虚拟现实在军事中的应用-CAE/模拟仿真技术论文-佳工机电网

虚拟现实在军事中的应用

作者：Beth Stackpole 来源：DesignNews

虚拟现实早已成为战争体验的舞台。战争计划都是以虚拟现实技术为基础，通过使用仿真器训练军人驾驶飞行器或使用武器。甚至普通人都可以通过高度逼真商业游戏例如Call of Duty(http://www.callofduty.com/)或Full Spectrum Warrior(http://en.wikipedia.org/wiki/Full_Spectrum_Warrior)纵情享受他们的战斗梦想。除了高科技战争演习外，沉浸式虚拟现实技术和基于计算机的仿真都被用于军事应用中，从更加逼真的训练方法到提高复杂军事系统的设计和使用效率。

军方之所以对虚拟现实技术越来越感兴趣从工程观点上来说可归结为一个简单原因，那就是成本和安全性。对方案设计进行测试成本更低——例如，对武器系统和维护平台来说，不需要搭建物理原型并且不需要运到国外检验能否在战场上运行良好，并且在研制关键设备的时候，可以在研制早期征集反馈信息，这就可以避免在接近投产的阶段才发现致命的设计缺陷，因此可以更快地研制关键设备出来并投入战场使用。此外，通过在虚拟环境中对概念设计进行展示和测试，军事工程师和政府项目承包人可以对设计难题进行深入研究，不像传统的反复设计过程那样受成本和时间的限制。

虚拟现实应用中心的 C6 CAVE

安全方面的考虑也是虚拟现实科技得以快速应用的另一个动因。实地训练不但成本很高，而且还对战士生命及环境造成威胁。新一代士兵成长在视频游戏和因特网时代，大多数都从舒适的数码体验中进行训练，就好像他们在参加实战训练和面对面检阅一样。

某种程度上，虚拟现实在军事(以及商业)上得到推广是因为这项技术终于可以在能接受的成本下实现了。几年前，虚拟现实只能通过包括昂贵的巨型计算机、壁装式显示屏及高级的附件等复杂的设备实现，这意味着它只能用于研究机构、高端军事行动或者技术预算较大的企业。然而如今随着这些设备的广泛应用，有实际意义的虚拟现实体验现在可以通过装配头部显示屏的台式PC、3D眼镜和其他一些常见的附件实现，其成本合理，仅为几万美元，而不是几百万美元。

维护平台的3D图像。通过采用3D可视化代替物理原型，军方把保养库的建立时间节省了数年。

“如今实现虚拟现实的成本很低，你不必花费50万美元检验自己能否有所收益。如果需要的话你可以只花费25,000美元来对结果进行检测并查看。” 爱荷华州里大学（Lowa State University)机械工程系的副教授Mark Bryden说，虚拟现实应用中心就设立在该校。该中心从事虚拟现实和可视化科技相关的研究，同军方和企业都签有合同。

防止混乱

虚拟现实应用中心(VRAC)实际上已经对军方虚拟现实系统的前景进行了数年的研究。初期项目采用可视化重现战斗场面，使得指挥官直接体验采取特种决策的原因，他们可以对战术战略进行更有效的总结分析。VRAC的可视化能力、虚拟形象技术和大模型技术也被军方用于虚拟原型应用以加快关键飞机和其他军备的设计。

另一个正在进行的项目是建立虚拟现实控制室来实现军事无人飞行器(Unmanned Aerial Vehicles (UAVs)) 的操纵，据爱荷华州立大学机械工程系教授及VRAC 主任James Oliver称，该场地为加固的、六边形虚拟现实场，其特别之处是达到了目前世界上最高的分辨率——高达1亿像素，VRAC 建立了首个C6。2005年VRAC获得空军授权，承担建造一个多模式界面，采用虚拟现实技术用于键来的命令和控制操作。想法是模拟显示无人飞行器在周围领空和地形的飞行，领空和地形信息通过仪器和摄像机获取。该界面更加互动和直接，允许单个操作者控制多个无人飞行器。

在2007升级之前通过 C6显示的无人驾驶飞行器

目前还在继续研究将虚拟现实技术用于战场命令和控制中。过去，指挥官在沙盘上制定策略，策略是否有效可能数周之后才能看出。现在的基本命令操作方案是一个有多个信息显示屏的大型控制中心。除了显而易见的高科技特点，Oliver指出这些系统的保密性相当强。“它有很多信息显示屏，但是不同的信息有不同的来源，信息通常是数字、2-D地图和(纵向和横向)坐标。”他说。“主要思想是将各种信息集成在一起避免混乱，帮助决策者了解可能发生的状况。”

虚拟现实技术VR帮助治疗士兵的创伤压力症候群PTSD

当谈及对虚拟现实技术的各种运用，加利福尼亚州立大学创新科技研究所的科学家们已经开发出基于虚拟现实的设备，来帮助从战场上回来的士兵们克服创伤后压力症候群。

根据结蒂组织炎症ICT研究专家、科学家，同时也是仿真计划的开发者之一的Skip Albert Rizzo博士称，利用连接台式机的头盔显示器来模拟伊拉克战场的场景（http://rbi.ims.ca/5697-617）,再造了战场的图像、声音甚至是气味，让士兵们在有医师监控的环境下，重新体会、面对了他们的所经历的一切。“用这种‘软加载’的形式让他们回到了伊拉克战场---这是仿真技术的优点所在。”Rizzo说道。“在虚拟现实环境下，我们能将他们带回那个世界中，同时减轻了谈话治疗的负担。”

虚拟伊拉克场景让病人们处于三种情景中：在沙漠中驾驶一辆Humvee军用越野车，身处某一中东城市或者位于一个小村庄中。病人们融入环境里，医师则根据病人的反应用鼠标来增加虚拟的体验。“这不是自动，自主的治疗，而是给受训医师提供的改善治疗的工具。”Rizzo解释说。

现在美国大约有20个地方在使用该系统，每个设备组装花费大约8000美金。

在VRAC的研究中，Bryden教授的团队将仿真物理和虚拟现实技术结合起来以简化设计过程。在通常的开发过程中，设计方案由分析人员通过计算流体力学(CFD)或有限元分析(FEA)等仿真进行测试——该过程通常需要数周并且和之后的设计变化不关联。通过这些手段建立物理原型，根据它们的性能对设计进行优化并进行更多的FEA、CFD等其他分析工作。“将仿真和沉浸式虚拟现实环境结合起来大大加快了设计过程，更不用说它还可以使非仿真专家很快地了解模型。”Bryden说。

虚拟现实应用中心的Jim Oliver

尽管Deere & Co. (http://www.defense-update.com/products/v/VR-PTSD.htm)并非军方客户，他们目前也对VRAC的研究进行测试。将CFD仿真显示在沉浸式虚拟现实环境中可以帮助他们设计一个更高效的棉花采摘机。该采摘机在不需要增加引擎功率的情况下可以更快地进行大量棉花采摘。“通过沉浸式3-D显示，你可以更快地弄清问题并把股东纳入到决策流程，” Deere大学研发外联主管Jerry R. Duncan说。“他们可以理解研究结果而不是简单地被告知应该这样做。”

General Dynamics基于虚拟现实的仿真和训练系统使得工程师和军方
人员在设备投产前对设计的外观、手感和功能进行测试。

Deere和军方一样，也看好虚拟现实技术在产品设计中的作用，因此他们已经在该项技术上投入了数百万美元。因为并不需要建立物理原型，因此企业可以通过采用虚拟现实技术对原型进行评价，从而对各种设计方案进行研究，Duncan说。Deere近来运用该技术来评估如何改变一款拖拉机中燃料水槽的放置。结果就是只需要操作者点击一个按钮就可对多个方案进行分析，并且能让不同的股东就下一步工作很快达成一致意见。“几分钟之内，我们就可以浏览六种或更多的物理原型的性能。”Duncan说。“尽管当天我们并没有做出决策，这也节省了数周的时间��可以说那一天为我们节省了几十万美元。”

虚拟现实技术除了能在前期设计中大显身手外，还可以作为一种更好的复杂系统训练方法，例如General Dynamics C4 Systems，它采用了虚拟现实设备帮助士兵测试新装备如Land Warrior Systems，该系统将士兵纳入战场网络中。虚拟现实技术可以帮助士兵进行演习，更好地为体能测试做准备，指挥官也可以观察士兵使用新装备的情况。“当士兵参加测试时，他们可以从系统得到诸如他们所在地点、武器指向等数据——所有发生的事都被记录下来，” General Dynamics C4 Systems训练和仿真系统教练Ralph Whitney说，General Dynamics C4 Systems为军用虚拟现实技术开发了一系列通信应用系统。

即时反馈对于军事应用更加关键。在Research Development Engineering Command (RDECOM) 中，虚拟现实的应用只是Six Sigma检查的一部分，该系统主要为战场上的士兵提供更快的维修平台。传统上，RDECOM需要将近六年才能得到一个满意的战场维修平台。如今，在简单产品开发过程、虚拟原型和全新快速用户需求收集方法的帮助下，团队可以将周期降到两年。

“在军事应用中，时间就是一切。敌人正在对你射击因此你必须马上解决问题，而不是六个月以后。” Marine Corps 在RDECOM的特别项目小组负责人Joe Kleiss说。

原文连接：http://www.designnews.com/article/CA6509006.html (end)

(投稿) (2008-4-6，阅读477次)

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