學號：1600030061 姓名：朱凌軒

【嵌牛導讀】：虛擬現實（Virtual Reality）技術，簡稱VR技術，是一種利用計算機及顯示設備模擬產生一個三維空間的虛擬世界，并為使用者提供與之關聯的視覺、聽覺、觸覺等感官模擬的虛擬仿真技術。虛擬現實設備能夠獲取使用者的運動軌跡和相對位置，并實時進行計算和渲染，可以讓使用者如同身臨其境一般，及時、全面地觀察三維空間內的事物。

【嵌牛鼻子】：計算機圖形學、計算機仿真技術、傳感技術、顯示技術

【嵌牛提問】：虛擬現實還有哪些應用？

【嵌牛正文】：

1.虛擬現實軍事應用分化為多個發展方向

構建多域一體的虛擬戰場環境，提升演練臨場體驗

通過相應的三維戰場環境圖形圖像庫，包括作戰背景、戰地背景、各種武器裝備和作戰人員等，為使用者創造一種險象環生、逼近真實、多域一體的立體戰場環境，以增強仿真的臨場感覺，提高臨場訓練或模擬質量。2016年2月，美國海軍水面戰中心達爾格倫分部（NSWCDD）正在牽頭建設一個名為“安全”號的虛擬系統，參與方包括三家海軍系統司令部、賽博防御主管部門以及全美各地的虛擬現實專家。這一美軍海上系統司令部和航空系統司令部聯合研發的虛擬現實系統旨在提高海軍聯合作戰能力，應對潛在的賽博安全威脅，系統還包括了平臺、機械、電氣和其他孤立設施，并將使美國海上系統司令部水面戰中心關于將戰艦打造成賽博安全戰艦的設想成為現實。截至2016年初，美國國防部和美國宇航局的Ames實驗室已經建立了空間站、航空、衛星維護的虛擬現實訓練系統，以空間站操縱的實時仿真為例，美國宇航局的“虛擬行星探索”（VPE）計劃大量運用了面向座艙的飛行模擬技術，利用虛擬環境來考察遙遠行星，目前正以火星為目標進行仿真探索。

打造虛擬訓練訓練系統，解決裝備不足，教學效果差等實際問題

虛擬戰場環境下的作戰訓練是利用虛擬戰場環境，讓士兵攜帶各種傳感設備，士兵可以通過操作傳感設備選擇不同的戰場環境，并輸入不同的處置方案來體驗不同的作戰效果。高度仿真的實戰模擬可以鍛煉和提高參訓人員的戰術動作水平、心理承受能力和戰場應變能力。虛擬武器裝備操作訓練是在虛擬武器裝備環境進行的，通過訓練可以達到對真實裝備進行實際操作的目的。這一虛擬現實手段既能夠有效地解決軍隊現階段大型新式武器裝備數量少、不夠士兵實操的難題，又能夠解決部隊和平時期訓練場地時間、空間受限的問題。

2016年12月中，海軍方面會同波音公司——P-8“波賽頓”的主承包商聯手開展對“戰術訓練與趨勢分析任務執行情況評估”（PMATT-TA）系統的測試。這是一種基于網絡的集中式數據庫，它能與P-8“波賽頓”和P-3“獵戶座”的訓練系統實現整合，從而使海軍官員能研究仿真培訓的發展趨勢，以及從虛擬培訓轉向實況培訓的最佳時機。按照目前計劃，在2017年10月底之前，該系統將會納入波音公司的P-8“波賽頓”訓練軟件底層升級工作中。另據海軍海上系統司令部項目副經理Tom Conlon透露，就水面艦艇而言，海軍研制的“水面訓練先進虛擬環境”（STAVE）已經將虛擬現實、實操應用以及傳統教學方法融合到了一起，用以培訓新一代水手。培訓中，學員先采用數字化3D虛擬工具學習如何操作武器或機械，然后用學到的知識在教室里操作實體部件，最后是登船實操。Tom Conlon認為這種訓練方式不遜色于高等院校的課堂教學。

2016年法國國際防務展上，法國EGA集團展出了一款由其研發的軍用車輛模擬訓練系統，所有功能可根據用戶需求自行調整和改裝，適用于新兵、軍校、實戰模擬、作戰協同訓練和連排級部隊實戰演習。該公司研制的軍用和警用模擬訓練系統已經裝備法國軍方和警方。法國EGA集團此次展出的軍用車輛模擬訓練系統是一種全尺寸裝甲車模擬訓練艙，集成所有裝甲車操作子系統和內部環境布置，擁有六個移動控制軸，可以模擬多種車輛駕駛動作和顛簸、側傾、翻轉等行駛狀態。這種駕駛艙模擬訓練器可進行自動駕駛訓練和連級/排級部隊協同作戰能力，并能與其他模擬訓練系統組網。訓練艙內嵌3D地形仿真數據庫，能夠模擬多種環境，包括：沙漠、暴雨、城市街道，以及鄉村、峽谷、山區、沿海等各種訓練場景。訓練艙的人工智能綜合計算機系統可根據模擬的訓練場景和任務需求，自動切換晝夜環境和調整光線強度。

實施諸軍兵種聯合虛擬演習，大幅降低演習成本

按照軍隊的實際編制、作戰原則、戰役戰術要求，使各軍兵種相處異地但卻共同處于虛擬戰場環境中，指揮員根據虛擬環境中的各種情況及其變化，來判斷敵情作決定，并采取相應的作戰行動。在虛擬的聯合仿真戰場環境中，諸軍兵種聯合戰役訓練中可以做到在不動實體一槍、一彈、一車的情況下，對一定區域或全區域所屬的諸軍兵種進行適時協調一致的訓練。通過訓練能夠發現協同作戰行動中的問題，提高各軍兵種的協同作戰能力，并能夠對諸軍兵種聯合訓練的原則、方法進行補充和校正。目前各國軍事部門都十分重視這種訓練模式，在美國的國防大學中專門開設了聯合與合成虛擬作戰課程。實踐證明，在虛擬戰場環境中對諸軍兵種進行聯合戰役訓練能夠極大地提高參展部隊的作戰能力，并能縮減武器的研發和實訓階段的費用。據悉美國第四代戰斗機F-22和JSF在研制全周期中，由于采用了虛擬現實技術，實現了3D數字化設計，使得研發周期縮短50%，節省研發經費93%。

應用虛擬設計與裝配，提升武器系統研制效率

在高新技術武器開發過程中大量采用虛擬現實技術，設計者可方便自如地介入系統建模和仿真實驗全過程，這樣縮短了武器系統的研制周期，并能對武器系統的作戰效能進行合理評估，從而使武器的性能指標更接近實戰要求，同時在武器裝備的研制過程中，虛擬現實技術可為用戶提供前期演示，讓研制者和用戶同時進入虛擬的作戰環境中操作武器系統。研制者和用戶能夠充分利用分布式交互網絡提供的各種虛擬環境，檢驗武器系統的設計方案和戰術、技術性能指標及其操作的合理性。利用虛擬現實技術來進行大型復雜系統的開發、設計、評估論證等，已有很多成功的例子，例如，波音公司一直在其777飛機的產品設計與性能評價階段應用虛擬原型機實例，這也是飛機設計史上第一次在設計過程中沒有采用實物模型，波音777由300萬個零件組成，所有的設計在一個由數百臺計算機工作站組成的虛擬環境中進行。設計師們戴上頭盔顯示器后，可以“穿行”于設計中的虛擬“飛機”，審視“飛機”的各項設計指標。波音公司的成功案例說明使用虛擬現實技術來進行大型武器系統的開發具有可行性，是虛擬現實技術的一種軍事應用趨勢。

2.虛擬現實技術浪潮席卷全球

虛擬現實技術實現虛擬可視化數值仿真

全球各大高校和公司在虛擬現實技術領域投入了大量資源，各種虛擬現實應用精彩紛呈，到2016年已經逐步形成鼎沸之勢。北卡羅來納大學是進行虛擬現實技術研究最早、最著名的大學，現在的主要研究有分子建模、航空駕駛、外科手術仿真、建筑仿真等，該大學開發了名為“像素飛機”的虛擬現實系統，幫助用戶在復雜視景中建立實時動態顯示的并行系統；喬治梅森大學研制出一套在動態虛擬環境中的流體實時仿真系統，該系統在一個分布交互式仿真系統中模擬真實世界復雜流體的物理特性，包括模擬正在穿過水面行駛的船只、攪拌液體、混合不同顏色的液體、下雨對地形的影響等特性。

工業領域已形成可集成軟件平臺和成熟硬件產品

在工業領域虛擬現實早已嶄露頭角，西門子打造了制造虛實“雙胞胎”流水線，通過虛擬現實技術遠程展現實際流水工況和數據。2016年初，羅克韋爾?柯林斯與美國虛擬現實軟件公司WorldViz合作開展維修培訓器項目。WorldViz提供虛擬現實“工具集”，該工具集已經被羅克韋爾?柯林斯公司在其先進制造設施中使用了八年。羅克韋爾?柯林斯公司負責出版和培訓解決方案的主管史蒂夫?肯奈爾說：“當我們要建造一個盒子的時候，我們拿來所有（CAD）圖紙，在虛擬世界中建造一個原型，然后送給維護和工廠操作者，檢查公差與配合，以及如何去制造它。我們在這個過程中節省了大量的資金，現在我們要拓展到遠程學習的場景”；谷歌公司在2016年度開發者大會上推出虛擬現實開發平臺Daydream，用于基于安卓系統的VR頭戴設備、控制機和智能機的開發，并于今年10月發布了符合Daydream標準的智能機Pixel和Daydream View頭戴式顯示器。

虛擬現實產業即將駛入發展快車道

目前美國的虛擬現實技術應用在國際上處于領先地位，已成為業界標桿，其他國家如英國、德國、日本在上基本與其大同小異。縱觀各國發展態勢，虛擬現實技術的發展已在科學實驗、仿真模擬等方面落地生根，并呈現出穩步上升的趨勢。英國ARRL公司近期進行了關于遠地呈現的虛擬現實研究實驗，主要針對虛擬現實遠景的動態重構問題和科學可視化計算；德國寶馬汽車公司將虛擬現實技術融入到汽車零部件設計、內飾設計、空氣動力學試驗和模擬撞車安全試驗等整車的細節工作中；日本則在建立大規模VR知識庫和虛擬現實仿真方面有較大成就。

3.人工智能高歌猛進，為虛擬現實提供新的技術支持

2016年是人工智能研究和應用突飛猛進的一年，領域包括自動駕駛汽車、語音識別、機器翻譯等等。在軍事方面，辛辛那提大學博士研究生開發的人工智能（AI）ALPHA在高保真空戰模擬器上進行的模擬空戰中完勝美空軍飛行員。ALPHA的開發工作是AFRL“仿真、集成和建模高級框架”（Advanced Framework for Simulation, Integration and Modelling）項目的一部分，用來改善假想敵算法。該項目主承包商為波音公司，項目成果已于2013年交付給AFRL。程序中采用了基于模糊邏輯的人工智能技術，是以模擬空中作戰任務為研究目的，專為無人作戰飛行器（UCAVs）的使用而設計。該項目與其他的人工智能專項計劃不同之處在于，它是在一臺價格35美元的“樹莓派”（Raspberry Pi）上運行的，只需要很少的計算資源。DARPA也正在大力發展人工智能技術，如在“高可信賽博軍用系統”（HACMS）中采用formal methods的數學手段尋找并解決系統的賽博薄弱點。在“認知電子戰”系統中，通過搜集無線電波形，再使用最先進的人工智能和機器學習方法進行處理，預測敵方的下一步舉動，并采取適當的干擾措施。

民用方面，谷歌旗下DeepMind公司基于深度學習開發的AlphaGo在3月的人機大戰中以4:1的總比分獲勝是2016年度引人注目的大事件之一。AlphaGo是通過“策略網絡”(policy network)和“估值網絡”(value network)兩種不同的深度神經網絡來分析棋局，挑選“有前途”的棋步，拋棄明顯的差棋，判斷下子的勝算。在比賽前，谷歌的人工智能團隊就已經在AlphaGo里輸入了幾千萬局的棋局，讓它自行訓練。在克羅地亞，山地救援服務隊則聯手數家科技公司，推出了一種可以自動分析無人機航拍圖片并找出失蹤人員的系統。這些無人機可以在15分鐘內完成一平方公里的搜索任務，拍攝數百張照片并對圖片進行分析，從而找出失蹤人員的蹤跡。

4.虛擬現實技術發展啟示

虛擬現實白熱化趨勢明顯

1．虛擬現實技術進入高速發展階段。2016年被業內專家定義為虛擬現實技術爆發元年，今年一季度全球虛擬現實/增強現實（VR/AR）領域總投資超過17億美元，其中近10億美元來自中國。同時基于虛擬現實的視頻、應用等內容服務、頭盔眼鏡、數據穿戴設備等硬件設備公司、行業解決方案提供者等成為產業資本追逐的重點對象。2016年虛擬現實熱度持續上升，虛擬現實近三年專利新申請量超過前20年的總和，其中美國專利申請量高居榜首，占比51%，韓國、日本、中國依次位居其后。

2．技術指標尚存瓶頸但其應用和普及已是大勢所趨。目前虛擬現實技術在實際應用時仍然需要突破一些共性的技術瓶頸，如廣視角、低眩暈、低延時、真三維等性能指標的突破，同時對于通用計算平臺、人機交互手段等方面也存在一定改進空間,但虛擬現實技術數十年積淀的相關理論和應用已經開始逐步成熟，整個產業即將步入量產和內容開發階段，預計五到十年將達到應用的巔峰。未來的五年將是虛擬現實這片紅海競爭最激烈的五年，將形成一個集中的爆發期，據Business Intelligence最新預測，頭盔式設備年復合增長率達到99%，到2020年全球虛擬現實頭盔出貨量將達到2500萬臺，僅硬件頭盔設備產值就將達到750億美元。Digi-Capital的最新報告數據更為驚人，2020年全球虛擬現實與增強現實技術的市場總規模將達到1500億美元，年復合增長率將超過130%。目前虛擬現實產業已經表露出消費市場普及化、行業需求明晰化、基礎平臺開放化、技術創新協同化四大明顯趨勢，虛擬現實技術將逐步走進主流消費市場。

虛擬現實技術發展啟示

1.虛擬現實將對軍事領域產生深遠影響虛擬現實技術被譽為“21世紀的新科技”，隨著計算機科學技術及相關科技的日益發展，虛擬現實技術不斷走向成熟，其在未來戰爭中的應用前景光明，對戰爭的影響也將越來越大，其低成本、高效能、高仿真的特性及沉浸式的應用體驗將在我軍新一輪軍事變革中產生深遠影響。

2．關注政府引導、企業主導的虛擬現實發展模式。借鑒他國虛擬現實技術的發展模式，政府與企業的關系基本是政府引導，企業主導。政府的引導作用不僅體現在其下屬的各大部門積極自助虛擬現實技術的研發，更重要的是政府通過政策和法律明確了政府的宏觀調控作用，運用立法規劃的手段對虛擬現實的發展和應用予以支持，充分利用自由發展和市場競爭的規則，動員高校、企業及其他機構成為虛擬現實技術的研發主導力量。企業的主導作用體現在不僅為政府籌集巨大融資，而且企業能夠在技術研發和商業化中獲取技術和經濟效益，為企業的自身發展積蓄力量，增強市場競爭力。

3．需要基于內容來豐富虛擬現實應用，完善產業鏈的構建。現階段該技術仍處于市場預熱期，因此最關鍵的還是內容渠道的不斷豐富及整個生態產業鏈的構建和完善，硬件端的發展往往依賴于內容和軟件的需求，因此內容產業特別是虛擬現實軍事應用和娛樂內容的產業將具備極大的發展潛能。豐富多彩、真實全面的虛擬現實系統和全方位、多維度的虛擬現實體驗，勢必成為未來虛擬現實技術戰場的核心競爭力。