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【摘 要】虚拟现实技术是近年来在各个行业广泛发展的高科技模拟技术。本文介绍了虚拟现实技术的概念及发展现状,以及在军事模拟环境中的三个方面的应用。
【关键词】虚拟现实技术 发展现状 军事模拟环境
【中图分类号】TP399 【文献标识码】A 【文章编号】1006-9682(2010)05-0064-02
【Abstract】Virtual reality technology in recent years in various industry wide development of high-tech simulation. This article describes the virtual reality concept and development status, as well as in military simulation environment.
【Key words】Virtual Reality Development Military simulation environment
一、虚拟现实技术的定义
虚拟现实英文名为Virtual Reality,简称VR技术。这一名词是由美国VPL公司创建人拉尼尔(Jaron Lanier)在80年代初提出的,也称灵境技术或人工环境。作为一项尖端科技,虚拟现实集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果,是一种由计算机生成的高技术模拟系统。利用电脑模拟产生的一个三维空间的虚拟世界,提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟,让使用者如同身临其境一般,可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物。通俗的讲,虚拟现实技术就是运用电脑科技模拟现实世界,将现实中的物体或者事件通过计算机表达出来,进而达到可供人类学习、参考或者应用的目的。虚拟现实技术与多媒体、网络技术并称为三大前景最好的计算机技术。自1962年,美国青年Morton Heilig,发明了实感全景仿真机开始,虚拟现实技术越来越受到大众的关注。以三个I,即Immersion沉浸感、Interaction交互性、Imagination思维构想性,作为虚拟现实技术最本质的特点,并融合了其它先进技术。在国际互联网发展迅猛的今天,具有广泛的应用前景。
二、虚拟现实技术的发展现状
就目前虚拟现实技术的发展情况来看,其发源地美国无疑是世界上VR技术发展比较先进的国家,研究水平也基本上代表了国际水平。目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。美国宇航局(NASA)的Ames实验室研究主要集中在以下方面:将数据手套工程化,使其成为可用性较高的产品;在约翰逊空间中心完成空间站操纵的实时仿真;大量运用了面向座舱的飞行模拟技术;对哈勃太空望远镜的仿真。此外,英国和日本也是世界上虚拟技术发展比较迅速的国家。英国在分布并行处理、辅助设备(包括触觉反馈)设计和应用研究方面在欧洲遥遥领先,日本主要致力于建立大规模VR知识库的研究,在虚拟现实的游戏方面的研究也处于领先地位。而在我国,虚拟现实技术本身起步较晚,与先进的国家相比有一定的差距。但随着我国对虚拟现实技术重视程度加大,国内一些重点院校和科研机构,已积极投入到了这一领域的研究工作中。北京航空航天大学计算机系着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理;在虚拟现实中的视觉接口方面开发出部分硬件,并提出有关算法及实现方法;实现了分布式虚拟环境网络设计,可以提供实时三维动态数据库、虚拟现实演示环境,用于飞行员训练的虚拟现实系统、虚拟现实应用系统的开发平台等。浙江大学CAD&CG国家重点实验室开发出了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统,还研制出了在虚拟环境中一种新的快速漫游算法和一种递进网格的快速生成算法。哈尔滨工业大学已经成功地虚拟出了人的高级行为中特定人脸图像的合成、表情的合成和唇动的合成等技术问题。清华大学计算机科学和技术系对虚拟现实和临场感的方面进行了研究。2009年6月,第六届中国虚拟现实峰会在北京航空航天大学举行,来自全国虚拟现实理论、技术和应用领域的专家、艺术家以及企业家等400余人参加了会议。会议发布了一则消息:一个“虚拟太空港”近期将开工建设,预计一年多的时间可以建成。届时,游客能够以虚拟航天员的身份进入飞船,完成一次“真实”的太空旅行。这将是我国首个以航天为主题的虚拟现实体验馆,预计将落户北京市海淀区北京航天城西侧。由此可见,我国虚拟现实技术正在朝着更好的方向发展,在不久的将来,虚拟现实技术在人们日常生活和工作中将会起到更加重要的作用。
三、虚拟现实技术在军事模拟环境中的应用
在传统的军事训练中,我军习惯于进行大规模的军事实战演习,这不仅耗费人力物力,还存在实战性差,很难设计各种复杂多变的军事环境来指导部队的问题。虽然到目前为止,VR技术还不能够以最大限度发挥优越性,但是在军事领域,它的应用已越来越广泛,在提高军队训练质量、节省训练经费;缩短武器装备的研制周期;提高指挥决策水平等方面都发挥了极其重要的作用。
1.单兵模拟训练
采用VR技术能够构建与实际武器装备几乎一致的模拟系统来对武器操作人员进行培训。这些模拟器不仅能够用来培训新的战斗机飞行员,坦克、火炮、导弹操作人员和其他军事人员,还可以用来锻炼各类熟练的武器操作人员在各类危险环境下的快速反应能力、心理承受能力和熟悉可能要参与实战的作战环境等。更为重要的是它还可以采用实战中飞行员需要飞行的真实地理环境数据生成虚拟作战环境,对飞行员进行实战前的培训。
2.模拟战场训练
诸军种联合虚拟演习建立一个“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,实行“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来中,而且不受地域的限制,可以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。
3.模拟武器装备研制
在武器装备研制的过程中,广泛采用VR技术可以使设计研发人员在研制出真实系统之前,先设计一个虚拟武器系统,对其进行先期的虚拟实验,并根据未来战争的特点和各种作战设想,设置多种典型战场环境、作战背景进行反复验证评估;还可以让研制者和用户同时进入虚拟的作战环境中操作虚拟的武器系统,充分利用系统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。这样不仅可以大大缩短武器系统的研制周期,节省大量的研制经费,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。
综上所述,虚拟现实技术已在现实的军事训练中发挥出一定的作用,但是就虚拟现实技术发展的实际情况而言,还有很多需要发展的空间,而我国的VR技术同世界发达国家相比仍存在着一定的差距,这将是今后各级科研人员及计算机技术工作者需要努力的方向之一。
参考文献
1 王吉奎.虚拟现实技术及其在军事中的应用.第五届全国仿真器学术会议论文集,2004
2 刘一臻.浅析虚拟现实技术.辽宁科技学院学报,2006(4)
【关键词】虚拟现实技术 发展现状 军事模拟环境
【中图分类号】TP399 【文献标识码】A 【文章编号】1006-9682(2010)05-0064-02
【Abstract】Virtual reality technology in recent years in various industry wide development of high-tech simulation. This article describes the virtual reality concept and development status, as well as in military simulation environment.
【Key words】Virtual Reality Development Military simulation environment
一、虚拟现实技术的定义
虚拟现实英文名为Virtual Reality,简称VR技术。这一名词是由美国VPL公司创建人拉尼尔(Jaron Lanier)在80年代初提出的,也称灵境技术或人工环境。作为一项尖端科技,虚拟现实集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果,是一种由计算机生成的高技术模拟系统。利用电脑模拟产生的一个三维空间的虚拟世界,提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟,让使用者如同身临其境一般,可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物。通俗的讲,虚拟现实技术就是运用电脑科技模拟现实世界,将现实中的物体或者事件通过计算机表达出来,进而达到可供人类学习、参考或者应用的目的。虚拟现实技术与多媒体、网络技术并称为三大前景最好的计算机技术。自1962年,美国青年Morton Heilig,发明了实感全景仿真机开始,虚拟现实技术越来越受到大众的关注。以三个I,即Immersion沉浸感、Interaction交互性、Imagination思维构想性,作为虚拟现实技术最本质的特点,并融合了其它先进技术。在国际互联网发展迅猛的今天,具有广泛的应用前景。
二、虚拟现实技术的发展现状
就目前虚拟现实技术的发展情况来看,其发源地美国无疑是世界上VR技术发展比较先进的国家,研究水平也基本上代表了国际水平。目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。美国宇航局(NASA)的Ames实验室研究主要集中在以下方面:将数据手套工程化,使其成为可用性较高的产品;在约翰逊空间中心完成空间站操纵的实时仿真;大量运用了面向座舱的飞行模拟技术;对哈勃太空望远镜的仿真。此外,英国和日本也是世界上虚拟技术发展比较迅速的国家。英国在分布并行处理、辅助设备(包括触觉反馈)设计和应用研究方面在欧洲遥遥领先,日本主要致力于建立大规模VR知识库的研究,在虚拟现实的游戏方面的研究也处于领先地位。而在我国,虚拟现实技术本身起步较晚,与先进的国家相比有一定的差距。但随着我国对虚拟现实技术重视程度加大,国内一些重点院校和科研机构,已积极投入到了这一领域的研究工作中。北京航空航天大学计算机系着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理;在虚拟现实中的视觉接口方面开发出部分硬件,并提出有关算法及实现方法;实现了分布式虚拟环境网络设计,可以提供实时三维动态数据库、虚拟现实演示环境,用于飞行员训练的虚拟现实系统、虚拟现实应用系统的开发平台等。浙江大学CAD&CG国家重点实验室开发出了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统,还研制出了在虚拟环境中一种新的快速漫游算法和一种递进网格的快速生成算法。哈尔滨工业大学已经成功地虚拟出了人的高级行为中特定人脸图像的合成、表情的合成和唇动的合成等技术问题。清华大学计算机科学和技术系对虚拟现实和临场感的方面进行了研究。2009年6月,第六届中国虚拟现实峰会在北京航空航天大学举行,来自全国虚拟现实理论、技术和应用领域的专家、艺术家以及企业家等400余人参加了会议。会议发布了一则消息:一个“虚拟太空港”近期将开工建设,预计一年多的时间可以建成。届时,游客能够以虚拟航天员的身份进入飞船,完成一次“真实”的太空旅行。这将是我国首个以航天为主题的虚拟现实体验馆,预计将落户北京市海淀区北京航天城西侧。由此可见,我国虚拟现实技术正在朝着更好的方向发展,在不久的将来,虚拟现实技术在人们日常生活和工作中将会起到更加重要的作用。
三、虚拟现实技术在军事模拟环境中的应用
在传统的军事训练中,我军习惯于进行大规模的军事实战演习,这不仅耗费人力物力,还存在实战性差,很难设计各种复杂多变的军事环境来指导部队的问题。虽然到目前为止,VR技术还不能够以最大限度发挥优越性,但是在军事领域,它的应用已越来越广泛,在提高军队训练质量、节省训练经费;缩短武器装备的研制周期;提高指挥决策水平等方面都发挥了极其重要的作用。
1.单兵模拟训练
采用VR技术能够构建与实际武器装备几乎一致的模拟系统来对武器操作人员进行培训。这些模拟器不仅能够用来培训新的战斗机飞行员,坦克、火炮、导弹操作人员和其他军事人员,还可以用来锻炼各类熟练的武器操作人员在各类危险环境下的快速反应能力、心理承受能力和熟悉可能要参与实战的作战环境等。更为重要的是它还可以采用实战中飞行员需要飞行的真实地理环境数据生成虚拟作战环境,对飞行员进行实战前的培训。
2.模拟战场训练
诸军种联合虚拟演习建立一个“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,实行“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来中,而且不受地域的限制,可以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。
3.模拟武器装备研制
在武器装备研制的过程中,广泛采用VR技术可以使设计研发人员在研制出真实系统之前,先设计一个虚拟武器系统,对其进行先期的虚拟实验,并根据未来战争的特点和各种作战设想,设置多种典型战场环境、作战背景进行反复验证评估;还可以让研制者和用户同时进入虚拟的作战环境中操作虚拟的武器系统,充分利用系统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。这样不仅可以大大缩短武器系统的研制周期,节省大量的研制经费,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。
综上所述,虚拟现实技术已在现实的军事训练中发挥出一定的作用,但是就虚拟现实技术发展的实际情况而言,还有很多需要发展的空间,而我国的VR技术同世界发达国家相比仍存在着一定的差距,这将是今后各级科研人员及计算机技术工作者需要努力的方向之一。
参考文献
1 王吉奎.虚拟现实技术及其在军事中的应用.第五届全国仿真器学术会议论文集,2004
2 刘一臻.浅析虚拟现实技术.辽宁科技学院学报,2006(4)