[实业产业] 虚拟现实模拟仿真军事应用概览

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发表于 2011-8-5 09:38:47 |只看该作者 |倒序浏览

来源：博闻网
虚拟现实技术兴起以来，美军在研发和利用该技术中一直处于领先地位，军事与娱乐产业为虚拟现实技术领域的变革和进步做出了很大贡献。本文将会为您呈现，美军是如何将虚拟现实技术运用到军事领域的方方面面——不管是操控喷气战斗机还是扑灭船上火灾。
虚拟环境在军事上的运用相当娴熟，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。

虚拟军队演练
这就是为什么当初工程师们研制头盔式显示器时，引起军队注意的原因。美国海军和空军在早期头盔式显示器的研发上都颇有成果。最早的头盔式显示器并没有和虚拟软件相连——连接的是摄像机。工程师们将这个摄影机和一个伺服控制平台相连（这是一种与一个或多个发动机相连接的基地平台，可以通过旋转或倾斜平台来调整基地的方位）。头盔式显示器的佩戴者可以通过将头转向不同方位来控制摄像机的扫视范围。在这项技术使用的早期，贝尔直升机公司将一台红外摄像机安装在直升机的底部，飞行员能在夜航时对飞机下的地形一目了然，这也使飞机在复杂地形着陆时更为安全。
如今，头盔式显示器(数据头盔)不仅使得军队训练更为安全，还可以用来帮助分析军队演习和战场布置。下一页，我们继续了解军队训练中用到的各种模拟设备。
飞行模拟器
在所有的早期虚拟军队模拟设备中，军用车辆模拟无疑是最成功的。该模拟器主要在一个固定而安全的计算机中心使用精密的计算机模型来重现车辆的性能和局限性。
但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。
由于三军使用的硬件既包括军队自己研制的也包括第三方供应商提供的，因此这些飞行控制器并不完全相同，这也常常导致不同系统连接困难。比如，对同时接受训练的多数飞行员来说，模拟敌人并不都在同一个方位出现。如今，军队亟待建立一个更好的网络系统，使模拟协同作战更为便利。

拟器

尽管模拟飞行器的模型不尽相同，但它们都有相似的基本设置。模拟器一般都装在一个电子运作基地或者一个液压升降系统上，根据用户指令和模拟事件做出反应。当飞行员在操纵模拟飞行器时，模拟舱会通过旋转和倾斜给用户提供逼真的“触觉反馈”，具有强力反馈的飞行操纵杆就是一个很好的例子。

一些模拟飞行器拥有完善的内部环境，而其他的则只是一系列由电子显示器组成的覆盖飞行员视野的设备。从理想化的角度说，飞行模拟器应当使飞行员感觉仿佛置身于真实环境布局中一样。但由于各种飞行器的内部舱位布局都不相同，所以很难有一个能够精准代表所有飞行器的完美模拟器。一些训练中心会花大价钱购买不同类型的模拟飞行器，但其他的更愿意牺牲精确性，只认准一种模拟飞行器，毕竟这样方便又省钱。
贴士：模拟仿真的感觉怎么样？
为了使用户体验到运动模拟器的精准性，模拟器必须要提供一种真实可靠的感觉。换句话说，如果飞行员只是轻轻地转个弯的话，模拟器的反应就不能太过夸张。计算机科学家们运用一系列从电脑模型、现场试验以及复杂运算中得出的数据来为模拟器的动作编程。他们发现，那些真实易感的强力反馈对用户体验的影响很大，也使得模拟设备对军事训练更为有效。
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。

未来对战系统模拟器包括从属于一个控制台的三个计算机显示器和两个操纵杆式控制器。这个模块可以模拟许多不同的地面交通工具，如非直线追击炮、侦察车和步兵运载车辆。
美国陆军使用一些专门装置训练士兵操作专业车辆，如坦克或重型装甲车，有这些设备看起来与飞行模拟器极为相似。它们不仅可以精确地重现其所代表的交通工具的真切操作感受，还能够模拟出任何你能想象到的周边环境。受训士兵能够体会到驾驶真实的车辆在恶劣天气或者复杂路况下的感受。网络化的模拟器也允许用户参与体验复杂战争游戏。

坦克模拟器
军事模拟器价格不菲，最新的史瑞克装甲车模拟器每辆高达80万美元，但是比起真实车辆的价格（这取决于车辆的型号，可能高达数百万美元）以及受训者的安全，这钱花得也算值。
如今，很多训练中心使用模拟器帮助士兵熟悉城市作战策略。如今的战场与以往不同，往往集中在城镇而非传统战线。模拟器也让士兵们能够学会如何在城市中更加有效地驾驶和作战，而且不用建造一个人工的城市实景地。

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。
另外一个令人印象深刻的海军虚拟设备是虚拟大桥，航海训练器（NSST）精确地再现了海军军舰的大桥，这个模拟器拥有数台电子显示屏，其中一些作为大桥的窗口，另外一些作为船的显示器。海军桥梁模拟器可以在不同环境下训练和操作船舶驾驶技术。
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。
虚拟现实训练装置
Pandemic工作室创造了一个复杂训练模拟系统，作为未来作战系统（FCS）的一部分，士兵们可以利用这个系统在模拟城市环境中实施小规模团队战略，他们使用微软游戏机控制台操纵游戏，作为团队领导者在不同的环境下达成特定目标。Pandemic工作室随后发布了这个软件的改良版作为一款商业游戏，叫做“全能战士”。
其他还有一些游戏和模拟软件，如“美国陆军”、“护卫队”。军队认识到如今的部队新兵多成长于电子游戏普及的文化里，如今，这些虚拟软件既可以令新兵容易接受，并且还令他们的训练环境更为安全。一些训练项目是基于网络的，这使得新兵与老兵能够互动，并且学习那些更为安全的实战技巧。

海军模拟桥包括我们图中看到的双筒望远镜这样的外围设备
一些虚拟训练软件比起电子游戏更先进，有些虚拟设施为强度训练配备了较大的装置。受训士兵使用岩洞模拟系统、头盔式显示器以及跑步机来强化技能。目前，只有少数地方拥有大量的虚拟环境训练设备，主要是因为设备购买和维护都比较昂贵。尽管飞行员的受训效果明显，但是以后更多的士兵还会遇到更为复杂的战况。其中有一个飞行员训练项目是虚拟团队训练系统（VSTS），基地位于夏威夷的Schofield Barracks。最近，这个项目启动了一个新的训练系统，它是一个可携带的无线系统，受训士兵可以在虚拟现实装置的帮助下自由移动，这些装置包括：
一个带有动态追踪器的头盔是显示器
一个特殊的可装载式背心，内有用于该装置和一个无线计算机装置的电池
一个人体动态追踪器（通常绑在腿上）
一个无线的武器控制器，它与真正的军事武器在尺寸、重量和形状上相仿
美国昆腾公司特别为军队发明了这个系统，它们要使用一个专门的软件包来运行，但也可以使用一种叫做“战神大师”的系统，这个系统能够使士兵在虚拟对战环境中使用如M4, M165 or M249虚拟武器来训练。
不过军队官员也一再强调，虚拟训练绝不会完全取代实战训练。两者必须双管齐下。在可预知的未来，虚拟训练也不可能取代实际的部队操练。
其他虚拟软件
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。
像“谷歌地图”和“草图大师”这样的工具使得三维地图方便易得。如今，军队长官可以从各个角度研究一个地区的三维模型，制定策略并配合后勤供给。
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。
如今个人计算机和显卡越来越强大，对特殊显示技术的需求也增加了。如今，一台高性能的笔记本电脑就可以满足军队的大多数视觉化需求。军队发现自己可以改装很多商业软件和硬件包为己所用。个人电脑虽然不像虚拟系统那样精确逼真，但总归更加便宜，也易于操作。
贴士：虚拟语言导师
美国国防部高级研究计划局的战略语言训练项目就利用了虚拟环境帮助士兵学习如何让与外国人互动。这个项目强化了战略语言的课程培训，包括一整套完成某项任务的语言和文化技能。士兵们通过虚拟软件被带入到一个国外的村庄，他们会在那里遇到由老师或者计算机控制的当地人。
军队也常用虚拟环境训练士兵应对紧急情况。例如，海军实验室就拥有虚拟环境训练科技项目，利用虚拟环境训练士兵如何应对船舱着火等突发状况。这个项目仍在复核阶段，很多海军军官都希望海员能在一个安全可控的环境下受训。

史瑞克装甲车模拟器

游客正在体验虚拟军队作战，这也是美国军队招募新兵的考验程序之一。