虚拟现实技术在军事上的应用

李丽荣,陆宇平,王彦民:虚拟现实技术在军事上的应用

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虚拟现实技术在军事上的应用

李丽荣,陆宇平,王彦民

(南京航空航天大学自动化学院,南京 210016)

摘

要:虚拟现实技术汇集了计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、计算机仿真技术、

传感器技术、计算机视觉和人的行为学研究等多项关键技术,是一门基于多种学科发展起来的计算机领域的高新技术。本文主要介绍了虚拟现实技术在军事领域的应用以及真三维立体显示技术,表明基于虚拟现实技术的军事仿真训练系统在飞行训练、海军潜艇训练、立体三维坦克作战指挥系统、立体三维直升机训练系统、立体三维海军作战指挥系统、立体三维实战演示系统等领域具有非常广阔的应用前景。

关键词:虚拟现实;军事;真三维立体显示

TheApplicationofVirtualRealityTechniqueinMilitaryAffairs

LiLirong,LuYuping,WangYanmin

(CollegeofAutomationEngineering,NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics,Nanjing 210016,China)

Abstract:Virtualrealitytechnologyisanewmulti-disciplinetechnologyinthecomputerfiled,involvingcomputergraphics,multimedia,artificialintelligence,man-computerinterface,computer

simulation,computervisionandhumanengineering.Thepaperpresentsapplicationofthevirtualreal2itytechnologyformilitaryaffairsandthetrue3Dvisiontechnique.Militarysimulationtrainingsystemsbaseonthevirtualrealitytechnologyhasbeenfoundtohaveverywideapplicationsinflighttraining,navysubmarinetraining,3Dtankcampaigncommandsystem,3Dhelicoptertraining,3Dnavycom2mandsystemand3Dcombatdemonstrationsystem.

Keywords:virtualreality;militaryaffairs;true3Dvision

国家保持强大的现代化国防和军事威慑手段的一条重要途径就是要具备现代化的训练和演练水平。现代战争科技水平越来越高,综合性越来越强,耗资越来越巨大。提高军队的训练水平成为各国急需解决的问题,但进行实战训练,耗资太大,并且受到空域和场地的限制,某些训练项目还具有很高的危险性。这些新特点都迫切要求军事仿真训练系统的新突破,通过仿真技术以低廉的成本、逼真的效果最大程度地替代实兵训练与演练。

早期军事仿真训练系统的目的是对作战人员的武器操作技能进行训练,后来发展到训练作战

收稿日期:

2005

0128

人员的协同作战能力与战场对抗能力,并进一步发展为进行战术联合演练、训练作战人员指挥能力及选择最佳战术和作战方案的综合平台;仿真训练的手段和设施也由原来的单武器平台发展为多武器平台,并进一步发展成为大规模远程网络支持的多兵种武器平台环境。

军事仿真训练系统主要采用虚拟现实技术、网络技术和人机交互技术等。采用虚拟现实技术可以建立三维逼真战场合成环境,可为参与训练和演练的战斗员和指挥员提供高度逼真的战场环境;网络技术可以建立一个供异地多用户同时参与的分布式虚拟环境,使处于不同地理位置的用

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户不受物理时空的限制;人机交互技术使战斗平台的操作人员可以得到近似实战的完美体验

[1]

飞机设计第3期2005年9月

上显示的物体和场景如何逼真、如何绚烂,这些三维图像由于缺乏物理深度,无论如何也不能算作真正的三维信息,并且也不能同时由多个人从多个不同角度去观察这一场景。并且实现一个虚拟现实系统还需要大量昂贵的硬件设备,如头盔式显示器、立体眼镜、3D声音合成器、数据手套、3D跟踪设备等。同时,军事应用中对作战环境的仿真和虚拟显示,需要有一个环形视场来动态地从不同侧面、不同角度监控任务执行情况,要在可视化环境中以最大的逼真度再现作战环境的动态图像。为此,上述传统的三维显示技术显然是无法满足要求的。

基于此,摒弃原来的计算机三维显示原理,我们从另一个方向去思考这个问题。在近代战争中,军事指挥员在进行作战指挥时,往往采用一个相对于战场环境的沙盘。这个沙盘模拟了整个作战区域的地形情况,并在其上标注了敌我双方的战争态势。军事指挥员基于此就可以统观全局,并指挥作战。因此,我们设想如果有一种半球形的屏幕,利用全景图像技术将现实世界的场景显示在这个半球形的立体屏幕上,就可以实现真正的三维立体显示。美国ActualitySystems公司研制的Actuality三维立体显示器就可以直接显示三维图像,从而使得表现出的三维物体既有心理景深,更有物理景深,而且多个观察者不需要任何辅助设备就可以从多个角度直接观察三维物体。Actuality三维立体显示器是采用旋转屏幕技术的一种新产品,它采用一个XGA级别的高分辨率(1024@768)投影仪将图像投影到一个旋转屏幕上,该屏幕同光学投影器件和3组起转向投影作用的平面镜一起,以600r/min或其以上的速度旋转,被投影的图像实际上是呈放射状的/图像切片0,由于视觉暂留,这些图像切片快速连续地投影到三维空间,从而在人眼中形成有真实立体感的三维图像(图1)。

这时立体屏幕内的每一个体素(Voxel)(相对于二维屏幕上的像素Pixel)对应空间的一个真实点(x,y,z)。这样,无论在任何方向、以任何角度去看,都可以看到这个三维物体或者场景的面貌,这样就相当于一个真实的三维物体或者场景展现在我们面前。这是具有非常诱人前景的真正立体三维技术。而三维鼠标、视觉手套的出现,又为真三维视景中三维物体的定位和操作提供了手段。

。

世界各发达国家都认识到了虚拟现实技术巨

大的应用潜力,美国国防部更是将以虚拟现实技术为标志的/建模与仿真技术0作为21世纪保证美军优势地位的七大关键技术之一,在军事仿真训练系统的理论研究和实际应用中都作了巨大的投入。

1 概述

虚拟现实(VirtualReality)是一个由计算机和电子技术创造的新世界,是一个看似真实的模拟环境。通过多种传感设备,用户可根据自身的感觉,使用人的自然技能对虚拟世界中的物体进行考察或操作,参与其中的事件。虚拟现实技术汇集了计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、计算机仿真技术、传感器技术、高度并行的实时计算机技术和人的行为学研究等多项关键技术,是一门基于多种学科发展起来的计算机领域的高新技术。由于网络的飞速发展,仿真世界需要运行在通过网络连接的多台计算机上,因此产生了分布式虚拟现实技术,它是虚拟现实技术和网络技术结合的产物,其目标是建立一个可供异地多用户同时参与的分布式虚拟环境,使处于不同地理位置的用户可以不受物理时空的限制,通过姿态、声音和文字等/在一起0进行交流、学习、研讨、训练和娱乐,甚至协同完成同一件比较复杂的产品设计或进行同一艰难任务的演练。

总之,

/动态、交互、沉浸、多感知和分布

[2]

化0可以概括虚拟现实系统的特征。

目前,虚拟现实技术广泛应用于工程应用、影视娱乐、科学应用、教育培训和军事等各个领域。尤其在军事领域,如战争模拟、任务计划和演练、训练核潜艇机组人员、训练飞行员、降落伞使用训练和导弹训练系统等方面都有着极为广泛的应用前景。

2 真三维立体显示技术

一个真正的虚拟现实系统应该能够充分反映真实的三维现实世界,然而,由于计算机屏幕是个二维平面,使我们从计算机屏幕上所看到的仅,

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对于上述的真三维立体显示系统,我们可以把它比喻成一个金 …… 此处隐藏：5328字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……