點(diǎn)看，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與VR技術(shù)有著一定的相似性。二者之間的差異主要表現(xiàn)為兩點(diǎn)：首先是感知方面。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)原則上以視覺和聽覺為主要感知，很少用到其他感知（如觸覺、力覺等），用戶基本上是“旁觀者”，可視場景既不隨用戶的視點(diǎn)變化，用戶也沒有身臨其境之感，VR技術(shù)則不然。其次在交互性方面。計(jì)算機(jī)仿真一般不強(qiáng)調(diào)交互的實(shí)時(shí)性，而VR技術(shù)本質(zhì)上就是利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生一個(gè)讓人以自然的視、聽、嗅、觸等功能感覺到的三維空間環(huán)境，從而讓用戶以習(xí)慣的能力和方法，對這個(gè)生成的“客觀世界”進(jìn)行觀察、分析、操作和控制，最終沉浸其中。在硬件上，實(shí)現(xiàn)較理想的VR系統(tǒng)需要有頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套/數(shù)據(jù)服、高性能計(jì)算機(jī)等。軟件方面，主要包括輸入處理、仿真引擎、聲音處理、虛擬世界的渲染、觸覺與反饋力的處理等軟件。

概括說來，VR技術(shù)源于仿真技術(shù)，又是一種更高級、更先進(jìn)的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。

眾多領(lǐng)域VR技術(shù)大顯身手

世界上與VR技術(shù)有關(guān)的公司有100多家，所開發(fā)的VR系統(tǒng)已在軍事、航空航天、工程設(shè)計(jì)、教育培訓(xùn)、市場營銷、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域投入應(yīng)用，對減少損失、節(jié)約經(jīng)費(fèi)、縮短產(chǎn)品研制周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面發(fā)揮了巨大的作用。在不同領(lǐng)域，VR技術(shù)應(yīng)用的廣度和深度相差很大，但從總體上來說，目前VR技術(shù)的應(yīng)用還僅處于初期的半實(shí)物功能仿真階段，其優(yōu)勢尚未完全體現(xiàn)，所具有的感知功能僅限于視覺、聽覺、力覺、觸覺、運(yùn)動等幾種，無論是感知范圍還是感知精確度都尚未達(dá)到理想的狀態(tài)。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，VR技術(shù)已經(jīng)滲透進(jìn)了軍事領(lǐng)域的許多方面，并開始發(fā)揮越來越大的作用。概括起來，其在軍事方面的應(yīng)用可歸結(jié)為以下方面：

虛擬戰(zhàn)場環(huán)境的建立

通過相應(yīng)的三維戰(zhàn)場環(huán)境圖形圖像庫，包括作戰(zhàn)背景、戰(zhàn)地場景、各種武器裝備和作戰(zhàn)人員等，為使用者創(chuàng)造一種險(xiǎn)象環(huán)生、逼真的立體戰(zhàn)場環(huán)境，增強(qiáng)身臨其境之感，提高訓(xùn)練質(zhì)量。

單兵模擬訓(xùn)練系統(tǒng)

士兵穿上數(shù)據(jù)服，戴上頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套，通過操作傳感裝置選擇不

同的戰(zhàn)場背景，輸入不同的處置方案，體驗(yàn)參加實(shí)戰(zhàn)的感覺，檢驗(yàn)不同的作戰(zhàn)效果。這種訓(xùn)練方式可大大鍛煉和提高士兵的戰(zhàn)術(shù)水平、快速反應(yīng)能力和心理承受能力。

近戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練

通過VR技術(shù)對近距離作戰(zhàn)（如城區(qū)軍事行動）進(jìn)行建模和仿真，進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)理論和作戰(zhàn)計(jì)劃的檢驗(yàn)，并預(yù)測軍事行動和作戰(zhàn)計(jì)劃的效果，還可評估武器系統(tǒng)的總體性能，啟發(fā)新的作戰(zhàn)思想。

實(shí)施軍兵種聯(lián)合演習(xí)

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、海軍、空軍、工兵等諸軍兵種的合成戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，建立一個(gè)“虛擬戰(zhàn)場”，使參戰(zhàn)雙方共處其中。根據(jù)虛擬環(huán)境中的各種情況及其變化，實(shí)施“真實(shí)的”對抗演習(xí)。

輕武器領(lǐng)域，VR技術(shù)發(fā)展 方興未艾

與坦克、導(dǎo)彈、飛機(jī)等大型武器系統(tǒng)相比，輕武器顯得小巧玲瓏、高技術(shù)含量偏低，但卻是世界各國裝備數(shù)量最多的武器裝備。在輕武器領(lǐng)域，VR技術(shù)還未得到廣泛深入的應(yīng)用，其主要產(chǎn)品都集中于半實(shí)物仿真系統(tǒng)方面。

近年，VR技術(shù)在輕武器領(lǐng)域的應(yīng)用呈現(xiàn)出了方興未艾的發(fā)展趨勢。隨著VR 技術(shù)的完善及其與輕武器領(lǐng)域結(jié)合程度的加深，新型產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的輕武器激光模擬射擊訓(xùn)練系統(tǒng)將成為昨日黃花。如澳大利亞在1999年推出了一種據(jù)稱達(dá)到世界最新技術(shù)發(fā)展水平的輕武器激光模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，可用于訓(xùn)練國防軍士兵的射擊技能和武器操作能力。這些設(shè)備可讓士兵練習(xí)使用各種裝有激光器的武器射擊計(jì)算機(jī)生成的目標(biāo)，并應(yīng)付計(jì)算機(jī)所生成的場景。實(shí)踐證明，這是訓(xùn)練澳大利亞國防軍士兵操作使用輕武器的一種十分有效的方法。2004年初，以色列BVR系統(tǒng)公司獲得了一份價(jià)值260萬美元的合同，用以提供步兵多武器射擊模擬系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一種基于計(jì)算機(jī)的戰(zhàn)術(shù)和步兵作戰(zhàn)訓(xùn)練器，用于先進(jìn)輕武器的訓(xùn)練，含有許多射擊站，這些射擊站可按步槍、機(jī)槍和迫擊炮進(jìn)行分類。2004年5月，美國AIS公司與美國空軍空中作戰(zhàn)指揮部（ACC）簽訂了輕武器訓(xùn)練系統(tǒng)合同：AIS公司與庫比克防務(wù)應(yīng)用公司（庫比克公司的一個(gè)子公司）模擬系統(tǒng)分部合作，共同研制創(chuàng)新方案以滿足美國空軍的訓(xùn)練需求。這種被稱為“先進(jìn)交戰(zhàn)技能訓(xùn)練器（EST 2000）”的系統(tǒng)將裝備美國空軍的15個(gè)不同ACC基地。這種訓(xùn)練器將取代現(xiàn)役的老式訓(xùn)練模擬器，大幅度提高美國空軍的訓(xùn)練能力，并使ACC能夠指導(dǎo)射擊技術(shù)和判定射擊技能。

目前，VR技術(shù)在輕武器領(lǐng)域應(yīng)用的大部分產(chǎn)品主要側(cè)重于單兵射擊訓(xùn)練或帶戰(zhàn)術(shù)背景的單兵射擊訓(xùn)練，也有一些產(chǎn)品可用于反恐、緊急救援等方面的仿真訓(xùn)練。不足之處主要

表現(xiàn)在如下兩個(gè)方面：

（1）VR技術(shù)與輕武器領(lǐng)域結(jié)合的程度有待繼續(xù)加深，應(yīng)充分利用VR技術(shù)的不斷進(jìn)步，并結(jié)合輕武器自身的特點(diǎn)，深入挖掘潛力，真正體現(xiàn)VR技術(shù)的沉浸感、交互性、自主性等特點(diǎn)。

（2）應(yīng)拓寬VR技術(shù)在輕武器領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，深入研究VR技術(shù)與槍械以外的其他輕武器（如自動榴彈發(fā)射器、手榴彈、彈射器等裝備）在研制和訓(xùn)練等方面相結(jié)合的可能性和可行性。這是VR技術(shù)在輕武器領(lǐng)域的研究空白，蘊(yùn)涵著巨大的發(fā)展空間。

VR技術(shù)在輕武器領(lǐng)域應(yīng)用展望

輕武器一直是世界各國裝備量最大的武器。傳統(tǒng)意義上的輕武器性能單一、造價(jià)低廉、高技術(shù)含量低，但隨著步兵分隊(duì)作戰(zhàn)需求的不斷變化和高新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對輕武器的性能要求也在不斷提高，輕武器開始向高新技術(shù)方向發(fā)展。這一發(fā)展趨勢將對輕武器的科研論證、研制開發(fā)和訓(xùn)練等方面產(chǎn)生巨大的影響。隨著輕武器裝備性能的不斷提升和高新技術(shù)的不斷應(yīng)用，VR技術(shù)在輕武器領(lǐng)域?qū)@得極大的發(fā)展。

VR技術(shù)將貫穿輕武器裝備的科研論證、工程研制和定型試驗(yàn)全過程

利用VR技術(shù)進(jìn)行大型復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)、設(shè)計(jì)和評估論證等工作，已有很多成功的先例。目前，VR技術(shù)在輕武器領(lǐng)域的應(yīng)用僅限于槍械的射擊訓(xùn)練和作戰(zhàn)效能仿真方面，而在科研論證和工程研制等方面尚未得到應(yīng)用。隨著作戰(zhàn)需求的不斷豐富和技術(shù)的不斷進(jìn)步，步兵分隊(duì)對輕武器的性能要求將越來越高。研制開發(fā)一種新型輕武器的周期將變得越來越長，耗資也呈不斷上升的趨勢，隨之而來的研制風(fēng)險(xiǎn)也將加大。如果在輕武器裝備科研論證和工程研制的過程中融入 VR技術(shù)，設(shè)計(jì)者便可方便地介入武器系統(tǒng)建模和仿真試驗(yàn)的全過程，這將大大縮短輕武器系統(tǒng)的研制周期，節(jié)約科研經(jīng)費(fèi)，并能對武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能進(jìn)行合理評估，使性能指標(biāo)更接近實(shí)戰(zhàn)要求。此外，在輕武器系統(tǒng)研制過程中，VR技術(shù)還可為用戶提供先期技術(shù)演示，讓研制單位和用戶同時(shí)進(jìn)入虛擬的作戰(zhàn)環(huán)境中操作武器系統(tǒng)，檢驗(yàn)武器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案、戰(zhàn)技指標(biāo)及操作的合理性。

輕武器在申請?jiān)O(shè)計(jì)定型之前，必須要在國家靶場進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)性能指標(biāo)考核試驗(yàn)（如射擊精度、威力、可靠性等）。但受經(jīng)費(fèi)和時(shí)間等條件的限制，有些考核科目（例如武器系統(tǒng)使用壽命的考核）常常無法真正完成。有效地將VR技術(shù)融入這一方面，實(shí)現(xiàn)對輕武器各種技術(shù)性能的真正考核，必將是VR技術(shù)在輕武器領(lǐng)域應(yīng)用的一大突破。

VR技術(shù)將開辟輕武器射擊訓(xùn)練的新局面

為了節(jié)約訓(xùn)練費(fèi)用，保障訓(xùn)練安全，減輕對環(huán)境的污染，世界各國都非常重視武器訓(xùn)練模擬系統(tǒng)的開發(fā)研制。近些年，計(jì)算機(jī)技術(shù)、激光技術(shù)、傳感器技術(shù)和VR技術(shù)有了飛速發(fā)展，為研制更加逼真的訓(xùn)練模擬系統(tǒng)創(chuàng)造了條件。

輕武器的裝備量最大，而日常的射擊操作訓(xùn)練受場地、經(jīng)費(fèi)和裝備自身維護(hù)保養(yǎng)情況的限制較大。射擊模擬訓(xùn)練系統(tǒng)以安全、經(jīng)濟(jì)、可控、可多次重復(fù)、無風(fēng)險(xiǎn)、不受氣候條件和場地空間限制，既能常規(guī)操作訓(xùn)練，又能培訓(xùn)處理各種事故的應(yīng)變能力以及高效率、高效益等獨(dú)特優(yōu)勢，深受各國軍方的高度重視。隨著VR技術(shù)與輕武器領(lǐng)域結(jié)合的不斷深入，輕武器射擊訓(xùn)練模擬系統(tǒng)的開發(fā)將步入一個(gè)新的階段。

玩過“三角洲特種部隊(duì)”和“反恐精英”等戰(zhàn)術(shù)類游戲的人，可能對游戲中逼真的戰(zhàn)術(shù)場景模擬、實(shí)時(shí)的戰(zhàn)術(shù)協(xié)同、各種武器裝備的“真實(shí)”使用等方面驚嘆萬分。而融入VR技術(shù)的未來輕武器射擊訓(xùn)練模擬系統(tǒng)與其相比，將有過之而無不及。這類系統(tǒng)的開發(fā)，將大大提高士兵對武器的熟練程度，增強(qiáng)其戰(zhàn)場生存能力。