VR與AR在軍事訓練中的應用探析

趙晉慧

摘要：VR和AR兩種技術是已使用的兩種較為前沿的顯示技術，對軍事訓練領域有極大的幫助，VR和AR同屬虛擬現實技術，但有明顯的區別，不存在單純的遞進和取代關系，在具體應用中根據自身特點，針對性使用這兩種技術可以達到最佳的投入產出比。

關鍵詞：VR;AR;軍事訓練

VR和AR在美國最早是應用于軍事領域的技術，主要體現在單兵模擬訓練、多軍種聯合虛擬仿真演習、高新武器研發與設計、信息網絡虛擬戰等。根據VR和AR不同的技術特點，結合不同的軍事訓練需求，有的放矢的使用新技術可以最大限度的發揮新技術的功能。

1 VR和AR

VR（Virtual Reality），虛擬現實技術是由計算機視覺、仿真技術、人機交互等多種信息技術演變發展而來的新型計算機技術。VR可分為非沉浸式虛擬現實和沉浸式虛擬現實的技術。非沉浸式虛擬現實也稱為桌面式虛擬現實，是借助于計算機和其鼠標、鍵盤、話筒等外圍設備，通過三維制圖軟件在屏幕生成的窗口式虛擬環境。沉浸式虛擬現實是利用圖形系統和各種控制接口設備，在計算機上生成可交互和具有沉浸感覺的現實世界的模擬仿真，其沉浸特征要求用戶戴上 VR 頭盔才能進入虛擬環境。

AR（Augmented Reality），增強現實技術是將原本在現實世界的一定時空范圍內難以體驗到的實體信息，通過技術手段進行模擬仿真后再疊加到現實世界，被人類感官所感知，從而達到超越現實的感官體驗。AR系統是集成了真實和虛擬世界的信息，具有很強的實時交互性。在顯示技術方面，全息影像和智能眼鏡近眼屏為代表是未來AR硬件的發展方向之一。

2 VR和AR的主要區別

2.1 虛擬環境的立足點不同

VR技術的特點在于虛擬環境完全構建在虛擬的三維世界當中，所有的事物都通過三維模型來實現，例如《Special Force VR：Infinity War》，玩家需頭戴非透視式 HMD，完全沉浸在虛擬世界中，與現實世界環境完全脫離，可在幾平米范圍內實現游戲中數平方公里范圍的活動。AR技術的特點在于虛擬對象立足于現實世界當中，將部分虛擬對象與現實環境有機融合，例如AR游戲《Pokemon GO》，立足于現實世界，利用手機顯示端，將精靈角色與現實環境相融合，2016年9月18日下午，日本東京港區臺場街頭聚集數百人，導致交通癱瘓，人群聚集因玩家為捕捉虛擬精靈而導致，其中還有玩家從神奈川趕來。

2.2 顯示設備使用感受不同

VR將視覺與現實世界完全隔離開，借助頭戴式顯示設備，使人沉浸于一個完全的虛擬世界。VR的優點是徹底改變了PC的交互形式，視覺的感受更近似于人眼，交互設備更豐富，手柄、重力感應、陀螺儀、眼動儀等極大豐富了VR的交互體驗。缺點是因VR顯示設備對人眼的全包裹，長時間使用VR會對眼睛造成較大負擔，容易導致眩暈，眼睛全包裹后使用者會擔心自己與周圍發生碰撞，一定程度上導致行動不自如的問題。

AR將虛擬對象與現實世界融合互動，以現實的環境為基礎，進行局部的重點關注對象的虛擬。顯示設備主要為透視式 HMD，鏡片上顯示的只是疊加的虛擬圖像和信息，這樣的顯示形式很好的改善了VR頭盔帶來的眩暈感、酸澀感等不良視覺感受，也不會有行動受限的問題。它的缺點是技術尚不成熟，虛擬對象與現實結合不自然，還不能得到廣泛的應用。

2.3 顯示技術重點側重不同

VR是完全的虛擬場景，因此它的技術重點為使用者與虛擬場景交互的領域，影響質量的關鍵因素有定位跟蹤器、動作捕捉系統、手柄控制器，除此之外就是大體量的三維模型數據和特效數據，對運行系統的主機有很高的要求。

AR是現實和虛擬結合的技術，它的技術重點在結合的部分。眼鏡式頭顯設備前端要增加獲取現實環境的數據采集設備，數據采集設備的質量高低也決定了虛擬對象與現實環境的融合程度。全息投影的顯示方式可以實現裸眼的AR體驗，但對顯示的環境要求較高，顯示范圍也會受到較大限制。

3 VR和AR在軍事訓練中的應用

非沉浸式VR技術基于計算機硬件設備，環境易實現且成本較低，但視野局限于顯示屏邊框，因此多應用于視野為窗口類的模擬訓練科目。例如飛機、車輛、船艇等駕駛操作技能訓練，因現實中駕駛艙的視野同樣受到觀察窗邊框的限制，因此使用非沉浸式VR技術是最合適的，不必使用沉浸式VR或者AR來訓練，可以最小的成本達到最大的訓練效果。

沉浸式VR技術最大的優點就是在虛擬世界中視野最大程度還原人眼感受，可360度無死角的觀察，逼真的營造出現實中不易遇到的大場面，比較適用于側重環境感受的軍事訓練科目。例如戰場中隱蔽意識訓練就是一個需要解決的問題，在現實中營造對己方人員密集火力覆蓋的環境是較為困難的，容易造成人員傷亡，目前多采用的激光對抗訓練系統在一定程度上能解決訓練戰味不濃的問題，但是僅限于士兵間輕武器的對抗，對戰場的綜合環境表現方面還有較大差距，在訓練中受訓者往往表現出一種無所畏懼的輕視狀態，VR可以很好解決這一問題，全要素的模擬出一場戰斗，讓受訓者體驗到最接近真實的戰斗環境。

AR技術最大的優點在于現實和虛擬兩部分真假參半，適合訓練對真實環境要求較高的科目。例如特戰訓練中的狙擊訓練，面對人形靶標，受訓者往往能表現出優異的訓練成績，但是換成真人，特別是訓練中由隊員扮演的活人靶，對狙擊手的心理造成極大的沖擊，甚至導致開不了槍的狀況發生。這一問題用AR雖然也能解決環境的構建，但是它的虛擬性同樣會導致受訓者重視不起來的問題，高質量的AR人靶可以達到以假亂真的效果，一方面極大地貼近實戰，另一方面可以避免活人靶帶來的安全、倫理等一系列問題。

參考文獻：

[1] 徐碩.VR/AR應用場景及關鍵技術綜述[J].智能計算機與應用，2017（06）.

[2] 劉崇進.沉浸式虛擬現實的發展概況及發展趨勢[J].計算機系統應用，2019（03）.

（作者單位：陸軍邊海防學院）