這個技術讓戰鬥在「虛擬空間」打響

原標題：這個技術讓戰鬥在「虛擬空間」打響

2017年6月,美國陸軍通信與電子研究、開發和工程中心發布 「戰術增強現實」頭戴式顯示裝備。該裝備可實現戰場感測器數據與實時戰場影像疊加,具備戰場定位和夜視功能,將極大增強單兵的戰場態勢感知能力。近年來,增強現實技術快速發展,實用化裝備不斷湧現,將對未來作戰產生重要影響。

增強現實技術與虛擬現實技術的聯繫和區別

增強現實技術是一種新興計算機應用和人機交互技術,能將虛擬對象與真實場景融為一體。增強現實技術由虛擬現實技術發展而來,與虛擬現實技術的聯繫非常緊密。兩者支撐技術高度重合,均涵蓋計算機視覺、圖形學、圖像處理、多感測器技術、多媒體顯示技術、人機交互技術等領域, 具有很多相似點和相關性。

首先,都需要計算機生成相應的虛擬信息；其次,都需要使用者佩戴頭盔、眼鏡或類似顯示設備,將計算機產生的虛擬 信息呈現在使用者眼前；再次,都需要使用者通過相應設備與計算機產生的虛擬信息進行實時互動。增強現實技術與虛擬現實技術的差異性顯而易見。虛擬現實看到的場景和人物全是虛擬的,重點是將人的感官帶入一個虛擬世界。而增強現實看到的場景和人物則部分真實、部分虛擬,是把虛擬的信息帶入到現實世界中。虛擬現實系統需要巨大運算能力的支持才能展示出沉浸式場景,且逼真程度無法達到與人感官能力完美匹配的程度;增強現實技術則是在充分利用真實環境影響的基礎上,疊加虛擬信息(物體、圖片、視頻、聲音等),從而大幅降低了對計算機圖形能力的要求。

增強現實技術的軍事應用

增強現實技術強調與現實場景緊密融合,因此可廣泛應用於態勢感知、軍事訓練和後勤保障等國防軍事領域。

在態勢感知領域,增強現實技術在裝備上的集成運用可全面提升作戰人員對戰場環境的感知,提高作戰效能。2017年6月,美國陸軍公布 「戰術增強現實」系統。該系統通過安裝在士兵頭盔上的眼鏡與單兵可穿戴計算機和定位系統保持無線聯繫,可顯示當前地圖信息、即時目標信息及團隊成員當前位置的GPS跟蹤數據。

2016年11月定型的F-35戰鬥機增強現實頭盔顯示系統,通過與機身表面的6個高清視頻和紅外攝像機連接,使飛行員視野可「穿透」機身,實現前所未有的全方位態勢感知;還可提供空速、航向、高度、目標信息和警告等任務信息,輔助飛行員第一時間做出正確判斷。2016年6月,德國公布的直升機增強現實視覺系統,通過將機載激光雷達產生的精確地形數據投射到頭戴式顯示器上,使飛行員具備「看穿」雲霧的能力,提高複雜氣象條件下的飛行安全性。美國海軍開發的艦炮操控增強現實頭盔樣機系統,實現通過頭盔傳達清晰的視覺指令信號, 有效解決了複雜環境下射擊指令源不一和指揮鏈混亂的問題。

在軍事訓練領域,增強現實裝備推動沉浸式模擬訓練向更高層次發展。利用增強現實技術構建的模擬訓練系統,可廣泛應用於各軍兵種單兵單裝、作戰指揮、戰役戰術對抗等各種層次的訓練。2015年10月,美國海軍研究辦公室研製的 「增強現實團隊訓練系統」完成測試。該系統可用於火力呼叫和近距離空中支援等複雜實兵對抗訓練科目,通過在真實地形上疊加爆炸等模擬戰場效果,使軍事訓練更加貼近實戰化,同時大幅降低訓練開支。

在後勤保障領域,增強現實技術應用於日常維護作業和各類專家系統, 可大幅提升保障效率。洛克希德·馬丁公司已在F-22和F-35戰鬥機維護工作中,應用愛普生第三代增強現實眼鏡,檢測員通過增強現實眼鏡看到投影於戰鬥機上的維修計劃和零件編號,減少操作錯誤,加速維護進程。

關鍵技術

增強現實技術將計算機生成的虛擬圖像實時、動態地融合到用戶所看到的真實環境中,硬體性能的逐步提升和軟體演算法的快速進步,是其近年來快速發展的主要動力。

在硬體性能上,增強現實裝備一方面通過高度集成環境感測器、深度 相機、慣性測量單元和全息處理器等微電子器件,大幅提升虛實融合能力;另一方面,利用正在快速提高的移動計算能力,實現裝備的獨立運行和便攜化,戰場適用性得以提升。

在軟體演算法上,稀疏、半稠密和稠密等各類即時定位與地圖構建演算法不斷取得突破性進展。2015年提出的ORB-SLAM稀疏演算法,優化了關鍵幀選取和地圖構建方法,在處理速度、追蹤效果和地圖精度等方面性能大幅躍升,有效降低增強現實技術應用門檻;人工智慧技術的突破也極大地促進了機器視覺技術的實用化,加速環境特徵識別和人機實時交互等增強現實瓶頸技術的突破。

意義影響

增強現實技術具有真實世界和虛擬世界逼真融合、實時交互的特點,在國防領域應用前景廣闊。

一是增強現實技術可大幅提升戰場態勢感知能力。部隊可利用該技術在真實環境中融合虛擬物體,增強真實的戰場場景。輸入部隊的位置信息後,增強現實系統不僅能顯示真實的戰場場景,而且能夠通過增加虛擬武器,強調肉眼無法看見的環境信息,以及敵方或己方的隱藏力量,真正實現戰場信息的可視化。

二是增強現實技術可為部隊的訓練提供新方法。增強現實技術構建的軍事訓練系統,可提供比實兵演習更加真實的戰場環境。士兵訓練時通過隨身攜帶的增強現實系統,不僅可以看到真實的場景,而且可以觀察到場景中增加的虛擬物體,使軍事訓練更加實戰化。

（本文選自國防工業出版社出版的《世界國防科技年度發展報告（2017）》；作者：中國船舶工業綜合技術經濟研究院 程之年 王志偉）

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