虛擬人軍事應(yīng)用,美國虛擬人

1、虛擬人的介紹

   研制“虛擬人”的目的，是為醫(yī)學(xué)或其他學(xué)科的研究提供更為精致的演示條件。比如，研究手術(shù)方案或試驗新型藥物，都可以讓“虛擬人”來充當(dāng)試驗者。美國某研究所的研究人員，為了測試一種治療糖尿病新藥的療效，他們首先操控計算機讓“虛擬人”患上糖尿病。這個過程很簡單，只是用鼠標進行點擊，就“切除”了“虛擬人”的胰腺或其它器，并讓“虛擬人”的體重發(fā)生變化，幾秒鐘后一個健康的“虛擬人”就能變成一位糖尿病患者。然后，研究人員將試用新藥的數(shù)據(jù)輸入計算機，不斷觀察“虛擬病人”的反應(yīng)，調(diào)整用藥劑量和用藥方法，最終得出結(jié)論。這種方法至少能為研究人員節(jié)省3年的時間?，F(xiàn)在，除了用于開發(fā)糖尿病的新藥以外，研究人員還在嘗試用“虛擬人”對治療風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、哮喘病等其它新藥進行測試。

此外，在軍事醫(yī)學(xué)上，也可以讓“虛擬人”來試驗核武器、化學(xué)武器和生物武器對人體造成的各種疾患，以及治療方法。

用電腦制作“虛擬人”，最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是采集各種人體數(shù)據(jù)。首先需要確定出一個理想的人體樣本；然后經(jīng)過尸體解剖、拍照、分析；再將數(shù)據(jù)輸入電腦進行合成，從而制成一個完整的立體人類生理結(jié)構(gòu)。

這項研究工作，由美國最先進行。他們于年提出了“可視虛擬人”的概念，并于年制成了世界第一具男性“虛擬人”。年又通過對一具女尸的解剖，在電腦中儲存了高達年時間建立具有東方人特征的數(shù)據(jù)庫。

我國對“虛擬人”的研究。在月日時分，我國首例女性虛擬人數(shù)據(jù)集在位于廣州市的解放軍第一軍醫(yī)大學(xué)構(gòu)建成功，這標志著繼美國、韓國后，中國成為世界上第三個擁有本國虛擬人數(shù)據(jù)庫的國家。

虛擬人是指通過數(shù)字技術(shù)模擬真實的人體器而合成的三維模型。

這種模型不僅具有人體外形以及肝臟、心臟、腎臟等各個器的外貌，而且具備各器的新陳代謝機能，能較為真實地顯示出人體的正常生理狀態(tài)和出現(xiàn)的各種變化。

現(xiàn)在也指代一些依靠技術(shù)平臺制造的虛擬人物，如翎、洛天依等。

2、兵棋推演怎么玩

   軍隊作戰(zhàn)前評估戰(zhàn)術(shù)可行性、勝敗、人員及裝備損害程度的重要手段，可以使用地圖、沙盤或計算機等進行。 對1博弈的類型，也可以發(fā)展為多對多的博弈模擬，但是這絕不是變量數(shù)量的簡單增加問題，凡是3方以上的博弈，其結(jié)果都是非常復(fù)雜的，因為它帶來了反饋耦合關(guān)系。 兵棋游戲，實質(zhì)上相當(dāng)于仿真系統(tǒng)，是用于實際問題的仿真模擬、推演計算的工具。 作戰(zhàn)模擬的主要作用是研究如何合理組織具有明確目的的作戰(zhàn)活動，為指揮員進行決策提供分析方法和依據(jù)。而兵棋則是通過對歷史的更深理解，將作戰(zhàn)環(huán)境和作戰(zhàn)規(guī)律量化到推演規(guī)則中，通過回合制進行的一場真實或虛擬戰(zhàn)爭的模擬。兵棋實際上就是一種策略游戲，其根本目的是通過推演者的不斷推演，形成更為合理的決策。 兵棋通常由地圖（棋盤）、推演棋子（算子）和裁決規(guī)則（推演規(guī)則）三個部分組成，從形式上看類似于我軍傳統(tǒng)的沙盤推演。但兵棋推演不同于沙盤推演之處，在于它需要設(shè)置實際的數(shù)據(jù)，如地形地貌對于行軍的限制和火力擊效果的影響，不同規(guī)模和兵種間的戰(zhàn)爭傷亡數(shù)據(jù)不同等。這些數(shù)據(jù)類似于軍事運籌中的模型數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)只是兵棋推演的規(guī)則，兵棋推演的作用是推演雙方通過排兵布陣，通過對戰(zhàn)場資源的利用，進行模擬的戰(zhàn)爭游戲，而后通過對推演過程中指揮員決策的分析，對比查找適合這場“戰(zhàn)爭”的最佳策略。因此，兵棋推演應(yīng)是作戰(zhàn)模擬不可缺少的一個重要部分。 目前，作戰(zhàn)模擬面臨的主要難題，是計算機作戰(zhàn)模擬軟件的開發(fā)，特別是戰(zhàn)役級以上計算機作戰(zhàn)模擬軟件的開發(fā)應(yīng)用遠遠不夠。把民間兵棋應(yīng)用到作戰(zhàn)模擬中，對信息的人為處理過程進行研究，從而把大量的指揮信息模擬交給人腦處理，而計算機只需處理兵棋推演者的決策對作戰(zhàn)的影響，就可較好地解決這一難題。 對作戰(zhàn)模擬結(jié)果與真實結(jié)果符合程度的評定，一直是作戰(zhàn)模擬中最關(guān)鍵、最困難的部分。美國作戰(zhàn)模擬專家認為，提高作戰(zhàn)模擬客觀性的方法，就是將運籌分析、兵棋推演和軍事演習(xí)相結(jié)合。軍事演習(xí)行動，提供軍隊行動的實際能力；運籌分析，將部隊的能力和作戰(zhàn)的環(huán)境轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)；兵棋推演則決心，依據(jù)作戰(zhàn)規(guī)律和作戰(zhàn)“數(shù)據(jù)”裁決作戰(zhàn)雙方指揮員的決策，而決策的結(jié)果又為部隊的“行動”提供依據(jù)，從而構(gòu)成了一個完整的循環(huán)。可見，兵棋推演在作戰(zhàn)模擬的發(fā)展過程中，是軍事運籌與實兵演習(xí)所不能替代的。

棋盤代表地形和距離，數(shù)據(jù)模擬戰(zhàn)力，隨機數(shù)代表作戰(zhàn)情況與不可抗力，回合制來模擬顯示時間流逝，機動點值代表車輛人員行駛的平均速度

把以上這些糅合在一起進行排序進行的過程，就叫做兵棋推演

3、戰(zhàn)場仿真研究的意義、現(xiàn)狀及應(yīng)用前景？

   基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的戰(zhàn)場環(huán)境仿真

摘要：戰(zhàn)場環(huán)境是一切軍事行動的空間基礎(chǔ)，戰(zhàn)場環(huán)境仿真是目前軍事作戰(zhàn)模擬領(lǐng)域研究的熱點。本文討論了戰(zhàn)場環(huán)境的構(gòu)成、戰(zhàn)場環(huán)境仿真的主要內(nèi)容，重點討論了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在戰(zhàn)場環(huán)境感知仿真中的應(yīng)用和關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：戰(zhàn)場環(huán)境，戰(zhàn)場環(huán)境仿真，虛擬現(xiàn)實

戰(zhàn)爭具有很強的實踐性特點，指戰(zhàn)員的指揮藝術(shù)和作戰(zhàn)能力，都需要在一定的戰(zhàn)爭環(huán)境中得到鍛煉和提高。戰(zhàn)爭年代，這種能力可以通過真正的戰(zhàn)爭實踐得以積累，但這種實踐是不可重演、不可試驗的，其代價也十分高昂。因此，即使在戰(zhàn)爭年代，非戰(zhàn)時的訓(xùn)練也成為決勝的關(guān)鍵，指導(dǎo)訓(xùn)練的標準就是戰(zhàn)爭實踐本身。和平時期，軍事演習(xí)是一種普遍的訓(xùn)練方法，駕馭戰(zhàn)爭實踐的能力是通過各種作戰(zhàn)樣式的試驗來積累和提高。由于缺少實際戰(zhàn)爭的檢驗，各訓(xùn)練樣式也就規(guī)定著未來作戰(zhàn)的樣式。

自人類歷史上出現(xiàn)戰(zhàn)爭以來，人們對軍事訓(xùn)練的研究都是以對戰(zhàn)爭規(guī)律的學(xué)習(xí)和探討為目的，并在訓(xùn)練領(lǐng)域逐漸形成了“作戰(zhàn)模擬”這一特殊的研究主題。作戰(zhàn)模擬是對包括戰(zhàn)爭規(guī)律和戰(zhàn)爭指導(dǎo)規(guī)律兩個方面在內(nèi)的戰(zhàn)爭本質(zhì)規(guī)律的模擬[1]，其首要的一點就是要創(chuàng)造一個貼近實戰(zhàn)的訓(xùn)練環(huán)境，使得各類受訓(xùn)人員能夠在此環(huán)境中得到恰如其分的訓(xùn)練[2]。

戰(zhàn)場環(huán)境是敵對雙方作戰(zhàn)活動的空間，在現(xiàn)代作戰(zhàn)模擬中，要營造一個貼近實戰(zhàn)的訓(xùn)練環(huán)境，首先就要根據(jù)仿真原理來建立一個符合特定的作戰(zhàn)訓(xùn)練科目需要的數(shù)字化的戰(zhàn)場環(huán)境，這就是戰(zhàn)場環(huán)境仿真（Battlefield Environment Simulation）。戰(zhàn)場環(huán)境仿真在內(nèi)容上包括戰(zhàn)場感知 虛擬現(xiàn)實是二十世紀年代末出現(xiàn)的一種十分有效的仿真技術(shù)，本文將重點討論如何運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來實現(xiàn)戰(zhàn)場環(huán)境仿真。

1．戰(zhàn)場環(huán)境仿真概述

1． 1 戰(zhàn)場環(huán)境的構(gòu)成

戰(zhàn)場環(huán)境是指作戰(zhàn)空間中除人員與武器裝備以外的客觀環(huán)境。從戰(zhàn)爭所涉及的客觀因素來分析，戰(zhàn)場環(huán)境應(yīng)該包含戰(zhàn)場地理環(huán)境、氣象環(huán)境、電磁環(huán)境和核化環(huán)境。也許，隨著網(wǎng)絡(luò)信息戰(zhàn)的形成，戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)環(huán)境也將成為戰(zhàn)場環(huán)境的一個重要的組成部分。

戰(zhàn)場環(huán)境具有多維性、互動性的特點。多維性的含義是：①戰(zhàn)場環(huán)境是由多個具有自身變化規(guī)律的客觀環(huán)境構(gòu)成的，上述的四個環(huán)境分屬于不同的學(xué)科領(lǐng)域；②這些客觀環(huán)境的空間形態(tài)是隨作戰(zhàn)過程而演變的?；有缘暮x是：上述環(huán)境之間互有影響，其中，地形環(huán)境是其他環(huán)境的物理依托，是可以進行空間定位和加載各種作戰(zhàn)信息的基礎(chǔ)。如圖1所示，戰(zhàn)場環(huán)境中，氣象環(huán)境與地理環(huán)境互有影響，氣象環(huán)境具有地緣特點，如不同的地理位置具有熱帶、亞熱帶等氣象特征，而氣象環(huán)境會影響地理環(huán)境，如流水侵蝕地貌、冰川地貌的形成，雨天和晴天對地面土質(zhì)有影響，進而影響行軍速度；地理環(huán)境和氣象環(huán)境都對電磁環(huán)境的形成有重大影響，不僅規(guī)定了電子設(shè)施的分布，還決定著電磁波的傳遞范圍和受氣象干擾的程度；戰(zhàn)場核化環(huán)境的形成，與核設(shè)施的地理位置及其周圍的環(huán)境有關(guān)，核污染的區(qū)域的形成和發(fā)展與地理環(huán)境和氣象環(huán)境密切相關(guān)。

1．2 戰(zhàn)場環(huán)境仿真及其描述方式

戰(zhàn)場環(huán)境仿真是指運用仿真技術(shù)來描述戰(zhàn)場環(huán)境。仿真（Simulation）是通過系統(tǒng)模型的實驗來研究一個存在的或設(shè)計中的系統(tǒng)。計算機仿真（也稱數(shù)學(xué)仿真）是指借助計算機，用系統(tǒng)的模型對真實系統(tǒng)或設(shè)計中的系統(tǒng)進行試驗，以達到分析、研究與設(shè)計該系統(tǒng)的目的[所示）。

如果把戰(zhàn)場環(huán)境作為一個戰(zhàn)場空間系統(tǒng)來看待，其特定功能就是構(gòu)成戰(zhàn)場的空間載體和物理條件，戰(zhàn)場環(huán)境中各類環(huán)境的相互關(guān)系則構(gòu)成這個空間載體的有機整體。運用計算機實現(xiàn)戰(zhàn)場環(huán)境仿真，首先需要把戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)字化，即建立戰(zhàn)場環(huán)境模型，數(shù)字地圖就是一種典型的戰(zhàn)場環(huán)境模型。這種模型具備通用性，但往往不能滿足一些特殊的需，例如現(xiàn)代作戰(zhàn)模擬由于仍沿襲兵棋的推演方式，需要把地形環(huán)境數(shù)據(jù)按一定分辨率處理成按格網(wǎng)存儲的數(shù)據(jù)，而且這些數(shù)據(jù)還隨著作戰(zhàn)過程的展開而動態(tài)變化。這種把戰(zhàn)場環(huán)境模型處理成符合作戰(zhàn)模擬使用的模型的過程，就是戰(zhàn)場環(huán)境的二次建模（仿真建模）。經(jīng)過二次建模處理的戰(zhàn)場環(huán)境模型，就可以用于計算機作戰(zhàn)模擬。為了保證作戰(zhàn)模擬結(jié)果的準確、可靠，要戰(zhàn)場環(huán)境模型具有一定的精確性，這就需要通過仿真實驗對模型進行檢驗（驗?zāi)＃?/p>

根據(jù)戰(zhàn)場環(huán)境仿真在作戰(zhàn)模擬中的用途，可以將其區(qū)分為數(shù)據(jù)仿真和感知仿真兩種描述方式。數(shù)據(jù)仿真主要用于仿真對抗和作戰(zhàn)評估，此時，戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)是提供給電腦“認識”戰(zhàn)場使用，不妨把由基本的戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成計算機能夠識別的戰(zhàn)場環(huán)境模型的過程稱為“戰(zhàn)場模型化”。感知仿真主要是針對指揮作業(yè)和訓(xùn)練模擬，即通過戰(zhàn)場視景、聲效等要素來展現(xiàn)戰(zhàn)場環(huán)境，指揮員通過一定的操作界面來感知戰(zhàn)場環(huán)境，達到輔助現(xiàn)地勘察、掌握態(tài)勢和輔助決策等目的，這種“戰(zhàn)場感知化”的結(jié)果，是供人腦認識戰(zhàn)場使用的。戰(zhàn)場環(huán)境的數(shù)據(jù)仿真和感知仿真都是以數(shù)字化戰(zhàn)場環(huán)境為基礎(chǔ)，在實際應(yīng)用中，這兩種仿真描述方式互為作用，根據(jù)模型驅(qū)動而改變的數(shù)據(jù)仿真通過感知化展現(xiàn)給參訓(xùn)人員，而參訓(xùn)人員通過人機交互可以改變數(shù)據(jù)仿真的結(jié)果。圖3表述了戰(zhàn)場環(huán)境仿真兩種描述方式之間的關(guān)系。由于篇幅所限，本文只對戰(zhàn)場環(huán)境的感知仿真的內(nèi)容與關(guān)鍵技術(shù)加以討論。

1．3 戰(zhàn)場環(huán)境感知仿真的主要內(nèi)容

感知仿真的目的是通過直觀地展現(xiàn)戰(zhàn)場環(huán)境來充分訓(xùn)練參訓(xùn)人員的指揮決策能力。其內(nèi)容包括對戰(zhàn)場環(huán)境的視覺、聽覺、觸覺等多種感覺通道的仿真。視覺仿真通常也稱“戰(zhàn)場可視化”，是感知仿真中的一種主要形式，就是將戰(zhàn)場環(huán)境中可見的（如地形、地物）和不可見的（如電磁場、潮汐流場）要素以立體的、三維的或二維的圖形圖像表達出來。聽覺仿真是指通過對戰(zhàn)場中各作戰(zhàn)單的聲音（音效、音量和音位）的模擬來營造戰(zhàn)場氣氛。觸覺仿真是指通過對人機交互設(shè)備的操作來實現(xiàn)人與環(huán)境的交流，這是使參訓(xùn)人員產(chǎn)生臨場感的重要手段。這種通過多感覺通道的模擬來實現(xiàn)臨場感覺的技術(shù)就是虛擬現(xiàn)實技術(shù)。與傳統(tǒng)的通過地圖、實物沙盤或影像資料等來了解戰(zhàn)場的認知方式相比，在這樣的系統(tǒng)中，參訓(xùn)人員就由旁觀者轉(zhuǎn)變?yōu)閰⑴c者，可以主動地在逼真的環(huán)境中進行探索，從而大大地提高戰(zhàn)場認知的效率。

2．1 虛擬戰(zhàn)場環(huán)境在感知仿真中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實（R）這一術(shù)語誕生于上世紀]，實現(xiàn)這種環(huán)境的技術(shù)稱為虛擬現(xiàn)實技術(shù)。軍事部門是這項技術(shù)的資助者和的最先用戶，而且主要用于軍事訓(xùn)練。年，NASA與美國國防部共同支持研制了一個虛擬界面環(huán)境工作站IEW(irtual Interface Environment Workstation)，該工作站由一臺HP]，到了年的億美。

虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品在作戰(zhàn)模擬領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，且多數(shù)涉及戰(zhàn)場環(huán)境仿真。運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)戰(zhàn)場環(huán)境仿真，其目的就是構(gòu)成多維的、可感知的、可度量的、逼真的虛擬戰(zhàn)場環(huán)境，借此提高參訓(xùn)人員對戰(zhàn)場環(huán)境的認知效率。主要用于仿真對抗、導(dǎo)調(diào)監(jiān)控、裝備操作、參謀作業(yè)訓(xùn)練等。虛擬戰(zhàn)場環(huán)境可以為計算機作戰(zhàn)推演、半實兵演習(xí)、實兵演習(xí)提供與實際演習(xí)區(qū)域的仿真環(huán)境，也可以為特定的訓(xùn)練科目擬構(gòu)出典型的訓(xùn)練環(huán)境（在現(xiàn)實中并不存在）。借助于虛擬戰(zhàn)場環(huán)境，可以訓(xùn)練指揮員的指揮決策能力、參謀人員的業(yè)務(wù)能力、裝備操作人員的操作能力。例如，美軍從年開始研制的基于網(wǎng)絡(luò)的分布式坦克訓(xùn)練模擬系統(tǒng)SIMNET，就將美國本土及歐州的個地區(qū)作戰(zhàn)環(huán)境置于系統(tǒng)之內(nèi)。到了主戰(zhàn)坦克為單位，提供作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)精確的地形起伏、植被、道路、建筑物、橋梁等信息。坦克手可以在模擬器中看到由計算機實時生成的戰(zhàn)場環(huán)境以及其他戰(zhàn)車圖像。年，美國為海灣戰(zhàn)役“東經(jīng)主戰(zhàn)坦克使用的戰(zhàn)場環(huán)境仿真系統(tǒng)，將伊拉克的沙漠環(huán)境用三幅大屏幕展現(xiàn)在參戰(zhàn)者面前，進行身臨其境的戰(zhàn)場研究，為最終取勝下了關(guān)鍵的基礎(chǔ)。荷蘭年完成的毒刺導(dǎo)彈訓(xùn)練器（ST）是虛擬現(xiàn)實技術(shù)用于單兵武器模擬設(shè)備的代表作，它在頭盔內(nèi)形成一個空間動態(tài)立體場景；隨操作者的頭部動作而相應(yīng)改變場景，以訓(xùn)練操作者對付敵方飛行器的機動能力和瞄準能力，予先制備的CD盤提供各種作戰(zhàn)環(huán)境相應(yīng)的音響效果[個RCPU）來處理圖像數(shù)據(jù)，在高配置下，每秒能產(chǎn)生幀詳細、逼真的高分辨率戰(zhàn)場圖像。系統(tǒng)可以模擬各種地形要素、不同的氣象條件，還可仿真帶有夜視儀、紅外顯示器或合成孔徑雷達顯示效果的夜間戰(zhàn)斗過程。

2．2虛擬戰(zhàn)場環(huán)境系統(tǒng)的基本構(gòu)成

虛擬戰(zhàn)場環(huán)境系統(tǒng)由軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)三部分構(gòu)成。其軟件系統(tǒng)主要包括戰(zhàn)場環(huán)境建模軟件、場景紋理生成與處理軟件、立體圖像生成軟件、觀察與操作控制軟件、分析應(yīng)用GIS軟件等；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要包括戰(zhàn)場地圖數(shù)據(jù)庫、三維環(huán)境模型數(shù)據(jù)庫、武器裝備數(shù)據(jù)庫、環(huán)境紋理影像數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用專題數(shù)據(jù)庫等；硬件系統(tǒng)主要包括計算機、聲像處理系統(tǒng)、感知系統(tǒng)（顯示設(shè)備、立體觀察裝置、人機操縱裝置）等。根據(jù)虛擬戰(zhàn)場環(huán)境的應(yīng)用需，以上三個部分就有不同的組合方式，進而構(gòu)成不同的應(yīng)用系統(tǒng)。

就軍事應(yīng)用而言，虛擬戰(zhàn)場環(huán)境主要有多人共享式和單兵沉浸式兩種應(yīng)用模式，相應(yīng)地，虛擬戰(zhàn)場環(huán)境系統(tǒng)就有多人共享式和單兵沉浸式兩種構(gòu)成，其主要區(qū)別在于立體圖像的顯示與觀察方式以及對場景的控制方式上。

（1） 多人共享式。在作戰(zhàn)指揮以及大多數(shù)作戰(zhàn)模擬與訓(xùn)練中，指揮和參謀人員往往需要圍繞同一個戰(zhàn)場環(huán)境來研討作戰(zhàn)方案、評估作戰(zhàn)效果。為了滿足多人共享的需，目前大多數(shù)的虛擬戰(zhàn)場環(huán)境系統(tǒng)都是以大屏幕投影顯示、通過立體眼鏡（液晶式或偏振光式）觀察來實現(xiàn)視覺共享，通過操縱桿或鼠標和鍵盤等輸入設(shè)備來控制視點。其優(yōu)點是處于同一空間中的用戶（幾人到幾十人）可以同時觀察到同一場景，且系統(tǒng)硬件價格低廉。其不足是對場景的操作只能由一人完成，且當(dāng)大屏投影的圖像無法占滿觀察者的視野時，會削弱臨境感。

（2） 單兵沉浸式。在單兵對技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)武器裝備的操作訓(xùn)練的應(yīng)用中，需要強調(diào)的是受訓(xùn)者個人與武器裝備及其所處環(huán)境的關(guān)系。為此，多采用頭盔顯示器（HMD）來作為立體顯示、立體觀察和頭部定位跟蹤裝置，運用數(shù)據(jù)手套或體位跟蹤器來完成定位、選擇等操作。運用這些裝置可以使受訓(xùn)者產(chǎn)生強烈的臨境感，進而達到良好的訓(xùn)練效果。但其設(shè)備十分昂貴，難以推廣使用，并且由于傳感裝置還不十分精確、計算機對大數(shù)據(jù)量的場景計算能力，常常會造成感覺的病態(tài)反應(yīng)。

3. 建構(gòu)虛擬戰(zhàn)場環(huán)境的若干關(guān)鍵技術(shù)

作為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，一般認為需要具備三個基本特征—交互（Interaction）、沉浸（Immersion）和想象（Imagination）[]，但根據(jù)實際用途，對這“3I”特征的體現(xiàn)也有所側(cè)重。就共享式虛擬戰(zhàn)場環(huán)境系統(tǒng)而言，體現(xiàn)可交互性是重點；而對于沉浸式虛擬戰(zhàn)場環(huán)境系統(tǒng)，所強調(diào)的是其沉浸特征（可進入性）；無論哪種應(yīng)用，想象力都是不可缺少的。

3．1 實現(xiàn)“交互”的關(guān)鍵技術(shù)

交互特征是指系統(tǒng)具有對人機交互作出響應(yīng)的能力，衡量這種能力的標準是系統(tǒng)處理和顯示環(huán)境圖像的刷新率（幀/秒），刷新率越高，說明系統(tǒng)可以對交互作出越快的響應(yīng)，當(dāng)交互響應(yīng)達到實時，在視覺上就表現(xiàn)為場景隨交互過程而連續(xù)平滑地變化。當(dāng)交互響應(yīng)有明顯延時，在視覺上就表現(xiàn)為場景的停滯和抖動變化。顯然，影響交互能力的因素除了系統(tǒng)硬件對于場景數(shù)據(jù)處理和顯示的性能外，還與場景的數(shù)據(jù)量以及交互控制的軟件有關(guān)。因此，在建構(gòu)虛擬戰(zhàn)場環(huán)境系統(tǒng)時，要充分考慮設(shè)備的性能以及用戶的實際裝備能力，軟件系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵則在于場景數(shù)據(jù)的組織和管理。

在戰(zhàn)場環(huán)境仿真應(yīng)用中，參與可視化處理的場景數(shù)據(jù)包括三維地形模型、三維地物模型和地形地物的表面紋理（如果考慮到綜合戰(zhàn)場環(huán)境的構(gòu)成，還應(yīng)該包括武器裝備模型及其紋理以及煙火特效、聲效等數(shù)據(jù)），其數(shù)據(jù)量十分龐大。為了實現(xiàn)大數(shù)據(jù)量地景的實時交互顯示，就必須解決場景數(shù)據(jù)的組織與管理問題，其思路就是在保證場景顯示細節(jié)的前提下，使參與實時處理的場景數(shù)據(jù)降低到最少，以保證交互響應(yīng)的效率。我們的實踐表明，按人類視覺認知的規(guī)律來組織和調(diào)度場景數(shù)據(jù)是一種行之有效的方法。該規(guī)律是：從固定視點注視客觀物體時，離視覺中心越近的部分在視網(wǎng)膜上的呈像越清晰，越遠其呈像越模糊；從不同視距觀察客觀物體時，離物體越近，看到的物體的細節(jié)就越豐富。遵循上述規(guī)律，場景數(shù)據(jù)的組織和調(diào)度實際上就歸結(jié)為場景細節(jié)層次的組織以及與視點相關(guān)的各層次數(shù)據(jù)的調(diào)度[]。

（1） 場景細節(jié)層次的組織：場景的細節(jié)包括場景模型的細節(jié)和場景紋理的細節(jié)。場景模型的細節(jié)是指場景體形態(tài)所表達的細節(jié)，場景紋理的細節(jié)是指場景表面影像所表達的細節(jié)。場景模型的最高細節(jié)取決于模型建立的數(shù)據(jù)源，對于以矢量地圖數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源的戰(zhàn)場環(huán)境仿真應(yīng)用來說，數(shù)字地圖的原始比例尺決定著場景模型所描述的最高細節(jié)，即比例尺越大，細節(jié)越豐富。場景紋理的最高細節(jié)取決于紋理影像的數(shù)據(jù)源，當(dāng)以數(shù)據(jù)地圖作為仿真地面紋理的數(shù)據(jù)源時，其紋理的最高細節(jié)同樣與數(shù)字地圖的比例尺有關(guān)，即比例尺越大，地物要素的分類分級越詳細，則仿真影像所能描述的地表的細節(jié)越豐富；當(dāng)以遙感影像作為地表紋理時，影像分辨率則決定著地表要素所能展現(xiàn)的細節(jié)。

為了達到視點越近細節(jié)越豐富的場景表達效果，需要把場景模型和紋理數(shù)據(jù)區(qū)分為多種細節(jié)層次，并按細節(jié)序列加以組織。

（2） 與視點相關(guān)的層次數(shù)據(jù)的調(diào)度：在同一個視景中，按視覺中心詳細周邊概略的原則來調(diào)度不同細節(jié)的模型和紋理數(shù)據(jù)，也是為保持交互與視覺效果而降低參與計算的地景數(shù)據(jù)量的有效方法。

需要說明的是，紋理細節(jié)可以在視覺上彌補模型細節(jié)的不足，即在較為概略的模型骨架上疊加細節(jié)較多的紋理，這是提高交互效率而不降低顯示效果的一個有效策略。

3．2 實現(xiàn)“沉浸”的關(guān)鍵技術(shù)

沉浸特征是指系統(tǒng)的聲像效果能夠使受訓(xùn)者產(chǎn)生置身于虛擬環(huán)境中的感覺。對于大多數(shù)應(yīng)用而言，營造立體視覺效果是實現(xiàn)“沉浸”的關(guān)鍵，即根據(jù)人類的雙目立體視覺原理，借助于一定的設(shè)備，使觀察者在生理水平上對被觀察的場景產(chǎn)生強烈的立體感。由于在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，場景是由計算機生成的（非實地拍攝），為了達到立體效果，就需要對圖像的生成、顯示與觀察各環(huán)節(jié)進行適人化的處理，因此該技術(shù)也被成為“人造立體視覺技術(shù)”[5][]。

（1） 立體圖像的生成。就是根據(jù)生理立體視覺的水平視差，對同一場景生成以左右眼為視點的場景圖像，即構(gòu)成一個像對。像對的視差是引起生理立體感的唯一因素，決定著場景的縱深效果。關(guān)于視差的類型及其相應(yīng)的視覺效果，可參閱參考文獻[]。

（2） 立體圖像的顯示與觀察。顯示方式與觀察方式密切相關(guān)，選擇何種方式取決于實際應(yīng)用的需，在上述內(nèi)容中描述了戰(zhàn)場環(huán)境仿真應(yīng)用中的兩種顯示與觀察方式。這兩種方式也是目前市場上的主流，但由于這兩種方式都要把部分觀察裝置加戴在觀察者的頭上，而且觀察效果也不夠理想（如液晶眼鏡會增加閃爍、降低場景亮度，LCD頭盔顯示分辨率偏低，CRT頭盔偏重等），因此使許多用戶寧可選擇三維觀察方式，即直接在顯示器或投影幕上觀看由計算機生成的單目場景視像，以場景中的光影和形態(tài)為線索，通過觀察者的心理加工，產(chǎn)生三維感覺（實際上是一種錯覺）。最近，德國Dresden 3D推出了一種立體液晶顯示器，觀察者無須佩帶任何觀察裝置就可以看出立體圖像。在該顯示器中裝配有眼動跟蹤攝像機，可捕獲觀察者雙眼的位置，由此來控制安裝在液晶屏前的一個光學(xué)蒙片分別向左右眼方向偏移左右眼圖像。顯然，該顯示器不適合于多人共享。

在戰(zhàn)場環(huán)境仿真應(yīng)用中，環(huán)境聲音主要是武器裝備在作戰(zhàn)過程中所發(fā)出的諸如發(fā)動機轟鳴、槍炮開火、彈藥爆炸等聲響。這些聲響的特點是都具有確切的空間位置和聲音效果，通過可描述空間聲響的軟件（如Direct 3D）就可以把聲音的定位信息通過音響系統(tǒng)傳遞給用戶。喧囂的戰(zhàn)場音響可以營造出生動逼真的戰(zhàn)場氛圍。

3．3 體現(xiàn)“想象”的幾個方面

把“想象”作為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的一個基本特征，表明了創(chuàng)造性形象思維能力對于構(gòu)建虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的重要性。高超的創(chuàng)意不僅可以引發(fā)觀看者心靈上的震撼，還可以引導(dǎo)他們達到探索的目的。對于虛擬戰(zhàn)場環(huán)境的創(chuàng)建，這種想象力體現(xiàn)在人機界面的構(gòu)想、場景表達的構(gòu)想以及是否提供對戰(zhàn)場環(huán)境的再創(chuàng)建手段等方面。

（1）人機界面的構(gòu)想?！癛最困難的地方就是讓用戶的感覺對信息確信無疑”，這是比爾?蓋茨對虛擬環(huán)境應(yīng)該達到的最高境界的理解[]。要使用戶“進入到”系統(tǒng)所產(chǎn)生的場景中并對其確信無疑，就需要有良好的人機界面。傳統(tǒng)的人機界面是讓用戶隔著“窗口”來觀察和操作應(yīng)用軟件，在虛擬環(huán)境中，這樣的窗口會把用戶阻隔在旁觀者的位置上，無法作為參與者“進入到”環(huán)境中。因此，如何設(shè)計符合虛擬環(huán)境特點的人機交互界面就成為想象的焦點。

（2）場景描述的構(gòu)想。實際上就是指虛擬場景的設(shè)計。虛擬戰(zhàn)場環(huán)境的外觀是否逼真，主要取決于場景的外觀設(shè)計。當(dāng)運用矢量地圖數(shù)據(jù)來生成場景的表面紋理時，場景描述的構(gòu)想就涉及到每一個要素的表示方法的設(shè)計（運用幾何符還是仿真圖像）、地表及各要素表面噪音效果的設(shè)計、不同地貌類型的色層表的設(shè)計、武器裝備等作戰(zhàn)單在戰(zhàn)場環(huán)境中的表示方法的設(shè)計、作戰(zhàn)意圖與態(tài)勢的表示方法設(shè)計等方面。

（3）提供實現(xiàn)構(gòu)想的工具。在不同的軍事應(yīng)用中，用戶對虛擬戰(zhàn)場環(huán)境的表示方法有不同的要，比如，對于飛行模擬訓(xùn)練，受訓(xùn)者希望能夠以航空影像作為表面紋理，以便使場景在視覺上更接近于實際的地形環(huán)境。但對于作戰(zhàn)指揮訓(xùn)練而言，受訓(xùn)者更希望場景中能夠表達出地圖上的分類分級信息（符化的表示方法），以便分析和決策，這就需要在系統(tǒng)中為用戶提供多種表達手段。此外，對于戰(zhàn)法研究而言，用戶有時需要擬構(gòu)一個典型的戰(zhàn)場環(huán)境，這也需要給用戶提供實現(xiàn)構(gòu)想的工具。

4．應(yīng)用舉例

從年以來，解放軍信息工程大學(xué)測繪學(xué)院戰(zhàn)場環(huán)境仿真工程實驗室以虛擬戰(zhàn)場環(huán)境為主題，做了大量的研究工作，取得了以“地形環(huán)境仿真系統(tǒng)”為代表的成果。該系統(tǒng)是運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在軍事測繪數(shù)據(jù)庫的支持下，實現(xiàn)戰(zhàn)場環(huán)境仿真的一個實用系統(tǒng)。主要模擬作戰(zhàn)區(qū)域的地形環(huán)境，可以為作戰(zhàn)模擬的各層次（戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)役、戰(zhàn)略）、各階段（預(yù)案擬訂、對抗模擬、結(jié)果評估）提供各種地幅的二維電子地圖、三維地景和地理信息。

本系統(tǒng)已經(jīng)初步具備了虛擬現(xiàn)實的基本特征（“可進入”、“可交互”），在研制過程中解決了以下幾個關(guān)鍵技術(shù)問題：

1． 解決了在機環(huán)境下，對地形環(huán)境的快速三維建模、模型簡化以及實時交互等問題。

2． 研制出與液晶立體眼鏡的接口硬件，使得在機和工作站環(huán)境下，可以用較底價位的立體眼鏡實現(xiàn)具有“進入感”的立體效果。

3． 解決了地形模型與其它商業(yè)化三維軟件的接口問題，以及技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)武器在三維地形環(huán)境中的置入問題（如圖5）。

目前，本系統(tǒng)已在全軍得到廣泛的應(yīng)用，也在國民經(jīng)濟建設(shè)中得到應(yīng)用，如運用本系統(tǒng)，為三峽移民局進行了三峽庫區(qū)水淹沒過程的模擬（如圖6）。

5．結(jié)語

戰(zhàn)場環(huán)境仿真是應(yīng)數(shù)字化戰(zhàn)場建設(shè)的需要而產(chǎn)生的高新技術(shù)，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。本文僅從作戰(zhàn)模擬這一應(yīng)用領(lǐng)域來論述虛擬現(xiàn)實技術(shù)在戰(zhàn)場環(huán)境感知仿真中的應(yīng)用，實際上，該技術(shù)在軍事上還被應(yīng)用于作戰(zhàn)指揮、武器試驗、外交談判、災(zāi)害預(yù)測等多方面。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)日趨成熟、實用，我們相信在不遠的將來，它將成為提高軍隊戰(zhàn)斗力的重要的技術(shù)手段。

4、人工智能在軍事中的應(yīng)用

   美軍的沙漠風(fēng)暴行動：年代處的沙漠風(fēng)暴行動是人工智能技術(shù)在軍事中應(yīng)用的一個成功典范。從最簡單的貨物空運，到復(fù)雜的行動協(xié)調(diào)，都由面向人工智能技術(shù)的專家系統(tǒng)來完成。另外先進的巡航導(dǎo)彈也采用了人工智能體領(lǐng)域的機器人和機器視覺技術(shù)。在這其中的兩個計劃：Pilot Asciate Project (電子領(lǐng)航員)和Battle Management System Project(軍事專家系統(tǒng))，是人工智能技術(shù)成功應(yīng)用的范例。

在未來的世紀，人工智能技術(shù)在軍事倉儲中的進一步開發(fā)應(yīng)用，將出現(xiàn)各種智能化倉儲機械，如在自動導(dǎo)向車和智能用車中應(yīng)用專家系統(tǒng)確定行走路線和運行方案；在物料存取過程中，應(yīng)用專家系統(tǒng)指揮機器人進行入架和出架操作；將多媒體技術(shù)和專家系統(tǒng)，應(yīng)用于倉儲機械人員培訓(xùn)、操作指導(dǎo)、遠程現(xiàn)場監(jiān)視、異地故障分析和診斷等。隨著時間的推移，智能化倉儲設(shè)備將更多、更加趨于完善，倉儲機械更安全、更可靠。

機器人活躍于倉儲領(lǐng)域。經(jīng)過多年的研究．機器人已發(fā)展到第三代智能機器人。它裝有多種傳感器，能識別作業(yè)環(huán)境．能自主決策，具有人類大腦的部分功能，且動作靈活，是人工智能技術(shù)發(fā)展到高級階段的產(chǎn)物，目前，全世界已有各種類型、各種用途的機器人達百萬臺。

隨著人工智能技術(shù)和機器人技術(shù)的飛速發(fā)展，機器人將在軍事倉儲領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。例如，用于倉庫作業(yè)，從事搬運彈藥和各種危險作業(yè)。美國奧德蒂斯研制的“章魚”式六腿機器人，在靜止時能做起公斤重的彈藥；用于戰(zhàn)場上執(zhí)行多種后勤保障任務(wù)，在比較危險的環(huán)境中前送后運作戰(zhàn)物資；機器人“哨兵”用于倉庫警戒巡邏，可代替普通士兵巡邏、放哨。