軍事模擬訓(xùn)練中的“頭腦風(fēng)暴”

陳　棟

隨著新軍事變革的推進，軍事訓(xùn)練越來越強調(diào)其實戰(zhàn)性和對抗性，特別是針對高技術(shù)條件下軍事作戰(zhàn)的特點而發(fā)展起來的軍事模擬訓(xùn)練，成為提高部隊?wèi)?zhàn)斗力的重要手段。與傳統(tǒng)訓(xùn)練手段相比，軍事模擬訓(xùn)練不受實操訓(xùn)練設(shè)備使用情況的限制，并且在作戰(zhàn)環(huán)境和操作使用上與實戰(zhàn)十分相似，同時，利用模擬訓(xùn)練手段，還能夠真實記錄訓(xùn)練情況，做到訓(xùn)練水平的量化評估。上述優(yōu)勢使得軍事模擬訓(xùn)練受到了前所未有的關(guān)注，成為軍事訓(xùn)練體系中一個重要的組成部分。

美軍一直以來都十分關(guān)注模擬訓(xùn)練問題，并在自己的軍事訓(xùn)練中努力滿足其可視化、人機交互的模擬訓(xùn)練要求，將大量的高科技手段積極地應(yīng)用于模擬訓(xùn)練之中，盡力布置出逼真的戰(zhàn)場操作環(huán)境。最近的幾場軍事交鋒中，美軍官兵都體現(xiàn)了良好的指揮和閱讀戰(zhàn)爭的能力，這應(yīng)該說與其長期堅持的近似實戰(zhàn)的高水平訓(xùn)練密切相關(guān)。有鑒于此，美軍以陸軍國家訓(xùn)練中心，海軍關(guān)塔那摩灣、海軍陸戰(zhàn)隊二十九棵棕櫚樹訓(xùn)練基地為代表的訓(xùn)練機構(gòu)除了繼續(xù)強調(diào)以實戰(zhàn)為標(biāo)準(zhǔn)外，還積極將計算機為主體的數(shù)字化模擬技術(shù)引入到軍事訓(xùn)練中來。

要實現(xiàn)與戰(zhàn)場環(huán)境的高度近似，必須引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)。目前，游戲是虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用的主要領(lǐng)域，近些年來蓬勃發(fā)展的快速三維真實感圖形生成技術(shù)、大視野立體顯示技術(shù)和傳感技術(shù)、立體聲環(huán)繞技術(shù)，以及人機交互技術(shù)，使得游戲廠商儲備了必要的技術(shù)能力，能夠?qū)⒂螒蛟O(shè)備作為軍事訓(xùn)練有益的補充甚至是主要手段，以為提高部隊?wèi)?zhàn)斗力服務(wù)。

隨著模擬訓(xùn)練在軍事訓(xùn)練體系的地位日益提高，軍事模擬訓(xùn)練的要求也愈加苛刻，同時，軍事模擬訓(xùn)練的內(nèi)涵也隨著技術(shù)的推進適時的做出了一定的拓展，在這樣的一種背景下，一些在其他領(lǐng)域嶄露頭角的技術(shù)逐漸被應(yīng)用到軍事模擬訓(xùn)練中來，這其中就包括大腦－電腦接口技術(shù)以及動作感應(yīng)技術(shù)。

大腦-電腦接口技術(shù)對軍事模擬訓(xùn)練的影響

大腦-電腦接口技術(shù)(Brain Computer Interface BCI)，又被稱作直接神經(jīng)接口技術(shù)或大腦一機器接口技術(shù)，是一種在大腦(動物的或人的)與外部設(shè)備之間建立通信通道進行信息傳遞及控制的交互技術(shù)。單通道BCI只能在同一時刻由電腦接收大腦指令或者向大腦發(fā)送信號進行信息輸入，而雙通道BCI則能同時在大腦和電腦之間建立起信息交互鏈路。目前論述較多的BCI是指電腦接收大腦信號指令這一部分，即通過傳感器探測大腦的腦電波信號，經(jīng)過計算機解析并識別，形成一定的計算機指令，用于完成特定動作和操作的能力。

隨著傳感器技術(shù)、信號處理技術(shù)以及信息存儲技術(shù)的發(fā)展，以往一些人們無法想象的技術(shù)正一步步走向現(xiàn)實。2006年6月8日在巴黎舉行的歐洲研究和創(chuàng)新展上，帶著24對電極帽的美國科學(xué)家布魯納(PeterBrunner)，當(dāng)場用意念通過眼睛向筆記本電腦傳達指令，在巨大屏幕上一字字寫出信息“B—O—N—J—O—U—R”，可謂技驚四座。

將“精神控制物質(zhì)”從科幻帶入現(xiàn)實，是布魯納及其同事在美國紐約州政府的基金贊助下發(fā)展的令人驚訝的大腦一電腦接口技術(shù)，它可以將人腦信息數(shù)字化然后以電子脈沖形式傳輸?shù)诫姌O上傳達指令。BCI技術(shù)利用腦電圖記錄儀(EEG)，偵測腦電波活動再判定出其相應(yīng)的大腦意圖，當(dāng)布魯納博士全神貫注于寫“BONJOUR”的“B”時，每一次當(dāng)電腦的平行或垂直光線掃到鍵盤格上的字母B時，布魯納博士的大腦都會投射出強烈的信號，而正是對這些信號的解析才使得計算機完成了書寫操作。事實上早在上世紀(jì)70年代，BCI技術(shù)就已經(jīng)在美國的一些醫(yī)學(xué)實驗室中展開，但是，直到上世紀(jì)90年代，BCI技術(shù)才發(fā)展到引人注目的地步，特別是進入21世紀(jì)以來，幾次人腦一電腦交互實驗的成功取得了轟動性的效果。

最初的BCI技術(shù)主要為殘障人士提供生活輔助，例如作為單通道的BCI實現(xiàn)電腦信息向大腦的輸入，以幫助視力或聽力受損者恢復(fù)生理機能。使用者只需要通過特定的訓(xùn)練就可以用自己的思維控制連接到計算機上的機械臂，使用假肢完成相關(guān)的動作。在眾多的輔助設(shè)備中，Cyberkinetics公司的Braingate神經(jīng)接口設(shè)備最為引人矚目，Braingate是一款基于對腦電波解析的人腦一電腦接口設(shè)備，它采用了被稱作是平臺技術(shù)(platformtechnology)的交互手段，獲取使用者腦部的信息，并將其轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的動作，感覺，分析以及通信指令，以計算機及其外部設(shè)備共同幫助使用者完成相關(guān)任務(wù)。Braingate采用猶他大學(xué)開發(fā)的4毫米×4毫米硅電極陣列，每一個電極陣列包含100個微電極，這些微電極都是長約1毫米/1.5毫米的硅觸點，用于探測遍布在頭皮上的神經(jīng)元組織。

除了在醫(yī)療方面創(chuàng)造出輔助殘疾人的Braingate腦電波識別及控制設(shè)備外，近年來，隨著電子競技和游戲產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，一些大型游戲廠商也適時推出自己全新的游戲概念，使游戲參與者能夠更深入的投入到游戲場景之中。這其中最引人注目的腦電波識別及控制設(shè)備就是Emotiv生產(chǎn)的Epoc。2008年的游戲者開發(fā)大會上，名不見經(jīng)傳的游戲公司Emotiv發(fā)布了其新款游戲設(shè)備Epoc，立即成為展會的焦點。與傳統(tǒng)游戲手柄顯著不同的是，Epoc能夠?qū)崟r感知人腦的腦電波變化情況，并通過一定量的訓(xùn)練使得無線頭盔掌握使用者的腦電波變化特征，進而利用這種特征實現(xiàn)對游戲角色的控制。從原理上說，Epoc和Braingate是非常相似的，但是，Epoc開發(fā)了自身的應(yīng)用編程接口，允許更多的程序員加入到這種人腦與機器的交互設(shè)計中來，從而把這種昂貴的醫(yī)學(xué)技術(shù)從精神病學(xué)實驗室中解放出來。

Epoc的設(shè)計原理與腦電波掃描儀類似，其實質(zhì)可以看做是一臺“意識讀取器”，頭盔上16個傳感器遍布在頭部不同的位置，能夠從使用者頭部上千億個神經(jīng)細胞中讀取復(fù)雜的電子信號，并將捕獲到的腦電波信號傳送給控制計算機，進行具有精確空間分辨率的定位操作，同時，還在頭盔上設(shè)置兩軸陀螺，用于感應(yīng)使用者頭部的旋轉(zhuǎn)動作，頭部的陀螺儀產(chǎn)生的位置信息用于指針和相機的跟蹤和控制，高性能的無線設(shè)備能夠讓使用者隨心所欲地做出各種動作。

Epoc如此神奇的能力依賴于下面三個關(guān)鍵程序的執(zhí)行：

一是Expressiv，用于實時捕捉和傳遞使用者的面部表情，當(dāng)使用者眨眼、微笑或者皺眉時，游戲中的角色也會出現(xiàn)上述動作，這個模塊是為檢測使用者面部肌肉的響應(yīng)而進行交互的，并沒有涉及到腦電波的提取和處理；

二是Affectiv，用于測量使用者的情緒特征，如興奮、壓力或者平靜等，并根據(jù)使用者的情緒狀態(tài)來調(diào)節(jié)游戲的節(jié)奏、難易程度或者背景音樂，這項技術(shù)對于軍事模擬訓(xùn)練系統(tǒng)而言尤其重要，通過測量受訓(xùn)人員的情緒特征，可以有效地感知當(dāng)前訓(xùn)

練科目對受訓(xùn)人員的難易程度，并可以通過跟蹤受訓(xùn)人員的情緒特征調(diào)整訓(xùn)練難度和強度，達到分階段，分層次完成訓(xùn)練任務(wù)的目的，同時，通過設(shè)置“精神挑戰(zhàn)”關(guān)卡，測試受訓(xùn)人員在復(fù)雜操作和關(guān)鍵任務(wù)中能否保持冷靜；

三是cog nitiv，用于將使用者之所“想”變成現(xiàn)實，如當(dāng)使用者有“舉”這個動作意念時，游戲中相應(yīng)的物品將會被舉起。Epoc的Cognitiv能夠?qū)崿F(xiàn)12種“想”的動作，包括6種方向上的以及6個旋轉(zhuǎn)軸上的“意念”，同時，還包含了一個可視化的動作——“消失”。不過，當(dāng)前的技術(shù)只實現(xiàn)了同時響應(yīng)4種“想”動作的功能，并且這些意識動作與計算機的配合也要求對使用者進行必要的訓(xùn)練，以使計算機記住這些特殊的腦電波。

Epoc設(shè)計小組認(rèn)為，人機交互不僅僅要實現(xiàn)人腦的“有意識”控制，還要對諸如面部表情、身體語言、情緒、感覺或者直覺等“無意識”信號進行識別。這種觀念同樣體現(xiàn)在軍事模擬訓(xùn)練之中，無論是航空飛行模擬訓(xùn)練，還是艦載武器系統(tǒng)的操作控制，都是及其復(fù)雜和精確的操作，受訓(xùn)人員只有在一定的訓(xùn)練強度下，才能有效地達到訓(xùn)練目的。不同個體的操作熟練程度和個體操作技能水平往往不同，因此，無法設(shè)定一個覆蓋全體受訓(xùn)人員的統(tǒng)一的訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn)，而這種“無意識”信號的捕獲恰恰反映了個體的訓(xùn)練強度水平，從而可以基于個體“無意識”情緒特征體現(xiàn)的訓(xùn)練強度給每個人每次的訓(xùn)練提供量化的依據(jù)。

與Epoc類似，OCZ和NeuroSky也是感知腦電波信息并進行指令操作的控制設(shè)備，OCZ利用神經(jīng)脈沖驅(qū)動設(shè)備捕獲使用者的思想和面部表情，并進行操作控制，與Epoc不同的是，OCZ僅在頭盔前端配置三個電極進行信息跟蹤和獲取，并宣稱能夠提供比Epoc更加快速和高效的面部表情響應(yīng)能力。NeuroSky相對簡單一些，只配置了一個電極提供兩種情緒強度的檢測。

雖然腦電波控制技術(shù)遠遠沒有達到隨心所欲的地步，即使是在實驗室環(huán)境下，腦電波掃描儀都有可能出現(xiàn)問題，從傳感器技術(shù)到信號分析以及與思維相關(guān)的信號理解過程都有進一步改進的空間，同時，頭部周邊肌肉，如頭皮、眼睛，下頜以及舌頭等處的肌肉運動發(fā)射的信號通常比腦電波信號強十幾倍。但是，包括Braingate和Epoc在內(nèi)的眾多產(chǎn)品已經(jīng)將腦電波控制技術(shù)推向了人機交互和虛擬現(xiàn)實的最前沿，可以說，在未來的若干年內(nèi)，技術(shù)將聚焦于虛擬一致性和語義交互上，隨著對人類意識和人腦運作原理的深入認(rèn)識，我們將最終彌合物理世界和虛擬世界之間的鴻溝。

盡管大腦一電腦接口技術(shù)存在著許多亟待解決的問題，但是不可否認(rèn)，它的出現(xiàn)給諸多領(lǐng)域提供了功能擴展的空間，實踐證明，對腦電波的解析和利用在商業(yè)、教育、培訓(xùn)，市場營銷以及電子商務(wù)等方面都有著巨大的應(yīng)用前景，而隨著人們對BCI的了解以及軍事模擬訓(xùn)練與BCI的進一步融合，BCI將在軍事訓(xùn)練中大顯身手。

2008年，美國軍方已經(jīng)開始探討B(tài)CI技術(shù)在軍事上應(yīng)用的可能性，以提高己方軍事力量，并密切注視其潛在對手在此方面的研究進展情況。美國軍方指出，嵌入式交互在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用盡管到目前為止只以有限的形式實現(xiàn)了人機的信息交互，但是在不久的將來，隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的進步和作戰(zhàn)對手對相關(guān)醫(yī)學(xué)技術(shù)掌握程度的提高，美軍終將面臨越來越嚴(yán)峻的威脅。

動作感應(yīng)技術(shù)對軍事模擬訓(xùn)練的影響

軍事訓(xùn)練離不開復(fù)雜的操作，任何軍事訓(xùn)練科目都是由一套操作規(guī)程組成的，而可視化和動作感應(yīng)是實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的關(guān)鍵，因此，動作感應(yīng)一直是軍事模擬訓(xùn)練中非常重要的一項技術(shù)，同時在另一片戰(zhàn)場——游戲中也是名副其實的明星。為了進一步提高玩家的興趣，眾多游戲設(shè)備廠商都在動作感應(yīng)技術(shù)方面展開了積極的探索，并推出了一系列高端電子產(chǎn)品，業(yè)界內(nèi)比較著名的動作感應(yīng)類游戲設(shè)備分別是索尼公司出產(chǎn)的EyeToy攝像頭以及任天堂公司的Wii及其相關(guān)產(chǎn)品。

EyeToy

索尼公司是全球頂級的電子設(shè)備生產(chǎn)廠商，其開發(fā)的EyeToy一經(jīng)發(fā)布便引得眾人一陣驚嘆，當(dāng)使用者將EyeToy插入PS2/PS3時，PS2/PS3即可以實時感應(yīng)到使用者的影像與動作，從而將使用者帶入游戲世界，例如，當(dāng)使用者面對鏡頭做出揮動球拍的動作時，EyeToy能夠自動解析動作元素，并將這種動作元素的位置分量，速度分量(由此所產(chǎn)生的強度分量)融入到游戲中去，EyeToy除了能夠通過跟蹤使用者的動作來完成人機交互外，對鏡頭前的顏色變化也十分敏感，此外，內(nèi)置的麥克風(fēng)還能夠響應(yīng)來自使用者的聲音信號，接收使用者的語音指令。這些功能亦在軍事訓(xùn)練中得到很好的體現(xiàn)，盡管目前許多裝備操作仍然以按鈕和跟蹤球(相當(dāng)于鍵盤和鼠標(biāo))為主，軍事訓(xùn)練也以上述方面為主要訓(xùn)練內(nèi)容，但是，EyeToy的產(chǎn)生給豐富軍事訓(xùn)練內(nèi)容提供了技術(shù)上的支持，有助于將那些脫離按鈕和跟蹤球的訓(xùn)練內(nèi)容，如訓(xùn)練人員反應(yīng)能力的訓(xùn)練以及聲音命令操作訓(xùn)練等，添加到當(dāng)前并不完備的軍事模擬訓(xùn)練體系之中。

Wii吸其周邊設(shè)備

將動作和聲音特性引入到游戲中并不是索尼公司的專利，事實上作為最成功的游戲設(shè)備廠商，日本的任天堂公司很早就在其GBA等掌上游戲設(shè)備中添加了與使用者形成深層次交互的各種元素，并取得了巨大的成功。同時，在其后續(xù)的NDS系列掌機中也采用了更為先進和靈敏的聲音、觸碰交互元素。在一款名為任天狗的游戲中，使用者可以向選中的泡泡機上吹氣以產(chǎn)生氣泡，與自己的寵物狗實現(xiàn)交互。另一款紙牌游戲則是通過向屏幕吹氣對手中的紙牌施以魔法，其原理就是在屏幕上安裝上一層極薄的壓力傳感器，感應(yīng)來自使用者的呼氣。

任天堂公司的另一款交互類游戲設(shè)備Wii可謂大名鼎鼎。這款次時代游戲終端采用了不同于現(xiàn)時其他游戲廠商的設(shè)計理念，強調(diào)游戲者參與其中。Wii采用分離式控制器，其動作感應(yīng)模式分為兩個部分，一是可以感受操作者手部平移、旋轉(zhuǎn)、傾斜等動作的傳感器；另外一個就是能像電腦鼠標(biāo)那樣進行精確指向，瞄準(zhǔn)的空間捕捉器，這樣的設(shè)計同樣使其在球類和競技類游戲中獨占鰲頭，并由此生產(chǎn)出多種新奇的周邊設(shè)備——平衡板(WiiBalance)，方向盤(WiiWheel)以及手槍(WiiZapper)等。盡管從技術(shù)的角度來看，上述改進并沒有取得多大的突破，但是，這種全新的游戲體驗立即捕獲了眾多玩家的心，同時，也豐富了人在回路仿真系統(tǒng)的設(shè)計思路，將這種技術(shù)運用到軍事模擬訓(xùn)練中也必然會帶動訓(xùn)練的·真實性和對抗性，例如在受訓(xùn)者的下頜部安裝采用壓力傳感技術(shù)制造的喘息采集器，即可以精確掌握受訓(xùn)人員的訓(xùn)練情況和強度，并給受訓(xùn)人員打分。

除了大型游戲設(shè)備廠商積極向人機交互類設(shè)備拓展，一些小公司也鐘情于這種調(diào)動使用者情緒的

產(chǎn)品，如以色列3DVsystems公司出產(chǎn)的Zcam三維攝像頭，Zcam能夠在三維空間里跟蹤物體的運動，通過解析動作形成游戲指令。與軍事訓(xùn)練密切相關(guān)的一個典型的例子就是，使用者可以徒手做出扣動扳機的動作，控制屏幕上將相應(yīng)地實現(xiàn)機槍射擊等動作，或者使用者模擬駕駛飛機，控制屏幕上相應(yīng)的飛行器飛行。此外，Zcam還提供聯(lián)機模式，將多人引入到游戲中，從攝像頭中獲取人物動作信息，實現(xiàn)多人拳擊對打，這些都是軍事訓(xùn)練中常用到的科目。

未來軍事模擬訓(xùn)練展望

軍事訓(xùn)練的真實性和實戰(zhàn)性一直以來都是影響軍隊作戰(zhàn)能力的一個重要的因素，而面對高技術(shù)條件下瞬息萬變的戰(zhàn)場態(tài)勢，更要求我們將最新的技術(shù)應(yīng)用到軍事訓(xùn)練之中，以滿足復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境的挑戰(zhàn)。近年來，美軍在將各種高新技術(shù)應(yīng)用于軍事模擬訓(xùn)練的過程中進行了很多有益的嘗試，特別是將一些在其他領(lǐng)域成熟的產(chǎn)品，如商業(yè)現(xiàn)貨(COT)引入軍事模擬訓(xùn)練之中，使得軍事模擬訓(xùn)練的實戰(zhàn)性和對抗性更強，這其中尤以BCI技術(shù)和動作感應(yīng)技術(shù)的諸多應(yīng)用為典型代表。BCI技術(shù)能夠很好的解決軍事訓(xùn)練中的反饋和過程回放問題，給軍事訓(xùn)練的評估和軍事訓(xùn)練方案的制定提供了參考的依據(jù)。同時，BCI技術(shù)本身還有可能開拓一種新的作戰(zhàn)應(yīng)用模式，使武器系統(tǒng)的操控人員能夠在各種環(huán)境下對系統(tǒng)進行全面的控制。此外，在BCI技術(shù)實驗的相關(guān)報道中，已經(jīng)論述了利用BCI技術(shù)成功控制實驗小白鼠行為的例子，這就使得BCI技術(shù)新的軍事應(yīng)用——計算機指令控制受訓(xùn)動物實現(xiàn)特種作戰(zhàn)成為可能。動作感應(yīng)技術(shù)在模擬實戰(zhàn)操作和滿足多功能規(guī)模作戰(zhàn)的對抗訓(xùn)練中已經(jīng)顯示出突出的優(yōu)勢，由此產(chǎn)生的游戲模擬器已經(jīng)成為當(dāng)前美軍軍事模擬訓(xùn)練當(dāng)中的主要手段。可以預(yù)見，未來的軍事模擬訓(xùn)練必然向?qū)崙?zhàn)化的方向大大邁進，在視覺、觸覺和聽覺等方面進一步與實際作戰(zhàn)環(huán)境相一致，并做到對上述感覺的實時感知和反饋，同時，由于軍事訓(xùn)練的一個特點就是它是一個人在回路的模擬系統(tǒng)，必須要站在人的角度設(shè)計訓(xùn)練系統(tǒng)，包括訓(xùn)練內(nèi)容、訓(xùn)練方案以及訓(xùn)練方法等，隨著腦電波的捕獲跟蹤及響應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，以及動作感應(yīng)技術(shù)與人體工程學(xué)的進一步結(jié)合，基于人腦一電腦交互的BCI技術(shù)以及動作感應(yīng)技術(shù)將得到最大程度的體現(xiàn)，同時，也給軍事模擬訓(xùn)練的技術(shù)創(chuàng)新帶來了無限的可能。