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标题: 军事训训练模拟系统 [打印本页]

作者: Iloy 时间: 2014-3-12 09:04
标题: 军事训训练模拟系统
军事训练模拟系统是利用计算机生成一种虚拟环境(如坦克驾驶舱、飞机驾驶舱、模拟驾驶操作、虚拟战场等)，系统通过多种传感设备（如动作捕捉设备、位置追踪设备、数据手套、力反馈设备等）及立体显示设备（如大型投影系统、3D立体显示器、数字头盔等）使用户完全沉浸到虚拟环境中，实现用户直接与虚拟环境进行各种交互式操作的功能。例如战机操作培训、坦克操作培训、武器和其他军事设备的操作培训。军事训练模拟系统可以在很大程度上解决真实作战训练中的许多实际问题，如费用过高、危险、受真实环境的限制等等。

方案特色：

飞行模拟器
最知名的军用模拟器恐怕是飞行模拟器了。美国陆海空三军都使用飞行模拟器来培训飞行员。训练任务包括如何在战斗中飞行，如何应对紧急情况以及如何协调地面作战与空中支援等等。

地面交通工具模拟器
地面交通工具模拟器尽管没有飞行模拟器那么引人注目，但依然是军事模拟中很重要的一部分。事实上，模拟设备是未来作战系统中的关键部分，也是未来武装力量的基石。未来作战系统包括一个网络化的对战指令系统和先进的交通工具和武器平台。计算机科学家们还设计出通过网络连接的未来对战系统模拟器，这样便于实施有多方参与的复杂训练任务。

水下作战模拟器
海军潜艇模拟器与其他的军事模拟器有所不同，潜艇中没有窗户，所以也不需要栩栩如生的外部环境画面，不过它要在受训者操作潜艇时提供具有真实意义的仪器读数。一些潜艇模拟器是静止不动的，这可能会影响到受训者的驾驶感受；还有一些潜艇模拟器安装有一套气动臂，能够通过倾斜模拟器，使之模拟潜水和上浮动作。

虚拟训练营
训练者们发现，虚拟军事设备除了能使士兵们熟悉那些复杂的军队交通工具以外，在其他方面也大有用途。军队长官和电子游戏工作室共同合作，以创造更加现实逼真的虚拟场景，帮助士兵们适应各种不同的战斗环境。而那些游戏玩家甚至可以在商业软件游戏中体验这种战斗场景。

其他虚拟现实软件
还有一种军事虚拟环境软件叫做可视化战场。在实战时选择战略时，可视化战场至关重要。这在指挥官训练中也颇为关键，这有利于指挥官做决定前进行评估。军队已经为可视化战场研制了一种虚拟工作台，观察者可佩戴一副特殊的护目镜，从而观看工作台上的三维图像，只要戴上这副护目镜，还可以多人同时观看显示图像。

方案优势：

1、虚拟训练耗费低廉

2、发生事故的可能性会大幅减小

系统集成：
在军事训练模拟系统中，其核心部分为：
一、虚拟现实软件平台
所有的硬件设备都要通过虚拟现实软件平台进行融合，并发挥硬件的特有功能，虚拟现实软件平台为整套系统的灵魂。
1、Virtools
Virtools是一套整合软件，可以将现有常用的档案格式整合在一起，如3D的模型、2D图形或是音效等。Virtools是一套具备丰富的互动行为模块的实时3D环境虚拟实境编辑软件，可以制作出许多不同用途的3D产品，如网际网络、计算机游戏、多媒体、建筑设计、交互式电视、教育训练、仿真与产品展示等。
产品推荐：Virtools™ 5.0--3D 可视化编程开发平台、Virtools™ 5.0 VR Library、3D XML Virtools Plugin

2、 Unity3D
Unity3D是由Unity Technologies开发的一个让你轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型游戏开发工具，是一个全面整合的专业游戏引擎。Unity类似于Director,Blender game engine, Virtools 或 Torque Game Builder等利用交互的图型化开发环境为首要方式的软件其编辑器运行在Windows 和Mac OS X下，可发布游戏至Windows、Mac、Wii、iPhone和Android平台。也可以利用Unity web player插件发布网页游戏，支持Mac 和Windows的网页浏览。它的网页播放器也被Mac widgets所支持。
产品推荐：Unity3D PRO 虚拟现实、跨平台应用程序开发引擎、Unity Android 移动终端发布平台、Unity iOS Pro移动终端发布平台。
3.TechViz虚拟现实支撑平台
TechViz虚拟现实支撑平台将CAD/CAM/CAE软件直接进行多通道显示，使用者可以直接在完整数据的工业模型上进行虚拟装配操作。包含三款软件产品，分别为：人体跟踪、虚拟装配以及手指跟踪软件。
人体跟踪软件
人体跟踪软件可以通过实时全人体跟踪系统显示出人体的虚拟3D模型，能够帮助使用者对人体运动的环境影响因素进行分析，如：分析伸展或人体与3D模型的碰撞情况等。该产品需要配合跟踪器和标记物一起使用。
虚拟装配软件
虚拟装配软件允许用户选择或移动3D模型，查看模型的接触情况，并记录下相关动画以便进行后续分析。该产品适用于部件拆装、维修以及相关培训。
手指跟踪软件
手指跟踪软件采用实时全手动作跟踪系统，可以在3D场景中显示手指的虚拟模型。该产品适用于细节伸展研究以及模型接触分析，需要配合精度手指跟踪器一起使用。
二、三维立体展示系统
三维立体展示系统可以实时显示仿真应用程序，为用户提供高沉浸感的立体显示环境，常见的立体显示系统有立体投影系统、桌面型立体显示系统、头戴式立体显示系统。下面分别介绍。
1、立体投影系统
立体投影系统有被动式立体投影和主动式立体投影，被动式立体投影是通过光的偏振原理来实现的，即采用两台投影机同步放映图像，将两台投影机前的偏光片的偏振方向互相垂直，让产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直。而偏振光投射到专用的投影幕上再反射到观众位置时偏振光方向须不改变，观众通过偏光眼镜每只眼睛只能看到相应的偏振光图像，从而在视觉神经系统中产生立体感觉；主动式立体投影需要内置液晶（LCD）快门的眼镜来交替地空白左右眼信息。一个分离的IR发送器发送同步信息到眼镜。这种方法在技术上更耐用，且投影机必须配备空白间隔的与快门速度相匹配。主动式立体投影的优点是可在任何投影屏幕上来实现。
产品推荐：单通道三维投影、多通道环幕投影、多通道平板投影、沉浸式CAVE系统、球面体投影系统。
2、桌面型立体显示系统
桌面型立体显示系统即立体显示器，立体显示器有裸眼立体显示器和偏振立体显示器之分。裸眼立体显示器不需要用户戴眼镜即可感觉到立体效果，裸眼立体显示器大多处于研发阶段，并且主要应用在工业商用显示市场，所以大众消费者接触的不多。从技术上来看，裸眼立体显示器分为光屏障式（Barrier）、柱状透镜(Lenticular Lens)技术和指向光源（Directional Backlight）三种，裸眼立体显示器最大的优势便是摆脱了眼镜的束缚；偏振立体显示器是根据人的左右眼在观察事物的时候成像不同，在播放影片的时候同事播放2组画面，一组画面进入左眼，一组画面进入右眼，这样就会像产生立体感觉（注释：观看的时候必须佩戴偏振立体眼睛观看）。
推荐品牌：Exceptional3D裸眼立体显示器、TRIDELITY裸眼立体显示器、Visumotion裸眼立体显示器、Vrlogic偏振立体显示器、Miracube偏振立体显示器、JVC偏振立体显示器。
3、头戴式立体显示系统
头戴式立体显示系统即头戴式立体显示器（数字头盔），采用头戴式立体显示器（数字头盔）会为用户带来较强的沉浸感，犹如身临其境，头戴式立体显示器(HMD)为戴在头部的小型立体显示器，用户所看到的图像大小相当于数码之外的大型屏幕。
推荐品牌：Virtual Research头戴式立体显示器、5DT数字头盔、NVIS头戴式立体显示器、eMagin头戴式显示器、Cybermind头戴式显示器。
四、实时交互系统
互动系统是基于传统的显示设备及功能，结合实时动作捕捉系统（参考：A.R.T.系统解决方案）、数据手套（参考：CyberGlove II - 22 Sensors）、位置追踪器（参考：Polhemus PATRIOT Wireless 电磁式无线追踪系统）、力反馈设备（参考：HAPTION-Virtuose 6D Desktop）等设备，通过对目标影像（如参与者）进行捕捉拍摄并由影像分析系统分析，从而产生被捕捉物体的动作数据，再结合实时影像互动系统使参与者与屏幕之间产生互动效果的一种新型系统。下面将分别介绍3D实时交互系统中涉及的各个各种交互设备，用户可根据需求选择。
1、实时动作捕捉系统
实时动作捕捉技术涉及尺寸测量、物理空间里物体的定位及方位测定等方面可以由计算机直接理解处理的数据。在运动物体的关键部位设置跟踪器，由动作捕捉系统捕捉跟踪器位置，再经过计算机处理后向系统提交交互数据，实现人机交互。
推荐产品：A.R.T.系统解决方案、Xsens Moven惯性运动捕捉系统、新版3DSuit惯性动作捕捉系统。
2、数据手套
数据手套是虚拟仿真中最常用的交互工具。数据手套设有弯曲传感器，弯曲传感器由柔性电路板、力敏元件、弹性封装材料组成，通过导线连接至信号处理电路；在柔性电路板上设有至少两根导线，以力敏材料包覆于柔性电路板大部，再在力敏材料上包覆一层弹性封装材料，柔性电路板留一端在外，以导线与外电路连接。把人手姿态准确实时地传递给虚拟环境。
推荐品牌：CyberGlove数据手套、DGTech数据数据手套、5DT数据手套。
3、位置追踪器
位置追踪器又称空间位置跟踪器，是指作用于空间跟踪与定位的装置，一般与其他VR设备结合使用，如：数字头盔、立体眼镜、数据手套等，使参与者在空间上能够自由移动、旋转，不局限于固定的空间位置。操作更加灵活、自如、随意。产品有六个自由度和三个自由度之分，当接收传感器在空间移动时，能够精确地计算出其位置和方位。该设备消除了延迟带来的问题，因为它提供了动态的、实时的六自由度的测量位置(X, Y, 和 Z 笛卡尔坐标) 和方位（俯仰角、偏行角、滚动角），无论在虚拟现实应用领域，还是在控制模拟器的投影机运动时，还是在生物医学的研究中，它是测量运动范围和肢体旋转的理想选择。它是快速、精确、而且容易使用。
推荐品牌：Polhemus 电磁式无线追踪系统、Xsens惯性位置追踪器、Ascension电磁式位置追踪器。
4、力反馈设备
所谓力反馈（Force Feedback），本来是应用于军事上的一种虚拟现实技术，它利用机械表现出的反作用力，将游戏数据通过力反馈设备表现出来，可以让用户身临其境地体验游戏中的各种效果。力反馈技术能将游戏中的数据转化成用户可以感觉到的效果，例如道路上的颠簸或者转动方向盘感受到的反作用力，这些效果都是力反馈控制芯片“播放”出来的，
推荐品牌：HAPTION力反馈设备、Sensable力反馈设备。

应用领域：

虚拟环境在军事上的运用相当娴熟，主要应用于虚拟战场环境、单兵模拟训练与评判、诸军种联合虚拟演习、指挥员训练。它在一个安全、可控的环境下为使用者提供精准模拟的真实状况。特种军事训练一般花费较高，有些实景训练可能还有危险，尽管早期的虚拟现实装置和软件比较昂贵，但是从长远来看，这远比实战训练更为划算。此外，虚拟技术在保证军事行动安全方面还有很多其它潜力。

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