虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在模擬作戰(zhàn)上的應(yīng)用

1、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在模擬作戰(zhàn)上的應(yīng)用 小組成員：蘇錦程 陳婷婷 付茜茜 張健信 郭曉旻Page 2模擬作戰(zhàn)方式傳統(tǒng)：1實(shí)兵演習(xí) 2沙盤作業(yè) 3圖上作業(yè) 現(xiàn)代：1計(jì)算機(jī)仿真 2分布交互式對(duì)抗模擬 3網(wǎng)上演兵Page 3傳統(tǒng)模擬作戰(zhàn)1實(shí)兵演習(xí)特點(diǎn)：花費(fèi)的費(fèi)用較大、參與的人員多、模擬所需要的時(shí)間較長(zhǎng)、模擬的組織較復(fù)雜、模擬過(guò)程中人為因素的影響較大、模擬的精度較高。Page 4傳統(tǒng)模擬作戰(zhàn)2沙盤作業(yè)特點(diǎn)：花費(fèi)的費(fèi)用小、參與的人員較少主要是軍官、模擬的時(shí)間較短，模擬的組織最簡(jiǎn)單、模擬過(guò)程中人為因素的影響最大、模擬的精度最差。Page 5傳統(tǒng)模擬作戰(zhàn)3圖上作業(yè)特點(diǎn)：花費(fèi)的費(fèi)用小、參與的人員較少主要是軍官、模擬的

2、時(shí)間較短，模擬的組織最簡(jiǎn)單、模擬過(guò)程中人為因素的影響最大、模擬的精度最差。Page 6現(xiàn)代模擬作戰(zhàn)方式現(xiàn)代：計(jì)算機(jī)仿真 分布交互式對(duì)抗模擬 網(wǎng)上演兵Page 7現(xiàn)代模擬作戰(zhàn)方式特點(diǎn)：計(jì)算機(jī)仿真：花費(fèi)的費(fèi)用較小、參與的人員少、模擬所需要的時(shí)間最短計(jì)算機(jī)計(jì)算的速度要比人工計(jì)算要高得多的多、模擬的組織最簡(jiǎn)單、模擬過(guò)程中人為因素的影響最小計(jì)算機(jī)代替人員來(lái)裁定模擬的結(jié)果、模擬的精度較高分布式交互對(duì)抗模擬：花費(fèi)的費(fèi)用最大、參與的人員最多、模擬所需要的時(shí)間較長(zhǎng)、模擬的組織最復(fù)雜、模擬過(guò)程中人為因素的影響最小計(jì)算機(jī)代替人員來(lái)裁定模擬的結(jié)果、模擬的精度最高。 網(wǎng)上演兵： 參與面廣社會(huì)各個(gè)階層的人士均能參與、影響

3、面大模擬的過(guò)程和結(jié)果將公布于國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)上，全世界的人都可以看到。Page 8實(shí)例：基于 VR 的作戰(zhàn)模擬仿真系統(tǒng)基于 VR作戰(zhàn)模擬訓(xùn)練仿真系統(tǒng)主要是基于VR三維引擎和采用Microsoft Visual Studio .NET2003編程技術(shù)，結(jié)合作戰(zhàn)任務(wù)想定，通過(guò)計(jì)算機(jī)接口和交互界面?zhèn)鬏敂?shù)據(jù)，主要實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)單元的任務(wù)編輯、作戰(zhàn)單元的任務(wù)規(guī)劃和作戰(zhàn)場(chǎng)景的三維演示。采用不同的模擬作戰(zhàn)單元，可實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)模擬訓(xùn)練的通用性。如圖1。Page 91 作戰(zhàn)方案生成作戰(zhàn)部隊(duì)任務(wù)編輯模塊基于實(shí)時(shí)作戰(zhàn)環(huán)境，通過(guò)想定編輯器，完成作戰(zhàn)任務(wù)部署。想定編輯器具有的一般性功能主要包括戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境生成、作戰(zhàn)實(shí)體模型、交互數(shù)據(jù)管理。

4、系統(tǒng)重點(diǎn)通過(guò)模型驅(qū)動(dòng)軟件開(kāi)發(fā) Model-DrivenSoftware Development，MDSD理論構(gòu)建作戰(zhàn)想定編輯器的模型，并采用組件技術(shù)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)。Page 102 作戰(zhàn)單元任務(wù)規(guī)劃依據(jù)作戰(zhàn)想定和作戰(zhàn)目標(biāo)，獲取作戰(zhàn)資源和調(diào)用約束條件。利用優(yōu)化算法建立相應(yīng)任務(wù)規(guī)劃模型，如圖3。Page 112 作戰(zhàn)單元任務(wù)規(guī)劃輸入數(shù)據(jù)主要指作戰(zhàn)雙方的相關(guān)任務(wù)屬性，包含作戰(zhàn)效果的價(jià)值、損耗等。作戰(zhàn)資源主要指任務(wù)規(guī)劃中影響作戰(zhàn)效能的各種資源，如多條道路的距離選擇，各種武器的優(yōu)先配置等。約束條件是指影響作戰(zhàn)效能的時(shí)間和資源沖突。最后依據(jù)任務(wù)規(guī)劃結(jié)果，以三維數(shù)據(jù)行駛輸出規(guī)劃結(jié)果，如圖4、圖5。Page 1

5、22 作戰(zhàn)單元任務(wù)規(guī)劃Page 133 作戰(zhàn)仿真演示系統(tǒng)作戰(zhàn)視景仿真系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，調(diào)用模型庫(kù)文件，基于圖形加密卡、計(jì)算機(jī)顯示器、音響設(shè)備等組成。演示系統(tǒng)利用VR 引擎和3D 技術(shù)，提供生成虛擬作戰(zhàn)場(chǎng)景。為了到達(dá)圖像處理的實(shí)時(shí)和逼真效果，作戰(zhàn)地景采用衛(wèi)星遙感影像、地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)和三維美學(xué)渲染相結(jié)合以及不同精度遙感數(shù)據(jù)融合鑲嵌技術(shù)，保證試驗(yàn)區(qū)域場(chǎng)景仿真的真實(shí)性和生動(dòng)性。主要功能如圖6。Page 14VR系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)狀態(tài)控制技術(shù)系統(tǒng)基于三維數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)仿真，對(duì)于各作戰(zhàn)單元的模擬演示需要將三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的狀態(tài)信息，系統(tǒng)通過(guò)構(gòu)建貝塞爾大地坐標(biāo)解算模型和DEM數(shù)值高程模型為控制作戰(zhàn)單元和武

6、器狀態(tài)提供三維狀態(tài)數(shù)據(jù)。VR 視景仿真技術(shù)在不增加接收端硬件的情況下，利用3D 引擎插件技術(shù)，調(diào)用模型庫(kù)元件，實(shí)現(xiàn)多種目標(biāo)模型的視景仿真。在程序中可以利用鼠標(biāo)移動(dòng)改變作戰(zhàn)視角。作戰(zhàn)單元作戰(zhàn)效能研究系統(tǒng)通過(guò)作戰(zhàn)想定方案，基于作戰(zhàn)單元和打擊目標(biāo)的作戰(zhàn)參數(shù)設(shè)定，結(jié)合戰(zhàn)場(chǎng)資源配置，利用優(yōu)化算法，建立任務(wù)分配模型，通過(guò)作戰(zhàn)效果，確定作戰(zhàn)單元的作戰(zhàn)效能。Page 15下面我們看一段關(guān)于美國(guó)模擬作戰(zhàn)的視頻16 長(zhǎng)期以來(lái)，外軍對(duì)作戰(zhàn)模擬訓(xùn)練極其重視，投入了大量的人力、 物力和技術(shù)力量，不斷研究和探索模擬訓(xùn)練的新理論、 新方法。尤其是作為世界頭號(hào)軍事強(qiáng)國(guó)的美國(guó)，將高新技術(shù)不斷地投入到軍事領(lǐng)域的各個(gè)方面。而作為誕

7、生時(shí)間不到30 年的新技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)近年來(lái)在軍事領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越大的作用，而美軍更是將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)充分應(yīng)用到了軍事模擬訓(xùn)練的各個(gè)層面。下面以美軍軍事模擬訓(xùn)練為例，具體介紹虛擬現(xiàn)在軍事模擬中的應(yīng)用。Page 17構(gòu)建虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境 通過(guò)相應(yīng)的三維戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境圖形圖像庫(kù)，包括作戰(zhàn)背景、戰(zhàn)地場(chǎng)景、各種武器裝備和作戰(zhàn)人員等，為使用者創(chuàng)造一種險(xiǎn)象環(huán)生、幾近真實(shí)的立體戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。用戶通過(guò)必 要的設(shè)備可與虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行交互作用、相互影響，從而產(chǎn)生“沉浸于等同真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)。采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)使受訓(xùn)者在視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)上真實(shí)體驗(yàn)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、熟悉即將作戰(zhàn)區(qū)域的環(huán)境特征。以增強(qiáng)其臨場(chǎng)感覺(jué)，提高訓(xùn)練質(zhì)量。 Page

8、18進(jìn)行單兵模式訓(xùn)練 讓士兵穿上數(shù)據(jù)服，戴上頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套，通過(guò)操作傳感裝置選擇不同的戰(zhàn)場(chǎng)背景，輸入不同的處置方案，體驗(yàn)不同的作戰(zhàn)效果，進(jìn)而像參加實(shí)戰(zhàn)一樣，鍛煉 和提高技術(shù)水平、快速反響能力和心理承受力。在這樣的虛擬作戰(zhàn)環(huán)境中，可以使眾多軍事單位參與到作戰(zhàn)模擬來(lái)中，而不受地域的限制，可大大提高了戰(zhàn)役訓(xùn)練的 效益；還可以評(píng)估武器系統(tǒng)的總體性能，啟發(fā)新的作戰(zhàn)思想。借助虛擬軍事演習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練，就可以較小的代價(jià)、較短的時(shí)間實(shí)施大規(guī)模戰(zhàn)區(qū)、戰(zhàn)略級(jí)演習(xí)，并可 通過(guò)屢次演習(xí)或一次演習(xí)多種方案，發(fā)現(xiàn)、解決實(shí)戰(zhàn)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題。 Page 19諸軍兵種聯(lián)合演習(xí) 建立一個(gè)“虛擬戰(zhàn)場(chǎng)，使參戰(zhàn)雙方同處其中，根

9、據(jù)虛擬環(huán)境中的各種情況及其變化，“調(diào)兵遣將、“斗智斗勇，實(shí)施“真實(shí)的對(duì)抗演習(xí)。與常規(guī)的訓(xùn)練方式 相比較，虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練具有環(huán)境逼真，“身臨其境感強(qiáng)、場(chǎng)景多變，訓(xùn)練針對(duì)性強(qiáng)和平安經(jīng)濟(jì)，可控制性強(qiáng)等特點(diǎn)。 Page 20通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行異地同環(huán)境作戰(zhàn)訓(xùn)練 運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)分布式仿真并結(jié)合現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，通過(guò)作戰(zhàn)模擬訓(xùn)練中心控制設(shè)置在不同地域的作戰(zhàn)單位以及各級(jí)指揮官處的模擬系統(tǒng)終端來(lái)實(shí)現(xiàn)不同地域、相同環(huán)境的相同作戰(zhàn)訓(xùn)練。例如美陸軍的“近戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)。 Page 21進(jìn)行軍事指揮人員訓(xùn)練 利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，根據(jù)偵察情報(bào)資料合成出戰(zhàn)場(chǎng)全景圖，讓受訓(xùn)指揮員通過(guò)傳感裝置觀察敵我兵力部署和戰(zhàn)場(chǎng)情況，以便判斷敵情

10、，定下正確決心。美國(guó)海軍開(kāi)發(fā) 的“虛擬艦艇作戰(zhàn)指揮中心就能逼真地摸擬與真的艦艇作戰(zhàn)指揮中心幾乎完全相似的環(huán)境，生動(dòng)的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)效果，使受訓(xùn)軍官沉浸于“真實(shí)的戰(zhàn)場(chǎng)之上。 Page 22提高指揮決策能力 在作戰(zhàn)指揮決策領(lǐng)域，VR 技術(shù)的應(yīng)用主要包括兩個(gè)方面: 1) 通過(guò)對(duì)獲取的情報(bào)數(shù)據(jù)在三維戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境上合成逼真的三維戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)場(chǎng)景，有利于指揮人員更加形象直觀地把握整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，輔助指揮人員進(jìn)行決策; 2) 采用基于VR 技術(shù)的作戰(zhàn)方案分析系統(tǒng)對(duì)指揮決策人員提出的決策方案進(jìn)行仿真分析，以便更好地為決策人員效勞。 美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室( NRL) 自主開(kāi)發(fā)的Dragon 系統(tǒng)可以提供72 h 內(nèi)90 km

11、 90 km 范圍內(nèi)的DTED( 數(shù)字地形數(shù)據(jù)) 5 級(jí)( 1 m 分辨率) 特征數(shù)據(jù)和圖像特征，在作戰(zhàn)之前就能夠快速將復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)可視化，使指揮員及其參謀人員能靈活使用二維或三維動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)，更有效地制定任務(wù)方案和演練，評(píng)估行動(dòng)路線，保持對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的認(rèn)知。Page 23縮短武器裝備的研制周期 在高新技術(shù)武器開(kāi)發(fā)的過(guò)程中大量地采用VR 技術(shù)，設(shè)計(jì)者可方便自如地介入系統(tǒng)建模和仿真實(shí)驗(yàn)全過(guò)程，讓研制者和用戶同時(shí)進(jìn)入虛擬的作戰(zhàn)環(huán)境中操作武器系統(tǒng)，充分利用分布交互式網(wǎng)絡(luò)提供的各種虛擬環(huán)境，檢驗(yàn)武器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和戰(zhàn)技術(shù)性能指標(biāo)及其操作的合理性，縮短了武器系統(tǒng)的研制周期，并能對(duì)武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能進(jìn)行合理

12、評(píng)估，從而使武器的性能指標(biāo)更接近實(shí)戰(zhàn)要求。 美國(guó)第四代戰(zhàn)斗機(jī)F 22 和JSF 在研制的全過(guò)程中由于采用了VR 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了三維數(shù)字化設(shè)計(jì)和制造一體化，使研制周期縮短50%，節(jié)省的研制費(fèi)用超過(guò)93% 。由于采用VR 技術(shù)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初期，就能夠向飛行員提供直接體驗(yàn)新設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)的“ 虛擬 系統(tǒng)，并能隨時(shí)按照訂貨方要求現(xiàn)場(chǎng)修改設(shè)計(jì)，美軍利用這一技術(shù)成功設(shè)計(jì)了“ 阿帕奇 和“ 科曼奇 武裝直升機(jī)的電子座艙等。Page 24VR 技術(shù)模擬訓(xùn)練的開(kāi)展趨勢(shì)1) 著眼未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)空間多元化，構(gòu)建多維虛擬戰(zhàn)場(chǎng)，提高部隊(duì)聯(lián)合作戰(zhàn)能力。2) 集中模擬訓(xùn)練向分散模擬訓(xùn)練開(kāi)展。3) 基于混合現(xiàn)實(shí)的VR 技術(shù)在軍事領(lǐng)域逐步得到重視，并進(jìn)入了試驗(yàn)階段，如美國(guó)Information in Place公司正在研制的Augmented Reality Combat Training