虚拟现实技术在模拟作战上的应用

1、虚拟现实技术在模拟作战上的应用 小组成员：苏锦程 陈婷婷 付茜茜 张健信 郭晓旻Page 2模拟作战方式传统：1实兵演习 2沙盘作业 3图上作业 现代：1计算机仿真 2分布交互式对抗模拟 3网上演兵Page 3传统模拟作战1实兵演习特点：花费的费用较大、参与的人员多、模拟所需要的时间较长、模拟的组织较复杂、模拟过程中人为因素的影响较大、模拟的精度较高。Page 4传统模拟作战2沙盘作业特点：花费的费用小、参与的人员较少主要是军官、模拟的时间较短，模拟的组织最简单、模拟过程中人为因素的影响最大、模拟的精度最差。Page 5传统模拟作战3图上作业特点：花费的费用小、参与的人员较少主要是军官、模拟的

2、时间较短，模拟的组织最简单、模拟过程中人为因素的影响最大、模拟的精度最差。Page 6现代模拟作战方式现代：计算机仿真 分布交互式对抗模拟 网上演兵Page 7现代模拟作战方式特点：计算机仿真：花费的费用较小、参与的人员少、模拟所需要的时间最短计算机计算的速度要比人工计算要高得多的多、模拟的组织最简单、模拟过程中人为因素的影响最小计算机代替人员来裁定模拟的结果、模拟的精度较高分布式交互对抗模拟：花费的费用最大、参与的人员最多、模拟所需要的时间较长、模拟的组织最复杂、模拟过程中人为因素的影响最小计算机代替人员来裁定模拟的结果、模拟的精度最高。 网上演兵： 参与面广社会各个阶层的人士均能参与、影响

3、面大模拟的过程和结果将公布于国际互联网上，全世界的人都可以看到。Page 8实例：基于 VR 的作战模拟仿真系统基于 VR作战模拟训练仿真系统主要是基于VR三维引擎和采用Microsoft Visual Studio .NET2003编程技术，结合作战任务想定，通过计算机接口和交互界面传输数据，主要实现作战单元的任务编辑、作战单元的任务规划和作战场景的三维演示。采用不同的模拟作战单元，可实现作战模拟训练的通用性。如图1。Page 91 作战方案生成作战部队任务编辑模块基于实时作战环境，通过想定编辑器，完成作战任务部署。想定编辑器具有的一般性功能主要包括战场环境生成、作战实体模型、交互数据管理。

4、系统重点通过模型驱动软件开发 Model-DrivenSoftware Development，MDSD理论构建作战想定编辑器的模型，并采用组件技术进行编程实现。Page 102 作战单元任务规划依据作战想定和作战目标，获取作战资源和调用约束条件。利用优化算法建立相应任务规划模型，如图3。Page 112 作战单元任务规划输入数据主要指作战双方的相关任务属性，包含作战效果的价值、损耗等。作战资源主要指任务规划中影响作战效能的各种资源，如多条道路的距离选择，各种武器的优先配置等。约束条件是指影响作战效能的时间和资源冲突。最后依据任务规划结果，以三维数据行驶输出规划结果，如图4、图5。Page 1

5、22 作战单元任务规划Page 133 作战仿真演示系统作战视景仿真系统通过数据驱动，调用模型库文件，基于图形加密卡、计算机显示器、音响设备等组成。演示系统利用VR 引擎和3D 技术，提供生成虚拟作战场景。为了到达图像处理的实时和逼真效果，作战地景采用卫星遥感影像、地理信息系统数据和三维美学渲染相结合以及不同精度遥感数据融合镶嵌技术，保证试验区域场景仿真的真实性和生动性。主要功能如图6。Page 14VR系统实现的关键技术状态控制技术系统基于三维数据实现作战仿真，对于各作战单元的模拟演示需要将三维数据转化成相应的状态信息，系统通过构建贝塞尔大地坐标解算模型和DEM数值高程模型为控制作战单元和武

6、器状态提供三维状态数据。VR 视景仿真技术在不增加接收端硬件的情况下，利用3D 引擎插件技术，调用模型库元件，实现多种目标模型的视景仿真。在程序中可以利用鼠标移动改变作战视角。作战单元作战效能研究系统通过作战想定方案，基于作战单元和打击目标的作战参数设定，结合战场资源配置，利用优化算法，建立任务分配模型，通过作战效果，确定作战单元的作战效能。Page 15下面我们看一段关于美国模拟作战的视频16 长期以来，外军对作战模拟训练极其重视，投入了大量的人力、 物力和技术力量，不断研究和探索模拟训练的新理论、 新方法。尤其是作为世界头号军事强国的美国，将高新技术不断地投入到军事领域的各个方面。而作为诞

7、生时间不到30 年的新技术，虚拟现实技术近年来在军事领域发挥着越来越大的作用，而美军更是将虚拟现实技术充分应用到了军事模拟训练的各个层面。下面以美军军事模拟训练为例，具体介绍虚拟现在军事模拟中的应用。Page 17构建虚拟战场环境 通过相应的三维战场环境图形图像库，包括作战背景、战地场景、各种武器装备和作战人员等，为使用者创造一种险象环生、几近真实的立体战场环境。用户通过必 要的设备可与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生“沉浸于等同真实环境的感受和体验。采用虚拟现实技术使受训者在视觉和听觉上真实体验战场环境、熟悉即将作战区域的环境特征。以增强其临场感觉，提高训练质量。 Page

8、18进行单兵模式训练 让士兵穿上数据服，戴上头盔显示器和数据手套，通过操作传感装置选择不同的战场背景，输入不同的处置方案，体验不同的作战效果，进而像参加实战一样，锻炼 和提高技术水平、快速反响能力和心理承受力。在这样的虚拟作战环境中，可以使众多军事单位参与到作战模拟来中，而不受地域的限制，可大大提高了战役训练的 效益；还可以评估武器系统的总体性能，启发新的作战思想。借助虚拟军事演习系统进行训练，就可以较小的代价、较短的时间实施大规模战区、战略级演习，并可 通过屡次演习或一次演习多种方案，发现、解决实战中可能出现的问题。 Page 19诸军兵种联合演习 建立一个“虚拟战场，使参战双方同处其中，根

9、据虚拟环境中的各种情况及其变化，“调兵遣将、“斗智斗勇，实施“真实的对抗演习。与常规的训练方式 相比较，虚拟现实训练具有环境逼真，“身临其境感强、场景多变，训练针对性强和平安经济，可控制性强等特点。 Page 20通过网络进行异地同环境作战训练 运用虚拟现实技术分布式仿真并结合现代网络通信技术，通过作战模拟训练中心控制设置在不同地域的作战单位以及各级指挥官处的模拟系统终端来实现不同地域、相同环境的相同作战训练。例如美陆军的“近战战术训练系统。 Page 21进行军事指挥人员训练 利用虚拟现实技术，根据侦察情报资料合成出战场全景图，让受训指挥员通过传感装置观察敌我兵力部署和战场情况，以便判断敌情

10、，定下正确决心。美国海军开发 的“虚拟舰艇作战指挥中心就能逼真地摸拟与真的舰艇作战指挥中心几乎完全相似的环境，生动的视觉、听觉和触觉效果，使受训军官沉浸于“真实的战场之上。 Page 22提高指挥决策能力 在作战指挥决策领域，VR 技术的应用主要包括两个方面: 1) 通过对获取的情报数据在三维战场环境上合成逼真的三维战场态势场景，有利于指挥人员更加形象直观地把握整个战场态势，辅助指挥人员进行决策; 2) 采用基于VR 技术的作战方案分析系统对指挥决策人员提出的决策方案进行仿真分析，以便更好地为决策人员效劳。 美国海军实验室( NRL) 自主开发的Dragon 系统可以提供72 h 内90 km

11、 90 km 范围内的DTED( 数字地形数据) 5 级( 1 m 分辨率) 特征数据和图像特征，在作战之前就能够快速将复杂战场态势可视化，使指挥员及其参谋人员能灵活使用二维或三维动态显示系统，更有效地制定任务方案和演练，评估行动路线，保持对战场态势的认知。Page 23缩短武器装备的研制周期 在高新技术武器开发的过程中大量地采用VR 技术，设计者可方便自如地介入系统建模和仿真实验全过程，让研制者和用户同时进入虚拟的作战环境中操作武器系统，充分利用分布交互式网络提供的各种虚拟环境，检验武器系统的设计方案和战技术性能指标及其操作的合理性，缩短了武器系统的研制周期，并能对武器系统的作战效能进行合理

12、评估，从而使武器的性能指标更接近实战要求。 美国第四代战斗机F 22 和JSF 在研制的全过程中由于采用了VR 技术，实现了三维数字化设计和制造一体化，使研制周期缩短50%，节省的研制费用超过93% 。由于采用VR 技术，在系统设计的初期，就能够向飞行员提供直接体验新设计优点的“ 虚拟 系统，并能随时按照订货方要求现场修改设计，美军利用这一技术成功设计了“ 阿帕奇 和“ 科曼奇 武装直升机的电子座舱等。Page 24VR 技术模拟训练的开展趋势1) 着眼未来战场空间多元化，构建多维虚拟战场，提高部队联合作战能力。2) 集中模拟训练向分散模拟训练开展。3) 基于混合现实的VR 技术在军事领域逐步得到重视，并进入了试验阶段，如美国Information in Place公司正在研制的Augmented Reality Combat Training