虚拟现实技术在电子对抗兵训练中的应用探究

张 闯 张 波

国防大学联合作战学院 河北石家庄 050001

电子对抗兵训练是确保在未来联合作战中获取对敌信息优势的关键，其训练效果的好坏将直接关系到信息作战的成败。与传统军事训练相比，现在的电子对抗兵训练更加突出强调信息化条件下诸军兵种多级别、多要素和多单元的横向与纵向交叉重叠的集成训练，这种训练方式对训练的技术条件和训练环境都提出了新的、更高的要求。显然，利用虚拟现实技术开发虚拟现实训练系统并运用虚拟现实训练系统进行电子对抗兵训练，是目前最有效的一种方法，给电子对抗兵训练带来了新的方法手段[1]。因此，充分认识虚拟现实技术在电子对抗兵训练中的重要性，研究虚拟现实技术如何在电子对抗兵训练中发挥其优势作用，就成为一个非常值得探讨的问题。

1 虚拟现实技术在电子对抗兵训练中的基本特点

虚拟现实技术是近年来十分活跃的技术研究领域，是一系列高新技术的集合，这些技术包括计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、传感器技术以及高度并行的实时计算技术，借助这些高新技术，可为用户创设一个实时反映实体对象变化与相互作用的虚拟世界，使用户直接参与并探索仿真对象在所处环境中的作用与变化，产生“沉浸感”。与常规的训练方式相比较，虚拟现实技术在电子对抗兵训练中应用可呈现以下特点。

1.1 形象逼真

利用虚拟现实技术能创造出与实装和实战相近似的电子对抗兵训练条件、形象直观的装备设施和逼真的战场环境条件，并能按照不同的作战要求和设置的作战条件反复地进行演练，使受训人员对战场各种复杂情况应付自如，在一定程度上体验到未来战场的氛围，增强训练的真实感[2]。

1.2 灵活可控

虚拟现实能营造一种“自主学习”的环境，使传统的“以教促学”转变为学习者通过自身与电磁环境的相互作用得到知识和技能，还可以根据其自身情况有针对性地构建知识结构和选择训练内容，对训练过程实现实时控制，增强了训练的可控性，促进其训练观念由“要我训”转变为“我要训”，突破性地提升训练效果。

1.3 节省成本

在传统的电子对抗兵训练中，受训人员多、电子对抗装备少，训练场地受限等矛盾突出。通过虚拟现实技术构建电子对抗兵虚拟训练系统，可以弥补装备、场地、经费等硬件的不足，获得与真实训练近似的体验，在保证训练效果的前提下，极大地节省成本。

1.4 规避风险

在组织电子对抗兵虚拟训练时，不运用真实的电子对抗装备就可以展开训练，并能有效地控制训练的进程，检查训练实施的效果，从而减少电子对抗装备的磨损和实装演练的损耗，避免了实装和实战训练组织复杂以及容易发生意外事故的不足。

2 虚拟现实技术在电子对抗兵训练中的应用形式

虚拟现实涉及的关键技术主要有：大规模数据的场景建模技术；动态实时的立体视觉、听觉生成技术；三维定位、方向跟踪、触觉反馈等传感技术和设备；符合人类认知心理的三维自然交互技术；三维交互软件及系统集成技术等[3]。随着近年来虚拟现实技术的飞速发展，其在军事领域的应用已越来越广泛，对于电子对抗兵训练而言，具体可以体现在以下几个方面。

2.1 构建虚拟复杂电磁战场环境

通过相应的三维战场环境图形图像库，有针对性地创建基于网络共享的、带有不同地形和不同战术背景的虚拟训练环境(包含一定的战场视觉效果和声音效果)，使训练人员置身于较为逼真的虚拟战场中，提高不同环境下的战术处置和适应能力。

2.2 对抗指挥决策虚拟仿真

虚拟现实技术运用于指挥决策模拟，可以在电子对抗决策模拟中利用大规模并行处理机的建模和模拟仿真技术，精确地再现战区作战态势，并精确地预见电子对抗过程中可能出现的情况，使指挥员能够适时调整作战计划，迅速、有效地做出对抗决策。

2.3 电子对抗兵战术虚拟训练

通过构建分布式电子对抗兵虚拟训练系统，可模拟遂行电子对抗任务的整个过程，包括受领任务、开进展开、战术情况处置等战斗行动过程，还可以实现基于对抗任务的协同训练，提高受训人员在遂行任务过程中的情况处置能力与协同作战能力。

2.4 电子对抗兵作战虚拟演习

利用分布式虚拟现实技术构建的“虚拟战场”，使参战双方同处其中，根据虚拟环境中的各种情况及其变化，实行“真实的”电子对抗演习。在虚拟作战环境中，由于不受地域的限制，大大提高了演习的效果，也便于开展电子对抗作战方案、理论与战法的创新研究。

2.5 电子对抗兵训练考核评估

利用构建的电子对抗兵虚拟训练系统，可以方便地对各类电子对抗专业人员进行包括装备操作、阵地选择、情况处置等内容的考核，以充分了解和掌握电子对抗部(分)队各类人员的实际作战能力和薄弱环节，为科学制订和实施训练方案提供依据。

2.6 电子对抗装备虚拟训练

通过虚拟现实技术，构建与实际电子对抗装备几乎一致的各型电子对抗装备“虚拟教室”，涵盖装备的工作原理、结构组成、操作使用、故障处理等内容，可以系统地对装备操作及维修人员进行培训。

3 电子对抗兵虚拟训练系统实现的基本步骤

电子对抗兵虚拟训练要求综合运用信息网络、计算机技术、虚拟现实技术、仿真技术，建立一个具有层次结构的、集多种功能于一体的、适应一体化联合作战需要的虚拟训练系统，主要包括以下三个步骤[4]。

3.1 构建电子对抗装备虚拟模型

电子对抗装备是电子对抗系统的基本组成单元，要实现电子对抗系统的虚拟训练，首先应从电子对抗装备的虚拟模型构建开始。建立电子对抗装备虚拟模型的方法有两种：一种是直接使用虚拟现实建模语言(VRML)编写源代码，但这种编写源代码的方法不够直观，特别是对于复杂模型的生成十分困难，所以只适合建立比较简单的模型；另一种是通过辅助建模软件，如3DS MAX软件等，先建立三维物体的外观模型，然后通过图片渲染等方法实现三维物体的仿真。

3.2 构建虚拟战场环境及训练环境模型

虚拟战场及训练环境直接关系到整个电子对抗兵虚拟训练效果的好坏，因此，对于整个虚拟训练环境的构建通常分为三个环节：首先是通过辅助建模软件对整个虚拟训练环境进行建模，包括虚拟训练场、虚拟实验室、虚拟战场及虚拟士兵等内容的建模；其次是为训练环境添加声、光、电等环境虚拟效果，增加虚拟训练环境的真实度和体验度；最后要为整个训练环境设定环境变量，如训练环境边界、环境碰撞的物理及粒子效果等。

3.3 创建虚拟训练的交互控制机制

单独的模型不能直接拿来训练，因此，需要对这些模型进行组织，创建必要的交互控制机制，才能达到整个虚拟训练的效果。对于模型和场景的交互控制，一方面可以借助一些虚拟现实制作软件，如Virtools，EON Studio等，使用户通过鼠标键盘就可以控制场景中的模型；另一方面，还可以结合VRML语言进行编程，将这些模型按照层次组织起来，以便实现复杂三维场景交互功能。

除此以外，为了实现具有网络化功能的电子对抗兵虚拟训练，根据需要通常还应建立各种场景与模型服务器及数据库。如果要获得更加直观形象的训练效果，还可以加上一些虚拟现实外设，包括数据手套、三维头盔显示器、立体眼镜、三维跟踪捕捉仪、数据衣等，用以获取受训者的人体行为动作参数，实现更加简便直观的交互控制。

4 虚拟现实技术在营级分队电子对抗兵训练中运用的实例及效果

以营以下电子对抗战术分队为例，通信干扰方舱虚拟现实训练系统主要包括：一把能前倾、俯仰和振动的操作椅，一个实体模拟键盘，一台能实时显示立体彩色图形且具有立体声效果的环形270°屏幕，立体视觉眼镜和数据手套，一套高速并行处理机系统，一台高速彩色三维图形工作站和语音识别系统。操作手置身于虚拟现实环境中，他所操纵的不仅是工作方舱本身，而且还能在虚拟界面下进行开关机操作，根据系统输入的敌方电磁目标信号，在模拟主机界面上输入侦察干扰参数，感受目标信号的特征变化和干扰信号的效果，实现从接收指令、开机、侦察、判断、释放干扰到上报结果的全程模拟训练操作。使用这种系统训练侦测员和干扰员操作手时，操作手的每个操作动作都会被实时记录下来，并被提示操作动作正确与否；操作手能看到侦察干扰的效果，并被告知分析判断的背景特征信号和目标信号正确与否；操作手还能实时听到上级指挥员的命令，同时把自己的判断及时上报，并与友邻台站联系，实现协同作战。

5 结语

虽然虚拟现实技术在电子对抗兵训练中具有各种各样的优点，但由于技术及认识等多方面的原因，其在应用推广上还存在着一些不尽如人意的地方，主要表现在两个方面：一是对计算机配置要求较高。由于虚拟现实系统涉及大量的三维模型、图形、数据库等数据的运算，对计算机CPU，GPU的配置要求高。二是虚拟现实外设成熟度不够。良好的虚拟现实体验离不开与之相匹配的虚拟现实外设，而这些外设目前还不能小型化、便携化，价格通常也比较昂贵，难以规模化应用。随着信息技术的飞速发展，相信制约虚拟现实技术应用推广的瓶颈终会迎刃而解，虚拟现实技术在电子对抗兵训练中的应用必会迎来更大的发展。