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国外VR技术发展综述

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情报交流 国外 VR 技术发展综述 蒋庆全        摘 要 虚拟现实 ( Virtual Real2    主题词   虚拟现实    仿真 虚拟环境    武器系统研制 ity , 简称 VR) 技术是当今世界前沿科 学之一 , 具有举足轻重的作用 。

国外 经济发达国家一直将其列为国防高科 技重点发展的关键技术 , 迄今已成为 研发 、 生产大型而复杂的武器装备及 军事教育训练的重要工具 。

VR 技术 是人类智慧高度集中的具体体现 , 进 高的升华 。

扼要综述其在武器系统研 用。

入 VR 环境将会使人类的智慧得到更 制、 产及军事教育与训练中的应 生 引  言 虚拟现实或称灵境技术 , 实 飞航   2002 年第 1 期 本文 2001209214 收到 , 作者系信息产业部南京电子工程研究所高级工程师 ∀  美利用虚拟现实技术研究隐身设计 际上是一种可创建和体验虚拟世 界 ( Virt ual World ) 的 计 算 机 系 统 。

它是以仿真的方式给用户创 造一个实时反映实体对象变化与 相互作用的三维虚拟世界 , 并通 过头盔显示器 ( HMD ) 、数据手 套等辅助传感设备 , 用户一 个观测与该虚拟世界交互的三维 界面 。

使用户可直接参与并探索 仿真对象在所处环境中的作用与 变化 , 产生沉浸感 。

因而 V R 被 誉为人机接口技术的一场深刻革 命 。

实际上 , V R 技术是计算机 技术 、 计算机图形学 、 计算机视 觉 、 息 技 术 、传 感 与 测 量 技 信 术、 仿真技术 、 多媒体技术 、 语 音与模式识别技术 、 人机接口技 术、 软件工程 、 网络技术和人工 智能技术等多种高新技术集成之 结晶 。

其逼真性和实时交互性为 系统仿真技术有力的支撑 。

它同时具有沉浸性 ( immersion) 、 交 互 性 ( interaction ) 和 构 想 性 (imagination ) , 使人们能沉浸其 中 , 超越其上 , 出入自然 , 形成 具有交互效能多维化的信息环 境 。

总之 , V R 是一种表现形态 生动灵活的技术 , 心理学 、 生理 学及认知学是 V R 技术的物理学 基础 。

V R 是信息科学领域中的 新兴技术 , 它具有广泛深入研究 的内涵和宽阔的应用前景 , 目前 ・2 7 ・ http://www.cnki.net © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

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正引起多个学科领域众多学者的 高度关注 。

V R 技术是系统仿真中新兴 技术之一 。

它实际上是一种采用 计算机技术制作仿真的假想世界 的技术 , 它采用计算机产生一个 被仿真世界的动态 、 三维视觉环 境 , 使操作者产生一种身临其境 的感觉 , 对探讨大量需要借助形 象思维的问题颇有帮助 。

采用此 项新技术 , 参与者使用硬件 , 如 键盘 、 数据手套 、 鼠标器 、 球、 操纵杆 、 空间球 、 眼球 装置 、 超声波头部器 、 头盔 显示器 、 摄录像设备 、 立体护目 镜、 音响 、 耳机 、 语音识别与合 成装置及数据服以获得所需的感 知 , 来体验计算机世界境况 。

实 际上 , V R 属于一种特殊设计的 信息数据库 , 它可将数据库信息 转换成可视化的三维视觉显示图 像 。

利用这些数据信息描述两维 或三维的图形与图像 , 构成三维 的虚拟世界 。

它是计算机图形学 和人2机 交 互 技 术 发 展 之 产 物 , V R 更是计算机图形学中的一种 功能倍增技术 , V R 技术将人类 用户同计算机产生的虚拟世界综 合为一体 , 达到人与技术最为完 美的结合 。

人在整个系统中占有 十分重要的地位 。

利用 V R 技术 的手段 , 突破现有技术手段的局 限 , 手段愈高明 , 愈能使我们对 所研究的对象和环境获得 “身临 其境” 的美妙感受 。

V R 技术的发展源于航天和 军事部门 。

V R 之最新技术成果 往往被率先用于航天和军事领 域 。

21 世纪军事科技的发展将 更加依赖于 V R 技术 , 同时必将 对 V R 技术提出日趋增高的要 ・28 ・ 求 。

V R 技术将为武器装备确定 需求 、 设计 、 制作样机 、 批量生 产 , 为的模拟训练 、战备 , 为制定合成作战条令和应急作战 计划 , 为战后评估及战史分析等 几乎全部军事活动一种一体 化的作战环境 。

这将有助于从虚 拟武器及战场顺利地过渡到真实 武器与战场 , V R 技术对各种军 事活动的影响将是极为深远的 , 有着极为广泛的军事应用前景 。

V R 系统由于具有良好的高 效性 、 可控性 、 安全性 、 无破坏 性、 使用灵活性 、 易于修改 、 不 受气象影响 、 不受空间和场地的 限制 、 可多次重复使用及系统运 转费用低等特点 , 故引起世界各 国军界高度关注 。

迄今 , V R 技 术在军事领域中正发挥着重要的 作用 , 它被广泛用于军事教育 、 军事训练 、 武器装备研制与生产 等领域 。

1  军事教育与训练 1. 1   军事教育 院校的一种辅助教学手段 , 这无 疑是一种解决学员上机操作的好 方法 。

某些电子设备使用寿命较 短 , 不宜进行长时间大量操作 , 此时使用 V R 训练设备有其独特 的优点 。

利用建立在网络基础上 的分布式 V R 系统可建立一个 “虚拟教室” 。

在该虚拟教室中 , 借助使用控制台 、 键盘和显示设 备等相互联系的学员站与教官站 联网 , 各参与者都处于同一虚拟 的战场环境之中 。

在 “虚拟教室” 内还备有一台能显示三维图像并 配有立体音响效果的大屏幕彩投 机 。

在大屏幕上显示出由计算机 生成的诸种活动图像 , 如模拟的 天空 、 气象 、 海面 、 地面各种复 杂地形及诸种目标 ( 如飞机 、 坦 克 、 甲 车 、军 舰 及 导 弹 等 ) 。

装 学员们坐在外观与实体几乎一样 的操作控制台前 。

控制台上装有 各种 功 能 按 钮 、键 盘 、数 据 手 套、 鼠标器 、 头盔显示器及数据 服等 。

学员们可根据当时的作战 态势或教官的命令 , 在控制台上 进行 各 种 操 作 , 如 模 拟 驾 驶 飞 机、 坦克及机动舰船 , 还可发射 各种飞航并能观看到其发射 的效果等 。

V R 技术尤为适用于进行指 对军事人员在战略性规划 、 作战及预算等方面的培训是 V R 的一个 普 遍 应 用 领 域 。

研 讨 式 V R 和途径式 V R 通常由作战指 挥学院及军事指挥部门用来提高 军事人员认识并理解高技术局部 战争的能力 ; 用于研究 、分析 、 训练及教学的军事行动的仿真 , 以加深对现代战争的理解 。

它包 括让人们在一个实际或假想的情 况下在信息处理或决策任务方面 通过使用规划 、 数据和过程来指 导军事行动 。

实践证明 , 人类对 基于图像 、 声音等感官信息的理 解能力远远大于对数字和文字等 抽象信息的理解能力 。

作为军事 挥决策模拟 、 智能分析模拟及战 场环境模拟 。

战略决策模拟仿真 的主要方法包括 : 研讨式对抗模 拟、 技术性对抗模拟 、 2军事 性对抗模拟及紧急预测与反应模 拟等 。

20 世纪 80 年代初 , 为帮 助美海军分析未来 10 ~ 20 年内 航母作战群的发展需求 , 约翰・ 霍普金斯大学作战分析实验室研 究出一种研讨式对抗模拟方法 , 即 研 讨 式 对 策 ( Seminar Gam2 飞航   2002 年第 1 期 http://www.cnki.net © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

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ing) 。

该法后来逐渐发展成结构 较为标准而规范的高层模拟教学 方式 。

所谓研讨式对抗模拟 , 是 指将圆桌会议式的研讨与计算机 模拟相结合 , 进行大规模的对抗 模拟 , 通 过 研 讨 来 形 成 作 战 设 想、 解决未来战争诸种问题 。

这 属于一种开放式对抗模拟 , 为参 与者一种研究与分析现代战 争问题的场所 。

它按照一种结构 化的 、 经过训练且机动灵活的方 式 , 将诸方面军事专家的知识及 观点结合在一起 , 及时地处理实 战中出 现 的 问 题 。

研 讨 中 将 试 验、 仿真及军事情报分析之结果 作为分析研讨的对象 , 亦可借助 计算机进行更为详实的模拟后再 作进一步的研讨 。

模拟仿真过程 中 , 参与研讨的人员扮演着一系 列的 局 中 人 , 并 代 表 其 进 行 决 策 , 决策的后果由局中人以对阵 式的研讨来判定 。

处理复杂问题 的对 策 式 研 讨 , 是 一 种 连 续 推 演、 重复推演的反复过程 , 有时 甚至需进行数月 。

需要的话 , 在 研讨过程中 , 可将技术与作战战 术诸问题一并提交给相应的军事 专家进行单独解决 , 随后将解决 的结果再反馈到后期的研讨中 。

1. 2   军事训练 便能在各种复杂的战场场景下进 行诸种近于实战的军事训练与演 习 , 不断积累作战经验 ; 它还能 使指挥官全身心地投入到虚拟作 战环境中去 , 验证其战术思想和 指挥效果 , 确定诸种武器系统的 最优使用方法和时机 。

各种高新 技术武器装备造价高 , 运行维护 费用 昂 贵 , 组 织 实 施 训 练 难 度 大 , 经常操作使用还会对武器装 备的磨损和使用寿命带来严重影 响 , 采用 VR 系统进行军事训 练 , 既可大大节省训练费用 , 又 能取得颇佳的训练效果 , 使 的作战训练呈现出前所未有的活 力 。

超前的 V R 模拟仿真将成为 未来军事训练的最高层次特征 。

V R 技术以全息显示和超前的训 练方式使未来的能在 V R 战 场环境中体验战争 , 进而掌握战 争 。

因而 , V R 技术必将成为 21 世纪的主要训练方式 。

目前 , 随着科学技术的飞速 发展 , 军事作战模拟训练仿真技 术出现了新的飞跃 。

通常作战模 拟训练分为实地军事演习 、 现场 实验 、 沙盘作业 、 图上作业 、 战 争对策 、 计算机模拟仿真和分析 模拟仿真 。

其中计算机作战模拟 训练仿真运算速度快 、 准确 、 科 学、 可靠性高 、 损耗代价小 , 是 一种崭新的模拟训练仿真方式 。

因此 , V R 技术作为一种最新的 计算机人机交互技术 , 首当其冲 应该用于军事作战模拟训练领 域 。

它可模拟各种形式的战争 , 如核 大 战 、战 区 常 规 战 ( 陆 战 、 海战 、空 战 及 合 成 军 作 战 ) 等 。

在模拟战争中分析包括紧急决 策、 战争 、 战争升级和战争结束 等与息息相关的诸种因素 。

这不仅为研究现代战争问题 、 作 战的指挥 、 武器装备的操作与使 用及训练了科学方法 , 使研究的进程更为逼真地接近于 实战 , 而且使研究结果可信 , 有 利于作战指挥艺术和作战技能的 提高 , 更有利于武器系统性能的 改进及效能的提高 。

此外 , 还适 用于培训武器装备操作人员 。

1. 2. 1   R 飞行训练 V 在美军 V R 技术应用较为成 熟的飞行训练中 , 飞行员先在电 子控制的飞机座舱内 , 由计算机 飞机的飞行数据 , 头盔显示 器展示出高分辨率的图像 , 根据 逼真的虚拟战场态势进行判断 , 并作出诸种反应 。

在虚拟战场环 境中较为熟练地撑握飞行操纵技 术和作战技能后才进行实机训 练 。

美国 海 军 和 空 军 对 新 兴 的 V R 系统的研究尤为积极 。

其中 Cyber View 便是用于美国海军 战斗机飞行员训练的一种虚拟环 境系统 。

这种系统主要为飞行员 大规模的态势强化训练 , 而 且系统能向飞行员直观地展示出 飞行错误 , 并允许飞行员以更佳 的状 态 重 新 飞 行 。

利 用 V R 系 统 , 飞行员可进行基本飞行训 练、 夜视操作训练 、 超低空飞行 训练及有危险性高难度动作的飞 行训练等 。

采用 V R 技术的飞行 模拟器较常规的飞行模拟器具有 更为显著的优越性 , 它可帮助飞 行员及时而准确地掌握更多的有 用信息 , 使受训人员能轻易地进 入虚拟三维战场环境 , 在该虚拟 战场环境中 , 飞行员能相对灵活 地飞行 , 对环境中的实体进行各 种操作 , 并能自动地作出简单的 逻辑判断 , 从而减轻飞行员采集 ・2 9 ・ http://www.cnki.net 军事训练是和平时期提高部 队战斗力的主要途径 。

如何利用 现代高科技手段确保并提高 训练质量 , 已成为世界各国军界 最为关注的热点之一 。

现代军事 模拟训练系统大多是 V R 系统 。

V R 技术的最大特点是受训者能 与虚拟战场环境进行自然而灵活 的交互 。

V R 系统是提高战 斗力的最佳训练装备 , 它能使作 战人员无需动用实际武器装备 , 飞航   2002 年第 1 期 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

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信息时进行归纳推理的负担 , 使 飞行员能在紧张的作战环境中更 迅速而准确地作出判定 , 从而极 大地提高了飞行训练的质量和效 能 。

据称 , 利用 V R 技术可缩短 飞行训练时间 60 % , 节省飞行训 练费用 70 % 。

这样可使作战决 策者能迅速而顺利地完成战术决 策的 对 比 研 究 , 以 优 化 作 战 效 能 , 并为飞行训练理想的模 拟平台 。

1. 2. 2   R 战场场景 V 1995 年秋在波黑维和行动 期间 , 美军准备对南联盟进行轰 炸之前 , 曾利用 V R 技术将波黑 地区 80 % 的地形制成虚拟军用 地图 。

美军将此种虚拟军用地图 称为 “威胁目标标志图” 。

该图包 括三维数字化地形海拔高度的数 据及巡航弹药库等 。

在计算 机终端设备屏幕上 , 虚拟军用地 图清晰地标出南联盟的民宅区 、 综合性商业区 、 作战区 、 战略战 术要地及起伏不平的波黑地形 。

在轰炸前 , 美军有效地利用这种 虚拟军用地图进行了飞行预演 , 这对帮助其提高轰炸目标的命中 率起着颇为重要的作用 。

为提高 V R 系统模拟战场场 景有逼真性 , 必需建立相应的战 场场景图形图像库 。

此种三维图 形图像库内存入战场环境模拟过 程中的诸种战场目标对象 ( 如飞 机、 坦克 、 火炮 、 军舰及 ) 、 作战场景及作战双方人员的图 像 。

战场目标对象和作战场景通 常是借助 V R 系统中的建模软件 来实现 , 并在模型上贴上真实的 图像 。

作战背景主要是指气象变 化 , 如云 、 、 、 、 雨 雾 雪 风暴及雷 电等 ; 沙漠 、 丛林 、 森林 、 河流 、 ・30 ・ 湖泊 、 海浪 、 山脉 、 丘陵 、 城市 、 村庄 、 公路 、 铁路 、 桥梁 、 机场 、 码头 、 夜景 、 噪声及干扰等环境 背景 , 这主要通过 V R 的相关技 术手段加以实现 。

至于参战人员 的模拟 , 则可采用图形建模 、 图 像映射或借助两者的组合来实 现 。

有了三维图形图像库 , 参与 者才可真正地进入虚拟战场 。

将 V R 技术引入作战模拟训 练系统仿真的各个阶段 , 将使模 型的建立和验证更为简便 。

它能 逼真地显示出虚拟战场场景和整 个作战过程 , 供军事专家制定出 合适的作战训练方案 , 还能模拟 决策的过程 , 向参与者解释 V R 系统的行为机制 , 因而受到作战 指挥人员的普遍欢迎 。

现代作战 模拟训练系统 V R 实验室的任务 是对作战模拟训练系统的战术和 运行环境进行仿真 。

现代战争的 明显发展趋势是 , 在高层决策制 定过程中日趋强调 V R 的应用 。

当前对军事作战模拟训练系统的 发展可产生变革性作用的一种技 术 , 便是 V R 战场场景技术与分 布式网络交互作用的仿真 。

1. 2. 3   R 诸军兵种合成训练 V 实兵实弹军事演习周期长 , 耗费大 , 多军种联合作战难以实 施 , 安全保密性无保障 , 而现有 的常规集中式模拟亦存在较大的 局限性 。

V R 系统最适用于进行 诸军兵种合成训练 , 提高的 协同作战和联合作战能力 。

它能 以较小的代价 , 在较短的时间内 实施大规模的战区 、 战略级军事 演习 , 并通过多次演习或一次演 习多种作战方案来发现并解决实 战中可能会出现的问题 , 这对于 进行作战研究颇有益处 。

如美海 军海洋系统中心 ( NOSC) 、 海军 水下系统中心 ( NU SC) 及海军研 究与开发中心 ( N RADC) 已研制 开发了对舰员训练 、 实时作战使 命更新与控制 、 增强交战协同能 力及海陆空三军与协同 作战等系统 。

未来战争的一个基 本特点便是多军兵种作战协同 化、 指挥一体化 , 常规集中式模 拟或实兵实弹演习难以达到这种 高标准的协同训练目的 。

采用作战 V R 系统进行军事 训练主要还包括对高 、 、 中 低级 指挥员的指挥 、 谋略 、 决策水平 研究 ; 单兵和群体技能水平的训 练等 。

雷达侦察干扰/ 无源干扰 训练模拟仿真器 , 可逼真地对电 子战军官及操作手进行操作方面 的训练 , 提高受训人员的操作水 平 , 可训练电子战人员在实战情 况下的快速反应能力 , 提高受训 人员在作战时的心理素质 。

1. 2. 4   分布式 V R 系统 随着计 算 机 技 术 的 最 新 发 展 , 为模拟更大的作战空间出现 了分 布 式 虚 拟 现 实 系 统 ( Dis2 t ributed V R) , 实际上它是在 V R 灵境 系 统 基 础 上 , 将 各 种 用 户 ( 观测者) 连接在一起 , 共享同一 在分布式 V R 系统工作时 , 多军 兵种的合成训练最能发挥其特 飞航   2002 年第 1 期 http://www.cnki.net 个较大的虚拟空间 , 使用户们达 到一个更宽阔的观测境界 。

创建 “综合虚拟环境” 的基本途径就是 开发分布式 V R 系统 , 用合成网 络将各军兵种 、 各级 、 各军 事院校及各军事科研单位等用户 联成一体 。

其原理都是以 V R 灵 境系统为基础 , 只是分布式 V R 系统在共享虚拟环境资源的同 时 , 采用各自的交互手段而已 。

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长 。

如 在 合 成 军 作 战 中 , 装 甲 兵、 机械化步兵 、 海军 、 海军陆 战队 、陆 军 航 空 兵 、海 军 航 空 兵、 武装直升机和固定翼飞机 、 歼击机 、 舰艇 、 坦克 、 火炮以及 集团军防空等进入 分布式虚拟现实系统后 , 可在高 度逼真视听的虚拟环境中参与相 互对抗的军事演习 。

由于 V R 技 术具有特殊的 “进 入” 能 , 故 功 V R 系统不仅是战场仿真中颇为 有效的训练工具 , 而且还可利用 它建立一种强有力的多军兵种合 成指挥系统 。

在综合军事电子信 息系统中 , 利用分布式虚拟现实 系统来达到作战模拟 、 决策及作 战演习的效果 。

通过分布式 V R 系统 , 进行各种复杂的作战任务 的训练 , 以降低训练费用 , 确保 参战人员与设备的安全及降低其 对环境的影响 。

在战争对策 V R 环境中利用大规模并行处理机的 建模与仿真技术 , 可精确地再现 战区作战态势 , 逼真地模拟仿真 战场环境 , 并且增强预见性 , 高 精度地使未预料的战术 、 战略进 展提前发生 。

这样便可利用 V R 技术开发应用于海陆空作战的战 略/ 战术任务规划和支援系统 。

1. 2. 5   美军的 V R 系统 SIMN ET ( Simulation Net2 work) 是从 1982 年开始由美国 的是降低训练费用 , 同时增强安 全性 , 减少环境破坏 ( 是指火力 攻击及坦克行驶轨迹对训练场地 的破坏 ) 。

SIMN ET 联结了包括 美军和德军在内的近 300 台坦克 模拟仿真器 、 飞机飞行模拟器 、 作战指挥所仿真器 、 计算机生成 兵力 ( C GF) 仿真器及发射仿 真器等 。

每台模拟仿真器作为计 算机网络上的一个节点 , 这些分 布式节点通过局域网 ( LAN ) 、 广 域网 ( WAN ) 及远程通信网连接 在一起 , 亦可通过卫星以远程网 络方式连接在一起 , 可实现资源 共享 , 随 时 调 用 数 据 库 、模 型 库、 形图像库及知识库的信 图 息 。

假 如 将 装 甲 兵 、机 械 化 步 兵、 直升机 、 歼击机 、 舰艇 、 反 舰 、 巡航 、 海军陆战队 和诸如 A210S 和 F216S 固定翼飞 演习 。

借助与多个模拟仿真器的 连接 , 班长可在各种 V R 战场中 以相互对抗和以敌我双方对 抗的方式训练其 。

SIMN ET 系统除对参战人员进行诸种作战 任务的训练外 , 还可对各种武器 系统的性能和效能进行研究与评 估 , 更可进行包括各种武器平台 的大规模虚拟军事演习 。

上述各 种任务都是在由 SIMN ET 系统 所的综合虚拟战场环境内进 行 , 分布在不同地理位置的各种 武器平台借助网络互联 , 共享这 一描述在同一时间和同一空间内 的综合性虚拟战场环境 , 以进行 对 抗 的 模 拟 。

海 湾 战 争 期 间 , 美军用 V R 技术和分布式交 机以及集团军防空发射阵地 临时接入网络 , 则立即可使用高 逼真度视听方法参加相互的军事 互仿真技术进行攻击前的模拟预 演 , 以验证其作战计划并提高其 攻击 效 能 。

20 世 纪 90 年 代 中 期 , 美军耗资 10 亿美元建成近 战战术训练系统 ( CCT T) 。

该系 统利用众多性能先进的主干光纤 网及分布式 V R 系统 , 将分布在 不同地理位置上的各级 、 各 军事院校及作战分队的众多模拟 训练仿真器连接在一起 , 建立综 合性虚拟作战环境 , 可与从韩国 至欧洲约 65 个工作站相连接 。

各站 之 间 可 迅 速 传 送 飞 机 、坦 克、 装甲车 、 各类战车 、 火炮及 等武器装备的信息与数据 , 使士兵能在动态的虚拟作战环境 中进行军事演习 ; 可进行战术 、 战役理论的探讨及作战计划的验 证 , 并预测军事行动和执行作战 计划的效果 , 更可评估武器系统 的总体性能 , 以启迪新颖的作战 思想 。

建 成 近 战 战 术 训 练 系 统 后 , 借助局域网 、 广域网及远程 通信网可将美陆军的各级战术训 练系 统 、空 军 合 成 战 术 训 练 系 统、 战炮兵合成战术训练系 野 统、 工程兵合成战术训练系统及 防空合成战术训练系统连成一 体 。

至 2000 年 , 美陆军已拥有 一个包括综合作战环境所用作战 单元的 CCT T 模拟 仿 真 器 。

目 前 , 美军正在开发空军的任务支 援系统 ( AFMSS) 和海军的特种 作战计划和演习系统 ( SOF2 PARS) 。

美国国防部打算在未来 4 年内至少投资 5 亿美 元 建 立 VR 联合军兵种战术训练仿真 高级研究计划局 ( DARPA ) 与陆 军联 合 开 发 的 。

SIMN ET 是 一 个基于 V R 技术的虚拟对抗作战 系统 。

其核心是管理 、 指挥和控 制接口 , 它由一个与计算机主机 平台相连的网络群组成 , 其中包 括与虚拟战术作战中心的参谋监 视控 制 网 络 的 联 网 。

SIMN ET 最初是用来训练坦克群 , 主要目 飞航   2002 年第 1 期 器 , 将其列入美军七大军事技术 ・3 1 ・ 需求之一 , 并将其列为 21 世纪 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

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重点发展的关键技术 。

2  武器系统的研制与生产 V R 技术在武器系统研制过 程中 , 可为军方先期演示 , 让研制者和军方共同进入虚拟的 作战环境中对武器系统进行虚拟 操作 。

研制者和军方能充分利用 分布式交互模拟方法检验武器系 统的设计方案和战技性能及其合 理性 , 避免那种在实际研制过程 中经常会出现设计方案反复多变 的不合理现象 。

从而达到从其总 体质量和效能上去发展武器系 统 , 提高整个武器系统的技术优 势 , 实现武器系统顶层设计 思想和最优的投资选案 。

V R 系统可作为武器系统体 参数 , 最后才进行首部样机的制 造。

利用 V R 技术 , 可建立 “虚 拟武器系统样机” 。

借助 “虚拟武 器系统样机” 通过建模和仿真 , 方法 , 便可对武器系统的方案论 证、 设计 、 研制 、 生产 、 操作培 训、 使用及维护等 , 在人工合成 的虚拟环境中进行模拟仿真 。

这 样不仅可缩短研制周期 , 而且在 武器系统工程研制阶段开始之 前 , 便可确定武器系统 90 %的全 寿命周期费用 , 避免武器系统在 实际研制 、 生产及装备各阶 段中 , 由于决策重大失误而造成 资金巨大浪费 , 或由于市场竞争 激烈及技术的迅速发展使武器系 统性能变得落后 。

故采用 V R 技 术 , 能在军事需求日趋变化 、 技 术飞速发展的时代 , 以实时适用 及高效费比的方式来发展武器系 统 。

借助 “虚拟武器系统样机” , 还可减少研制武器系统实物样机 所花费的人力 、 物力 、 财力和时 间 , 研究工作直接涉及到人机工 程学等因素 , 在设计阶段便能及 早发现生产 、 装配及维修会 出现的问题 , 这些问题可在早期 设计阶段所谓的 “虚拟现场” 中得 到妥善解决 。

美陆军的 “自动虚 ( 拟环境室” CAV E) 属于一个典 型的 V R 仿真系统 , 约耗资2 600 万美元 。

该虚拟环境室利用三维 V R 技术发展武器系统的全寿命 周期仿真 。

它是一个借助全息图 创建 V R 场景与环境的试验室 。

美陆军打算在武器系统从开发到 装备使用的全寿命周期 , 用上述 系统 进 行 武 器 系 统 的 开 发 、设 计、 研制 、 生产 、 采办 、 测试与 评估 、 训练 、 维护 、 作战及后勤 保障等 。

如美军完成 M21 改进 飞航   2002 年第 1 期 http://www.cnki.net 计算机技术为武器系统的研 制与生产灵活而先进的设计 手段 , 很大程度上提高了武器系 统设计 、 研制及生产的技术水平 和生产效率 , 特别是新近发展起 来的 V R 技术的应用突破了常规 基于两维的人2机界面模式及交 互方式的局限性 , 极大地增强了 人的主动性和仿真方法的灵活 性 。

V R 技术可将用高新技术设 计的 V R 仿真模型 , 与实际的工 程结构模型相结合 , 实现从分析 模型到工程模型及两者在虚拟的 未来战场环境中的互操作 , 以此 来预测高新技术在未来武器系统 中的应用前景 。

利用 V R 系统 , 可根据现代 战争的特点和各种作战需求 , 设 置诸种典型的战场环境 、 作战背 景及敌我态势 , 并使其具有重演 功能 。

在此种颇为逼真的 “虚拟 合成战场环境” , 可论证新型 中 武器系统及新军事技术的可用 性 , 演示 “虚拟武器装备” 的技术 可行性 、 作战适用性及经济上可 承受性 。

各种已有新型武器系统 亦可借助由计算机生成的 “虚拟 战场” 进行各种操作 、 演练或演 习 , 以提高使用新型武器系 统的作战能力 , 并及时地发现其 不足 , 以便对其加以改进 。

利用 V R 系统还能对武器系统的作战 效能进行合理的评估 , 从而使其 战技性能指标更接近于实战的需 求 。

在武器系统开发 、 研制与生 产方面 , V R 技术可发挥其众多 的重要作用 。

2. 1   武器系统顶层设计 ・32 ・ 系顶层设计的有效手段 , 并 有力的技术保障 。

开发 、 研制与 生产武器系统的主要任务之一是 进行的顶层设计 , 这需要根 据高技术局部战争中与 对抗的特点 , 深入开展武器系统 对抗的研究 。

由于武器系统 结构的复杂性及试验与演示 的高难度性 , 唯有采用 V R 系统 方能在这种研究中取得满意的结 果 。

V R 系统可对未来高技术局 部战争的战场环境 、 武器系统的 战技性能及战术运用等进行作战 模拟 , 以便选用那些对提高武器 系统效能作用大 、 耗资少及 技术可行性强的武器系统进行重 点开发 、 研制与生产 , 从而实现 优化武器系统的整体质量及 其效能 。

2. 2  缩短研制周期 , 降低武器 系统全寿命周期费用 设法降低新型武器系统的造 价 , 并缩短研制周期 , 其基本做 法是 : 先以 V R 技术模型在人工 合成的战场环境中进行试验 , 通 过试验的结果来确定技术设计的 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

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