【《VR技术在军事训练中的应用分析》9100字】

VR技术在军事训练中的应用分析目录TOC\o"1-3"\h\u17576VR技术在军事训练中的应用分析 180891.1VR技术针对官兵心理训练及疾病预防的应用 194371.1.1军事认知训练 1183581.1.2应激接种/管理训练 2103441.1.3心理弹性训练 2181911.1.4创伤后成长训练 250161.2VR技术在装甲兵分队训练中的应用 3134221.2.1驾驶专业训练中的应用 3324541.2.2通信专业训练中的应用 663071.3VR技术在模拟战场训练中的应用 887171.1.1利用VR技术模拟战场环境的优势 8316751.1.2利用VR技术模拟战场环境在军事训练中的应用 10235881.4VR技术在军事训练中面临的问题 11VR技术由于其逼真的模拟环境、高度的沉浸性、较低的成本，被军事训练领域所重视。通过运用VR技术，可以以较低的成本和逼真的效果来完善目前传统训练模式，弥补目前传统军事训练中存在的各类不利因素影响，增加难点课目的训练，提高训练的效率和频次，从而达到提高军队训练水平和训练质量的目标，对军事训练领域实现改革创新。1.1VR技术针对官兵心理训练及疾病预防的应用1.1.1军事认知训练2008年美军研发了“虚拟伊拉克/阿富汗虚拟现实环境测试刺激库”（virtualIraq/AfghanistanVRETsimulation）对军人进行认知绩效评估测试（virtualrealitycognitiveperformanceassessmenttest，VRCPAT）REF_Ref15737\r\h[4]，据美国退伍军人事务部报道，在伊拉克和阿富汗战争中的退伍军人有11％～20％患有创伤后的心理障碍，而美国军队军事行动医疗研究项目组投资1.5万亿美元用于虚拟现实辅助这些退伍军人进行治疗REF_Ref15819\r\h[5]。与传统的纸笔测验相比，虚拟现实系统对认知功能评价的实际结果具有更高的真实性，避免了测验过程中测试对象的主观因素，因此，评价结果具有重要的现实意义。该系统能根据使用者的认知表现水平和情绪状态对任务的难度和强度进行实时的调整，达到个体认知改善和修复的效果。通过使用VR技术，使心理训练由传统的集体进行心理强化活动，转变为针对个体实际情况逐步增强的专人专项训练，从而提高了整体的训练效果，避免了薄弱个体在训练过程中出现问题的情况。1.1.2应激接种/管理训练应激管理训练（stressmanagementtraining，SMT）和应激接种训练（stressinoculationtraining，SIT）均为军事领域中常见的应激控制训练方法，包含基于认知行为疗法的放松、暴露、生物反馈、系统脱敏等技术，如美国国防部开设的生存－躲避－抵抗－逃生项目（Survival，Evasion，Resistance，Escape，SERE）和心理准备训练项目（MentalReadinessTraining，MRT）REF_Ref15877\r\h[6]。一项由加拿大国防部支持的基于VR应激管理训练研究指出，8类适合作为VR应激管理训练的创伤事件包括：①目睹尸体或残骸；②熟悉的人负重伤或战死；③被炮火袭击；④由于战场规则未能得到有效救治；⑤目睹被摧毁的家园；⑥清理/搜查（房间、洞穴）；⑦遭遇轻武器袭击；⑧扫雷行动REF_Ref14446\r\h[7]。通过对大量的研究结果进行分析显示，通过运用VR技术进行军事心理训练的效果均显著高于未接受训练的一般人员。这项技术使士兵在执行任务前能够根据具体的任务类型提前进行相应的应激训练，对任务中可能遇到的各类情况提前进行全面的预知和熟悉，有效提高部队的实际战斗力。1.1.3心理弹性训练心理弹性（resilience）是个体面对威胁后得以适应和发展的系列特质，重点关注个体面对压力事件的应对机制REF_Ref14524\r\h[8]。通过积极的心理训练提高士兵心理承受力，从而提高军事效能，减少军事应激所造成的伤害等一系列效果。通过创设一系列虚拟军事任务，让士兵们在进行任务的同时对其认知和情感进行训练。其设定的任务特点是士兵沉浸于一个贯穿部署周期的故事链中，在几十个VR环境场景中首先需要完成自己相应的职责，同时会有情绪性事件出现（如班长的死亡或负伤、出现因任务而导致意外死亡或负伤的平民儿童等），来全面真实的模拟执行任务中可能出现的各种影响战士情绪的突发事件，以此来锻炼和强化战士的心理弹性。1.1.4创伤后成长训练创伤后应激障碍（post-traumaticstressdisorder,PTSD）是指人在遭遇极其严重的威胁或灾难后表现出并长期持续存在的精神障碍REF_Ref14576\r\h[9]。以我国驻疆官兵作为案例，地处祖国的边疆，不稳定因素比较多，常年在不稳定地区执行任务，对于心理所带来的压力较大，因此他们收到的创伤后应激障碍的患病率也较高。2016年11月—2017年11月对经历创伤性事件的新疆某地区的356名驻疆官兵进行有效的相关患病率调查REF_Ref14625\r\h[10]。以国际通用的测定标准PCL-C（创伤后应激障碍筛查定量表）来诊断确定属于PTSD的患者为30例，占参加调查总人数356人的8.43%，可能因此而影响部队未来任务的执行，对战士们的身心健康造成了很大的影响。由此可以看出建立一个依托于VR技术的创伤后成长训练系统，在我军的军事训练的实际应用中同样具有非常重要的意义。一个健康的心理状态，是部队长期保持战斗力的关键所在，同时一个健康的心理状态能有效地避免出现，由心理问题所引发的不良影响甚至是生命安全事故。2010年使用“BRAVEMIND”对20名现役的患有PTSD的患者进行治疗，17名军人在PTSD后应激障碍量表（军人版）上的得分下降50%，16人已达不到PTSD的诊断标准，同时焦虑和抑郁水平分别下降33%和49%[11,12]。由此可以得出，合理使用VR技术建立心理训练系统，针对战士的个人心理状况设定场景和情景，通过合理的引导和心理疏导，可以有效地减轻甚至缓解PTSD的症状。因此建立成体系完善的心理训练VR系统，对我军部队长期保持战斗力有着非常大的帮助，甚至于可以成为未来我军长期执行特殊任务部队的一种常态化训练模式。由以上的几种对于VR技术在心理防治领域的应用以及实际案例分析来看，在未来的信息化战争中，敌我双方军事的较量，武器装备之间的较量仅仅只是一方面，更重要的是参战官兵心理状态和心理素质的比拼，有着强大心理素质的战士配合先进的武器装备才能发挥出最大的效能。因此，有完善的心理训练极为关键，合理地将VR技术应用于军事心理训练之中，改变传统的心理评估和心理治疗模式，使我们可以做到：一方面从兵源入手，通过各种情景来准确地进行心理学检测。保证每一名士兵在从军入伍之初处于健康的身体心理状态，避免在未来训练和执行任务之中出现由心理问题而导致的安全事故，影响部队的士气和战斗力；另一方面，重点注重长期执行军事任务的官兵心理素质培训以及对心理疾病治疗，减少在处于不良军事应激状态下的官兵会出现一系列不良影响，例如注意力难以集中、感知能力弱化、思考困难等反应，亦可直接避免出现士气低落、判断决策错误和技术能力水平下降等“隐形危害”。1.2VR技术在装甲兵分队训练中的应用1.2.1驾驶专业训练中的应用装甲兵是陆军的重要突击力量，具有快速的机动力、强大的火力和较好的防护力，实施快速机动，可配属步兵作1战，也可在其他兵种、军种协同下作战或独立遂行作战任务。作为装甲兵三大专业之一的训练驾驶技能尤为重要，驾驶员的驾驶技术水平直接影响着部队能否保持快速机动优势，是其战斗力正常发挥或者超长发挥的重要保证。图1.1人在回路仿真1.虚拟驾驶系统的主要技术利用VR技术在驾驶训练中应用所需的重要技术——人在回路仿真，在驾驶模拟训练中的人在回路中就是训练驾驶人员在系统的回路中所需要进行的操作和仿真，这种仿真需要对实体的动态特性进行建模并在VR系统的模拟器上运行。此外还要求有模拟生成人的感觉环境的各种物理效应设备，包括视觉、听觉、触觉、动感等人能感觉的物理环境，由于有操作人员在回路中，人在回路仿真系统必须实时运行REF_Ref14727\r\h[13]。图1.2“人在回路”测试系统2.虚拟驾驶系统应用现状目前，VR技术主要应用于营以上指挥员及其指挥机构进行指挥决策、联合作战模拟、沙盘推演等，针对单兵操作的模拟系统发展比较落后，性能普遍效果一般。因此重点针对单兵专业技能的VR技术应用尤为重要。俄罗斯也是世界上最早的开始研究VR技术在军事训练中应用的国家之一，其继承于苏联的强大综合性军事技术能力和近年来逐步恢复的大量军费投入，使俄罗斯已经在模拟装备制造领域取得了重大成果。莫洛佐夫机械制造设计局研制出了模块化坦克乘员模拟训练系统T-72坦克模拟驾驶器[14]，模拟器内部设备的布局根据真实的T-72坦克进行了真实的复制，能够为受训者提供非常真实的训练环境。其中驾驶员训练模块分为两个部分，包括可提供3D旋转摆动的动力平台和训练模拟舱。在训练中动力平台会将训练模拟舱托起，根据驾驶员的操作，使训练模拟舱做出相应的反应，提高受训者的沉浸感，增强训练效果。图1.3T72坦克模拟驾驶室我军目前已经研发并开始使用了模拟驾驶系统，但与外军相比较在驾驶训练中VR技术的应用上相对滞后。在部队实际应用方面，主要以纯机械结构的驾驶模拟器和与屏幕显示器相结合的驾驶模拟器为主，在实际应用中虽有了很大的提升，但依旧存在模拟场景缺乏真实性、受训人员缺乏沉浸感、与实际装备操作存在差距、无法模拟实装环境下状态的问题。1.驾驶模拟系统的应用意义进入21世纪以来，我国VR技术发展迅速，在各个领域的应用水平也在逐步提高。目前吉林大学已经开始在研究中利用了六自由度并联机器人的构造，并在研究和开发一款运动模拟控制系统，来提高模拟系统给使用者带来的沉浸感，提高真实体验，这说明我国的驾驶模拟系统研发也正随着军事技术和科研水平地提升，在不断地发展。因此，通过将VR技术的先进技术运用于驾驶训练中，来改善目前的简易驾驶模拟器，从而实现以下几点主要优势：（1）减少驾驶训练中的设备损伤在实装驾驶训练中，驾驶员在初步接触装甲装备驾驶以后，进入到实装环境下，常常会出现紧张、慌乱、基础技能不牢固等原因而引起的装备操作失误，从而造成出现装备寿命减少、零件损坏、甚至是出现重大装备损失的情况。通过提高驾驶模拟系统的性能，从而更好地模拟实装环境，减少驾驶员出现不良的心理因素影响。同时，模拟系统可以很好地降低训练成本，加大训练频率，提高驾驶员的基础技能掌握情况。在出现故障时，对模拟系统的硬件进行更换维修其时间和成本都远小于实装的维护保养。（2）提高训练频率完善的模拟系统可以大大提高人员的训练频率，避免了以前驾驶训练中，多人一台车，每天只进行几次的低训练效率情况，这样可以提高训练频率，从而缩短训练周期。（3）重点增加重难点课目训练，提高训练安全性在驾驶专业训练中，一些重难点课目具有一定的危险性。例如通过难行路段时，训练场地设置过于简单，则会让训练流于形式没有实际效果；而场地设置难度增高，就容易出现由于驾驶员水平不足，而导致出现陷车等一系列问题，影响后续训练的进行。利用由VR技术支撑的驾驶虚拟系统，通过系统设置近似真实的训练环境。首先在模拟系统中对重难点课目进行充足的训练，提高受训对象的技能水平，再进行实车训练则可以将出现操作问题的概率降低。（4）节省训练成本驾驶训练模拟系统本质上就是利用硬件的仿真去替换或部分替换实车上的一些实物，再通过软件的仿真来模拟实车的运动特性和环境数据以及驾驶员在实车过程中看到的景象，最终达到和实际驾驶中相同的驾驶训练体验。这就可以为部队节省大量的训练费用，解决实车实地训练上，受训人员多，油耗大，场地要求高，训练用车少等问题。据美军陆军评估得出：使用M1“艾布拉姆斯”主战坦克模拟器进行训练的消费比为32:1REF_Ref14932\r\h[15]。1.2.2通信专业训练中的应用1.目前通信专业训练的现状电台是我军最基本的通信手段，电台通联是否正常，通信是否顺畅，是影响着信息传输质量的重要保证。目前绝大部分通信训练仍采用实装电台训练的传统方法，所反映出的结果是由于电台仪器比较精密、数量有限，导致受训人员操作机会少，设备故障率高。在训练过程中，经常出现通联不畅，声音不清等问题，如果出现设备出现故障，维修速度慢，维护成本高，容易造成受训人员对所学技能出现生疏和遗忘，影响了训练的质量和效果，难以真正的形成有效战斗力。2.电台模拟训练系统的意义因此运用一套可以满足实装功能的模拟训练系统意义重大。通过运用计算机技术、VR技术等，构建了一套模拟电台通信的训练系统，起到还原实装电台训练的效果。该电台模拟训练系统由主控计算机、电台模拟器、网络交换机三个部分构成。在整个系统中，主控计算机处于中心控制的地位，电台模拟器对电台功能和操作进行模拟，交换机则是连接主控计算机和电台模拟器的纽带，共同组成该系统平台REF_Ref14978\r\h[16]。因为其模拟系统的特殊性，所以极大地避免了由于受训人员操作失误而导致出现某些功能无法运行等情况。受训人员可以大胆地进行学习训练，再学习正确使用技巧的同时，也可以进行模拟排除故障的训练，在设备无损坏的情况下，更多地去了解故障原因、排除方法，避免在实际操作中出现同样的错误和过度浪费上手操作的时间，降低训练效率。图1.4电台模拟训练系统结构1.电台模拟训练系统的应用前景模拟训练系统由于其成本低、操作真实等优势，各个军事强国都在大力发展，我军从尽快增强部队战斗力这一实际应用上出发，也应大力应用依托VR技术的模拟训练系统。（1）降低设备磨损，提高训练质量从实质上改变了以往实装电台的传统训练模式，避免电台这种精密仪器的损坏。同时在传统训练中，多数电台存在的设备磨损、通联效果差等问题，在电台模拟训练系统中都可以得到很好地解决，不会由于设备老化或磨损而出现影响训练质量的问题，而训练质量的提高是增强部队战斗力的重要标准。（2）不受设备使用寿命影响，提高训练效率模拟训练系统主体为软件，使用方便，不受实装电台的设备使用周期影响，可以随时进行组训，面对操作错误时更容易排除故障，继续进行训练。目前在通信训练中，普遍存在设备数量有限，受训人员多的问题，通过应用电台模拟训练系统，来缓解设备数量有限的问题，让每一名受训人员都能增加训练的机会，提高一次组训中的训练频率，从而解决上手实践少、所学技能生疏遗忘的情况，提高了受训人员的训练效率。（3）使组网练习更容易，适应实战化训练在实装训练中，进行组网训练时会受到设备数量和设备状态的影响，而影响组网的质量。通过模拟训练，不仅可以由受训者单独进行单人的电台模拟操作练习，同时还可以通过局域网与主控计算机进行组网训练。从而节省了成本以及减少了训练条件上的不良因素，使通信训练可以更贴近实战，增加受训者之间的配合，确实达到以增强部队战斗力为标准进行专业技能训练。（4）贴近实战环境，模拟施加干扰在传统训练中，为电台连接干扰器施加干扰如果长时间进行，可能会导致干扰器过热烧坏。而使用电台模拟训练系统时，可以通过计算机对干扰进行模拟仿真，根据训练内容适时地增加天然电磁干扰或人为电磁干扰，也可以直接通过主机对各模拟器施加欺骗性干扰。近似于真实的还原，在实地实车中进行通联时的通信环境。通过VR技术建立的面向单兵专业技能的模拟训练系统应用于实际训练时存在显著的优势，与现行的传统训练模式进行组训过程中所存在的一些问题进行对比，充分展现出VR技术在单兵专业技能训练上的应用可以取得训练成本低、训练周期短、训练频率高、技能掌握强等一系列显著的优势。统计资料表明使用单兵模拟操作系统可以将训练效果提高30%REF_Ref15043\r\h[17]。因此应用单兵专业技能的模拟训练系统可以满足部队根据实际任务需要，有针对性地展开单兵训练，做到仗要怎么打，兵就怎么练。1.3VR技术在模拟战场训练中的应用1.1.1利用VR技术模拟战场环境的优势正如孙子所说：先处战地而待敌者佚，后处战地而趋战者劳。在如今信息化战争的形势下，如果能尽早的对战场环境实现高度的仿真，那么对战场的细节环境就有了更深的研究，也就占领了先机。因此，通过使用VR技术对现实环境进行数据采集并生成模拟战场，这一技术手段被各国军队所青睐。2019年，美军耗资近一亿美元打造包含城市和关键地形的卫星影像与3D模型的全新数据库，用于VR模拟真实战场REF_Ref15089\r\h[18]。1.环境要素模拟精度高环境要素是模拟战场的重要构成。传统的分析地形手段如：地图、沙盘等，虽然可以起到指挥员对地形进行分析、与所属配属人员进行战斗协同的作用，但并不能完成真实可靠地还原战场的实际情况，无法显示环境中细小但却必不可少的要素。因此，出于对战场自然环境和地物精确度要求的不断提升，构建模拟战场的规模和精度也在不断地提高。通过模拟战场，准确地模拟出战场环境中水域要素的实际情况以及地形的起伏情况，这些地形的准确性直接影响到地形的可见性、隐蔽性、坡度等，使指挥员能够获得更全面、准确的战场信息，在战前做出更准确的作战决策，进行合理的作战配合。图1.5虚拟战场环境系统组成2.使用方法简易，便于掌握态势对所需的战场环境进行仿真后，即可保存在数据库中直接加载使用，从而减少了对沙盘进行堆制以及地图标绘的时间。在信息化条件下，最大限度地减少时间，更好的提高效率，就能更快地掌握战场的控制权。1.便于开展综合战术训练依托于模拟战场，可以进行一系列的战术训练或是对指挥员的决策能力进行训练。对训练场的环境信息进行模拟，形成模拟战场，使受训者能够利用模拟器进行战斗协同和战术行动实施。4.不受外界天气因素影响通过虚拟现实战场方式进行训练时，则是可以在室内直接进行训练，可以有效地避免因为天气恶劣等原因而使训练场所无法按时进行或者是不太适宜进行训练计划，避免了在传统的训练中遭遇暴雨、雷电等恶劣天气给训练所造成的影响，可以大大缩短训练的周期，在有限的空间内大大提高了训练的效率和频次，起到了节省训练时间、快速形成有效战斗力的作用。5.降低训练风险，节省训练成本在一些传统的演习或战术训练中，往往都会存在有较高的安全风险，先经过模拟战场训练来增强受训者的战斗协同配合能力和默契程度，再进行传统实地实装训练时，可以提高安全性和训练效率，同时起到减少训练成本的效果。图1.6模拟战场的两种描述方式1.1.2利用VR技术模拟战场环境在军事训练中的应用1.战场作战指挥训练应用将通过VR技术建立的模拟战场应用到联合作战指挥系统中，可以使各级联合作战指挥机构、指挥人员和参谋人员同时进行观看、讨论战场以及与虚拟环境中的场景进行实时交互，实现整个战场信息的高度分析和共享，这将更加地有利于各级指挥员快速、正确地理解上级作战意图。通过作战指挥系统，指挥员及其指挥机构都能够实时地掌握战场态势和各个作战单元的具体情况，从而及时、准确地做出正确的作战决策。在这种应用模式下，指挥员及其指挥机构可以获得与传统模式下更加有准确性、时效性的信息。在指挥员的指挥决策训练中，可以由上级通过主控计算机适时地调整战场态势，以起到让指挥员进行定下决心和临时决策的训练的效果，确实提高指挥员的决策能力。2.受训人员进行训练演练将VR技术广泛学习运用融合到我军作战人员的实战训练中，有助于不断创新作战组训手段，加大实战化训练的针对性。应用基于VR技术的模拟战场训练系统，够有效帮助各种受训人员轻松构建一种极为逼真的即时实战训练的模拟战场环境，受训人员通过实时模拟和使用模拟器在模拟战场训练系统中，不但可以完全、清晰地实时看到真实的实战训练情况和作战场景，而且还完全可以清晰地实时看到训练场景中所有的虚拟现实物体，通过实时模拟和使用模拟器对作战装备上的各类设备进行各种控制，从而可以轻松实现对各种作战训练人员的一种沉浸式实战训练，通过进一步优化训练以达到强化训练成效的作用。2014年，美军对外展示了“增强现实沙盘”系统REF_Ref15523\r\h[19]，该沙盘系统能够直观地真实反映出战场的真实地形和地貌，使作战人员能够置身于实地般深入认识和了解作战地形，明确在作战过程中自己所属的任务和协同事项。通过提前在虚拟场景中“预演”和“演练”可以为现实环境中“实战”降低失误率和死亡率REF_Ref15556\r\h[20]。1.对武器装备，和战法理论进行实验采用这种利用VR技术创建的虚拟战场，不但可以直接开展模拟作战训练，而且还能通过模拟出各种天气、气候条件下的场景来进行各种武器装备的性能试验。也可以组织演习对抗，对作战方案、作战理论进行相应的检验。4.战场工程设施设计2020年8月，美国陆军战斗能力发展司令部军队研究实验室研发了一套将VR用于日常工作的流程，将VR技术用于帮助科研人员分析大量数据或工程场景REF_Ref15657\r\h[21]。因此，我军也可以将VR技广泛地运用用于战场工程设施的设计和施工，用以提高工程师和维护人员的工作效率，其优势主要表现在几个方面：一是通过将真实战场的工程基础设施建设规划效果与真实环境相互叠加到虚拟战场中，以直接获得规划的效果；二是利用VR技术可实时展示和共享实物、模型、设计图纸等战场工程设施信息，利用了多通道人机自然交互技术，使得异地、多人之间可以进行实时互动，沟通交流各战场工程设施设计的思想与外观设计技术理念，改进各种大型战场建筑工程设施的整体结构和设计方案；三是虚拟战场系统可将战场工程设施模型以及各种可能的基础设施设计方案融合在一起，显示给战场工程设施设计的技术人员，战场工程设施设计的技术人员通过虚拟战场系统，不仅可以全面地