背景介紹：

虛擬技術(shù)是美國(guó)航空航天局與軍事部門(mén)為了模擬訓(xùn)練而開(kāi)發(fā)的，現(xiàn)在廣泛用于各兵種部隊(duì)的戰(zhàn)術(shù)研究、演習(xí)、模擬訓(xùn)練和培訓(xùn)等，戰(zhàn)斗實(shí)驗(yàn)室已成為數(shù)控戰(zhàn)士的戰(zhàn)場(chǎng)。“司令部軍事演習(xí)”也已成為一種軍事演習(xí)的重要形式，這類(lèi)演習(xí)可用于為未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)組織裝備、主導(dǎo)原則和綜合訓(xùn)練等決策提供參考數(shù)據(jù)。

隨著軍事科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行“網(wǎng)上論兵”，己經(jīng)成為許多國(guó)家軍隊(duì)訓(xùn)練的主要方式之一。在計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的支持下，虛擬現(xiàn)實(shí)模擬訓(xùn)練成為現(xiàn)階段軍事作戰(zhàn)模擬訓(xùn)練的一種主要方式。從上世紀(jì)90 年代初起，美國(guó)率先大量將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于軍事領(lǐng)域，世界很多國(guó)家也在將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)向軍事領(lǐng)域開(kāi)拓，以減少實(shí)戰(zhàn)中的人員、物資損失和節(jié)約訓(xùn)練經(jīng)費(fèi)。近年來(lái)，利用這種訓(xùn)練方式組織作戰(zhàn)訓(xùn)練，不僅極大地提高了訓(xùn)練效益，而且使軍隊(duì)在“酷似”實(shí)戰(zhàn)的環(huán)境中得到了鍛煉。

系統(tǒng)介紹：

針對(duì)軍隊(duì)對(duì)虛擬作戰(zhàn)訓(xùn)練的需求，上海科梁提出了一套基于商業(yè)貨架產(chǎn)品結(jié)合特殊需求定制化的虛擬現(xiàn)實(shí)解決方案。整個(gè)系統(tǒng)包含：監(jiān)控管理主機(jī)、中控系統(tǒng)、仿真計(jì)算單元、虛擬駕駛視景系統(tǒng)、無(wú)線定位系統(tǒng)、模擬駕駛艙系統(tǒng)及運(yùn)動(dòng)模擬控制系統(tǒng)。

仿真計(jì)算單元實(shí)時(shí)完成車(chē)輛的動(dòng)力學(xué)模型解算、虛擬場(chǎng)景交互演算，同時(shí)完成與虛擬駕駛視景系統(tǒng)、模擬駕駛艙系統(tǒng)、無(wú)線定位系統(tǒng)及運(yùn)動(dòng)模擬控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。虛擬駕駛視景系統(tǒng)主要完成三維動(dòng)畫(huà)場(chǎng)景的顯示及音效空間的還原，其中視景包含車(chē)外的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景及駕駛室的駕駛盤(pán)、儀表等的虛擬顯示，通過(guò)顯示器或數(shù)字頭盔實(shí)現(xiàn)，增加視覺(jué)及聽(tīng)覺(jué)的沉浸感。模擬駕駛艙系統(tǒng)用于模擬真實(shí)駕駛艙環(huán)境，一方面可布置真實(shí)表盤(pán)，另一方面可通過(guò)數(shù)據(jù)手套結(jié)合數(shù)字頭盔的成像與虛擬表盤(pán)實(shí)現(xiàn)交互，增加系統(tǒng)的柔性化配置。無(wú)線定位系統(tǒng)用于識(shí)別人體的肢體動(dòng)作，生成肢體的三維數(shù)據(jù)，用于為虛擬儀表操控提供圖形干涉數(shù)據(jù)，是實(shí)現(xiàn)虛擬駕駛的基礎(chǔ)。運(yùn)動(dòng)模擬控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)虛擬體感，通過(guò)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)展現(xiàn)真實(shí)駕駛過(guò)程中的身體受力情況，增加身體的沉浸感。

?

車(chē)輛外形包含主戰(zhàn)坦克、裝甲車(chē)、運(yùn)輸車(chē)等；
路面包括：泥地、雪地、沙地、公路、草地等；
天氣包括：全時(shí)段光照模擬、夜景、沙塵等；
作戰(zhàn)場(chǎng)景包括：城市、平原、丘陵、海灣等；
作戰(zhàn)聲效包括：炮彈射擊聲、擊毀爆炸聲、裝甲跳彈聲、建筑物倒塌聲、行駛過(guò)程中各種聲音；
作戰(zhàn)目標(biāo)包括：坦克群、目標(biāo)基地、建筑物等；
作戰(zhàn)效果包括：車(chē)輛擊毀、穿甲顯示、跳彈顯示、震動(dòng)視覺(jué)效果等。

關(guān)鍵技術(shù)：

虛擬現(xiàn)實(shí)是多種技術(shù)的綜合，包括實(shí)時(shí)三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，廣角（寬視野）立體顯示技術(shù)，對(duì)觀察者頭、眼和手的跟蹤技術(shù)，立體聲，以及觸覺(jué)/力覺(jué)反饋等。

? 實(shí)時(shí)三維計(jì)算機(jī)圖形

實(shí)時(shí)三維計(jì)算機(jī)圖形是利用計(jì)算機(jī)模型產(chǎn)生圖形圖像。通過(guò)構(gòu)建足夠準(zhǔn)確的三維模型，利用實(shí)時(shí)仿真環(huán)境，可以生成不同光照條件下各種物體的精確圖像。例如在坦克模擬系統(tǒng)中，利用實(shí)時(shí)仿真環(huán)境保證圖像的刷新速率及圖像質(zhì)量，模擬非常復(fù)雜的虛擬環(huán)境。

? 立體顯示技術(shù)

人看周?chē)氖澜鐣r(shí)，由于兩只眼睛的位置不同，得到的圖像略有不同，這些圖像在腦子里融合起來(lái)，就形成了一個(gè)關(guān)于周?chē)澜绲恼w景象，這個(gè)景象中包括了距離遠(yuǎn)近的信息。當(dāng)然，距離信息也可以通過(guò)其他方法獲得，例如眼睛焦距的遠(yuǎn)近、物體大小的比較等。

在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，雙目立體視覺(jué)起了很大作用。用戶(hù)的兩只眼睛看到的不同圖像是分別產(chǎn)生的，顯示在不同的顯示器上。有的系統(tǒng)采用單個(gè)顯示器，但用戶(hù)帶上特殊的眼鏡后，一只眼睛只能看到奇數(shù)幀圖像，另一只眼睛只能看到偶數(shù)幀圖像，奇、偶幀之間的不同也就是視差就產(chǎn)生了立體感。

? 用戶(hù)（頭、眼）的跟蹤

在人造環(huán)境中，每個(gè)物體相對(duì)于系統(tǒng)的坐標(biāo)系都有一個(gè)位置與姿態(tài)，而用戶(hù)也是如此。用戶(hù)看到的景象是由用戶(hù)的位置和頭（眼）的方向來(lái)確定的。

跟蹤頭部運(yùn)動(dòng)的虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔：在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)中，視場(chǎng)的改變是通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，用戶(hù)的視覺(jué)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)感知系統(tǒng)是分離的，而利用頭部跟蹤來(lái)改變圖像的視角，用戶(hù)的視覺(jué)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)感知系統(tǒng)之間就可以聯(lián)系起來(lái)，感覺(jué)更逼真。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，用戶(hù)不僅可以通過(guò)雙目立體視覺(jué)去認(rèn)識(shí)環(huán)境，而且可以通過(guò)頭部的運(yùn)動(dòng)去觀察環(huán)境。

? 聲音

人能夠很好地判定聲源的方向。在水平方向上，我們靠聲音的相位差及強(qiáng)度的差別來(lái)確定聲音的方向，因?yàn)槁曇舻竭_(dá)兩只耳朵的時(shí)間或距離有所不同。常見(jiàn)的立體聲效果就是靠左右耳聽(tīng)到在不同位置錄制的不同聲音來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以會(huì)有一種方向感?，F(xiàn)實(shí)生活里，當(dāng)頭部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，聽(tīng)到的聲音的方向就會(huì)改變。通過(guò)環(huán)繞立體音響系統(tǒng)協(xié)同頭部動(dòng)作識(shí)別系統(tǒng)建立真實(shí)的立體聲效果。

? 感覺(jué)反饋

在一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，用戶(hù)可以看到一個(gè)虛擬的杯子。你可以設(shè)法去抓住它，但是你的手沒(méi)有真正接觸杯子的感覺(jué)，并有可能穿過(guò)虛擬杯子的“表面”，而這在現(xiàn)實(shí)生活中是不可能的。解決這一問(wèn)題的常用裝置是通過(guò)帶振動(dòng)的觸點(diǎn)的數(shù)據(jù)手套來(lái)模擬觸覺(jué)。通過(guò)無(wú)線定位系統(tǒng)確定人體以及手的位置（空間坐標(biāo)），通過(guò)與虛擬現(xiàn)實(shí)中的場(chǎng)景進(jìn)行干涉判斷是否與場(chǎng)景物體接觸，接觸的觸感通過(guò)振動(dòng)的觸點(diǎn)控制，實(shí)現(xiàn)與虛擬場(chǎng)景的真實(shí)融合。

作戰(zhàn)視覺(jué)效果：

應(yīng)用領(lǐng)域：

該系統(tǒng)可應(yīng)用于飛機(jī)、汽車(chē)、艦船等領(lǐng)域，通過(guò)模擬多類(lèi)環(huán)境，逼真的呈現(xiàn)駕駛過(guò)程中的各類(lèi)環(huán)境工況，幫助用戶(hù)實(shí)現(xiàn)乘員的適應(yīng)性模擬訓(xùn)練，減少訓(xùn)練成本。