虚拟现实技术及应用 [虚拟与真实的交融]

　　随着现代高新科学技术的不断发展，数字化技术在世界各国的军事领域中得到了广泛应用，使军事训练的内容、方式、体制以及时空范畴发生了根本性的变革。以计算机为主体的数字化模拟技术已经在作战指挥、军事训练、战法研究等方面取得了革命性的成果，在此基础上产生的轻武器射击模拟训练系统以其特有的科学性、经济性、真实性和安全性等诸多优势，引起世界各国军警的高度重视，被视为信息时代提高军警日常训练的自动化程度和射击训练技巧的有效途径。
　　
　　优点与不足并存
　　
　　射击模拟训练是一种物理模拟技术的应用，主要是通过建立各种模型来模拟各类作战行动及其效果，例如：模拟实车、实弹或实战环境，培养单兵、单车或小范围作战编组的作战技能，使他们在真正走向实兵实弹演习前就已具备相当的“战斗力”，甚至可以通过模拟训练熟悉尚未装备的武器系统，为未来战争作好准备。
　　
　　六大优点
　　训练费用大大减少　利用计算机模拟仿真来实施对不同人员的训练，可改善射击训练条件，大大提高射击训练效果，更主要的是可以减少对武器装备的损耗以及弹药的消耗，节省大量的训练费用。1993年，美陆军利用模拟训练的方式进行了“露易斯安娜演习”，为制定下一代武器及人员编制计划提供了有效的论证数据，仅此一项就节约经费20亿美元，成效之大可见一斑。
　　训练时间和空间大大缩减　模拟训练比实际训练更容易组织，缩减了组织程序，可以大量缩短训练时间。此外，实际训练中的大空间占有现象在模拟训练中也不复存在，尤其是射击训练，不再受射程等问题的限制，还可以扩展各种武器系统的应用范围。
　　战斗场面更具真实感　由于与虚拟现实技术有关的眼球跟踪技术、高分辨率图像生成与显示技术、快速成像技术、高度真实感的声音处测技术、通过接触产生的人体肌肉反馈技术以及高速计算机技术的不断发展，虚拟的立体空间更加逼真、完善，使参训人员越来越近似于置身于真实的战场环境。例如，在训练中完全可以实现真人影像对抗射击，既实现了战术与技术应用的真实性，又消除了实际武器系统对参训人员可能造成的伤亡。
　　交互能力大大增强　仿真系统的交互是指通过计算机传输系统将通信手段与射击仿真技术相结合，形成一个在时间和空间上相互耦合的虚拟实战环境，使地域上分散在不同地点的新武器系统、作战单位或个人，能够同时在一个综合仿真环境下进行模拟作战，并互相交流射击感受，可更好地提高参训人员的射击水平和临战应变能力。
　　训练安全性大大提高　在模拟训练中的参训人员可能会“战败”、“受伤流血”，甚至“死亡”，但绝不是真正的流血和死亡，而是对战场环境的一种模拟。正像一位军事训练专家说的那样：今天“死”在模拟战场上，为的是明天在真正的战场上好好地活着。
　　
　　对环境的污染和破坏得以避免　环境保护已愈来愈受到世界各国的重视，而每次真枪实弹的演习对环境的污染和破坏都非常严重，这在模拟训练中则是完全可以避免的。
　　
　　
　　三点不足
　　随着时代的进步，科学技术的迅猛发展，仿真技术越来越完善，模拟效果也越来越逼真。但尽管如此，模拟训练仍不能作为唯一的训练方式，因为有许多事物目前还难以或根本无法模拟。例如人的灵感，敌方指挥官随机的作战思想等；同时，模拟系统产生的视觉运动信号和人的感觉之间存在差异，新手还易引起“头痛、恶心、呕吐、眩晕”等病症；另外，目前模拟训练技术只能对直瞄武器系统的战场效果复制，尚不能完全复制间瞄火力以及手榴弹、榴弹发射器等武器的战场效果。因此，实况训练仍然是射击训练的基础。
　　
　　两种模拟训练方式比照
　　
　　射击仿真训练主要有以下两种方式。
　　
　　二维影像模拟仿真训练
　　信息战时代，数字化战场上的士兵必须具有快速反应、收集地形信息、适应各种作战环境的作战技能，而激光模拟仿真系统为数字化士兵提供了这个条件。激光射击模拟仿真系统是一种利用激光具有亮度高、方向性好、颜色单纯的特性，再辅以电子设备的模拟装备。从表面上看，它类似于电子游戏，并且由于其与真实情况十分相近，因而可以使士兵完全沉浸其中，机动灵活地去处理战场上出现的各种情况。通过训练，可以大大提高士兵的作战技巧。
　　如国产的MX系列影像模拟射击训练系统是一套基于微计算机技术，综合运用激光、图像识别、数据处理等技术的灵活机动的多媒体模拟训练系统，可训练学员在无伤亡的情况下熟练使用小口径武器。学员们在该系统的多种仿真环境下进行反复训练后，可提高自身反应速度、提高射击准确率，并且训练正确的使用武器的方法。
　　该系列系统中的MX－3、MX－4和MX－5型是专为公安机关警察及武装部队进行射击训练开发的新一代专业智能模拟演练系统。其具有激光射击模拟训练和实弹射击双重训练功能，其中激光射击模拟训练的目的是使受训者获得接近实弹射击的训练效果，而实弹射击训练的目的是使得受训者在突发事件的环境下体验实弹射击的胆魄。其激光射击模拟可以逼真地模拟实弹射击的弹着点及声效，而且还能将“弹道”显示、中靶环数和成绩统计自动生成档案，永久保存，需要时还可随时调出查询、打印，从曲线图查看分析训练成绩、弹着点分布图等等。该系统还可以使用多种靶型，包括真人模拟靶，都可以对命中情况进行识别，彻底摆脱了“投影式”或“屏显式”射击模拟系统环境仿真度不高、投资大的问题，使训练更接近真实。经测试证明：即使是从没有打过枪的人，经过在该系统上训练一段时间后，射击水平也会大大提高，而同样的效果如果完全用实弹来练习，所耗费的人力物力难以想象。
　　MX训练系统主要由以下几个分系统(子系统)构成：总控台；计算机处理、数据存储及成绩统计子系统；图形／图像子系统；图像识别子系统；仿真音响子系统；激光模拟武器以及激光／实弹射击屏。
　　当进行激光模拟射击时，由总控台主计算机将射击训练科目的影像和声音信号传送给图形(图像)子系统和仿真音响子系统，投放到激光射击屏上，此时参训人员可以根据画面自行判断是否射击，如需射击，即可扣动扳机。激光模拟武器发射出激光，在激光射击屏上呈现光斑。此时图像识别子系统(摄像投影一体机)采集光斑，由图像识别软件进行解算、计算出光斑的坐标，再将此数据传输给主计算机，判别弹着点是否在有效区域，从而判断是否击中目标，如果击中，计算机会发出指令，被击中的人员影像或标靶会做出相应的被击中的动作和声响，训练成绩可在屏幕上实时显示，也可由打印机打印出来。
　　利用系统实弹射击时，射击屏采用中空密闭的双层软橡胶屏，弹头进入后，产生压力波，屏幕上方的超声波定位采集器 接收压力波，根据声波传到探头的时间差，计算弹头在空间位置的坐标，并将数据传回总控台主计算机，进而判别是否有效。
　　MX－5型反恐训练模拟系统是根据新时期训练要求，从实战出发而开发的新型模拟训练系统，该系统在MX－3和MX－4的基础上新增了许多扩展功能及互动训练功能，用户可以自行编辑科目、制定考核标准、可以自己拍摄、编辑实景训练科目。实弹弹着点识别采用红外热成像器件，灵敏、准确、直观、可靠。
　　
　　三维虚拟现实模拟训练
　　虚拟现实技术亦称虚拟环境技术、灵境技术，也有人称其为电像技术。虚拟现实技术就是综合当今计算机、图像生成、立体影像技术及音响、显示、信息合成、传感器、软件工程技术及心理学、生理学等多领域的最新成就，实现虚拟实在感观的技术。其技术核心就是“沉浸、交互、想像”，也就是说，虚拟现实能使人身临其境(沉浸)，能和人充分互动(交互)，可通过引导给人想像的空间(想像)。利用虚拟现实技术进行训练，训练者不是被动地去观察计算机图表或与实际景物有一定差距的图像，而是在一个虚拟的、但又十分逼真的三维世界中，在视觉、听觉、触觉等人类全部感觉的作用下，犹如身临其境般地全身心投入到真实的训练中。
　　
　　虚拟现实模拟系统是一个由人和机器组成的闭合系统，其中人是虚拟环境的用户，即虚拟环境的接受者与作用者，用自身的视觉、听觉、触觉与行为动作去作用于虚拟环境及其中的虚拟对象。机器部分主要是生成与交换虚拟环境景象的超高速处理设备，以及人与计算机输入输出信息的接口设备，又称交互设备，包括头盔显示器、数据手套和数据服、现实引擎几大部分。受训人员穿戴上数据手套、数据服和头盔显示器，手持武器造型的操作装备，开启主机，面前呈现出枪林弹雨的两军交战的3D场景，时而是辽阔地带的远程狙击，时而是狭路相逢的街头厮杀。自己幻化为其中一员，在密布全身的传感器的作用下，可以做出各种动作，如据枪、瞄准、射击，可以完全真实地向“战场”上的敌人射击，也可利用有利地形来遮蔽自己，宛如身临其境。
　　例如EST2000射击模拟训练系统是国内代理的美国ECC公司的产品之一，可以用来训练轻武器射击技术、班组战术以及高级单兵技术。利用该产品只需通过分析枪械反馈的传感信息，教练员就可以比实弹射击更容易诊断出射击者存在的问题。EST2000系统有30个以上高保真的友方和敌方的目标，14种截然不同的3D地形，同时可以模仿不同的气候条件和特殊效果，如下雨、刮风、下雪、闪光、爆炸等。其包含多个子系统，这些子系统既可单独运作，又可通过网络联在一起进行小单位战术训练。操作系统开放性的设计，可以使用户根据要求升级自己的系统；场景的编辑及射击与否的自动设置能力，使用户可以根据自身需求灵活地开发训练场景。
　　
　　未来发展趋势
　　
　　随着计算机和现代通信技术的飞速发展以及在训练上的广泛应用，模拟训练系统呈现出由单人、单武器的模拟训练向多人网络仿真训练的方向发展的趋势。
　　目前，我军仿真技术在这方面已取得了显著成果，自行研制的气候环境模拟仿真实验技术已步入世界先进行列，但与美国等发达国家相比仍存在一些差距，所以仍需加大研究力度，以适应未来射击模拟训练的需要。
　　
　　编辑　郑双雁