虚拟现实技术在坦克综合模拟训练系统中的应用

金 朝 苟方怀 任立楠

（1.陆军装甲兵学员士官学校，长春 130117；2.中国人民解放军31694部队，本溪 117004）

如何营造逼真的战场环境，确保训、战一致是模拟训练系统研发的重点。本文将虚拟现实技术与坦克射击训练融合，提出将虚拟现实技术运用于坦克综合模拟训练系统，以期简化训练流程，提升训练效率，降低训练风险，提高训练效果。

1 虚拟现实（Virtual Reality，VR）系统特点及其分类

1.1 VR系统的特点

VR技术是计算机图形技术、3D显示技术、传感器技术、跟踪监测技术以及立体声、网络等技术的综合运用。通过生成虚拟环境，使用户沉浸在高度逼真的虚拟空间中，并能够利用感官和肢体实现与虚拟世界的交互。它是一种基于真实感受、真实体验和真实交互的人机交互系统，基本特征可用三个“I”进行描述，即沉浸（Immersion）、交互（Interaction）、构想（Imagination）[1]，如图1所示。

图1 虚拟现实技术的基本特征

1.2 VR系统的分类

按照虚拟场景的生成方式及其体验效果，可将VR系统分为四类[2]。

1.2.1 桌面式VR系统

虚拟场景由计算机生成。用户利用三维眼镜，通过计算机屏幕观察虚拟场景，并借助鼠标、键盘、力矩球、感应笔等外部设备实现与虚拟场景的交互。

1.2.2 沉浸式VR系统

沉浸性是虚拟现实系统的核心特性。沉浸式VR系统通过系统设备将用户感官或部分感官与现实世界隔离，屏蔽了来自外界的干扰，进而使用户能够获得良好的沉浸感，给用户以身临其境的漫游体验。

1.2.3 增强现实（Augmented Reality）的VR系统

增强现实的VR系统可将虚拟场景或计算机生成的信息与真实世界中的场景叠加，对现实世界进行信息补充。

1.2.4 分布式VR系统

分布式VR系统是在沉浸式VR系统的基础上，通过计算机网络将多个虚拟场景联系起来，实现多个用户在虚拟世界中的联机交互和资源共享。

2 VR技术在坦克综合模拟训练系统上的应用

全车乘员的密切协同是坦克充分发挥其火力的重要因素。当前，国内设计研发的坦克训练模拟器材通常只针对单一专业，无法体现全车协同训练。本文意图基于VR技术，建立一个同时搭载车长、炮手和驾驶员的综合模拟训练系统（见图2），进而实现全车乘员的协同训练。为达到这一目的，将坦克战斗室内布局及操作装置高度还原，即为该设计中的模拟舱战斗室。将驾驶员位置各设备及操纵装置完全还原，设计模拟舱驾驶室。为实现与外部环境的隔离，模拟舱必须完全密封。模拟舱分为驾驶室和战斗室两部分。其中，驾驶室安装在一个六自由度基座上，战斗室安装在驾驶室上，并可以相对驾驶室做水平向360°旋转运动。通过力反馈装置，模拟训练舱可以仿真坦克在真实战斗中的起动、刹车、转向、颠簸以及路面起伏引起的车辆俯仰、射击过程中的火炮后坐以及调炮、瞄准过程中的炮塔转动等动作，并通过数据接口接收来自虚拟场景的温度、海拔、距离、射角等信息，使用户感受到更逼真的战场环境。

为高度还原实装操作，视景系统采用将头盔式显示器工作原理集成到模拟舱潜望镜、瞄准镜以及热像仪上的形式实现。当舱内乘员通过各类观瞄装置进行观察时，即进入计算机生成的“舱外”虚拟世界，可以进行驾驶、瞄准、观察、射击等操作。同时，舱内乘员的整个身体置身于舱内形成的密闭环境中，通过六自由度平台的运动，感受车辆运动、火炮后坐等传递的运动信息，进而获得身临其境的战斗体验。

在视景设计方面，三个坦克乘员所观察到的虚拟场景由同一个数据库生成，但不同乘员观察虚拟环境的角度又各不相同。为真实还原坦克乘员实际视景情况，虚拟视景系统应包含四个子系统：车长视景系统、炮手视景系统、驾驶员视景系统和教练员视景系统。

图2 综合模拟训练系统构想图[3]

3 结语

VR是当今世界的重要技术之一，其应用前景非常广泛。随着VR技术的不断成熟，相信在不久的将来，它将会对我国的国防建设、军事训练以及国民经济的诸多领域产生深远影响。随着VR技术不断在军事领域成功运用，基于VR的虚拟军事训练模式有望成为提升部队战斗力的重要手段[4]。