欧美日韩国产在线观看网站_亚洲欧美国产另类_秋霞成人午夜鲁丝一区二区三区_色综合中文字幕

摘 要：戰(zhàn)場環(huán)境是一切軍事行動的空間基礎(chǔ)，戰(zhàn)場環(huán)境仿真是目前軍事作戰(zhàn)模擬領(lǐng)域研究的熱點。本文討論了戰(zhàn)場環(huán)境的構(gòu)成、戰(zhàn)場環(huán)境仿真的主要內(nèi)容，重點討論了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在戰(zhàn)場環(huán)境感知仿真中的應(yīng)用和關(guān)鍵技術(shù)。

戰(zhàn)爭具有很強(qiáng)的實踐性特點，指戰(zhàn)員的指揮藝術(shù)和作戰(zhàn)能力，都需要在一定的戰(zhàn)爭環(huán)境中得到鍛煉和提高。戰(zhàn)爭年代，這種能力可以通過真正的戰(zhàn)爭實踐得以積累，但這種實踐是不可重演、不可試驗的，其代價也十分高昂。因此，即使在戰(zhàn)爭年代，非戰(zhàn)時的訓(xùn)練也成為決勝的關(guān)鍵，指導(dǎo)訓(xùn)練的標(biāo)準(zhǔn)就是戰(zhàn)爭實踐本身。和平時期，軍事演習(xí)是一種普遍的訓(xùn)練方法，駕馭戰(zhàn)爭實踐的能力是通過各種作戰(zhàn)樣式的試驗來積累和提高。由于缺少實際戰(zhàn)爭的檢驗，各訓(xùn)練樣式也就規(guī)定著未來作戰(zhàn)的樣式。

自人類歷史上出現(xiàn)戰(zhàn)爭以來，人們對軍事訓(xùn)練的研究都是以對戰(zhàn)爭規(guī)律的學(xué)習(xí)和探討為目的，并在訓(xùn)練領(lǐng)域逐漸形成了“作戰(zhàn)模擬”這一特殊的研究主題。作戰(zhàn)模擬是對包括戰(zhàn)爭規(guī)律和戰(zhàn)爭指導(dǎo)規(guī)律兩個方面在內(nèi)的戰(zhàn)爭本質(zhì)規(guī)律的模擬[1]，其首要的一點就是要創(chuàng)造一個貼近實戰(zhàn)的訓(xùn)練環(huán)境，使得各類受訓(xùn)人員能夠在此環(huán)境中得到恰如其分的訓(xùn)練[2]。

戰(zhàn)場環(huán)境是敵對雙方作戰(zhàn)活動的空間，在現(xiàn)代作戰(zhàn)模擬中，要營造一個貼近實戰(zhàn)的訓(xùn)練環(huán)境，首先就要根據(jù)仿真原理來建立一個符合特定的作戰(zhàn)訓(xùn)練科目需要的數(shù)字化的戰(zhàn)場環(huán)境，這就是戰(zhàn)場環(huán)境仿真（Battlefield Environment Simulation）。戰(zhàn)場環(huán)境仿真在內(nèi)容上包括戰(zhàn)場感知 。 

虛擬現(xiàn)實是二十世紀(jì)90年代末出現(xiàn)的一種十分有效的仿真技術(shù)，本文將重點討論如何運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來實現(xiàn)戰(zhàn)場環(huán)境仿真。

1戰(zhàn)場環(huán)境仿真概述

1.1 戰(zhàn)場環(huán)境的構(gòu)成

戰(zhàn)場環(huán)境是指作戰(zhàn)空間中除人員與武器裝備以外的客觀環(huán)境。從戰(zhàn)爭所涉及的客觀因素來分析，戰(zhàn)場環(huán)境應(yīng)該包含戰(zhàn)場地理環(huán)境、氣象環(huán)境、電磁環(huán)境和核化環(huán)境。也許，隨著網(wǎng)絡(luò)信息戰(zhàn)的形成，戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)環(huán)境也將成為戰(zhàn)場環(huán)境的一個重要的組成部分。

戰(zhàn)場環(huán)境具有多維性、互動性的特點。多維性的含義是：①戰(zhàn)場環(huán)境是由多個具有自身變化規(guī)律的客觀環(huán)境構(gòu)成的，上述的四個環(huán)境分屬于不同的學(xué)科領(lǐng)域；②這些客觀環(huán)境的空間形態(tài)是隨作戰(zhàn)過程而演變的。互動性的含義是：上述環(huán)境之間互有影響，其中，地形環(huán)境是其他環(huán)境的物理依托，是可以進(jìn)行空間定位和加載各種作戰(zhàn)信息的基礎(chǔ)。如圖1所示，戰(zhàn)場環(huán)境中，氣象環(huán)境與地理環(huán)境互有影響，氣象環(huán)境具有地緣特點，如不同的地理位置具有熱帶、亞熱帶等氣象特征，而氣象環(huán)境會影響地理環(huán)境，如流水侵蝕地貌、冰川地貌的形成，雨天和晴天對地面土質(zhì)有影響，進(jìn)而影響行軍速度；地理環(huán)境和氣象環(huán)境都對電磁環(huán)境的形成有重大影響，不僅規(guī)定了電子設(shè)施的分布，還決定著電磁波的傳遞范圍和受氣象干擾的程度；戰(zhàn)場核化環(huán)境的形成，與核設(shè)施的地理位置及其周圍的環(huán)境有關(guān)，核污染的區(qū)域的形成和發(fā)展與地理環(huán)境和氣象環(huán)境密切相關(guān)。

1.2 戰(zhàn)場環(huán)境仿真及其描述方式

戰(zhàn)場環(huán)境仿真是指運用仿真技術(shù)來描述戰(zhàn)場環(huán)境。仿真（Simulation）是通過系統(tǒng)模型的實驗來研究一個存在的或設(shè)計中的系統(tǒng)。計算機(jī)仿真（也稱數(shù)學(xué)仿真）是指借助計算機(jī)，用系統(tǒng)的模型對真實系統(tǒng)或設(shè)計中的系統(tǒng)進(jìn)行試驗，以達(dá)到分析、研究與設(shè)計該系統(tǒng)的目的[3]。在這里，系統(tǒng)是指為了達(dá)到某種目的的一組具有特定功能、彼此相互聯(lián)系的若干要素的有機(jī)整體。對一個系統(tǒng)的仿真涉及三個要素：系統(tǒng)、系統(tǒng)模型、計算機(jī)，而聯(lián)系這三個要素的基本活動是：模型建立、仿真模型建立和仿真實驗[4]（如圖2所示）。

如果把戰(zhàn)場環(huán)境作為一個戰(zhàn)場空間系統(tǒng)來看待，其特定功能就是構(gòu)成戰(zhàn)場的空間載體和物理條件，戰(zhàn)場環(huán)境中各類環(huán)境的相互關(guān)系則構(gòu)成這個空間載體的有機(jī)整體。運用計算機(jī)實現(xiàn)戰(zhàn)場環(huán)境仿真，首先需要把戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)字化，即建立戰(zhàn)場環(huán)境模型，數(shù)字地圖就是一種典型的戰(zhàn)場環(huán)境模型。這種模型具備通用性，但往往不能滿足一些特殊的需求，例如現(xiàn)代作戰(zhàn)模擬由于仍沿襲兵棋的推演方式，需要把地形環(huán)境數(shù)據(jù)按一定分辨率處理成按格網(wǎng)存儲的數(shù)據(jù)，而且這些數(shù)據(jù)還隨著作戰(zhàn)過程的展開而動態(tài)變化。這種把戰(zhàn)場環(huán)境模型處理成符合作戰(zhàn)模擬使用的模型的過程，就是戰(zhàn)場環(huán)境的二次建模（仿真建模）。經(jīng)過二次建模處理的戰(zhàn)場環(huán)境模型，就可以用于計算機(jī)作戰(zhàn)模擬。為了保證作戰(zhàn)模擬結(jié)果的準(zhǔn)確、可靠，要求戰(zhàn)場環(huán)境模型具有一定的精確性，這就需要通過仿真實驗對模型進(jìn)行檢驗（驗?zāi)＃?/span>

根據(jù)戰(zhàn)場環(huán)境仿真在作戰(zhàn)模擬中的用途，可以將其區(qū)分為數(shù)據(jù)仿真和感知仿真兩種描述方式。數(shù)據(jù)仿真主要用于仿真對抗和作戰(zhàn)評估，此時，戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)是提供給電腦“認(rèn)識”戰(zhàn)場使用，不妨把由基本的戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成計算機(jī)能夠識別的戰(zhàn)場環(huán)境模型的過程稱為“戰(zhàn)場模型化”。感知仿真主要是針對指揮作業(yè)和訓(xùn)練模擬，即通過戰(zhàn)場視景、聲效等要素來展現(xiàn)戰(zhàn)場環(huán)境，指揮員通過一定的操作界面來感知戰(zhàn)場環(huán)境，達(dá)到輔助現(xiàn)地勘察、掌握態(tài)勢和輔助決策等目的，這種“戰(zhàn)場感知化”的結(jié)果，是供人腦認(rèn)識戰(zhàn)場使用的。戰(zhàn)場環(huán)境的數(shù)據(jù)仿真和感知仿真都是以數(shù)字化戰(zhàn)場環(huán)境為基礎(chǔ)，在實際應(yīng)用中，這兩種仿真描述方式互為作用，根據(jù)模型驅(qū)動而改變的數(shù)據(jù)仿真通過感知化展現(xiàn)給參訓(xùn)人員，而參訓(xùn)人員通過人機(jī)交互可以改變數(shù)據(jù)仿真的結(jié)果。圖3表述了戰(zhàn)場環(huán)境仿真兩種描述方式之間的關(guān)系。由于篇幅所限，本文只對戰(zhàn)場環(huán)境的感知仿真的內(nèi)容與關(guān)鍵技術(shù)加以討論。

1.3 戰(zhàn)場環(huán)境感知仿真的主要內(nèi)容

感知仿真的目的是通過直觀地展現(xiàn)戰(zhàn)場環(huán)境來充分訓(xùn)練參訓(xùn)人員的指揮決策能力。其內(nèi)容包括對戰(zhàn)場環(huán)境的視覺、聽覺、觸覺等多種感覺通道的仿真。視覺仿真通常也稱“戰(zhàn)場可視化”，是感知仿真中的一種主要形式，就是將戰(zhàn)場環(huán)境中可見的（如地形、地物）和不可見的（如電磁場、潮汐流場）要素以立體的、三維的或二維的圖形圖像表達(dá)出來。聽覺仿真是指通過對戰(zhàn)場中各作戰(zhàn)單元的聲音（音效、音量和音位）的模擬來營造戰(zhàn)場氣氛。觸覺仿真是指通過對人機(jī)交互設(shè)備的操作來實現(xiàn)人與環(huán)境的交流，這是使參訓(xùn)人員產(chǎn)生臨場感的重要手段。這種通過多感覺通道的模擬來實現(xiàn)臨場感覺的技術(shù)就是虛擬現(xiàn)實技術(shù)。與傳統(tǒng)的通過地圖、實物沙盤或影像資料等來了解戰(zhàn)場的認(rèn)知方式相比，在這樣的系統(tǒng)中，參訓(xùn)人員就由旁觀者轉(zhuǎn)變?yōu)閰⑴c者，可以主動地在逼真的環(huán)境中進(jìn)行探索，從而大大地提高戰(zhàn)場認(rèn)知的效率。

2 虛擬現(xiàn)實與戰(zhàn)場環(huán)境感知仿真

2.1 虛擬戰(zhàn)場環(huán)境在感知仿真中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實（VR）這一術(shù)語誕生于上世紀(jì)80年代末，是指由計算機(jī)生成的具有臨場感覺的環(huán)境[5][6]，實現(xiàn)這種環(huán)境的技術(shù)稱為虛擬現(xiàn)實技術(shù)。軍事部門是這項技術(shù)的資助者和的最先用戶，而且主要用于軍事訓(xùn)練。1988年，NASA與美國國防部共同支持研制了一個虛擬界面環(huán)境工作站VIEW(Virtual Interface Environment Workstation)，該工作站由一臺HP-9000計算機(jī)、一副數(shù)據(jù)手套、一個液晶頭盔顯示器和一套語音識別系統(tǒng)構(gòu)成，用戶可以從中看到立體圖像、聽到三維聲、可發(fā)出口頭命令、可伸手捉取由計算機(jī)生成的虛擬物體，這是世界上第一套虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)[7]。此后虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其產(chǎn)品得到飛速發(fā)展，并形成了產(chǎn)業(yè)，據(jù)簡氏信息集團(tuán)（Jane's Information Group）的一份特別報告統(tǒng)計[8]，到了2000年，從事與訓(xùn)練模擬相關(guān)的虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品制作的公司已多達(dá)800多家，其市場將由2000年的400億美元發(fā)展到2010年的650億美元。

虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品在作戰(zhàn)模擬領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，且多數(shù)涉及戰(zhàn)場環(huán)境仿真。運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)戰(zhàn)場環(huán)境仿真，其目的就是構(gòu)成多維的、可感知的、可度量的、逼真的虛擬戰(zhàn)場環(huán)境，借此提高參訓(xùn)人員對戰(zhàn)場環(huán)境的認(rèn)知效率。主要用于仿真對抗、導(dǎo)調(diào)監(jiān)控、裝備操作、參謀作業(yè)訓(xùn)練等。虛擬戰(zhàn)場環(huán)境可以為計算機(jī)作戰(zhàn)推演、半實兵演習(xí)、實兵演習(xí)提供與實際演習(xí)區(qū)域的仿真環(huán)境，也可以為特定的訓(xùn)練科目擬構(gòu)出典型的訓(xùn)練環(huán)境（在現(xiàn)實中并不存在）。借助于虛擬戰(zhàn)場環(huán)境，可以訓(xùn)練指揮員的指揮決策能力、參謀人員的業(yè)務(wù)能力、裝備操作人員的操作能力。例如，美軍從1984年開始研制的基于網(wǎng)絡(luò)的分布式坦克訓(xùn)練模擬系統(tǒng)SIMNET，就將美國本土及歐洲的10個地區(qū)作戰(zhàn)環(huán)境置于系統(tǒng)之內(nèi)。到了90年，已使200輛裝甲車輛可異地參加統(tǒng)一指揮的可交互的模擬演練。每個模擬器以美國的M1主戰(zhàn)坦克為單位，提供作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)精確的地形起伏、植被、道路、建筑物、橋梁等信息。坦克手可以在模擬器中看到由計算機(jī)實時生成的戰(zhàn)場環(huán)境以及其他戰(zhàn)車圖像。1991年，美國為海灣戰(zhàn)役“東經(jīng)73”計劃的實施提供了一套供M1A1主戰(zhàn)坦克使用的戰(zhàn)場環(huán)境仿真系統(tǒng)，將伊拉克的沙漠環(huán)境用三幅大屏幕展現(xiàn)在參戰(zhàn)者面前，進(jìn)行身臨其境的戰(zhàn)場研究，為最終取勝打下了關(guān)鍵的基礎(chǔ)。荷蘭1992年完成的毒刺導(dǎo)彈訓(xùn)練器（VST）是虛擬現(xiàn)實技術(shù)用于單兵武器模擬設(shè)備的代表作，它在頭盔內(nèi)形成一個空間動態(tài)立體場景；隨操作者的頭部動作而相應(yīng)改變場景，以訓(xùn)練操作者對付敵方飛行器的機(jī)動能力和瞄準(zhǔn)能力，預(yù)先制備的VCD盤提供各種作戰(zhàn)環(huán)境相應(yīng)的音響效果[9]。1997年，洛克希德?馬丁Vought公司為美國海軍航空兵訓(xùn)練系統(tǒng)項目辦公室開發(fā)了一套實戰(zhàn)演習(xí)系統(tǒng)TOPSCENE（戰(zhàn)術(shù)操作實況）。這是一個綜合運用軍事測繪成果和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的裝備，被廣泛應(yīng)用于海軍、海軍陸戰(zhàn)隊、陸軍和空軍，已配備100多套。該系統(tǒng)運用SGI圖形工作站（最高配置為OMUC2、4個R1000CPU）來處理圖像數(shù)據(jù)，在高配置下，每秒能產(chǎn)生30幀詳細(xì)、逼真的高分辨率戰(zhàn)場圖像。系統(tǒng)可以模擬各種地形要素、不同的氣象條件，還可仿真帶有夜視儀、紅外顯示器或合成孔徑雷達(dá)顯示效果的夜間戰(zhàn)斗過程。

2.2虛擬戰(zhàn)場環(huán)境系統(tǒng)的基本構(gòu)成

虛擬戰(zhàn)場環(huán)境系統(tǒng)由軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)三部分構(gòu)成。其軟件系統(tǒng)主要包括戰(zhàn)場環(huán)境建模軟件、場景紋理生成與處理軟件、立體圖像生成軟件、觀察與操作控制軟件、分析應(yīng)用GIS軟件等；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要包括戰(zhàn)場地圖數(shù)據(jù)庫、三維環(huán)境模型數(shù)據(jù)庫、武器裝備數(shù)據(jù)庫、環(huán)境紋理影像數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用專題數(shù)據(jù)庫等；硬件系統(tǒng)主要包括計算機(jī)、聲像處理系統(tǒng)、感知系統(tǒng)（顯示設(shè)備、立體觀察裝置、人機(jī)操縱裝置）等。根據(jù)虛擬戰(zhàn)場環(huán)境的應(yīng)用需求，以上三個部分就有不同的組合方式，進(jìn)而構(gòu)成不同的應(yīng)用系統(tǒng)。

就軍事應(yīng)用而言，虛擬戰(zhàn)場環(huán)境主要有多人共享式和單兵沉浸式兩種應(yīng)用模式，相應(yīng)地，虛擬戰(zhàn)場環(huán)境系統(tǒng)就有多人共享式和單兵沉浸式兩種構(gòu)成，其主要區(qū)別在于立體圖像的顯示與觀察方式以及對場景的控制方式上。

● 多人共享式

在作戰(zhàn)指揮以及大多數(shù)作戰(zhàn)模擬與訓(xùn)練中，指揮和參謀人員往往需要圍繞同一個戰(zhàn)場環(huán)境來研討作戰(zhàn)方案、評估作戰(zhàn)效果。為了滿足多人共享的需求，目前大多數(shù)的虛擬戰(zhàn)場環(huán)境系統(tǒng)都是以大屏幕投影顯示、通過立體眼鏡（液晶式或偏振光式）觀察來實現(xiàn)視覺共享，通過操縱桿或鼠標(biāo)和鍵盤等輸入設(shè)備來控制視點。其優(yōu)點是處于同一空間中的用戶（幾人到幾十人）可以同時觀察到同一場景，且系統(tǒng)硬件價格低廉。其不足是對場景的操作只能由一人完成，且當(dāng)大屏投影的圖像無法占滿觀察者的視野時，會削弱臨境感。

● 單兵沉浸式

在單兵對技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)武器裝備的操作訓(xùn)練的應(yīng)用中，需要強(qiáng)調(diào)的是受訓(xùn)者個人與武器裝備及其所處環(huán)境的關(guān)系。為此，多采用頭盔顯示器（HMD）來作為立體顯示、立體觀察和頭部定位跟蹤裝置，運用數(shù)據(jù)手套或體位跟蹤器來完成定位、選擇等操作。運用這些裝置可以使受訓(xùn)者產(chǎn)生強(qiáng)烈的臨境感，進(jìn)而達(dá)到良好的訓(xùn)練效果。但其設(shè)備十分昂貴，難以推廣使用，并且由于傳感裝置還不十分精確、計算機(jī)對大數(shù)據(jù)量的場景計算能力有限，常常會造成感覺的病態(tài)反應(yīng)。

3. 建構(gòu)虛擬戰(zhàn)場環(huán)境的若干關(guān)鍵技術(shù)

作為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，一般認(rèn)為需要具備三個基本特征—交互（Interaction）、沉浸（Immersion）和想象（Imagination）[10]，但根據(jù)實際用途，對這“3I”特征的體現(xiàn)也有所側(cè)重。就共享式虛擬戰(zhàn)場環(huán)境系統(tǒng)而言，體現(xiàn)可交互性是重點；而對于沉浸式虛擬戰(zhàn)場環(huán)境系統(tǒng)，所強(qiáng)調(diào)的是其沉浸特征（可進(jìn)入性）；無論哪種應(yīng)用，想象力都是不可缺少的。

3.1 實現(xiàn)“交互”的關(guān)鍵技術(shù)

交互特征是指系統(tǒng)具有對人機(jī)交互作出響應(yīng)的能力，衡量這種能力的標(biāo)準(zhǔn)是系統(tǒng)處理和顯示環(huán)境圖像的刷新率（幀/秒），刷新率越高，說明系統(tǒng)可以對交互作出越快的響應(yīng)，當(dāng)交互響應(yīng)達(dá)到實時，在視覺上就表現(xiàn)為場景隨交互過程而連續(xù)平滑地變化。當(dāng)交互響應(yīng)有明顯延時，在視覺上就表現(xiàn)為場景的停滯和抖動變化。顯然，影響交互能力的因素除了系統(tǒng)硬件對于場景數(shù)據(jù)處理和顯示的性能外，還與場景的數(shù)據(jù)量以及交互控制的軟件有關(guān)。因此，在建構(gòu)虛擬戰(zhàn)場環(huán)境系統(tǒng)時，要充分考慮設(shè)備的性能以及用戶的實際裝備能力，軟件系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵則在于場景數(shù)據(jù)的組織和管理。

在戰(zhàn)場環(huán)境仿真應(yīng)用中，參與可視化處理的場景數(shù)據(jù)包括三維地形模型、三維地物模型和地形地物的表面紋理（如果考慮到綜合戰(zhàn)場環(huán)境的構(gòu)成，還應(yīng)該包括武器裝備模型及其紋理以及煙火特效、聲效等數(shù)據(jù)），其數(shù)據(jù)量十分龐大。為了實現(xiàn)大數(shù)據(jù)量地景的實時交互顯示，就必須解決場景數(shù)據(jù)的組織與管理問題，其思路就是在保證場景顯示細(xì)節(jié)的前提下，使參與實時處理的場景數(shù)據(jù)降低到最少，以保證交互響應(yīng)的效率。我們的實踐表明，按人類視覺認(rèn)知的規(guī)律來組織和調(diào)度場景數(shù)據(jù)是一種行之有效的方法。該規(guī)律是：從固定視點注視客觀物體時，離視覺中心越近的部分在視網(wǎng)膜上的成像越清晰，越遠(yuǎn)其成像越模糊；從不同視距觀察客觀物體時，離物體越近，看到的物體的細(xì)節(jié)就越豐富。遵循上述規(guī)律，場景數(shù)據(jù)的組織和調(diào)度實際上就歸結(jié)為場景細(xì)節(jié)層次的組織以及與視點相關(guān)的各層次數(shù)據(jù)的調(diào)度[11]。

● 場景細(xì)節(jié)層次的組織

場景的細(xì)節(jié)包括場景模型的細(xì)節(jié)和場景紋理的細(xì)節(jié)。場景模型的細(xì)節(jié)是指場景體形態(tài)所表達(dá)的細(xì)節(jié)，場景紋理的細(xì)節(jié)是指場景表面影像所表達(dá)的細(xì)節(jié)。場景模型的最高細(xì)節(jié)取決于模型建立的數(shù)據(jù)源，對于以矢量地圖數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源的戰(zhàn)場環(huán)境仿真應(yīng)用來說，數(shù)字地圖的原始比例尺決定著場景模型所描述的最高細(xì)節(jié)，即比例尺越大，細(xì)節(jié)越豐富。場景紋理的最高細(xì)節(jié)取決于紋理影像的數(shù)據(jù)源，當(dāng)以數(shù)據(jù)地圖作為仿真地面紋理的數(shù)據(jù)源時，其紋理的最高細(xì)節(jié)同樣與數(shù)字地圖的比例尺有關(guān)，即比例尺越大，地物要素的分類分級越詳細(xì)，則仿真影像所能描述的地表的細(xì)節(jié)越豐富；當(dāng)以遙感影像作為地表紋理時，影像分辨率則決定著地表要素所能展現(xiàn)的細(xì)節(jié)。

為了達(dá)到視點越近細(xì)節(jié)越豐富的場景表達(dá)效果，需要把場景模型和紋理數(shù)據(jù)區(qū)分為多種細(xì)節(jié)層次，并按細(xì)節(jié)序列加以組織。

● 與視點相關(guān)的層次數(shù)據(jù)的調(diào)度

在同一個視景中，按視覺中心詳細(xì)周邊概略的原則來調(diào)度不同細(xì)節(jié)的模型和紋理數(shù)據(jù)，也是為保持交互與視覺效果而降低參與計算的地景數(shù)據(jù)量的有效方法。

需要說明的是，紋理細(xì)節(jié)可以在視覺上彌補(bǔ)模型細(xì)節(jié)的不足，即在較為概略的模型骨架上疊加細(xì)節(jié)較多的紋理，這是提高交互效率而不降低顯示效果的一個有效策略。

3.2 實現(xiàn)“沉浸”的關(guān)鍵技術(shù)

沉浸特征是指系統(tǒng)的聲像效果能夠使受訓(xùn)者產(chǎn)生置身于虛擬環(huán)境中的感覺。對于大多數(shù)應(yīng)用而言，營造立體視覺效果是實現(xiàn)“沉浸”的關(guān)鍵，即根據(jù)人類的雙目立體視覺原理，借助于一定的設(shè)備，使觀察者在生理水平上對被觀察的場景產(chǎn)生強(qiáng)烈的立體感。由于在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，場景是由計算機(jī)生成的（非實地拍攝），為了達(dá)到立體效果，就需要對圖像的生成、顯示與觀察各環(huán)節(jié)進(jìn)行適人化的處理，因此該技術(shù)也被成為“人造立體視覺技術(shù)”[5][12]。

● 立體圖像的生成

就是根據(jù)生理立體視覺的水平視差，對同一場景生成以左右眼為視點的場景圖像，即構(gòu)成一個像對。像對的視差是引起生理立體感的唯一因素，決定著場景的縱深效果。關(guān)于視差的類型及其相應(yīng)的視覺效果，可參閱參考文獻(xiàn)[12]。

● 立體圖像的顯示與觀察

顯示方式與觀察方式密切相關(guān)，選擇何種方式取決于實際應(yīng)用的需求，在上述內(nèi)容中描述了戰(zhàn)場環(huán)境仿真應(yīng)用中的兩種顯示與觀察方式。這兩種方式也是目前市場上的主流，但由于這兩種方式都要把部分觀察裝置加戴在觀察者的頭上，而且觀察效果也不夠理想（如液晶眼鏡會增加閃爍、降低場景亮度，LCD頭盔顯示分辨率偏低，CRT頭盔偏重等），因此使許多用戶寧可選擇三維觀察方式，即直接在顯示器或投影幕上觀看由計算機(jī)生成的單目場景視像，以場景中的光影和形態(tài)為線索，通過觀察者的心理加工，產(chǎn)生三維感覺（實際上是一種錯覺）。最近，德國Dresden 3D有限公司推出了一種立體液晶顯示器，觀察者無須佩帶任何觀察裝置就可以看出立體圖像。在該顯示器中裝配有眼動跟蹤攝像機(jī)，可捕獲觀察者雙眼的位置，由此來控制安裝在液晶屏前的一個光學(xué)蒙片分別向左右眼方向偏移左右眼圖像。顯然，該顯示器不適合于多人共享。

在戰(zhàn)場環(huán)境仿真應(yīng)用中，環(huán)境聲音主要是武器裝備在作戰(zhàn)過程中所發(fā)出的諸如發(fā)動機(jī)轟鳴、槍炮開火、彈藥爆炸等聲響。這些聲響的特點是都具有確切的空間位置和聲音效果，通過可描述空間聲響的軟件（如Direct 3D）就可以把聲音的定位信息通過音響系統(tǒng)傳遞給用戶。喧囂的戰(zhàn)場音響可以營造出生動逼真的戰(zhàn)場氛圍。

3.3 體現(xiàn)“想象”的幾個方面

把“想象”作為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的一個基本特征，表明了創(chuàng)造性形象思維能力對于構(gòu)建虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的重要性。高超的創(chuàng)意不僅可以引發(fā)觀看者心靈上的震撼，還可以引導(dǎo)他們達(dá)到探索的目的。對于虛擬戰(zhàn)場環(huán)境的創(chuàng)建，這種想象力體現(xiàn)在人機(jī)界面的構(gòu)想、場景表達(dá)的構(gòu)想以及是否提供對戰(zhàn)場環(huán)境的再創(chuàng)建手段等方面。

● 人機(jī)界面的構(gòu)想

“VR最困難的地方就是讓用戶的感覺對信息確信無疑”，這是比爾?蓋茨對虛擬環(huán)境應(yīng)該達(dá)到的最高境界的理解[13]。要使用戶“進(jìn)入到”系統(tǒng)所產(chǎn)生的場景中并對其確信無疑，就需要有良好的人機(jī)界面。傳統(tǒng)的人機(jī)界面是讓用戶隔著“窗口”來觀察和操作應(yīng)用軟件，在虛擬環(huán)境中，這樣的窗口會把用戶阻隔在旁觀者的位置上，無法作為參與者“進(jìn)入到”環(huán)境中。因此，如何設(shè)計符合虛擬環(huán)境特點的人機(jī)交互界面就成為想象的焦點。

● 場景描述的構(gòu)想

實際上就是指虛擬場景的設(shè)計。虛擬戰(zhàn)場環(huán)境的外觀是否逼真，主要取決于場景的外觀設(shè)計。當(dāng)運用矢量地圖數(shù)據(jù)來生成場景的表面紋理時，場景描述的構(gòu)想就涉及到每一個要素的表示方法的設(shè)計（運用幾何符號還是仿真圖像）、地表及各要素表面噪音效果的設(shè)計、不同地貌類型的色層表的設(shè)計、武器裝備等作戰(zhàn)單元在戰(zhàn)場環(huán)境中的表示方法的設(shè)計、作戰(zhàn)意圖與態(tài)勢的表示方法設(shè)計等方面。

● 提供實現(xiàn)構(gòu)想的工具

在不同的軍事應(yīng)用中，用戶對虛擬戰(zhàn)場環(huán)境的表示方法有不同的要求，比如，對于飛行模擬訓(xùn)練，受訓(xùn)者希望能夠以航空影像作為表面紋理，以便使場景在視覺上更接近于實際的地形環(huán)境。但對于作戰(zhàn)指揮訓(xùn)練而言，受訓(xùn)者更希望場景中能夠表達(dá)出地圖上的分類分級信息（符號化的表示方法），以便分析和決策，這就需要在系統(tǒng)中為用戶提供多種表達(dá)手段。此外，對于戰(zhàn)法研究而言，用戶有時需要擬構(gòu)一個典型的戰(zhàn)場環(huán)境，這也需要給用戶提供實現(xiàn)構(gòu)想的工具。

4 應(yīng)用舉例

從1995年以來，解放軍信息工程大學(xué)測繪學(xué)院戰(zhàn)場環(huán)境仿真工程實驗室以虛擬戰(zhàn)場環(huán)境為主題，做了大量的研究工作，取得了以“地形環(huán)境仿真系統(tǒng)”為代表的成果。該系統(tǒng)是運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在軍事測繪數(shù)據(jù)庫的支持下，實現(xiàn)戰(zhàn)場環(huán)境仿真的一個實用系統(tǒng)。主要模擬作戰(zhàn)區(qū)域的地形環(huán)境，可以為作戰(zhàn)模擬的各層次（戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)役、戰(zhàn)略）、各階段（預(yù)案擬訂、對抗模擬、結(jié)果評估）提供各種地幅的二維電子地圖、三維地景和地理信息（如圖4）。

本系統(tǒng)已經(jīng)初步具備了虛擬現(xiàn)實的基本特征（“可進(jìn)入”、“可交互”），在研制過程中解決了以下幾個關(guān)鍵技術(shù)問題：

第一，解決了在微機(jī)環(huán)境下，對地形環(huán)境的快速三維建模、模型簡化以及實時交互等問題。

第二，研制出與液晶立體眼鏡的接口硬件，使得在微機(jī)和工作站環(huán)境下，可以用較底價位的立體眼鏡實現(xiàn)具有“進(jìn)入感”的立體效果。

第三，解決了地形模型與其它商業(yè)化三維軟件的接口問題，以及技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)武器在三維地形環(huán)境中的置入問題。

目前，本系統(tǒng)已在全軍得到廣泛的應(yīng)用，也在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中得到應(yīng)用，如運用本系統(tǒng)，為三峽移民局進(jìn)行了三峽庫區(qū)水淹沒過程的模擬。

5 結(jié)語

戰(zhàn)場環(huán)境仿真是應(yīng)數(shù)字化戰(zhàn)場建設(shè)的需要而產(chǎn)生的高新技術(shù)，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。本文僅從作戰(zhàn)模擬這一應(yīng)用領(lǐng)域來論述虛擬現(xiàn)實技術(shù)在戰(zhàn)場環(huán)境感知仿真中的應(yīng)用，實際上，該技術(shù)在軍事上還被應(yīng)用于作戰(zhàn)指揮、武器試驗、外交談判、災(zāi)害預(yù)測等多方面。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)日趨成熟、實用，我們相信在不遠(yuǎn)的將來，它將成為提高軍隊?wèi)?zhàn)斗力的重要的技術(shù)手段。