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战场上的可穿戴技术:显示技术改变未来战士

据国外媒体报道,数十年来,扩增实境显示器——可扩增用户眼前的世界,带来各种有用的信息,如攻击者的体温、飞来的战场上的导.弹速度——反复出现于科幻电影当中。得益于近年的技术进步以及新兴的消费市场引发的成本下降,扩增实境(AR)和虚拟现实(VR)技术功能正日益赶上好莱坞电影的设想。   在需要进行各式复杂的运作和训练的国防领域,VR和AR工具越来越能派上用场,且越来越重要。

虚拟现实技术   虚拟现实技术实际上被国防部门用作训练工具已有一段时间。早在1980年代,美军便招募来自游戏公司雅达利(Atari)的专家基于该公司的射击游戏《战争地带》(Battlezone)为其布莱德雷战车开发训练系统。   虽然这种早期的系统相当简单,也没有广泛使用,但过去十多年的处理性能和显示技术的进步已成功使得该类技术在军事领域流行开来。在英国,皇家空军使用先进的VR培训系统来训练直升飞机人员已有多年时间。

升飞机机组训练系统   该系统由英国公司Virtalis开发,包含头戴式显示器,木制围绕物(模拟直升飞机的内部环境),以及基于摄像头的追踪系统(监测用户头部的位置,在虚拟世界中赋予他们精准的位置)。   该技术可让受训者在首次在直升飞机上作业之前演练一系列不同的场景。据Virtalis总经理大卫·科伯恩-普莱斯(David Cockburn-Price)称,它帮助英国皇家空军大大提升了它的训练资源使用效率。“他们不用再浪费时间在空中给学生进行基础训练了,因为学生们已经在地上学会那些了。”他解释道,“皇家空军也因为部署该系统而明显降低了训率的失败率。”   Virtalis系统相当高端,尽管它能够帮助节省飞行成本,但它仍价格不菲。据科伯恩-普莱斯称,光显示器的费用就达到1.5万英镑到3万英镑。   与此同时,研究人员越来越多地关注那些针对其它领域的低价且现成的技术,希望从中得到解决方案。 在英国,积极鼓励研究人员这么做的主要组织之一是英国国防科技试验室(DSTL)。该组织资助了多个该领域相关的项目。   最近,英国电子产业咨询公司Plextec发布了一个旨在给予士兵医疗应急培训的虚拟现实系统,该系统基于商用的Oculus Rift虚拟现实头盔。该项目的开发资金来自DSTL的国防事业中心(CDE),它可让受训者体验在战火下作出艰难的临床决策的场景。

Plextec的虚拟现实工具利用Oculus Rift头盔训练士兵处理医疗紧急事故   据Plextec的医疗业务经理科莱特·约翰逊(Collette Johnson)称,该技术(一旦能够量产,其造价将只有几百英镑)目前正在接受国防部的测试,可能会在几年后开始让**使用。   探索商用现货(COTS)的潜在用途,也是DSTL合成环境项目的主要目标之一。该项目在帮助开发一连串以现有技术为基础的虚拟现实训练系统。其中的一个突出例子是,针对最新版Warrior步兵战斗车辆(预计在本年代末开始服役)的试验性驾驶模拟器。   该项目的技术合伙人卡洛琳·肖尔(Caroline Shawl)解释道,随着新版Warrior的出现,DSTL想要看看模拟技术是否可用于培训履带式车辆的操纵技能。据她称,基于现成移动平台和图像生成系统的模拟器已按时完成开发,且成功证明,在模拟器上的培训效果丝毫不亚于在真实车辆上。   这种训练不仅仅改变了国防部对未来训练系统的要求,在肖尔看来,它还改变了人们对模拟器用途的认知。她的同僚、技术组科学家伊恩·格雷格(Ian Greig)补充道,越来越多的人认识到,模拟器技术的成本下降了,但功效有增无减。他说道,“以往,我们可能要花5000万英镑来采购两部高保真高速喷气机模拟器,将它们用于培训飞行员。而现在,我们可以买25台一台100万英镑的同等设备,并将它们串联起来,从而给受训者带来更加充分的真实飞行准备。”

游戏行业的影响   在各个帮助降低模拟技术成本的行业中,影响最大的一个可能是游戏行业。不过,肖尔强调称,衍生的游戏不一定是你想要的那种游戏。   “游戏的逼真程度会转移人的注意力。”她说道,“你想从训练中获得训练效果,但你很容易会被屏幕上的图像分散注意力。不过,对我们来说最重要的元素是GPU、手柄、PC以及这些设备所具有的性能。”

Ubisoft《幽灵行动:未来战士》(Ghost Recon: Future Soldier)的艺术渲染 这些进展也将能够在DSTL的最新项目中派上用场。该项目旨在寻求改进电脑生成的“实体”(如地面部队或平民百姓)的性能(用于各种虚拟训练工具)。   格雷格称,现有工具的问题之一是,那些实体——不管它们是陆军还是战斗机——目前的自主性都很有限。“我们有工具生成数千个实体,但我们需要大量人手去控制它们。”他说道,“你可以任由它们行动约5分钟,但之后你得重新控制它们,并进行纠正。你可能需要每50个实体配1一个控制者。”   因此,DSTL未来的SCORE(模拟自然和物理环境的组成和表示)项目的主要目标之一是,增加实体的数量,减少控制实体的人手。   格雷格称,这是一个富有挑战性的问题。“我们要如何让游戏中整个城市的人各司其职呢?我们要如何让平民百姓做他们平常做的事情,并对周遭发生的军事活动作出反应呢?我们要如何还原出敌军的动态呢?我们要如何还原出叛乱分子呢?”   该项目尚未正式启动,因而格雷格和肖尔只能够猜想这一切可以如何实现。不过,肖尔指出,他们将针对界面的改进研究诸多的范畴,使得控制人员能够控制更多的战场情况,嵌入更高级别的人工智能。

扩增实境   通过SCORE开发的那些工具会对**的训练产生重要影响,但在很多人看来,对于军事领域影响最大的可能是扩增实境技术和虚拟现实战斗场景的兴起。   到目前为止,扩增实境防卫应用基本上就只是战斗机飞行员佩戴的非常先进的头戴式显示器。   也许,其中最值得关注的是针对Eurofighter战斗机飞行员的BAE Systems(英国宇航系统公司)Striker头盔,以及Rockwell Collins和Elbis联合开发的F-35头盔。后者刚推出不久,被认为是有史以来最先进的扩增实境头盔。

F35头盔,被称为国防领域有史以来最先进的扩增实境系统   虽然这些头盔的运作方式存在差异,但它们的核心都是监测飞行员头部的准确位置,从而将相关信息直接精准地显现在飞行员的眼前。   最新的Striker头盔和F-35系统均有一特色功能:能够显示来自装在飞机外部的摄像头的画面,让飞行员可以看清楚飞机的整体结构,获得不间断的360度视角。

陆用扩增实境系统   开发这种技术的工程挑战本身就已经超乎想象地复杂,不过工程师现在要试图将扩增实境带到一个技术难度甚至更高的新领域——为陆军开发头戴式系统。   大卫·罗伯茨(David Roberts)博士供职于走在这一新兴领域前沿的美国公司Applied Research Associates,负责领导开发军事行动和感应系统。“扩增实境应用于驾驶舱和飞机已经有很长一段时间,”他说道,“但它向陆军的扩展才刚刚开始。在飞机上,你有很多的资源可供使用,你可以将显示器接入大电源,你有计算机,且能够利用各种各样的传感器。而地面的士兵则不具备这些资源,其装备的研究重点就只是减重和降低能耗。”

ARC4系统可将有用信息直接显示在士兵眼前   利用美国国防高级研究计划局(以下简称“DARPA”)的资金,罗伯茨的团队开发出了一个软件与感应程序包,希望它将可以用于支持这种新兴的士兵技术。   该系统名为ARC4(支持扩增实境指令、控制、通讯和协调),可聚合惯性传感器、GPS和摄像头数据,记录和追踪用户头部的位置和方向。有了这些数据,该系统软件就能够从它接入的任何通信网络获取信息,以及将信息直接呈现在士兵眼前。   罗伯茨称,该系统主要是为联合终端攻击控制员(JTAC)而开发的,举例来说,他们可用它来监测或不在视线范围的友军位置。   他补充道,相对于基于平板电脑的现有系统,这种系统的一大优势是,**可以一直专注于战场。“当你低头看平板电脑的时候,你并不能专注于周遭在发生的一切。”他说,“你的大脑必须要将你低头看地图时看到的2D信息和你重新抬头时看到的现实世界的3D信息关联起来。而如果你用平视方式查看那些信息,你就能够一直知道周遭的情况,直接从眼前获取那些信息。”   罗伯茨强调称,这种技术可能会整合到任何的头戴式显示器,比谷歌眼镜等市售系统要先进不少。“那些市售设备在信息呈现上并不能带来真正的扩增实境,它们会让人分心,且不能根据你所处的位置进行调整。”

轻量全色的QWarrior系统,不久后将投入战场使用   与此同时,在英国,BAE Systems在利用来自DARPA项目的资金开发Q-Warrior系统——面向陆军的夹式全色扩增实境显示器。   BAE Systems高级显示器业务拓展主管克里斯·科尔斯顿(Chris Colston)指出,波导显示器的进步让打造轻量便携的头戴式设备成为了可能。   他解释道,利用包含平行玻璃片的波导器,该系统可以替换普通光学器件上复杂的透镜配置。图像会嵌入这种波导器,会向前反弹,直至到达玻璃片之间的衍射光栅。这是用于控制图像发射至用户能够看到的眼睛梭箱的方式。   与ARC4一样,Q-Warrior还包含一个追踪程序包,结合利用GPS和惯性传感技术来测量用户头部的准确位置。   科尔斯顿指出,该系统主要针对指挥与控制专员,他们可用它来查看包括视频、图像和航行线索在内的数据,以及友军的位置信息。他补充道,穿戴者甚至可以在瞄准目标的时候用它来测算特定武器的爆炸范围,从而减少不必要的伤亡。   Q-Warrior和ARC4目前都在进行试验,虽然这两个系统已经接近完工(科尔斯顿预计Q-Warrior的生产版将在18个月内推出),BAE和ARA仍在继续为它们开发功能。   罗伯茨的下一个挑战是开发适用于没有GPS的地区的系统。他并没有透露他将如何解决这一问题,只是说他的团队有机会达成目标。“我们计划加入技术让你在进入大楼和处于‘非GPS’区域的时候也可以携带这种系统。”

本文分享自微信公众号 - 机器人网(robot_globalsources)

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原始发表时间:2015-05-22

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