虛擬人軍事應用,美國虛擬人

1、虛擬人的介紹

   研制“虛擬人”的目的，是為醫(yī)學或其他學科的研究提供更為精致的演示條件。比如，研究手術方案或試驗新型藥物，都可以讓“虛擬人”來充當試驗者。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，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”對治療風濕性關節(jié)炎、哮喘病等其它新藥進行測試。

此外，在軍事醫(yī)學上，也可以讓“虛擬人”來試驗核武器、化學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。

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)大學構建成功，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)果都是非常復雜的，因為它帶來了反饋耦合關系。 兵棋游戲，實質(zhì)上相當于仿真系統(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)應用遠遠不夠。把民間兵棋應用到作戰(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相結(jié)合。軍事演習行動，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)，從而構成了一個完整的循環(huán)?？梢?，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)狀及應用前景？

   基于虛擬現(xiàn)實技術的戰(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，戰(zhàn)場環(huán)境仿真是目前軍事作戰(zhàn)模擬領域研究的熱點。本文討論了戰(zhàn)場環(huán)境的構成、戰(zhàn)場環(huán)境仿真的主要內(nèi)容，重點討論了虛擬現(xiàn)實技術在戰(zhàn)場環(huán)境感知仿真中的應用和關鍵技術。

關鍵詞：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)時的訓練也成為決勝的關鍵，指導訓練的標準就是戰(zhàn)爭實踐本身。和平時期，軍事演習是一種普遍的訓練方法，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，人們對軍事訓練的研究都是以對戰(zhàn)爭規(guī)律的學習和探討為目的，并在訓練領域逐漸形成了“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)的訓練環(huán)境，使得各類受訓人員能夠在此環(huán)境中得到恰如其分的訓練[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，本文將重點討論如何運用虛擬現(xiàn)實技術來實現(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)絡信息戰(zhàn)的形成，戰(zhàn)場網(wǎng)絡環(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)境構成的，上述的四個環(huán)境分屬于不同的學科領域；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。互動性的含義是：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。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，與核設施的地理位置及其周圍的環(huán)境有關，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。

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計中的系統(tǒng)。計算機仿真（也稱數(shù)學仿真）是指借助計算機，用系統(tǒng)的模型對真實系統(tǒng)或設計中的系統(tǒng)進行試驗，以達到分析、研究與設計該系統(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)境的相互關系則構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（驗模）。

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，在實際應用中，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)給參訓人員，而參訓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)容與關鍵技術加以討論。

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)境來充分訓練參訓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備的操作來實現(xiàn)人與環(huán)境的交流，這是使參訓人員產(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)臨場感覺的技術就是虛擬現(xiàn)實技術。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用

虛擬現(xiàn)實（R）這一術語誕生于上世紀]，實現(xiàn)這種環(huán)境的技術稱為虛擬現(xiàn)實技術。軍事部門是這項技術的資助者和的最先用戶，而且主要用于軍事訓練。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)模擬領域得到廣泛的應用，且多數(shù)涉及戰(zhàn)場環(huán)境仿真。運用虛擬現(xiàn)實技術實現(xiàn)戰(zhàn)場環(huán)境仿真，其目的就是構成多維的、可感知的、可度量的、逼真的虛擬戰(zhàn)場環(huán)境，借此提高參訓人員對戰(zhàn)場環(huán)境的認知效率。主要用于仿真對抗、導調(diào)監(jiān)控、裝備操作、參謀作業(yè)訓練等。虛擬戰(zhàn)場環(huán)境可以為計算機作戰(zhàn)推演、半實兵演習、實兵演習提供與實際演習區(qū)域的仿真環(huán)境，也可以為特定的訓練科目擬構出典型的訓練環(huán)境（在現(xiàn)實中并不存在）。借助于虛擬戰(zhàn)場環(huán)境，可以訓練指揮員的指揮決策能力、參謀人員的業(yè)務能力、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)絡的分布式坦克訓練模擬系統(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，為最終取勝下了關鍵的基礎。荷蘭年完成的毒刺導彈訓練器（ST）是虛擬現(xiàn)實技術用于單兵武器模擬設備的代表作，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改變場景，以訓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)境的應用需，以上三個部分就有不同的組合方式，進而構成不同的應用系統(tǒng)。

就軍事應用而言，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用模式，相應地，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、戰(zhàn)術武器裝備的操作訓練的應用中，需要強調(diào)的是受訓者個人與武器裝備及其所處環(huán)境的關系。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者產(chǎn)生強烈的臨境感，進而達到良好的訓練效果。但其設備十分昂貴，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。

3. 建構虛擬戰(zhàn)場環(huán)境的若干關鍵技術

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）；無論哪種應用，想象力都是不可缺少的。

3．1 實現(xiàn)“交互”的關鍵技術

交互特征是指系統(tǒng)具有對人機交互作出響應的能力，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，當交互響應達到實時，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。當交互響應有明顯延時，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。因此，在建構虛擬戰(zhàn)場環(huán)境系統(tǒng)時，要充分考慮設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)境的構成，還應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，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”的關鍵技術

沉浸特征是指系統(tǒng)的聲像效果能夠使受訓者產(chǎn)生置身于虛擬環(huán)境中的感覺。對于大多數(shù)應用而言，營造立體視覺效果是實現(xiàn)“沉浸”的關鍵，即根據(jù)人類的雙目立體視覺原理，借助于一定的設備，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，因此該技術也被成為“人造立體視覺技術”[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。關于視差的類型及其相應的視覺效果，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，選擇何種方式取決于實際應用的需，在上述內(nèi)容中描述了戰(zhàn)場環(huán)境仿真應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)在人機界面的構想、場景表達的構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）場景描述的構想。實際上就是指虛擬場景的設計。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計。當運用矢量地圖數(shù)據(jù)來生成場景的表面紋理時，場景描述的構想就涉及到每一個要素的表示方法的設計（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計、不同地貌類型的色層表的設計、武器裝備等作戰(zhàn)單在戰(zhàn)場環(huán)境中的表示方法的設計、作戰(zhàn)意圖與態(tài)勢的表示方法設計等方面。

（3）提供實現(xiàn)構想的工具。在不同的軍事應用中，用戶對虛擬戰(zhàn)場環(huán)境的表示方法有不同的要，比如，對于飛行模擬訓練，受訓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)指揮訓練而言，受訓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，用戶有時需要擬構一個典型的戰(zhàn)場環(huán)境，這也需要給用戶提供實現(xiàn)構想的工具。

4．應用舉例

從年以來，解放軍信息工程大學測繪學院戰(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，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、戰(zhàn)役、戰(zhàn)略）、各階段（預案擬訂、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鍵技術問題：

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、戰(zhàn)術武器在三維地形環(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用，也在國民經(jīng)濟建設中得到應用，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)境仿真是應數(shù)字化戰(zhàn)場建設的需要而產(chǎn)生的高新技術，其應用領域十分廣泛。本文僅從作戰(zhàn)模擬這一應用領域來論述虛擬現(xiàn)實技術在戰(zhàn)場環(huán)境感知仿真中的應用，實際上，該技術在軍事上還被應用于作戰(zhàn)指揮、武器試驗、外交談判、災害預測等多方面。隨著虛擬現(xiàn)實技術日趨成熟、實用，我們相信在不遠的將來，它將成為提高軍隊戰(zhàn)斗力的重要的技術手段。

4、人工智能在軍事中的應用

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

在未來的世紀，人工智能技術在軍事倉儲中的進一步開發(fā)應用，將出現(xiàn)各種智能化倉儲機械，如在自動導向車和智能用車中應用專家系統(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；將多媒體技術和專家系統(tǒng)，應用于倉儲機械人員培訓、操作指導、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。

隨著人工智能技術和機器人技術的飛速發(fā)展，機器人將在軍事倉儲領域得到廣泛應用。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，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。