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探析軍事仿真與虛擬現實

2012-11-16 14:42:23

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本文對虛擬現實和可視仿真在軍用和商用領域的前景作了預測,對仿真可視系統的潛力和技術作了進一步探討。文中詳細論述了仿真界目前的現狀、軍用仿真技術的進展、仿真市場的變化、仿真器件的應用開發等問題。

1  尋求平衡

當今,激動人心的技術進步為軍隊提供了一個令人鼓舞的前景。軍隊在和平時期的主要作用是訓練士兵,提高他們的作戰能力,保持所要求的競技水平。隨著作戰平臺和武器對高技術的更大依賴,仿真技術的應用前景也更加看好。這是一個由技術引導的市場,但這個由軍隊推動的市場還必須在與工業推動的技術之間找到平衡。

在任何一個需求與技術共同增長的市場,工業界都可能沿用過去的習慣,而不是按未來的可能性來看待這些機遇。這些技術沒有歷史上的先例,因為它們主要的發展領域是計算、聯網和可視系統。

各仿真技術公司應該開辟的市場是技術使軍隊的訓練能力有所增長,使操作訓練更加方便。未來最大的潛力可能存在于那些尚未使用模擬訓練設備或設備或保持較新的領域。在這些領域,習慣上還把真實設備用于訓練。而今天的仿真技術拋棄了用真實武器訓練的方法,并能用模擬的環境進行實際訓練。

經費和環境的限制迫使軍隊改變思路,但軍隊對仿真技術及其潛在優勢的認識比起我們的期望還差得很遠。部份原因是當今軍隊的高級將領們從未用仿真器的現代標準接受訓練。

人們對老一代仿真器曾許諾太多,又常常不能兌現,這引起一代軍界領導的批評,說他們看到的是對仿真技術的過度吹噓,他們經常看到的不是在模擬的和真實的設備上進行預期的混合訓練,而是除了繼續使用真實設備外別無選擇。這種情況只能慢慢來克服。用長遠的眼光看,未來還是令人鼓舞的,因為技術在不斷進步而且有希望的一代年輕軍人正在成長,他們伴隨計算機游戲一起長大,希望仿真訓練成為軍人生活的必要內容。當這一代人成長為軍官時,這個愿望一定能夠實現。

1.1 目前仿真界狀況

雖然軍事仿真世界是潛在的大市場之一,但目前的情況還是不太景氣。起主要作用的因素有以下三個:

第一,對仿真優勢的認識落后于期望值。各軍種中懂得現代仿真技術及其潛力的專業訓練人員不足,因此,仿真自身對軍隊用戶的說服力通常是基于過去的能力,而不是未來的能力。主管部門只能小心謹慎地提出應該減少戰艦、飛機和AFV的訓練活動,應該用模擬的設備作部分替代。最終,因技術和能力的快速發展,費效比分析更加困難。

第二,軍費削減和未來威脅的不確定性使軍事訓練市場產生一股隋性。許多指揮人員不清楚應該針對哪種威脅來訓練。他們寧可用傳統威脅來訓練,也不愿去尋找花樣更多的訓練方法。同時,政府也在追求和平紅利。應該說,缺乏清晰的威脅對仿真是有利的,因為它的訓練能力是針對世界范圍的各種各樣的情況。要求他們對軍事訓練的態度發生改變還需要相當長一段時間,雖然壓力已經接踵而至。

第三,在一些國家,對仿真與在使用中的真實武器比較,人們仍持懷疑態度。仿真技術某些顯而易見的復雜性可能會引起一些技術上或維修上的困難。一些主要武器系統的主承包商會在這些困難上做文章,以便有利于他們銷售更多的設備。仿真設備制造商有責任增加更多的用戶友好界面,盡可能地減少專門維修。還應指出,使用配合訓練用的程序,減少磨損和事故,延長主要設備的壽命,對模擬設備和真實設備都有好處。

1.2 前景

同樣,有三個重大變化的跡象。仿真的傳統用戶已經用它對其作戰人員進行復雜設備(如艦船、飛機、AFV及其武器)訓練。但是,其他軍事系統日益增長的復雜性已經導致更多的設備需要仿真技術來訓練。這種趨勢將持續下去。

環境和經費的壓力使一些重要的軍事演習再也不可能像過去那樣進行了,至少,有效地進行訓練要困難多了。因此,為了提高訓練和軍事演習的復雜性和水平,把模擬設備聯成網絡,不僅它們互相連接,而且與真實設備連接,這樣做很有意義。現在仿真能夠對多數設備和情景進行費效合理的訓練,范圍從例行訓練到最復雜的訓練,包括兩軍作戰態勢。不僅訓練士兵,也訓練指揮官。

最終,人們會逐漸接受這一認識,即仿真不僅用來訓練作戰人員和指揮官,還可用于威脅評估、戰術和對抗措施研究。正如研究和戰術分析那樣,用仿真進行維修訓練也變得日益重要。

總之,工業界仍須使軍事部門確信,全心全意采用仿真技術在將來會受益無窮。這個長遠的未來對工業界有利,但涉及目前的主要設備和軍方對訓練的態度而言,還必須克服一些短期障礙。該技術從邏輯上講是行得通的,在未來訓練中其費效比的優勢也不可否認。重點強調的還是計劃周密的成套訓練設備。把最好的訓練部件綜合起來,既有模擬設備,也有真實設備。

1.3 仿真現狀

現有的技術能力表明仿真作為有價值的訓練設備使投資得到極大的回報。比較一下現場演習訓練的花費和發射昂貴的導彈及其他武器等更難以接受的花費,仿真器是保持作戰效率的最可行的選擇。一架Chinook直升飛機作業一小時的花費估計是7500美元,而仿真器提供的同樣過程其花費不到200美元。使用仿真器節省的錢遠遠超過軍用硬件的操作費用。仿真還允許各軍種進行那些因安全或環境原因所禁止的訓練。

至于步兵訓練,不可能在現有技術水平的虛擬仿真上進行,唯一的訓練方法是在野外。但是另一方面,按照武器效果仿真概念,用硬件動作仿真提供了費效合理的解決辦法,因為直接發射各種火炮都是用激光和無線電技術解決的。這樣的系統能夠提供整編集團軍訓練,并能與坦克、反坦克和飛機訓練模擬器綜合。

由于三軍共同致力于一個綜合的訓練原則(使所投資金能夠用仿真器代替真實武器的現場訓練),這種潛在能力已經全部實現。這提醒我們,防御預算中許多傳統訓練的經費將自然而然地發生改變,而仿真器在整個訓練預算中的份額會日益增長。訓練設備預算的前提正在改變,重心正逐步轉向合成環境和仿真。

1.4訓練系統的進展

當我們還不可能準確預測在研究期間將出現的明顯的技術進展的時候,已有一些現象表明了可能發展的方向。可以肯定即將出現極大的技術進步,但是,應用這些高新技術卻不必更換仿真和訓練設備行業生產的主要產品的形式。最可能出現的趨勢是持續發展微型化、小型化產品,這將使產品的類型發生改變。目前仿真行業內主要強調的是生產原尺寸的、動作類型齊全的仿真器,用移動式平臺、高級可視系統與之配套,盡可能地逼真。雖然這種價格昂貴的仿真器還在繼續生產,但其生產重心可能會逐步轉向更小型、更簡單、隨處一插電源就能使用的設備。許多在目前要用大型的昂貴的仿真器才能達到的訓練要求將用不太復雜、便宜得多的訓練設備也完全能達到。只是近期一段時間內這一事實還未得到認同。更小更簡單的系統將取代仿真器和訓練設備日益提高的真實感。這些小系統的設計精確適配整個訓練要求的一個或幾個方面。然而,對仿真器仍有一個極重要的要求,即保持高度的真實感。大量的研究和設計工作都投入到這方面,任務演練仿真器就是一個恰當的例證。與此相比,仿真器和訓練設備將大量增加,其真實感將被簡化而不是增強。

日后的重心將逐步放在單項任務訓練器和仿真器上。當前的趨勢是增加PC機完成訓練過程的應用范圍,這些過程以前由大型的復雜的設備來完成。這種趨勢將繼續發展,直到PC機對各種水平的受訓者來說像筆記本一樣熟悉。并不是所有的PC機都用作基于計算機的訓練。有的用來驅動生成技術的系統,其技術范圍從空中交通管制到射擊術,從通信到維修過程。

隨著越來越多的訓練系統和仿真器在遠離訓練中心的各地使用,訓練和仿真設備行業的分布也相當廣大。日益增強的聯網技術的應用將為相距遙遠的各集團公司提供交互和協作的便利。有些跡象表明,正在研制的仿真和訓練設備將采用最近兩項基于PC的革新方案,即飛行仿真中的飛行座艙管理和操作過程訓練器以及空中作戰訓練器。這兩種模塊化訓練系統都使用一種簡化的、靜態的仿制座艙訓練臺,配上簡單的可視系統,都是價格低廉的設備,可用于部隊級的就地訓練。兩種訓練系統都用PC機驅動,都可聯網以發揮其潛力。當然,關鍵的因素是低價,但這恰恰又是某些作采購決策的權威們所難以接受的,他們肯定會認為既然價格不貴,東西肯定不好。但是現在,甚至將來,沒有一個歐洲國家能買得起太多的大家伙,除非那些又貴又復雜的全任務型仿真機有明確的價格優惠。

1.5 市場機遇

新技術為克服經濟、環境、人口、保密等方面的局限性提供了解決辦法。同時,仿真器訓練把重點放在單項技術訓練上,如飛行員飛行訓練。應用通信和計算機技術實現團體訓練演習是有可能的,這將為仿真行業的未來展開新的前景。團體訓練是一個誘人的提議,是用戶們提出來的。將來用戶們可用它進行大量訓練,而在以前只能動用實際兵力進行實況演習。模擬訓練將取代實況演習,即使不比實況演習質量更好,至少與之相等,因為模擬訓練的靈活性、易改性和記錄功能使之可以留下大量資料供分析,而這一點在實況演習中是不容易做到的。因此,國防工業有理由期望軍隊花大量錢來最大限度地用仿真器進行室內訓練。

過去,把仿真器與武器平臺或武器綜合起來是很困難的,因為有物理的局限和系統完整性限制。隨著技術的進步和發展,機會再次到來。把仿真綜合或附加到真實武器上,可減少對專用單獨訓練系統的投資。在真實武器平臺上或設備上應用仿真技術的設想一定會受到用戶的歡迎,因為用戶的角度是要求最大限度地訓練逼真度。也會受到政治家們的歡迎,他們的角度是要求最低限度的投資,最低限度的花銷。

最后要指出的是,可讓軍隊通過廣泛使用計算機模擬和仿真來評估用以對抗可察覺的世界威脅的未來武器的設計。這種計算機模擬仿真目前是用合成環境概念開發的。合成環境給軍隊的作戰要求和采購過程的完善管理帶來希望。按照計算機模擬的層次,可估計新的設計方案,針對已知的威脅和可能的威脅作出最佳的、取勝的決策,這些特點將被設計在未來的幾代武器中。這也使軍隊購買的武器設備在投入使用前便充分地得到了性能評估。一旦投入使用,合成環境能夠廣泛地用來維持武器設備的效果。這是一個新概念,它引起更多面臨防御問題的國家越來越大的興趣。

1.6 技術

仿真產品及系統在一個公司內的層層合同中有數量極大的重復工程。這些重復是否在各種情況下都有必要很值得懷疑。如果認識到一個生產方案在競爭中的地位,為了保持其技術和產品在競爭中的優勢而打算提高其技術水平,這些重復工程能否出現增長極限就更值得懷疑。市場銷售必然是設計和維持生產計劃的主要動力,制定的生產計劃必須全面支持各項目負責單位,以便其所有權能被各有關方面所接受。

各公司提倡的改進生產策略可能是實現重大項目原則的基礎,這要基于綜合后勤支援(ILS)和全面質量管理的原則,而且要認識到項目在設計、生產及客戶/產品支持階段的運行所增加的潛在價值。如果實施不同策略,其中多數通過改進、維護和支持將成為公司的堅實基礎。訓練合同(例如全面訓練)鑒于受國防部競爭性政策而可能出現的采購變化,對該基礎的技術支持的保護,這似乎特別重要。并行工程原理的應用受到大力推薦。這些原理用于公司的工作實踐,能夠很快獲得新的市場概念,滿足經營戰略的需要,保護和發展事業。

1.7 新技術通常是經濟效益和產品演變的基礎

我們的注意力應該集中在加強軟件工具,降低產品設計費用,提高軟件設計效率,以便專家系統的能力在今后有著潛在的競爭優勢。

正在開發之中的技術,即日益增長的仿真和相關處理器數據庫技術可能會直接用于產品(FTD)。這一設想引起廣大工業界的興趣,它可以在分析性能和預見其結果的基礎上設計各種各樣的設備。一個被稱為MATE(多飛機訓練環境)ESPRIT計劃就是要建造一個教練器來證實這個設想。這類技術有極大的應用市場,并有可能提高對仿真市場各方面產品的鑒別力。

幾年以后,某個公司可能會取得多種尚未投入商業應用的技術。市場應該認識到這種潛藏的資源,并決定是否開發它來增加其競爭優勢,或讓其他公司買下該技術用于它自己的市場,用獲得的專利費為正在進行之中的核心技術開發提供資金。豐厚的專利權稅可望在難以正常打進的市場中開拓該項技術而獲得。

2  虛擬現實

虛擬現實技術將迅速成為二十一世紀的訓練工具,但究竟什么是虛擬現實技術?

在一個想象的世界中,實際上任何東西都是可以虛擬的。換句話說,在并不存在于現實世界的虛擬環境中,你可以做任何事情。計算機生成的情景各不相同,從繞木星飛行的衛星、土星光環、虛構的奇幻游戲、直到現實環境中難以出現(除非偶然)的危急情況或作戰環境訓練都可實現。

但到底什么是虛擬現實?這是一個類似于一根皮筋有多長的問題。詞典上對虛擬一詞的解釋是某事物不是真實的,但出于某種目的可以認為它是真的。這倒是一個絕好的解釋,但它的實際意義到底是什么?

是計算機圖形?某些人認為,虛擬現實(VR)不過是可識別物體或者情景的計算機圖形顯示而已。特別是在三維圖形模擬中可用鼠標或操縱桿之類普通計算機外圍設備從不同角度觀看時尤其如此。

是某種控制器?有人認為虛擬現實就是戴上一頂控制頭盔(究竟是什么頭盔),完全投入到一個計算機控制的空間(這空間在哪里)

是校準?有人認為虛擬現實是從校準顯示系統看出去的視界。校準一詞來自共線的,意指并行線。在光學中,光的并行射線來自無窮,因此,校準一詞從嚴格意義上講是指無限遠聚焦。

是觸覺傳感器?有人認為虛擬現實是指觸覺仿真及可視系統。上方照片中(照片略)出示的是一只儀器化手套。掌上和指上有傳感器,它的位置顯示在右方屏幕上,該處還顯示出該手正握著并在使用一個并不存在的扳手。該扳手由計算機的圖像生成系統產生,僅在仿真(虛擬)環境中顯現。

除了用于游戲和娛樂(外科手術也可能對此感興趣)之外,用于操縱非現實形體可能還有疑問。但是其原理可以用到實際演習中,這些演習可以用在真實環境中(諸如工程設計和建模)幫助人們熟悉技能和進行訓練。

是現實的模擬?另外一些人認為,VR簡直就是對真實環境中事件的成功模仿。例如,許多年來,經驗豐富的飛行員能夠從駕駛一種飛機轉換到駕駛另一種飛機,完全是靠高度規范并嚴格校準的飛行模擬器。這些模擬器是美國聯邦航空局D(其他國家同類級)全飛行模擬器,每臺價值1500萬美元,比實際飛行訓練便宜。也就是說,在一長時期內訓練一架真實747大型客機的費用是仿真訓練的40倍。當你下一次在某航線上飛行時,你的副駕駛員已經可以駕駛飛機作第一次獨自飛行。這就是對VR技術的開發利用。任何玩過這種設備的人都會表示贊同說,這就是虛擬現實。

2.1 用于娛樂

設計有活動平臺和可視系統的飛行仿真器用在許多娛樂活動中。大量消費者立刻就可經歷變化無窮的真實活動和可視情景的感受,這些情景一般都存儲在激光盤或膠片中。這些娛樂節目有激流漂筏、高速汽艇、高獎賽馬、從航母彈射器發射炮彈,飛行特技表演、駕鐵道滑行車、太空飛行、騎車環游土星光環、進入地下世界,等等。

2.2 VR詮釋

上述對VR的解釋那一種是正確的?我認為全都正確。英語是一種生動的語言,對VR強調任何精確解釋都是狹隘的,不符合它已經廣泛流行應用的情況。

確切地說,虛擬環境是一個人工生成的世界,由人工的景物充斥其中,觀察者可通過仿真或計算機技術來使用、控制、或深入到該環境之中。當然,他們最好能了解一些有關原理,因為這很容易產生錯誤看法,特別是那些對VR一詞死鉆牛角尖的PR代理們經常認識有誤或對其基本原理知之甚少。本文這樣三言兩語不可能說清VR的各個方面及構成VR的各要素,諸如圖像生成、可視顯示鏡片、運動系統等,把這些加在一起才顯現了對現實的模擬。要想更好地了解市場上各種仿真系統的要點、圖解和細節,請見簡氏仿真訓練系統和其他這方面論題的出版物。

2.3 控制頭盔和頭盔顯示器

顯而易見,可用計算機圖形技術生成各種各樣的可視情景。我們每天都能從電視機上看到精湛的圖形例子。正如我們所見,儀器化手套可以用來進行輔助操作,但怎樣才能把圖像呈現給操作者呢?虛擬現實系統通常的做法是要求操作者戴個什么東西在頭上,也就是一個頭盔顯示(HMD)系統,有時叫它控制頭盔或相當這一類的想象名稱,但HMD這個詞比較好。HMD的價格按其復雜程度從500美元至100萬美元不等。它們用光柵掃描線(像電視屏幕一樣)產生圖像,其線數從基本系統的200線以下至最昂貴的2000線不等。其重量從40克至數公斤。多數頭盔產生彩色顯示,少數是單色。有些頭盔使雙眼看到相同的圖像,而有的產生兩眼各不相同的圖像。這樣,兩個圖像生成通道都可以用起來,產生出真正的立體圖像。

2.4 對三維跟蹤器的需求

這種HMD能對兩眼各產生一種圖像。但由于操作者的頭是活動的,只好告訴圖像生成計算機產生適合頭部轉向不同角度時的情景。除了一些最基本的系統不隨操作者頭部轉動而變換圖像外,其余都要求有三維的頭部跟蹤系統。一般來說,跟蹤傳感器包含一個在小接收器模塊內的三組合電子線圈,安裝在一個立方體罩殼內。該傳感器定位于要跟蹤的物體。

這些傳感器都是無源的,不用外加電壓。一個較大的發送器模塊緊靠旁邊,它內含的三個線圈以正確的角度相交,向三維方向發射磁場。磁場的方向形成量測的參考體系。這種跟蹤器還有其他用途,比如裝在儀器化手套中,以便系統計算機知道操作者的手在三維坐標中的位置。操作者的身體上也可安置幾個傳感器,從肢體和驅干的活動中可獲得更完整的數據,以此作為人體因素研究,也可應用于舞蹈或其他活動的動作研究。

2.5 水平校準或遠距離聚焦

在光學系統中,出現在觀察者面前的物體的焦距可用透鏡和曲光鏡之類部件調節。在仿真市場的顯示系統中,水平校準是指遠距離聚焦,焦距通常在10—100米之間,按應用要求而定。在視距內的圖像除顯示面的圖像以外叫做虛擬圖像。產生遠距離聚焦有一個常見而且比較便宜的方法,就是使用透鏡和曲光鏡。

這些東西可以同全尺寸TV監視屏一起使用。或者把它們小型化,將其小型化的CRT或液晶顯示(LCD)安裝在早期的頭盔顯示系統內。顯示屏離觀察者的眼睛相當近,而虛擬圖像則處在所要求的距離,10米、100米,如果需要的話,可無限遠。無疑,無限遠會引起混亂(這當然能做到,但它是一種光學誤差)

2.6 并排的駕駛座艙

仿真中非校準系統的情景誤差是很關鍵的。仿真中兩個駕駛員并排就坐,而兩個分離較遠的兩眼視點則必須能夠同步。

出于這個原因,以及強調的遠距離聚焦的現實,平行校準是鑒定飛行模擬器是否達到更高的民用管理級別(如美國FAAC級和D)的一項要求。 

遠距離聚焦的優點是,當在一個按原尺寸復制的駕駛艙且有一個大的平行校正顯示器情況下,使用遠距離聚焦時,觀察者的頭部和眼睛可在一定范圍內運動,在這個范圍內圖像不會改變。相反,在直接投影系統中,屏幕焦點距離相對較近(小于5),當頭部從計算好的視點移開時,景象出現誤差。隨著離計算的視點越遠,誤差逐漸變大。平行校準監控器相當便宜,并可同時用來一起產生觀察所要求的視野。

2.7 跨座艙平行校準(CCC)顯示系統

這是一種可視顯示系統,用戶可看到連貫的、無間隙的、遠距離視野的外部世界。這種效果是用背面投影顯示器獲得的,將它反射到一個大的平面調準鏡中。操作者看見的是鏡中的圖像,而不是原來背面投影的情景。這些系統的視野一般有三部150?40°投影儀,多數投影儀在水平位置大約180°,其焦距級別一般為30—100米數量級,用一個大面積的反射鏡獲得。該鏡面在垂直方向上有一點小的弧度,安裝在操作者前方3—4米處。鏡面可以安裝在玻璃或柔性塑料上,一般是用聚酯樹酯。遠距離聚焦與開闊的水平視野相結合,避免了那種使用常規屏幕或穹頂屏幕的顯示系統中出現的視角畸變。最早的CCC系統是播放式(現在是TTS)廣角平行顯示設備(WIDE)系列,用塑料鏡面。后來是林克-邁爾式(現在也用TTS)高級廣角反射顯示系統(AWARDS),用玻璃鏡面。CCC系統市場包括TTS后繼系統以及WIDEAWARDS(TTSSPACE可視系統的一部分)

2.8 立體顯示系統

有些顯示系統,特別是HMD,有兩個完全獨立的視覺通道,因此能夠在操作者雙眼呈現各不相同的圖像。真實環境中物體的距離越近,眼睛的聚角越集中,每只眼睛看到的景物差別越大。這些不同景物可用CGI計算機計算出來,并向各眼呈現相應的圖像。值得注意的是,立體效果雖好,但在顯示系統中過度的立體鏡頭(比如用于勘查和智能測試的三維圖形解說)會引起方向迷失和頭痛,或所謂仿真器病之類癥狀。出于同樣理由,還很重要的一點是,對左、右眼每個圖像的設置在垂直平面上不能有差異或焦點不同。你可在短時顯像期間消掉很多差錯,但長時間應用中就做不到。

2.9 時序光閥系統

有些系統靠有常規顯示屏或TV監控器的系統產生立體視覺,但是通過光閥機械依次向雙眼呈現圖像的目鏡會受到磨損。投影圖像或TV圖像隨目鏡光閥速率有順序地切換,因此當光閥對相應的眼睛打開時,屏幕上就出現正確的立體圖像。這就使這種目鏡比普通自含式頭盔顯示器輕得多。極化濾波器也可用來代替光閥。順便說一句,光閥開關系統也可用大多數自含式HMD將小型的單色CRTLCD轉換成彩色顯示器。在這種情況下,在小型屏幕和操作者的眼睛之間順序地使用紅、綠、藍三種濾波器,情景的圖像產生了,其亮度適合三種顏色之一,顯示在單色屏幕上。每一幅三色圖像依次遞進,彩色濾波器也順序插入,這樣,經三次掃描后,產生了全彩色圖像,這一過程進行得很快,操作者察覺不到。

2.10 距離估計

距離估計在大約九米以上就不依靠立體效果(兩眼有不同圖像的情景中),但要靠大腦對所熟悉的可視標記的反應。這是指你駕駛車輛時所感覺的建筑物或其他物體的大小,或飛行時感覺到房屋或樹木的大小。

2.11 大腦的三維判斷

當然,在遠距離沒有眼睛收斂角度,大腦仍可以判斷運動中的三維圖像。特別是當圖像的質量很高,物體相互地作相對運動,致使它們的配景變化速率與不同距離的其他物體形成很大反差時尤其如此(參考資料,英國DRAFamborough1980年報告,有關飛行參考請見E—O傳感器和倫敦皇家航空學會的各種文獻)。這種效果不要求每只眼各有不同的景物配景。當你看一輛火車以正確角度向前方開去時,或看到TV畫面按正確的視點顯示動態景物時(通常在屏面對角線距離),可能會有這種體驗。確實,曾經有過獨眼飛行員(我聲明,不是目前航線上的駕駛員),但沒見幾個獨眼的熟練縫紉女工。

2.12 仿真器提示系統

上述因素說明了為什么非立體顯示系統還挺受歡迎,想想TV和照像機就知道了。確實偶爾也有立體TV或立體電影的奇想,但迄今為止這些東西都不持久。即使物體距離在9米以內(30英尺),你可能還是有焦距誤差,除非被仿真的物體距離很近,而且你動作起來就像就穿針引線一樣手眼協調,或像用扳手固緊或旋松螺帽一樣靈巧。

到頭來,仿真器病的癥狀大有增長,因大視角、動態可視景物以豐富的情景細節長時間地呈現給操作者,又沒有有關活動的常規動作提示,一段時間以后,潛意識察覺到提示不匹配這個問題,并向大腦的意識層發送求救信號,接著身體有了不舒服的感覺,甚至出現迷失方向、眩暈嘔吐的癥狀。娛樂界的應用自然比不上那怕是D級飛行仿真器那樣精確的提示。在娛樂界應用中的動作提示常見是較粗糙的,強調效果,不要求精確。這可能關系不大,因為顯像時間一般很短,而操作者可能期望(甚至樂于)經歷被拋甩顛蕩和一點運動眩暈的感覺。不然,為什么那么多人花錢去騎旋轉馬?

2.13 可視系統控制

操縱桿、鼠標、踏板或開關可用來幫助操作者置身于三維情景中。操作者并沒有動,只是計算機生成的景物在動。比如,把開關向前推就使景物向前動,向后拉景物就后退。開關和按鈕還有其他作用,例如打開假想的(虛擬的)房間或建筑物的門,用在軍事或游戲上時,一個開關或觸發器可用來模擬武器發射。

仿真中可使用真實的控制開關,即復制的控制開關物理上是真實的,并被連接到仿真計算機上,按照對它們的實際操作來調整顯示器中的虛擬環境。這些開關包括手柄、方向盤、調節閥、操縱桿和踏板。把方向盤向左轉會引起CGI計算機把圖像轉向操作者顯示器的左邊,向后拉飛行操縱桿,會引起顯示器指示機頭上仰到一定傾斜度(也叫翻斤斗,如果把操縱桿向后拉模擬特技飛行的話),然而,操作者仍然保持在原來的位置,但他能感受到這種強有力的視界變幻過程。這就是虛擬現實的本質所在。

應用這類操控部件,頭盔VR仿真可以駕駛假想的車輛、船只、飛機和航天器,即任何可以在CGI系統上顯示的東西,從模擬真實運載器到星球大戰或與恐龍搏斗。正如我們所見,這類操控部件不必有物理外形,一雙儀器化手套就可用來進行仿真(虛擬)控制,其效果與仿制的真實操控部件一樣(可能精度差一點)

2.14 其他訓練功能

仿真中可用物理目標,也可用駕駛艙操控部件、儀器化手套和體位傳感器。它們都有特殊的儀器與仿真功能匹配,這包括步槍、手槍、飛機、車輛和摩托。

3  總結

本文對探測仿真可視系統的潛力和技術作了一次小小的嘗試。較深入的技術細節在簡氏仿真和訓練系統下列章節開頭部份的指導頁中,這些章節是:圖像生成、直觀顯示和虛擬現實、動作提示、戰術交戰仿真和航空系統。

虛擬現實和可視仿真是一個發展中的領域,對它的深入理解會有助于讀者分清什么是做得到的,什么是做不到的,什么是必要的,什么是不必要的。并使讀者在讀更多虛擬現實與仿真技術文章時有了一定的理解力。

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  • 虛擬現實
  • 仿真技術
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