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无孔不入的仿真幻真扩真技术

http://jczs.sina.com.cn 2006年12月19日 06:15 解放军报
空军指挥学院 苏恩泽

  有一种技术正像水银泻地一样无孔不入地波及全球,而且屡有新发展,那就是“三真”,即仿真、幻真、扩真技术。

  ■要去的地方“先去”——仿真

  “仿真”技术,即“模仿真实”技术,也称“模拟”技术。以前我们认为:飞行员
要训练与作战,必须“真”进座舱,把飞机“真”飞起来。但现在已经知道:在升空之前,可以先在地面进行几十、上百小时的“模拟”飞行。

  海湾战争时,位于美国犹他州的厄本斯和萨乍兰公司特别繁忙,在它的一个圆顶房间里,价值600万美元的F-16模拟系统日夜运行,在包括气象条件在内的数据库支持下,不仅可以训练飞行员,而且可以做“任务预演”:在重点飞行任务执行前,根据搜集到的多方面情报信息,用计算机生成沿任务航线的视景,让飞行员因应对策,长官则给予评价,再反复演练修正。美军早在1991年1月就批准了“建模及仿真管理计划”,要求在诸军种合成教育、训练、作战、研究与发展、试验与鉴定、分析、生产及后勤保障中加强建模与仿真技术的应用。

  ■不能去的地方“能去”——幻真

  “幻真”技术,即“梦幻真实”技术,也称“梦幻”技术。随着计算机技术的进一步发展,人与计算机交互“对话”仅靠窗口的二维界面就不够了。对人来说,最习惯的还是像日常生活那样进入三维世界中,以致希望到达从未到达过或不可能到达的境界。

  “幻真”技术使人戴上特制的风镜式或头盔式立体显示器,可以看到模拟三维环境的立体图像;戴上立体声耳机,可以听到模拟环境的各种声音;戴上由光纤制作的传感手套(数据手套),则在手的各活动关节都安有传感器以测定人手的位置、手势及各种动作。这样一来,不仅有身临其境之感,而且可以做各种操作,使人与环境融为一体。

  目前,“幻真”技术依复杂程度可分为4类:桌上型(类似看电视节目)、体验型(部分与人对话)、完全体验型(穿上体验服,再现全身动作)和房间型(人进入仿真环境)。它有不少的名称:虚拟现实、虚拟真实、人工现实、人造世界、机控宇宙、远地呈现、远地现场控制……我国著名科学家钱学森则主张称“灵境”技术,这是引用我国

传统文化中的文义,意指:幻真技术使人在醒觉状态下能产生“灵境”的经验。

  “幻真”技术的突出特色是能在危险边界条件下进行“极限作业”(如可到达海底或火山口)而又不危及硬件和人的生命。其用途已远远超出早期的为了培养飞行员或宇航员的目的,像滑雪模拟器、钢琴模拟器、电话模拟器……已纷纷出现,设计师还可生成自己的庞大设备,再戴上头盔去看设备内层的情况;医生可用来做“细手术”、“假手术”、“远手术”;运动员则可以面对大屏幕组织“异地赛球”。

  ■本来没有的地方“也去”——扩真

  “扩真”技术,即“扩展真实”技术,也称“增量真实”或“增量现实”技术。如果说仿真是:要去的地方“先去”;幻真是:不能去的地方“能去”;那么,扩真则是:本来没有的地方“也去”;即可以去“新创造”的地方,可以对环境设计重组,生成的环境更加复杂奇妙。

  美国波音公司应用扩真技术以解决复杂零组件(如线圈)的装配,在工人工作中可在眼前显示有关装配的各种图表,并且可在头盔显示器中,映在要工作的部位上,像用油漆画上一样,这就省去了工人翻手册的时间,从而提高工作效率;同时,该公司还利用这种图形空间的叠加、翻转、隐显技术,迅速准确地设计飞机,最新的波音777客机就是完全在电脑环境下设计的。

  日本的松下公司则提供了一种“虚拟厨房”,使顾客现场把要买的

厨具“安装”在厨房中欣赏,不必等回家以后才知道喜不喜欢;美国西部公司则可让技师在一幅三维地图中“穿行”,以检查地下、高空,以及摩天大楼墙内和郊区湖底的成千上万英里的电缆;而好莱坞则正在制作世界上第一部“足不出户”的故事片……

  法国《科学与生活》杂志称“扩真”技术为“增量现实”技术。“增量现实系统”乃是显示人与机器相互作用的一种新形式:借助一面半透明的镜子,使一个人同时看到真实情景和屏幕图像,从而使其看到的情景变得丰富。即:能显影的眼睛上有半透明的镜片,它可让使用者直接看到实景,同时也能从一种微小的

液晶屏幕(安装在眼镜架上)看到反射出的图像。

  军队将首先使用微型化的“增量现实”系统。如美国海军研究局提供了许多研制资金,并预计其会成为在敌方领土上执行任务的美国部队的绝妙的辅助设备。华盛顿海军研究实验室的工程师已经研制出一种“战场增量现实”系统。今后一支空投到某一个作战地区(与这个作战地区有关的资料已事先存入了数据库)的部队将可以佩带着这种系统前进。在前进中同时从眼镜中接收到有用的信息,例如:地雷区的具体情况,敌人的仓库……所有这些信息都直接与实景融合在一起。

  司令部会把了解到的新情况以图像形式传输给战场上的士兵。军事行动的负责人会在几十公里以外的地方根据新的情况修改行动计划,并及时传输给作战部队,作战部队则可根据这些新信息修正自己的位置。

  当然,“三真”(仿真、幻真、扩真)技术,实际可简称为“仿真技术”或“数字成像技术”,已列为美国“国家22项关键技术”之一。美国国防部向国会作的一次仿真表演,可以算作前沿仿真技术的一个缩影:它把在华盛顿由会场操作的4个仿真平台(空军F-16和陆军武装直升机等)与在美国其他位置操作的仿真平台相联,共同对加利福尼亚某一地区的作战行动实时仿真运行,获得成功。不过,目前一些仿真系统仍面临许多难题,其中之一就是:从人的一个动作,到计算机能够重现活动影像需要100-200毫秒,这对于实战应用来说,响应时间仍嫌太长。

爱问(iAsk.com)


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