虛擬現實技術在輕武器領域的應用

青出于藍而勝于藍的虛擬現實技術

“虛擬現實”（VR-Virtual Reality）是利用計算機生成一種模擬環境（如飛機駕駛艙、操作現場等），通過多種傳感設備使用戶“沉浸”到該環境中，實現用戶與該環境直接的自然交互。這個提法是在上個世紀80年代出現的，但對它的研究可追溯到上世紀60年代。當時以美國國家航空航天局（NASA）為首，致力于把VR技術用于各種武器系統操作人員，特別是飛機駕駛員和宇航員的模擬訓練，以減少實戰中的人員、物資損失并節約訓練經費。

VR技術與我們熟知的計算機仿真技術的關系可以概括成是“青出于藍而勝于藍”。計算機仿真是一門利用計算機軟件模擬實際環境進行科學試驗的技術。從模擬實際環境這一特點看，計算機仿真技術與VR技術有著一定的相似性。二者之間的差異主要表現為兩點：首先是感知方面。計算機仿真技術原則上以視覺和聽覺為主要感知，很少用到其他感知（如觸覺、力覺等），用戶基本上是“旁觀者”，可視場景既不隨用戶的視點變化，用戶也沒有身臨其境之感，VR技術則不然。其次在交互性方面。計算機仿真一般不強調交互的實時性，而VR技術本質上就是利用計算機產生一個讓人以自然的視、聽、嗅、觸等功能感覺到的三維空間環境，從而讓用戶以習慣的能力和方法，對這個生成的“客觀世界”進行觀察、分析、操作和控制，最終沉浸其中。在硬件上，實現較理想的VR系統需要有頭盔顯示器、數據手套/數據服、高性能計算機等。軟件方面，主要包括輸入處理、仿真引擎、聲音處理、虛擬世界的渲染、觸覺與反饋力的處理等軟件。

概括說來，VR技術源于仿真技術，又是一種更高級、更先進的計算機仿真技術。

眾多領域VR技術大顯身手

世界上與VR技術有關的公司有100多家，所開發的VR系統已在軍事、航空航天、工程設計、教育培訓、市場營銷、醫療衛生等領域投入應用，對減少損失、節約經費、縮短產品研制周期、提高產品質量等方面發揮了巨大的作用。在不同領域，VR技術應用的廣度和深度相差很大，但從總體上來說，目前VR技術的應用還僅處于初期的半實物功能仿真階段，其優勢尚未完全體現，所具有的感知功能僅限于視覺、聽覺、力覺、觸覺、運動等幾種，無論是感知范圍還是感知精確度都尚未達到理想的狀態。

隨著科學技術的發展，VR技術已經滲透進了軍事領域的許多方面，并開始發揮越來越大的作用。概括起來，其在軍事方面的應用可歸結為以下方面：

虛擬戰場環境的建立

通過相應的三維戰場環境圖形圖像庫，包括作戰背景、戰地場景、各種武器裝備和作戰人員等，為使用者創造一種險象環生、逼真的立體戰場環境，增強身臨其境之感，提高訓練質量。

單兵模擬訓練系統

士兵穿上數據服，戴上頭盔顯示器和數據手套，通過操作傳感裝置選擇不

同的戰場背景，輸入不同的處置方案，體驗參加實戰的感覺，檢驗不同的作戰效果。這種訓練方式可大大鍛煉和提高士兵的戰術水平、快速反應能力和心理承受能力。

近戰戰術訓練

通過VR技術對近距離作戰（如城區軍事行動）進行建模和仿真，進行戰術理論和作戰計劃的檢驗，并預測軍事行動和作戰計劃的效果，還可評估武器系統的總體性能，啟發新的作戰思想。

實施軍兵種聯合演習

以當前的武器系統、配置、戰術和原則為基礎，把陸軍、海軍、空軍、工兵等諸軍兵種的合成戰術訓練系統通過網絡連接起來，建立一個“虛擬戰場”，使參戰雙方共處其中。根據虛擬環境中的各種情況及其變化，實施“真實的”對抗演習。

輕武器領域，VR技術發展 方興未艾

與坦克、導彈、飛機等大型武器系統相比，輕武器顯得小巧玲瓏、高技術含量偏低，但卻是世界各國裝備數量最多的武器裝備。在輕武器領域，VR技術還未得到廣泛深入的應用，其主要產品都集中于半實物仿真系統方面。

近年，VR技術在輕武器領域的應用呈現出了方興未艾的發展趨勢。隨著VR 技術的完善及其與輕武器領域結合程度的加深，新型產品不斷涌現，傳統的輕武器激光模擬射擊訓練系統將成為昨日黃花。如澳大利亞在1999年推出了一種據稱達到世界最新技術發展水平的輕武器激光模擬訓練系統，可用于訓練國防軍士兵的射擊技能和武器操作能力。這些設備可讓士兵練習使用各種裝有激光器的武器射擊計算機生成的目標，并應付計算機所生成的場景。實踐證明，這是訓練澳大利亞國防軍士兵操作使用輕武器的一種十分有效的方法。2004年初，以色列BVR系統公司獲得了一份價值260萬美元的合同，用以提供步兵多武器射擊模擬系統。該系統是一種基于計算機的戰術和步兵作戰訓練器，用于先進輕武器的訓練，含有許多射擊站，這些射擊站可按步槍、機槍和迫擊炮進行分類。2004年5月，美國AIS公司與美國空軍空中作戰指揮部（ACC）簽訂了輕武器訓練系統合同：AIS公司與庫比克防務應用公司（庫比克公司的一個子公司）模擬系統分部合作，共同研制創新方案以滿足美國空軍的訓練需求。這種被稱為“先進交戰技能訓練器（EST 2000）”的系統將裝備美國空軍的15個不同ACC基地。這種訓練器將取代現役的老式訓練模擬器，大幅度提高美國空軍的訓練能力，并使ACC能夠指導射擊技術和判定射擊技能。

目前，VR技術在輕武器領域應用的大部分產品主要側重于單兵射擊訓練或帶戰術背景的單兵射擊訓練，也有一些產品可用于反恐、緊急救援等方面的仿真訓練。不足之處主要

表現在如下兩個方面：

（1）VR技術與輕武器領域結合的程度有待繼續加深，應充分利用VR技術的不斷進步，并結合輕武器自身的特點，深入挖掘潛力，真正體現VR技術的沉浸感、交互性、自主性等特點。

（2）應拓寬VR技術在輕武器領域的應用范圍，深入研究VR技術與槍械以外的其他輕武器（如自動榴彈發射器、手榴彈、彈射器等裝備）在研制和訓練等方面相結合的可能性和可行性。這是VR技術在輕武器領域的研究空白，蘊涵著巨大的發展空間。

VR技術在輕武器領域應用展望

輕武器一直是世界各國裝備量最大的武器。傳統意義上的輕武器性能單一、造價低廉、高技術含量低，但隨著步兵分隊作戰需求的不斷變化和高新技術的廣泛應用，對輕武器的性能要求也在不斷提高，輕武器開始向高新技術方向發展。這一發展趨勢將對輕武器的科研論證、研制開發和訓練等方面產生巨大的影響。隨著輕武器裝備性能的不斷提升和高新技術的不斷應用，VR技術在輕武器領域將獲得極大的發展。

VR技術將貫穿輕武器裝備的科研論證、工程研制和定型試驗全過程

利用VR技術進行大型復雜系統的開發、設計和評估論證等工作，已有很多成功的先例。目前，VR技術在輕武器領域的應用僅限于槍械的射擊訓練和作戰效能仿真方面，而在科研論證和工程研制等方面尚未得到應用。隨著作戰需求的不斷豐富和技術的不斷進步，步兵分隊對輕武器的性能要求將越來越高。研制開發一種新型輕武器的周期將變得越來越長，耗資也呈不斷上升的趨勢，隨之而來的研制風險也將加大。如果在輕武器裝備科研論證和工程研制的過程中融入 VR技術，設計者便可方便地介入武器系統建模和仿真試驗的全過程，這將大大縮短輕武器系統的研制周期，節約科研經費，并能對武器系統的作戰效能進行合理評估，使性能指標更接近實戰要求。此外，在輕武器系統研制過程中，VR技術還可為用戶提供先期技術演示，讓研制單位和用戶同時進入虛擬的作戰環境中操作武器系統，檢驗武器系統的設計方案、戰技指標及操作的合理性。

輕武器在申請設計定型之前，必須要在國家靶場進行相應的技術性能指標考核試驗（如射擊精度、威力、可靠性等）。但受經費和時間等條件的限制，有些考核科目（例如武器系統使用壽命的考核）常常無法真正完成。有效地將VR技術融入這一方面，實現對輕武器各種技術性能的真正考核，必將是VR技術在輕武器領域應用的一大突破。

VR技術將開辟輕武器射擊訓練的新局面

為了節約訓練費用，保障訓練安全，減輕對環境的污染，世界各國都非常重視武器訓練模擬系統的開發研制。近些年，計算機技術、激光技術、傳感器技術和VR技術有了飛速發展，為研制更加逼真的訓練模擬系統創造了條件。

輕武器的裝備量最大，而日常的射擊操作訓練受場地、經費和裝備自身維護保養情況的限制較大。射擊模擬訓練系統以安全、經濟、可控、可多次重復、無風險、不受氣候條件和場地空間限制，既能常規操作訓練，又能培訓處理各種事故的應變能力以及高效率、高效益等獨特優勢，深受各國軍方的高度重視。隨著VR技術與輕武器領域結合的不斷深入，輕武器射擊訓練模擬系統的開發將步入一個新的階段。

玩過“三角洲特種部隊”和“反恐精英”等戰術類游戲的人，可能對游戲中逼真的戰術場景模擬、實時的戰術協同、各種武器裝備的“真實”使用等方面驚嘆萬分。而融入VR技術的未來輕武器射擊訓練模擬系統與其相比，將有過之而無不及。這類系統的開發，將大大提高士兵對武器的熟練程度，增強其戰場生存能力。