特種車輛作戰(zhàn)訓(xùn)練模擬器虛擬現(xiàn)實解決方案

背景介紹：

虛擬技術(shù)是美國航空航天局與軍事部門為了模擬訓(xùn)練而開發(fā)的，現(xiàn)在廣泛用于各兵種部隊的戰(zhàn)術(shù)研究、演習(xí)、模擬訓(xùn)練和培訓(xùn)等，戰(zhàn)斗實驗室已成為數(shù)控戰(zhàn)士的戰(zhàn)場?！八玖畈寇娛卵萘?xí)”也已成為一種軍事演習(xí)的重要形式，這類演習(xí)可用于為未來戰(zhàn)爭組織裝備、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，利用計算機網(wǎng)絡(luò)進行“網(wǎng)上論兵”，己經(jīng)成為許多國家軍隊訓(xùn)練的主要方式之一。在計算機模擬技術(shù)的支持下，虛擬現(xiàn)實模擬訓(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90 年代初起，美國率先大量將虛擬現(xiàn)實技術(shù)用于軍事領(lǐng)域，世界很多國家也在將虛擬現(xiàn)實技術(shù)向軍事領(lǐng)域開拓，以減少實戰(zhàn)中的人員、物資損失和節(jié)約訓(xùn)練經(jīng)費。近年來，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，而且使軍隊在“酷似”實戰(zhàn)的環(huán)境中得到了鍛煉。

系統(tǒng)介紹：

針對軍隊對虛擬作戰(zhàn)訓(xùn)練的需求，上?？屏禾岢隽艘惶谆谏虡I(yè)貨架產(chǎn)品結(jié)合特殊需求定制化的虛擬現(xiàn)實解決方案。整個系統(tǒng)包含：監(jiān)控管理主機、中控系統(tǒng)、仿真計算單元、虛擬駕駛視景系統(tǒng)、無線定位系統(tǒng)、模擬駕駛艙系統(tǒng)及運動模擬控制系統(tǒng)。

仿真計算單元實時完成車輛的動力學(xué)模型解算、虛擬場景交互演算，同時完成與虛擬駕駛視景系統(tǒng)、模擬駕駛艙系統(tǒng)、無線定位系統(tǒng)及運動模擬控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。虛擬駕駛視景系統(tǒng)主要完成三維動畫場景的顯示及音效空間的還原，其中視景包含車外的動態(tài)場景及駕駛室的駕駛盤、儀表等的虛擬顯示，通過顯示器或數(shù)字頭盔實現(xiàn)，增加視覺及聽覺的沉浸感。模擬駕駛艙系統(tǒng)用于模擬真實駕駛艙環(huán)境，一方面可布置真實表盤，另一方面可通過數(shù)據(jù)手套結(jié)合數(shù)字頭盔的成像與虛擬表盤實現(xiàn)交互，增加系統(tǒng)的柔性化配置。無線定位系統(tǒng)用于識別人體的肢體動作，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)，是實現(xiàn)虛擬駕駛的基礎(chǔ)。運動模擬控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)虛擬體感，通過運動平臺展現(xiàn)真實駕駛過程中的身體受力情況，增加身體的沉浸感。

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車輛外形包含主戰(zhàn)坦克、裝甲車、運輸車等；
路面包括：泥地、雪地、沙地、公路、草地等；
天氣包括：全時段光照模擬、夜景、沙塵等；
作戰(zhàn)場景包括：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、行駛過程中各種聲音；
作戰(zhàn)目標包括：坦克群、目標基地、建筑物等；
作戰(zhàn)效果包括：車輛擊毀、穿甲顯示、跳彈顯示、震動視覺效果等。

關(guān)鍵技術(shù)：

虛擬現(xiàn)實是多種技術(shù)的綜合，包括實時三維計算機圖形技術(shù)，廣角（寬視野）立體顯示技術(shù)，對觀察者頭、眼和手的跟蹤技術(shù)，立體聲，以及觸覺/力覺反饋等。

? 實時三維計算機圖形

實時三維計算機圖形是利用計算機模型產(chǎn)生圖形圖像。通過構(gòu)建足夠準確的三維模型，利用實時仿真環(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，利用實時仿真環(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)

人看周圍的世界時，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，就形成了一個關(guān)于周圍世界的整體景象，這個景象中包括了距離遠近的信息。當(dāng)然，距離信息也可以通過其他方法獲得，例如眼睛焦距的遠近、物體大小的比較等。

在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，雙目立體視覺起了很大作用。用戶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)采用單個顯示器，但用戶帶上特殊的眼鏡后，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（頭、眼）的跟蹤

在人造環(huán)境中，每個物體相對于系統(tǒng)的坐標系都有一個位置與姿態(tài)，而用戶也是如此。用戶看到的景象是由用戶的位置和頭（眼）的方向來確定的。

跟蹤頭部運動的虛擬現(xiàn)實頭盔：在傳統(tǒng)的計算機圖形技術(shù)中，視場的改變是通過鼠標或鍵盤來實現(xiàn)的，用戶的視覺系統(tǒng)和運動感知系統(tǒng)是分離的，而利用頭部跟蹤來改變圖像的視角，用戶的視覺系統(tǒng)和運動感知系統(tǒng)之間就可以聯(lián)系起來，感覺更逼真。另一個優(yōu)點是，用戶不僅可以通過雙目立體視覺去認識環(huán)境，而且可以通過頭部的運動去觀察環(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度的差別來確定聲音的方向，因為聲音到達兩只耳朵的時間或距離有所不同。常見的立體聲效果就是靠左右耳聽到在不同位置錄制的不同聲音來實現(xiàn)的，所以會有一種方向感?，F(xiàn)實生活里，當(dāng)頭部轉(zhuǎn)動時，聽到的聲音的方向就會改變。通過環(huán)繞立體音響系統(tǒng)協(xié)同頭部動作識別系統(tǒng)建立真實的立體聲效果。

? 感覺反饋

在一個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，用戶可以看到一個虛擬的杯子。你可以設(shè)法去抓住它，但是你的手沒有真正接觸杯子的感覺，并有可能穿過虛擬杯子的“表面”，而這在現(xiàn)實生活中是不可能的。解決這一問題的常用裝置是通過帶振動的觸點的數(shù)據(jù)手套來模擬觸覺。通過無線定位系統(tǒng)確定人體以及手的位置（空間坐標），通過與虛擬現(xiàn)實中的場景進行干涉判斷是否與場景物體接觸，接觸的觸感通過振動的觸點控制，實現(xiàn)與虛擬場景的真實融合。

作戰(zhàn)視覺效果：

應(yīng)用領(lǐng)域：

該系統(tǒng)可應(yīng)用于飛機、汽車、艦船等領(lǐng)域，通過模擬多類環(huán)境，逼真的呈現(xiàn)駕駛過程中的各類環(huán)境工況，幫助用戶實現(xiàn)乘員的適應(yīng)性模擬訓(xùn)練，減少訓(xùn)練成本。