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1、虚拟现实技术在军事训练中的应用摘要：为应对新军事变革的挑战，以计算机为主体的数字化虚拟现实技术在军事领域得到广泛应用，并在作战指挥、军事训练和战法研究等方面取得了革命性成果，在很大程度上解决真实作战训练中难以或不能解决的问题。美军率先提出并实施了虚拟军事训练的概念，利用现在飞速发展的虚拟现实技术对士兵进行训练，让他们面对各种可能在战场上面临的情况，对于各种困境都有了一个适应，而且不存在训练的各种限制条件，完全可以根据作战需求“定制”训练环境，同时极大地减少了训练成本。关键词：虚拟现实 作战模拟 军事训练 Abstract: To meet the new military transforma
2、tion challenges, to the computer as the subject of digital virtual reality technology in the military field get widely used, and has made revolutionary achievements in operational command, military training and tactics research. In a large extent solve real combat training in difficult or impossible
3、 to solve the problem. U. S. first proposed and implement the concept of virtual military training, by now the rapid development of virtual reality technology to the soldiers training, so they can face a variety of possible face on the battlefield, for all kinds of difficulties have a adaptation, an
4、d there is no training various kinds of restrictions, can according to the operational requirement custom training environment, also greatly reduces the cost of training.Key words: virtual reality combat simulation military training目 录引言1一、虚拟现实的基本概念及发展历史2(一)桌面级虚拟现实2(二)沉浸式虚拟现实3(三)增强现实的虚拟现实3(四)分布式虚拟现实
5、3二、产生背景4三、在训练中的应用5(一)虚拟战场环境5(二)单兵模拟训练和评价6(三)诸军种联合虚拟演习7(四)指挥决策8(五) 在新式武器研究方面9(六) 信息网络虚拟(欺骗)战9四、优点与不足10(一)真实性10(二)经济性10(三)高效性10(四)环保性10(五)安全性10(六)培养潜在军队人员11(七)不完全真实11(八)不能充分检验部队11五、发展趋势与前景11参考文献12引言随着时代的进步，装备和战法的复杂程度迅速增加，传统训练方式已经难以满足现代战争对于作战人员的要求，为了快速高效地达到训练效果，虚拟训练已经成为一个热门解决方案。 进入二十一世纪，随着装备的信息化程度进一步提升
6、，随着信息革命对未来军事的影响不断加深，以信息化为标志的新军事变革迅猛发展，高技术、新概念武器层出不穷，战争模式发生了重大变化，作战进程加快、作战反应时间缩短，对作战人员的能力、素质，对部队的战术素养、协同能力都提出了极高的要求。而且随着时代的发展，战争样式也进一步变得多样化，不再是以前单一的大兵团战役模式，非对称、小规模和反恐战争越来越成为主流。因此，传统的军事训练也越来越难以满足现代战争的需求，难以培养出能够适应未来战争的合格士兵。为应对新军事变革的挑战，以计算机为主体的数字化虚拟现实技术在军事领域得到广泛应用，并在作战指挥、军事训练和战法研究等方面取得了革命性成果，在很大程度上解决真实作
7、战训练中的一些问题，并因其在指挥决策、训练演习和理论训练上特有的科学性、经济性、对抗性、真实性、直观性、严密性、交互性、实时性、可控性和再现性等诸多优点，引起当今各国军队的极大兴趣，被视为信息时代提高作战效能和加强军队质量建设的有效途径因此，为了解决这个问题，美军率先提出并实施了虚拟军事训练的概念，利用现在飞速发展的虚拟现实技术对士兵进行训练，让他们面对各种可能在战场上面临的情况，对于各种困境都有了一个适应，而且不存在训练的各种限制条件，甚至可以根据作战需求“定制”训练环境，同时极大地减少了训练成本。一、虚拟现实的基本概念及发展历史虚拟现实是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传
8、感技术、人工智能等领域。简单地说，虚拟现实就是人们利用计算机生成一个逼真的三维视、听、嗅等感觉的虚拟环境，使人作为参与者通过自然技能使用传感设备等适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互作用的新技术。它是建立在自动控制技术、计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术、传感器技术及人工智能技术基础之上， 本质上是一种在系统仿真技术的基础之上发展起来的高级接口技术，但是它与仿真技术有明显的区别。虚拟现实的目的是为人与实际环境之间接的交互提供一种自然的、方便的界面，即所谓的虚拟环境。虚拟环境可以给人一种进入真实环境的效果，人可以与虚拟环境交互，通过改变虚拟环境，进而实现改变实际环境的目的
9、。 像IT界其他高新技术一样，比如计算机、Internet等，这些新技术不仅是首先应用于军事领域，同时军事领域的应用需求与研究也是这些技术逐步发展成熟的决定性推动力量， VR技术也不例外，在军事训练准备中发挥着越来越重要的作用。任何一个虚拟现实系统都可以用三个“I”来描述其特性，这就是“沉浸（Immersion)”、“交互（Interaction)”和“想象（Imagination)”。这三个“I”反映了虚拟现实系统的关键特性，就是系统与人的充分交互，它强调人在虚拟现实环境中的主导作用。虚拟现实技术种类繁多，主要有：(一)桌面级虚拟现实桌面级虚拟现实利用个人计算机和低级工作站进行仿真，计算机的
10、屏幕用来作为用户观察虚拟境界的一个窗口，各种外部设备如鼠标、追踪球、力矩球等用来驾驭虚拟实境，并且可以操纵在虚拟情景中的各种物体。它要求参与者使用位置跟踪器和手控输入设备，坐在监视器前，通过计算机屏幕观察360范围内的虚拟环境，并操纵其中的物体，但这时参与者并没有完全投入，因为他仍然会受到周围现实环境的干扰。桌面级的虚拟现实最大特点是缺乏完全投入的功能，但是成本也相对低一些，应用面比较广。(二)沉浸式虚拟现实沉浸式虚拟现实系统提供完全投入的功能，使用户有一种置身虚拟境界之中的感觉。它利用头盔式显示器或其它设备，把参与者的视觉、听觉和其它感觉封闭起来，提供一个新的、虚拟的感觉空间，利用位置跟踪器
11、、数据手套、其它手控输入设备、声音等使得参与者产生一种身在虚拟环境中、并能全心投入和沉浸其中的感觉。(三)增强现实的虚拟现实又叫做增强现实，指不仅利用虚拟现实技术来模拟现实世界、仿真现实世界，而且要利用它来增强参与者对真实环境的感受，也就是增强现实中无法感知或不方便感知的感受。这种类型虚拟现实典型的实例是战机飞行员的平视显示器，它可以将仪表读数和武器瞄准数据投射到安装在飞行员面前的穿透式屏幕上，它可以使飞行员不必低头读座舱中仪表的数据，从而可集中精力盯着敌人的飞机和导航偏差。(四)分布式虚拟现实可以看作是基于网络的虚拟现实系统，如果多个用户通过计算机网络连接在一起，同时参加一个虚拟空间，共同体
12、验虚拟经历，那虚拟现实则提升到了一个更高的境界，这就是分布式虚拟现实系统。目前世界上大规模使用虚拟训练的国家只有美国。美军的训练模拟始于70年代初期，在随后的发展过程中，美军的训练模拟经历了人工模拟、半自动模拟和计算机模拟的不同阶段。二、产生背景军事训练是军队生成战斗力的重要途径，也是保持和提高战斗力的有效手段，而贴近实战的训练环境才能让训练达到应有的效果。随着武器装备的飞速发展，单个军兵种已经难以适应现代化战场，甚至在军种内部也分出好多更为复杂的兵种，武器装备也越来越难以操控，一个熟练操作的战士需要好几年才能培养出来，制约训练的是昂贵的成本。虽然近年来世界各国都不同程度地提高了军费，但是仍然
13、不能满足技术装备的需求。在冷兵器时代，所有人使用的都是简单的铁制武器，训练时用木棍就可以代替，成本低廉，资源充足，而且作战环境基本固定，一个训练场地就可以满足需求。而现在，高机动性已经成为军事行动必备的条件，部队面临的作战环境也多种多样，战场环境的复杂程度与广度也大大扩展，普通训练场已经不能模拟实际战场，而能够模拟实战的军事演习成本又过于高昂，不可能作为常规训练。因此，如何在较低成本下实现尽可能接近实战的日常训练成为一个制约军事训练的重要问题。正是在这种环境下，美军率先提出了虚拟训练的概念，利用日益发展的虚拟现实技术在“网络空间”中对士兵进行训练，进而在很大程度上克服了矛盾，提高了训练效果。三
14、、在训练中的应用(一)虚拟战场环境采用虚拟现实技术使受训者在视觉和听觉上真实体验战场环境、熟悉将作战区域的环境特征。演练者通过必要的设备与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生“沉浸”于等同真实环境的感受和体验，使演练者“真正”进入形象逼真的战场。在这样的环境中，指挥员可以获得充足的战场信息，拥有决策优势，贯彻各种战术思想，体会运筹帷幄的惊心动魄；士兵可以熟悉战场环境，适应战场氛围，训练战斗技能和坚韧的意志。在阿富汗战争打响之前，美国陆军装备司令部出资10亿美元构建了逼真的阿富汗虚拟战场，模拟了从沙摸到丛林以及拥挤的街道等各种地形，并通过人工智能的方法设计塔利班“士兵”供参战人员模拟
15、作战使用。同样，美军早在对伊拉克开战半年前就构建了巴格达城区虚拟战场，将所有的建筑物、街道、公共设施、树木等全部模拟出来。演练的士兵如身临其境，可以判定进攻方向、威胁强度、掩蔽位置，可以制定作战预案，进行战斗演练。它将参训人员带到像实战一样、弥漫着危险气氛的环境，让他们相信自己可以应付眼前的一切。当这些人员真正上战场时，他们已经成了熟悉战场环境的老兵。虚拟战场环境在武器试验中的作用更充分体现了信息技术的优势。高新武器的研制试验总伴随着高昂的经费。而在虚拟战场环境中测试武器装备的准确射程、打击范围、损毁程度等指标，不仅精确度高，也大大节省了经费。“知己知彼，百战不殆。”在现代战争中，信息的多寡就
16、意味着战争的胜负。虚拟战场环境像一束强光穿透战场的迷雾，使战场变得透明。(二)单兵模拟训练和评价训练仿真是一种物理模拟技术的应用，它主要是通过模拟实车、实兵或实战环境，来培养单兵或小范围作战编组的作战技能，如目前使用较多的驾驶模拟仿真系统、多用途复合激光作战仿真系统等。这些仿真系统的准确性和逼真性得到了很大的提高，图像的仿真程度也已经与实物、实景相差无几。特别是训练仿真系统具有在危险小、低消耗的条件下训练出较强作战技能的部队的特点，因此受到世界各国军队的极大重视。美军于上世纪70年代未开始将模拟训练器材应用于部队训练，80年代以来，美军更加重视适合于实战要求的作战模拟系统的研制。截至目前为止，
17、美军己能够模拟35种武器装备的操作使用和相应的战术演练。在针对海湾战争的训练中，美军大量采用了模拟坦克、装甲车辆等器材，通过模拟仿真训练，既避免了由于采用实兵、实车、实弹等进行训练带来的武器、弹药的损耗，又保证了人身安全，节省了大量经费。现在，美军从营级到师级的实兵实车等实装训练正逐渐减少，主要进行模拟训练。未来的士兵将在电子头盔、数据手套和武器平台仿真器集成的模拟舱内，身经“百战”，在虚拟的战斗中体验生与死的角逐，磨练娴熟的战术技能和坚韧的战斗意志。与常规的训练方式相比较，虚拟现实训练具有环境逼真、沉浸感强、场景多变、训练针对性强和安全经济、可控制性强等特点。此外，随着计算机及现代通信技术的
18、飞速发展及在训练上的广泛运用，训练仿真系统呈现出由单车、单炮等模拟向作战联网方向发展的趋势。如美军要求现在和今后购置的模拟训练器材，以及将要研制的新型模拟训练器材，都要从全局着眼，为形成网络化打下基础。待模拟训练器材达到标准化和系统化要求后，将各种模拟训练器材相连结，形成一个大型的作战模拟网络。这样，在未来的训练中，只需要在单元车上安装模拟器，便可以将作战编组联在一起训练。而且，不同形式的模拟器材和不同种类的仿真系统也可互联，同时也可异地互联，从而使分布在不同地点的战车、分队共享一个数据库，这就使射击程序、指挥控制、远距离火力支援等科目的训练可通过模拟仿真技术来实现，从而极大地提高分队的战斗力
19、。(三)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，实施“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不受地域的限制，可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。最早的分布式虚拟战场环境是1983年美国陆军制定的虚拟环境研究计
20、划SIMNET，这一计划将分散在不同地点的地面坦克、车辆仿真器通过计算机网络联合在一起，进行各种复杂任务的训练和作战演练。从1994年开始，美国陆军与美国大西洋司令部联合开展了战争综合演练场的研究，建成了一个包括海陆空多兵种、有3700多个仿真实体参与的地域范围覆盖500km750km的军事演练环境。(四)指挥决策利用虚拟现实技术，根据侦察情况资料合成出战场全景图，让受训指挥员通过传感装置观察双方兵力部署和战场情况，以便判断敌情、定下正确决心。美国海军开发的“虚拟舰艇作战指挥中心”就能逼真地模拟与真实的舰艇作战指挥中心几乎完全相同的环境，生动的视觉、听觉和触觉效果，使受训军官沉浸于“真实的”战
21、场之中。通过计算机作战模拟，不仅可以在严谨的科学基础上对新的作战理论原则、作战行动规则进行多方位的论证，还可以通过模拟对抗，计算各军、兵种部队的攻防作战能力，经过比较挑出最佳作战方案，而且可以使指挥员置于陆海空天电五维全方位的作战空间，从而摆脱二维空间的思维枷锁，使指挥艺术得到更充分的发挥。美军曾经使用过许多作战模拟系统来培训军事人员，并取得了显著的效果。目前，美军更进一步采取措施，通过设置“军官虚拟现实教程”来强化人员培训。从训练效果的角度讲，这种“军官虚拟现实教程”大大超过以往陆军联合训练中心所实施的作战模拟训练和实战演习的方法，仅需5个月左右就能培训出既具备战术专家素质，又能直接观察与分
22、析战场态势，并能指挥与控制所属部队进行作战的军官。1993年，美国陆军利用虚拟现实技术进行了“路易斯安娜演习”，为美国陆军制定出适合于二十一世纪作战要求的条令、战术和部队编成进行实验论证，仅此一项就为美国陆军节约经费近20亿美元。目前，美国国防大学已为军官开设了军事政治课程以及联合与合成作战模拟课程。美三军主要作战中心每年都要接待各类高级指挥和参谋人员进行作战模拟训练。为了统一建模方法和统一数据格式，美陆军部推行了“作战模型改进计划”，设想一个统一的管理机构下建立一个具有层次结构的陆军作战模拟系列，将陆军各兵种的作战模型全部纳入这个体系中，以培养适应未来战争需要的陆军军官。(五) 在新式武器研
23、究方面 在新式武器与装备的研制和应用上，军事模拟也可以得到很大的效益。 比如，在美国国防部测绘局在1995年8月到9月北约对波黑进行大规模空袭期间，曾在意大利的空军基地建立一个作战模拟设施，利用侦察卫星拍摄的高分辨率图像与测绘据提供的波黑地区的数字地图相结合，通过作战模拟所产生的灵境环境，模拟战斗机在波黑地区上空的飞行。 经过这个仿真环境的训练，极大地提高了实战的成功率和飞行员的适应性。(六) 信息网络虚拟(欺骗)战 信息网络虚拟(欺骗)战是以计算机成像、电子显示、话音识别和合成、传感等技术为基础实施的信息欺骗。它通过信息网络某一节点,把己方计算机与对方联网,或战前通过各种途径将虚拟现实技术植
24、入敌方的指挥控制信息系统中,把己方的虚拟信息即假情报、假决心、假部署传输给敌方,迷惑敌人,诱敌判断失误向敌指挥官和士兵发布敌方军官假命令,使敌听命是从,改变敌方指挥官的作战意图,使敌军事行动陷入混乱。这种战法能使敌方在三维声像环境中,看到酷似实物的立体交战图像,使敌方产生错觉,增大了欺骗的真实性。 由于虚拟现实技术在军事上能把接受者投放到一种逼真的、为作战而设置的现实中,可以模拟未来战场各种复杂情况,从而使敌改变决心和部署。1994年4月,随着美军第一支数字化部队的建立,美军就开始着手运用虚拟现实技术进行模拟对抗性演习,并专门成立了虚拟现实技术欺骗战研究小组,由其具体负责技术研制和试验。四、优
25、点与不足(一)真实性模拟训练能够构造真实环境。利用计算机生成的特殊环境，与现实世界十分吻合，参训人员的反应完全可以在以后面临真实情况的时候作为参考。(二)经济性模拟训练在建好设备后所消耗的只有电费与装备的折旧费，不存在消耗性物品，也没有运输费。(三)高效性模拟训练能够缩短训练时间，在几分钟之内转换训练环境，不像以前一样一天甚至一周只能进行一种训练，把准备和转场的时间压缩到最低。(四)环保性由于不存在真实的弹药、油料消耗，又是室内训练，对于环境的影响减弱到可以忽略不计的程度。(五)安全性与实际训练不同，虚拟训练不存在安全隐患，因此不用因担心训练事故而束手束脚的问题，对于提高训练效果有巨大推进作用
26、。(六)培养潜在军队人员部分虚拟现实训练系统在脱密后作为军事题材游戏推向市场，让不少年轻人无意中就接受了一定程度的武器操作指示，部分人参军后能迅速适应实战装备，减少了训练时间。(七)不完全真实由于现在技术限制，理想中的“完全浸入式”虚拟现实短时间内还不能实现，现有的系统由于计算能力与软件的限制，对物理世界不能完全模拟，而且敌军的反应也缺乏随机性，容易造成对虚拟训练的适应导致应变能力减弱。(八)不能充分检验部队虚拟终归是虚拟，再真实也不能代替实际。现实总是有各种各样的意外情况，虚拟演戏则会一成不变地依照预定的剧本进行。而且作战人员在“这是假的”的心理暗示下，肯定会产生懈怠心理，在绝境中也不会像以
27、前一样爆发出超常的战斗力。五、发展趋势与前景当前，计算机模拟正在被越来越多国家的军队视为作战计划制定的必要环节，并将成为高技术军队“先胜而后求战”的“定心丸”,随着虚拟技术的进一步发展，在未来的作战实验室中，军人就可以在地理信息系统、部署数据库和立体态势图像的集成软件平台上，面对二维屏幕虚拟显示的多维战场，游刃于整体与部分、精确与模糊、真实与虚拟相交织的信息时空，锤炼创造性的指挥艺术。超前模拟将成为未来军事训练的最高级特征，虚拟现实以全息和超前的训练使未来的军队在虚拟中体验战争。并在虚拟中把握战争。以往那种认为“战术专家是打出来的，而不是训练出来的”观念将在虚拟现实下的数字化模拟训练面前接受严
28、峻挑战。参考文献1 姜山. (2011). 虚拟现实技术在军事训练中的应用. 青年与社会:中外教育研究(12), 193-193.2 张李杰, 孙文磊, 赵群, 王纯祥, & 崔权维. (2013). 基于虚拟现实技术的军事训练场地布局和模拟. 四川兵工学报, 34(4), 91-92.3 张云景. (2013). 利用虚拟现实技术开展军事基础训练. 中国信息化(8).4 陈金山. (2014). 虚拟现实技术在美军单兵训练中的应用及启示. 军事体育学报, 33(1), 73-74.5 李兆旺. (2012). 虚拟现实技术在武警部队作战训练中的应用. 科学与财富(9), 169-169.6 张育军. (2014). 虚拟现实技术在军事领域的应用与发展. 科技创新与应用(15), 290-291.7 武清华. (2013). 试论虚拟现实技术在军校远程教学中的应用. 经济生活文摘月刊(3), 449.8 李建荣, & 孔素真. (2014). 虚拟现实技术在教育中的应用研究. 实验室科学, 17(3), 98-100.9 邹诗苑. (2014). 虚拟现实技术在军事领域的应用. 飞航导弹(7), 67-71.10 徐加存. (2015). 虚拟现实技术在跳伞动作训练中的应用研究. 现代交际(7), 256-256.
