虚拟现实技术在远程教学导航中的应用研究

高崇阳++董世宝++吴双江

[摘 要]随着信息技术的不断发展，虚拟现实技术以其特有的优势己经在军事领域中得到广泛的应用本文将从虚拟现实技术的概念及特点出发，进一步探讨虚拟现实技术在军校教育训练中的具体应用。

[关键词]虚拟现实；军校教育训练；应用

中图分类号：TP68 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）30-0238-02

虚拟现实技术在军事上的使用越来越广泛，取得了巨大的军事和社会效益，它与网络、多媒体技术并称为21世纪最具应用前景的三大技术。

虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）是由高性能计算机系统创建的一种令人身临其境、获得与环境交互体验的虚拟世界的技术。它综合利用三维图形生成技术、多传感交互技术、多媒体技术、人工智能技术、人机接口技术以及高分辨显示技术等高新技术，融合视、听、触觉为一体，模仿现实的三维空间，通过对用户的控制行为做出动态的交互反应，生成三维逼真的虚拟环境，置身于由计算机创造的虚拟世界中。同时，用户在虚拟环境中进行多维信息的交互作用，建构新的构思和创意。

VR具有其它媒体不可比拟的真实性优势。将VR技术应用于计算机系统中，就形成VR系统，即虚拟现实系统。

一、虚拟现实的基本特征及类型

（一）VR技术的基本特征

1.沉浸性：VR技术利用人类视觉、听觉的生理、心理特点，让用户完全沉浸到虚拟世界中。

2.交互性：用户通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能，通过VR系统中的人机交互对虚拟环境中的对象进行操作。

3.多感知性：用户通过VR系统中视、听、触、动觉的传感以及反应装置，在虚拟环境中可获得多种感知。

（二）VR系统的类型

与VR的三大基本特征对应，目前VR系统主要有四种类型：

1.沉浸型VR系统：用户通过头盔式显示器、数据手套、数据衣等设备与虚拟环境进行交互。系统设备价格昂贵。

2.桌面型VR系统：用户通过普通的计算机系统与虚拟环境进行交互。系统结构简单、价格低廉，但缺乏真实的现实体验。

3.共享型VR系统：利用远程网络，多个用户同时参加一个虚拟空间，共同体验虚拟的系统。

4.增强现实型VR系统：一方面利用VR技术来模拟现实世界，一方面增强参与者对真实环境的感受，达到增强现实中无法感知的感受的目的。

二、虚拟现实的关键技术

（一）实物虚化

实物虚化是现实世界空间向多维信息化空间的一种映射，主要包括以下几方面：

1.基本模型构建技术。即虚拟环境的建立，它是应用计算机技术生成虚拟世界的基础。它获取实际三维环境的三维数据，在相应的3D虚拟世界中重构。

2.空间跟踪技术。通过头盔显示器、数据手套、数据衣等常用的交互设备上的空间传感器，确定用户的头、手、躯体或其他操作物在3D虚拟环境中的位置和方向。

3.声音跟踪技术。利用不同声源的声音到达某一特定地点的时间差、相位差、声压差等进行虚拟环境的声音跟踪。

4.视觉跟踪与视点感应技。使用从视频摄像机到X-Y平面阵列、周围光或者跟踪光在图像投影平面不同时刻和不同位置上的投影，计算被跟踪对象的位置和方向。

（二）虚物实化

虚物实化是指用户从虚拟环境中获取同真实环境中一样或相似的视觉、听觉、触觉等感官认知的关键技术。另外，用户能否在操纵虚拟物体的同时，感受到虚拟物体的反作用力，从而产生触觉感知，产生身临其境的感觉。

（三）高性能计算处理技术

主要技术包括数据转换和数据预处理下图形图像生成与显示；声音的合成与声音空间化；多维信息数据的融合、数据压缩以及数据库的生成；命令识别、语音识别，以及手势和人的面部表情信息的检测等在内的模式识别；云计算，以及高速、大规模的远程网络技术。

（四）智能技术

VR提供一个人与计算机的交互环境。需要借助于人工智能技术来获得人的各种动作、语言甚至表情变化中的信息。当前智能接口领域中正在研究的一系列相关问题。

三、虚拟现实在军校教育训练中的应用

目前，虚拟现实技术在军事领域的应用主要集中在虚拟战场环境、军事训练和武器系统设计与评估方面。

（一）虚拟战场环境

虚拟战场环境是利用虚拟现实软、硬件技术，将重要战场数据，如战场地形、战场场景、战场态势、战场人员、战场武器装备等进行处理，为使用者创造出几近真实的立体战场环境，从而模拟战场中出现的各种问题。从国外的发展现状来看，发达国家军队普遍将战场环境虚拟仿真纳入未來作战指挥系统的研究计划中，并作为核心实力来发展。利用虚拟现实技术、大数据和云计算等信息技术，构建一个通用的、协同的、智能的虚拟处理平台，科研充分利用和共享各种资源，实现大范围和广视角的战场环境模拟现实、场景的快速变换与渲染、战场地理环境的实时生成、作战行动的全程仿真，以及参训人员“目不可及”的环境分析与展示，带给参训人员一个超限时间、地点、资源、气候、政治等条件限制的“全景式”训练环境，满足虚拟环境对仿真真实性、稳定性和准确性的要求，使参训人员能够在近似逼真的环境条件下完成各类训练任务。

（二）虚拟实验室

利用VR技术建立的各种虚拟实验室，既有物理、化学等基础实验室，也有装备操作、作战指挥等专业实验室，拥有传统实验室难以比拟的优势，前景广阔：

（1）节省成本。创建这种虚拟环境的演示，可以摆脱真正实验室所需要的昂贵的设备，教学的效果基本接近真正的实验教学效果。在保证教学效果的前提下，极大的节省了成本。

（2）规避风险。真实的实验或操作往往会带来各种危险。学员在虚拟实验环境中，可以放心地去做各种危险的实验，可免除操作失误而造成意外伤害、事故。

（3）打破空间、时间的限制。从单兵装备到分队装备，从装备体系到装备内部构造，学员都可以进入装备的内部进行观察。可模拟演示武器装备、内部结构，打破空间的限制。

（三）虚拟教学服务平台

以网络为基础，以军事训练需求为背景，综合利用虚拟现实、大数据、云计算等各类技术，构建虚拟教学服务平台，实现单兵模拟训练、分队模拟训练、一体化模拟训练和心理训练等多种训练方式。

1.单兵模拟训练

基于虚拟现实的军事模拟训练最初是针对单兵操作武器装备的，因此，在单兵训练系统巾的应用也最为广泛和成熟。让学员戴上数据头盔显示器和数据手套，穿上数据服，通过操作传感装置选择不同的战场背景，输入不同的数据方案，体验不同的作战效果，进而像参加实战一样，锻炼和提高技战术水平、快速反应能力和心理承受力。美空军用虚拟现实技术研制的飞行训练模拟器，能产生视觉控制，能处理三维实时交互图形，且有图形以外的声音和触感，不但能以正常方式操纵和控制飞行器，还能处理虚拟现实中飞机以外的各种情况，如气球的威胁、导弹的发射轨迹等。

2.分队模拟训练

分队模拟训练系统把在战术分队的多个训练模拟器和仿真器连接起来，以当前的装备系统、配置、战术和原则为基础，通过局域网和广域网连接起来。这样的虚拟作战环境，可以使众多学员参与到作战模拟之中，而不受地域的限制，具有动态的、分布交互作用；可以进行战役理论和作战计划的检验，并预测军事行动和；作战计划的效果；可以评估武器系统的总体性能，启发新的作战思想。

3.一体化模拟训练

一体化训练是我军军事训练的发展方向。随着一体化训练实践探索的逐步深入，虚拟军事演练系统不可避免地要承担诸军兵种部队联合虚拟演练的任务，以适应一体化联合作战的需要。现在需研制虚拟军事演练系统，从军事总体和技术总体上设计了对诸军兵种部队作战能力的评估，根据诸军兵种联合演习的需求，进行升级完善和发展创新，完全可以适应一体化训练的新需求。

4.心理训练

心理训练就是运用心理学的原理，在特定的环境条件下（战场模拟环境）有目的、有计划地对军人的心理活动施加影响，培养军人在未来战争中所需要的心理素质。是受训者学会控制和调节自己、保持良好心理状态以及顺利完成各种作战任务的一种特殊的训练。

虚拟现实技术在军事上的应用，在很大程度上是由于训练模拟和作战模拟所提出的迫切需要而促成的。在心理训练过程中，无论是参训人员的心理训练、还是指挥员的心理训练，都迫切需要建立一个分布交互、人机和谐的心理训练的模拟环境。心理学研究表明，心理训练是一个复杂的过程。心理训练的有效性和科学性是必须考虑的重要问题。利用仿真技术经济、安全及可重复性等特点，进行虚拟战场环境下的训练，可以代替某些费时、费力、费钱的实兵实弹的训练或者根本无法重现的实战场面，从而获得可靠、明显的心理训练效果。

（四）虚拟图书馆

将所有的图书信息以数字化形式储存在虚拟图书馆中，军校的办公室、学员队、实验室等可通过网络连接到虚拟图书馆。教员和学员不仅可以通过网络访问虚拟图书馆中的电子杂志、电子图书、多媒体声像资料等图书馆的各文献数据库系统；还可以在线浏览或下载所需的电子资料，以及完成纸质图书的借阅、归还等事务。

近年来，虚拟现实技术已经成为信息领域中继多媒体技术、网络技术之后被广泛关注的技术之一，各国在虚拟现实的理论研究、系统開发、应用推广等方面都取得重大的进步，显示出其巨大的发展潜力和广阔的应用前景。为了应对未来战争中科技含量越来越高，综合性越来越强的局面，将虚拟现实运用于军校教学训练中不仅可以减少军队开发、训练成本，降低危险性，还可以大大提升训练、演习效果，这也让虚拟现实成为了仿真实战的重要手段。随着该技术的不断发展，它必然会在军事方面得到更加广泛的应用。

参考文献

[1] 刘建新，刘旺盛.虚拟现实技术在军事教育训练中的应用[M].长春：吉林人民出版社.2006.12：203～225.

[2] 张咏梅.虚拟现实技术在数字化校园中的应用[J].网络安全技术与应用.2013（3）：35～36.

作者简介

高崇阳（1980-），男，山东章丘，汉族，硕研，讲师，空军后勤信息化。