虚拟现实技术在未来模块化单兵装备中的应用

摘 要：针对单兵装备在现实的战场中缺少全方位的效能评估和系统化的验证计算的实际情况，本文基于虚拟现实体验，采用模块化选择装备的方式，以一种在虚拟现实中仿真模拟的方式，通过将传感器技术、多媒体技术、数字图像处理器、計算机图形学等多个信息技术分支进行融合，营造逼真的虚拟战场，从而对单兵装备的选择进行效能评估，选择最佳作战装备，提高单兵作战的杀伤力、持久力、忍耐力和生存能力，从而提高整个部队的战斗力，为我国的军事化发展领域提供一种新的计算方法。

关键词：虚拟现实体验；单兵装备；效能评估；系统设计

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2018）05-0089-03

Application of Virtual Reality Technology in Future Modular Soldier Equipment

YUAN Shasha1，SHAO Yu2

（1.School of Arts and Media，Xi’an Technological University，Xi’an 710032，China；

2.School of Optoelectronic Engineering，Xi’an Technological University，Xi’an 710032，China）

Abstract：There is a lack of comprehensive effectiveness evaluation and systematic verification and calculation in the battlefield of single soldier equipment. Based on virtual reality experience，adopting the modular method of equipment selection，with a whole true in virtual reality simulation，through the sensor technology，multimedia technology，digital image processor，the branch of computer graphics，and other information technology integration，create a lifelike virtual battlefield，and the choice of individual equipment effectiveness evaluation，choose the best combat equipment，improve individual soldiers，endurance，endurance and viability，so as to improve the combat effectiveness of the whole army，China"s military development areas to provide a new method to calculate.

Keywords：virtual reality experience；single soldier equipment；effectiveness evaluation；system design

0 引 言

随着现代高科技的不断发展，世界上很多国家为了抢占“先机”以应对军事战争，都在研究制定单兵作战装备的发展计划，抢占军事高科技的制高点。

未来信息化战场将以多种方式呈现，而虚拟现实技术作为20世纪末以来的一门新型的综合信息技术，它通过将传感器技术、多媒体信息技术、计算机技术、数字图像处理技术等融合在一起，创建了虚拟世界的计算机仿真系统。虚拟现实技术作为仿真技术的一个重要方向，将其应用到军事化的单兵装备中，具有较高的挑战性。同时士兵可通过虚拟现实系统，置身于虚拟化的战场中，在复杂多变的虚拟战场环境中提高他们的战斗意识和作战素养，为提升先进信息化作战打好坚实的基础。

过去人们只能通过鼠标、键盘、计算机等获得单维数字化信息去加深对事物的认知，现在人们能够通过多种传感器、三维化信息技术沉浸在计算机营造的虚拟环境中，从而便捷体验新的事物。虚拟现实技术对多个研究领域起到了一定的影响作用，因此利用虚拟现实技术在突发的战场环境下，对单兵装备进行效能评估，选择最佳作战装备比传统方式更为有效。

1 虚拟现实系统设计中的关键问题

虚拟现实技术在单兵作战装备设计上的应用开创了新思路，要使单兵装备达到最佳评估效能，该系统必须近似战场训练环境，最大限度地贴近高技术战场，这是评估单兵装备性能的重要的条件之一。为实现模块化的单兵装备效能评估平台，虚拟现实系统首先要提供各种满足实验研究的战场对抗环境，结合生物反馈测试仪、心率表，心、肺功能测量仪、肌电扫描仪等各种仿生物理学、生物力学的测试仪器，结合数字化媒体检验出单兵作战的实际效能，从而为模块化单兵智能装备的研制和训练提供一个崭新的训练环境。

虚拟现实系统将光、电、声、像等物理手段结合起来，充分展示未来联合作战的“高技术性”。地形则是战斗的客观因素，战争的地形是决定装备有效性的重要因素，为了使训练士兵能够高效、熟练地使用所携带的各种装备，提升战斗中的杀伤力、忍耐力、生存能力，虚拟系统作战场景能够创造逼真的战场地形，可营造出一种更加接近真实战场环境的氛围，给予参加训练的战士们以更加真实的体验。虚拟现实系统的实现优化了各种战场特效的设计。军事专家认为，现实的战场中可能会有强烈的闪光、猛烈的爆炸声、弥漫的滚滚硝烟、熊熊燃烧的烈火、震耳欲聋的飞机和坦克轰鸣声、断壁残垣，大楼废墟、人烟罕至的沙漠戈壁和地形复杂的巷子，战场环境极其复杂，利用数字化计算机与现代化仿真模拟技术模拟这些场景和人员伤亡等情景，这些都可以使参加训练的人员能够真实确切地感受到战场上随时可能出现的各种刺激因素给感官所带来的各种冲击体验，训练增强他们的心理承受能力和随机应变的重要素能，如图1所示。

虚拟系统作战模拟分系统是系统的一个子系统，计算机系统生成的兵力模块能提供一个真实的作战氛围，给参加测试的人员一种身临其境的作战体验。系统作战模块建立并灵活设置虚拟的敌人，使测试训练的过程真正像实体作战那样“打”起来、“抗”起来，在无限接近实战的对抗中运用策略和方案，分出胜负。

2 模块化单兵装备的配备过程

虚拟现实技术在我国起步较晚，将其应用到军事领域是现代高科技的一项突破。在国内，通常将基于虚拟现实的仿真系统中心放于实体作战设备如坦克、飞机、导弹上。然而在军事战争演示中，通过对单兵装备进行模块化划分，并通过虚拟现实对装备进行综合效能评估，整体采用现实加仿真的模拟手段，以数字化和物理混合的方式，以人为中心，以模块化的智能穿戴为参试，以人机交互接口的虚拟仿真战场系统作为平台，以数字化、生物、物理设备为重要的测算设备，检测单兵装备在通过最佳模块化选择的状态下最佳的效能评估，在此期间任何装备选择得不合理都要做出相应的反馈，并协调各个装备之间的关系和技术指标，而后检验此方案的技术指标，最终达到对单兵最少的附着力，对敌人最大的杀伤力效果，在此期间要科学地评判装备设计和系统负荷，有效地评估方案的合理性和可行性，系统设计整体结构如图2所示。

整个过程需建模和仿真并验证全过程，虚拟现实技术既能加快单兵装备的研制过程又能有效地评估其装备的合理效能。根据单兵具有“高度集成化特点”来建立虚拟仿真系统，在虚拟设计平台可对单兵战士进行合理的设计和技能管理。将士兵执行任务时所需要的装备（携行、穿戴、药物、作战装备）进行合理划分，简称个体防护装备，设计数字化的装备产品，以此来验证在虚拟仿真的环境下单兵可能需要的作战武器和装备，来提高战士的作战能力。由小的分支构成大的系统，对系统的各个分支系统和部件进行全面的升级和管理，检验其是否合格，是否最佳，从而实现对整个装备的最佳状态进行总体的评价。

通过对真实战场进行分析，如平原、山区、盆地等，虚拟现实技术会对真实场景进行全真模拟，建立一种逼真的战场环境，包括不同地区的地理条件。对敌方的工作台，敌方可能会突袭的地点，实施火力压制，建立三维战场模型并对其进行随机划分，计算机系统根据各项关键数据随机生成相应的战场，单兵通过数字化多媒体技术参与到逼真的、近似战场的虚拟战场中，营造亲临战场的感觉。单兵融入到不同的战场中，在面对敌方的袭击时，要做出相应的反应，包括装备的智能化选择，采取不同的举动来进行装备编排，采用先进的六自由度三维定位仪，将单兵嵌入虚拟的战场环境中，并且对敌兵和我军任務姿态进行采集，记录场景的模拟过程，并且将单兵对装备的选择和对各种状况的应对反应等进行同步的记录，在这个模拟过程结束后重现整个过程，保存相关数据。以此作为判断单兵在应对不同袭击下选择的装备性能的优良，并分析最佳的搭配方式。

3 现实效能评估与设计装备改进

采用虚拟现实技术可以营造出任何危险状况和突发事件，对其进行仿真模拟，有利于对装备进行设计改造、升级，重点发展单兵装备体系，减少人员伤亡，增强武器的杀伤力，提高智能装备的攻击效能。

美国是最早将虚拟现实技术应用到单兵装备设计中的国家，Natick士兵中心的设计小组根据各种设计和各类分析研究，针对未来战士作战系统进行建模、仿真和分析，提高了士兵装备的性能。国内要使士兵战斗达到最佳状态，必须对装备进行模块化的划分，如头盔、穿着、随身携带的武器等，对这些装备进行最佳地分配组合。

基于虚拟现实技术选择的最佳作战武器，整个系统由一个主演示计算机组和对台的参演计算机共同组成，主机和参机相互互动相应，图像工作站A处理人机交互接口，跑台控制和采集人体姿态，参考单兵和虚拟环境的交互数据参数，包括单兵在执行任务时映像出的数据，人机交互接口模块负责人负责处理单兵在执行任务时肢体数据的对接，图像工作站B负责处理数据中转服务器，控制射击、计算毁损、模拟敌军生成，所有生成的数据必须和图像工作站A保持一致，如图3所示。

参演计算机为从属部分，在整个系统中执行虚拟场景数据的接收，以及虚拟场景的同步显示，人机交互接口和交互数据传输等执行具体任务，在数据初始化时需要与主机建立连接，在执行参算数据时，该模块负责人可通过键盘、鼠标和系统直接达成交互互动，且与主机输出数据保持一致。

4 结 论

虚拟现实技术的应用为军事化中单兵作战武器的效能评估提供了新的手段，目前虚拟现实技术在我国发展迅速，作为未来检测单兵装备性能的必备科技，通过虚拟现实技术的综合效能评估平台能够为战士们选择最佳装备的搭配方式，激烈的虚拟战场为验证装备的整体效能提供了可能，这将提高单兵的作战能力和整体部队的战斗力。虽然还有很多技术问题还需要解决，但该技术具有广阔的应用场景，其必将对我国“未来战士”的研究和实践产生深远的影响。

参考文献：

[1] 张宗佩，刘静.三维虚拟战场环境符号的视觉变量研究 [J].测绘与空间地理信息，2014（9）：7-9.

[2] 余月，龚光红，丁莹.分布式虚拟战场环境管理器的设计与实现 [J].中国体视学与图像分析，2009（2）：197-201.

[3] Eric Braddom.可穿戴式技术：机遇与挑战无处不在 [J].中国电子商情（基础电子），2014（Z1）：41-42.

[4] 新华网.英国计划用先进可穿戴感知系统装备军队[EB/OL].[2016-09-23].http：///mil/2016-09/23/c_1119613230.htm.

[5] 苗昊春，杨栓虎.精确制导技术应用丛书：智能化弹药 [M].北京：国防工业出版社，2014.

[6] 卢忠花，王卿璞，等.柔性可穿戴电子的新进展 [J].微纳电子技术，2014，51（11）：685-691+701.

[7] 王爽英，蒲小平，等.在反坦克导弹武器操控系统设计中广泛应用人因工程学理论 [J].弹箭与制导学报，2016，36（5）：14-16.

[8] 邓威，张德彬.智能可穿戴设备军事应用与发展趋势 [J].国防科技，2016，37（1）：57-60.

作者简介：原沙沙（1994-），女，汉族，山西晋城人，产品设计专业，硕士。研究方向：兵器美学与复杂产品研究。

推荐访问:虚拟现实 模块化 装备 在未来 技术