VR技術(shù)在軍事訓(xùn)練中的研究與應(yīng)用

周寶林+劉軍+董曉峰

摘 要 本文介紹了VR技術(shù)及在軍事領(lǐng)域的研究和應(yīng)用，分析了目前我國(guó)VR技術(shù)在軍事應(yīng)用中存在的問(wèn)題并給出了VR在軍事訓(xùn)練中的建議，為我國(guó)VR技術(shù)在軍事訓(xùn)練中更好的應(yīng)用和健康有序的發(fā)展提供了有力的支持。

關(guān)鍵詞 VR技術(shù)；軍事訓(xùn)練

中圖分類(lèi)號(hào) G2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2017）188-0038-02

今天，VR技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)融入到包括航空航天、國(guó)防軍事、公共安全、社交等的各個(gè)領(lǐng)域。通過(guò)VR進(jìn)行軍事訓(xùn)練，不僅具有訓(xùn)練環(huán)境安全、訓(xùn)練效果顯著、經(jīng)濟(jì)效益明顯、組織訓(xùn)練便捷的優(yōu)點(diǎn)，而且具有在保證訓(xùn)練者安全的前題下，完成在實(shí)裝訓(xùn)練中很難完成的伴有高危險(xiǎn)性、強(qiáng)破壞力、極端條件下的科目訓(xùn)練，優(yōu)勢(shì)十分明顯。因此，VR技術(shù)將會(huì)是在軍事訓(xùn)練領(lǐng)域內(nèi)最具有應(yīng)用前景的技術(shù)之一。

1 VR技術(shù)及其在軍事訓(xùn)練中的應(yīng)用

1.1 VR技術(shù)的基本內(nèi)涵

VR技術(shù)（Virtual Reality），是運(yùn)用了計(jì)算機(jī)圖形與多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、立體顯示技術(shù)以及仿真技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)綜合發(fā)展起來(lái)的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的新技術(shù)；是計(jì)算機(jī)生成的、模擬人類(lèi)感覺(jué)的世界的實(shí)時(shí)表示，也稱(chēng)之為虛擬環(huán)境[1]。計(jì)算機(jī)技術(shù)是VR技術(shù)的核心，結(jié)合相關(guān)技術(shù)，生成和真實(shí)環(huán)境相似的數(shù)字化環(huán)境，該環(huán)境不但可以讓用戶(hù)在視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)上難辨真假，而且用戶(hù)可以和虛擬環(huán)境中對(duì)象進(jìn)行互動(dòng)、相互作用、相互影響，使用戶(hù)產(chǎn)生親臨相應(yīng)真實(shí)環(huán)境的感受。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，VR在許多行業(yè)領(lǐng)域取得了可喜的應(yīng)用成果，成為其發(fā)展的新的信息技術(shù)支撐平臺(tái)。軍事訓(xùn)練是VR應(yīng)用最早、最多的領(lǐng)域[2]。

1.2 國(guó)外VR技術(shù)在軍事訓(xùn)練中的研究與應(yīng)用

20世紀(jì)90年代，英國(guó)耗資260萬(wàn)美元研制了炮兵虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)，并在炮兵部隊(duì)投人使用。該系統(tǒng)被廣泛的用于炮兵的偵察訓(xùn)練中，并充分體現(xiàn)出了高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已在包括皇家炮兵學(xué)校的5個(gè)軍事單位進(jìn)行配備[3]。荷蘭TNO物理和電子實(shí)驗(yàn)室研制了虛擬發(fā)射“毒刺”（Stinger）導(dǎo)彈的虛擬訓(xùn)練器。“毒刺”導(dǎo)彈是一種用來(lái)對(duì)付低空飛行的飛機(jī)的便攜式肩射導(dǎo)彈，被世界上許多國(guó)家的陸軍所采用[3]。美軍在20世紀(jì)80年代就開(kāi)始將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入訓(xùn)練領(lǐng)域，一些軍事專(zhuān)家稱(chēng)之為“軍事訓(xùn)練領(lǐng)域中劃時(shí)代的革命”[4]。20世紀(jì)80年代初，美國(guó)就構(gòu)造了一個(gè)VR系統(tǒng)，通過(guò)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)將美國(guó)、英國(guó)和德國(guó)的仿真器連接起來(lái)，進(jìn)行異地的軍事訓(xùn)練。美軍將VR技術(shù)應(yīng)用于軍事訓(xùn)練的很多領(lǐng)域。

1.3 我國(guó)在軍事訓(xùn)練中對(duì)VR的應(yīng)用

追溯我軍的虛擬訓(xùn)練，1981年以前，主要使用一些比較簡(jiǎn)單的，物理、機(jī)電器材的模擬訓(xùn)練器材進(jìn)行訓(xùn)練。1981年—1985年，是以激光設(shè)備和機(jī)械電動(dòng)式模擬器材為主要訓(xùn)練手段。1985年—1996年，計(jì)算機(jī)仿真、分布式交互網(wǎng)絡(luò)和多媒體器材模擬器開(kāi)始被應(yīng)用。1998年，分布交互式作戰(zhàn)指揮模擬系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成功，并部分裝備部隊(duì)。1998年至今，我軍已將VR應(yīng)用于包括飛行員、艦艇、炮兵、坦克等多個(gè)兵種的軍事訓(xùn)練中去。VR在軍事訓(xùn)練中得到了廣泛的發(fā)展。但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我軍的虛擬訓(xùn)練水平不高，虛擬裝備也比較粗糙。軍事訓(xùn)練中，以虛擬現(xiàn)實(shí)思想的應(yīng)用為主，多采用實(shí)際和虛擬結(jié)合的方式進(jìn)行訓(xùn)練。

2 我國(guó)VR技術(shù)在軍事訓(xùn)練應(yīng)用方面面臨的

問(wèn)題

1）VR產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)需要投入大量的人力、物力、財(cái)力和時(shí)間，開(kāi)發(fā)難度大、周期長(zhǎng)，而針對(duì)軍事訓(xùn)練的VR產(chǎn)品被開(kāi)發(fā)出來(lái)后，由于需求量有限，不會(huì)大量投入生產(chǎn)，因此造成VR產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本特別高。

2）資源數(shù)據(jù)庫(kù)比較匱乏。一個(gè)完善的VR軍事訓(xùn)練系統(tǒng)要以龐大的資源數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐，這樣完成的產(chǎn)品才能滿(mǎn)足各項(xiàng)軍事訓(xùn)練科目的需要。以坦克VR軍事訓(xùn)練系統(tǒng)為例，要完成一項(xiàng)指定的作戰(zhàn)任務(wù)，需要有坦克自身的戰(zhàn)技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、協(xié)同兵力數(shù)據(jù)、敵軍數(shù)據(jù)等大量的數(shù)據(jù)做支撐。而其中僅環(huán)境數(shù)據(jù)就包括位置、地形、聲音、光線、味道、時(shí)間、天氣等數(shù)據(jù)。由此可見(jiàn)要建設(shè)一個(gè)完備的VR軍事訓(xùn)練系統(tǒng)需要一個(gè)龐大的資源庫(kù)，但是就目前而言，這些數(shù)據(jù)庫(kù)資源還是比較缺乏，相信隨著各種數(shù)據(jù)庫(kù)的不斷完善，這個(gè)問(wèn)題將會(huì)逐漸得到解決。

3）由于VR技術(shù)還未成熟和數(shù)據(jù)庫(kù)匱乏以及一些還未解決的影響VR技術(shù)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。例如：各類(lèi)數(shù)據(jù)的獲取，以及多源數(shù)據(jù)/模型無(wú)縫融合，新概念數(shù)據(jù)獲取機(jī)制與設(shè)備，非剛體物理建模及自由交互與實(shí)時(shí)逼真響應(yīng)，行為、智能與演化模型，模型的可建模性、復(fù)雜性與可信性，真三維顯示與自然化人機(jī)交互機(jī)制與交互設(shè)備，應(yīng)用效果的評(píng)價(jià)等技術(shù)問(wèn)題[2]。使現(xiàn)階段的VR軍事訓(xùn)練產(chǎn)品存在功能不夠完善，使用者浸入感不強(qiáng)等問(wèn)題。例如某坦克訓(xùn)練綜合模擬器，其采用的視景還是模仿?tīng)顟B(tài)，而且場(chǎng)景、畫(huà)面的質(zhì)量也不高，逼真度不夠；空間采用開(kāi)放式或半開(kāi)放式的結(jié)構(gòu)，還沒(méi)有使用密閉式的結(jié)構(gòu)；底盤(pán)采用固定模式，不能模擬出坦克在不同路面上的顛簸起伏、發(fā)動(dòng)機(jī)的轟鳴、發(fā)射炮彈和被擊中后坦克的震動(dòng)狀態(tài)，造成訓(xùn)練“沉浸感”不強(qiáng)，和“身臨其境”有很大差距。

4）后續(xù)性建設(shè)問(wèn)題。目前，我軍的裝備實(shí)力快速增強(qiáng)，裝備的更新?lián)Q代也較快，VR軍事訓(xùn)練系統(tǒng)也必須緊隨裝備更新而升級(jí)，才能滿(mǎn)足軍事訓(xùn)練的需要。VR產(chǎn)品的升級(jí)開(kāi)發(fā)還需要投入大量的資金，但這部分的資金又沒(méi)有明確的保障人，從而導(dǎo)致升級(jí)換代比較滯后裝備發(fā)展。另外，VR產(chǎn)品的研制人和使用人通常是各負(fù)其責(zé)，VR產(chǎn)品使用過(guò)程中出現(xiàn)一些設(shè)備故障，如果涉及到深層次的問(wèn)題，使用人很難解決，研制人分屬不同單位，協(xié)調(diào)維修相對(duì)繁瑣，造成設(shè)備維修不及時(shí)，影響到正常的教學(xué)，降低設(shè)備使用率，導(dǎo)致產(chǎn)品績(jī)效降低。

5）專(zhuān)業(yè)的VR軍事訓(xùn)練系統(tǒng)組訓(xùn)人才匱乏。VR軍事訓(xùn)練系統(tǒng)需要大量的專(zhuān)業(yè)的組訓(xùn)人才，這些專(zhuān)業(yè)人員不僅要熟悉了解VR產(chǎn)品的使用、維護(hù)、保養(yǎng)和簡(jiǎn)單的維修技能，還要掌握豐富的軍事專(zhuān)業(yè)技能，以達(dá)到對(duì)使用VR產(chǎn)品的訓(xùn)練人員專(zhuān)業(yè)技能的指導(dǎo)和評(píng)估。

3 對(duì)VR軍事訓(xùn)練系統(tǒng)建設(shè)的幾點(diǎn)建議

1）加大對(duì)VR軍事訓(xùn)練系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的投資力度。VR產(chǎn)品的價(jià)格盡管十分昂貴，前期投入巨大，但VR軍事訓(xùn)練系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)尤其明顯，其在部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力形成和安全訓(xùn)練方面有不可替代的作用，而且在投入使用后其的經(jīng)濟(jì)效益也十分明顯，可以產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

2）完善數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)。一要組織專(zhuān)門(mén)數(shù)據(jù)收集人員，對(duì)軍事專(zhuān)用數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理，形成軍事專(zhuān)用數(shù)據(jù)庫(kù)。二要與地方相關(guān)企業(yè)、單位實(shí)行公用數(shù)據(jù)共享，互通有無(wú)，對(duì)大數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行完善整理。

3）充分發(fā)揮已經(jīng)成熟的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使之最大限度地應(yīng)用于VR軍事訓(xùn)練系統(tǒng)，增強(qiáng)系統(tǒng)的功能和使用效果。對(duì)有些不成熟的技術(shù)，要預(yù)留接口，使之能夠一旦發(fā)展成熟即可應(yīng)用到軍事訓(xùn)練系統(tǒng)中，以保證系統(tǒng)的最優(yōu)狀態(tài)。

4）完善裝備模擬器后續(xù)性建設(shè)保障體系。美軍對(duì)裝備的后續(xù)保障一直采用“研制、生產(chǎn)、維修、退役”終身負(fù)責(zé)制，將裝備的后續(xù)保障承包給了裝備制造商，裝備制造商負(fù)責(zé)裝備從“出生”到“死亡”的全過(guò)程，這種方法不僅充分保障了裝備的戰(zhàn)斗力，而且促進(jìn)了裝備的可持續(xù)發(fā)展。這一方法可以借鑒到我軍的裝備模擬器的建設(shè)中去，能有效解決我軍裝備模擬器后續(xù)性建設(shè)存在的主要問(wèn)題。另外，使用方負(fù)責(zé)日常訓(xùn)練中出現(xiàn)的一些小問(wèn)題、以及日常固定的維修保養(yǎng)，包括更換通用故障的電子產(chǎn)品，維修普通機(jī)械故障等。這樣通過(guò)研制方和使用方的有效結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，齊心協(xié)力完成裝備模擬器的后續(xù)建設(shè)。

5）建立VR設(shè)備專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)平臺(tái)。要充分發(fā)揮設(shè)備功能，須有一支專(zhuān)業(yè)化的人才隊(duì)伍。要求組訓(xùn)人員操作熟練，專(zhuān)業(yè)知識(shí)豐富，能指導(dǎo)參訓(xùn)人，解答疑問(wèn)，并了解設(shè)備構(gòu)造，能排除一般故障，確保訓(xùn)練的順利進(jìn)行。教員隊(duì)伍要達(dá)到這一要求就需要有一個(gè)合適的教員培養(yǎng)平臺(tái)，從選、用、培養(yǎng)著手，建設(shè)好優(yōu)良的人才培養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：周寶林，工程師，研究方向?yàn)樽鲬?zhàn)。

劉軍，青島潛艇學(xué)院模擬器訓(xùn)練中心。

董曉峰，青島潛艇學(xué)院模擬器訓(xùn)練中心。