资料｜军事中的增强现实（AR）技术发展及其主要应用

军事训练是生成和发展部队战斗力的最基本途径，军事部门对于新兴技术的应用也一直走在行业的前沿，通过前沿技术以达到增强部队战力的目的。

对于增强现实（AR）技术的应用也不例外，早在Snapchat发布其AR滤镜和增强现实移动应用开发之前，军队就已经为他们的战斗机飞行员实施了实时叠加技术。

由于战争是不断发展的，军队必须跟上最新的军事“趋势”来应对新形势下的作战需求，并在技术战争中寻找领先的机会。并且，随着数据和图形处理的可能性不断扩大，增强现实在军事上的应用数量呈指数级增长。

在本文中，我们将对一些可以彻底改变军队的增强现实领域的最新发展展开介绍。同时我们还将讨论增强现实在军事中的可能应用以及在实施过程的遇到的一些阻碍。

增强战争的三种解决方案

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战术增强现实（TAR）

前文提到的AR技术应用于战斗机，就是我们所说的抬头显示器。所有关键信息(空间方向数据、武器瞄准等)都被叠加到飞行员的面罩上，飞行员不必一直低头看面板，从而拥有更好的态势感知能力。

美国陆军研究、发展和工程司令部(U.S. Army Research, Development and Engineering Command)的通信电子研究、发展和工程中心(CERDEC)已经开发出类似的东西，该中心正在积极研究增强现实技术的潜力。

TAR看起来像夜视镜(NVG)，但它可以提供更多的可能性。它可以显示士兵的确切位置，以及盟军和敌军的位置。该系统安装在头盔上的方式与护目镜相同，可以在黑夜和白天运行。因此，TAR基本上取代了典型的手持GPS设备和护目镜。当士兵想要查看GPS位置时，他们就不必再向下看。

此外，武器上还有一个热点区域，可以无线连接到战术增强现实目镜和士兵腰部的一块平板上。这样的系统可以让士兵看到他们瞄准的目标及其距离。显示器可以分成两部分，士兵可以看到枪指着的地方，同时还可以看到头盔上的正面摄像头的画面。例如，士兵可以看拐角处或墙外的情况，而没有任何爆头的风险。

更重要的是，战术增强现实拥有自己的无线网络，可以让士兵们在情况发生变化时共享信息或输入数据。

战术增强现实抬头显示可以提高士兵的战场意识，减少必须携带的设备数量，帮助更有效地击败敌人。

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HUD 3.0:即可作战，又能用于训练

在聚集了工业界、军方和学术界人士的AUSA全球部队博览会上，公布了一种名为HUD 3.0的新型头显系统。HUD 3.0可以为美国陆军士兵提供瞄准增强、导航改进和虚拟训练。

HUD 1.0，也被称为增强夜视镜-双目(ENVG-B)。这种增强现实设备以覆盖的形式为士兵提供更好的夜视和战术信息(敌人或盟军部队位置等)。它还包含一个数字化的十字准线(或者说是瞄准分划板)，与士兵的武器进行连接，并且能够在扣动扳机时精确地显示出子弹的落点。HUD 3.0将能够做1.0所能做的一切，加上重叠的数字地形、障碍和虚拟敌人。增强现实的这一特性将允许部队以更低的成本运行复杂的训练场景。

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综合训练环境(STE)

与实战相比，训练依旧存在一定的缺陷。当士兵身处实战当中，很难保持冷静，做出正确的决定。

合成训练环境(Synthetic Training Environment)是一种AR系统，可以帮助士兵以一种更身临其境的方式进行训练，将他们置于更有生理和心理压力的作战环境中。陆军研究实验室(ARL)、南加州大学创新技术研究所、联合武器中心训练(cact)和模拟、训练和仪器项目执行办公室(PEO STRI)目前正在制定管理STE项目的主要原则。STE开发人员所追求的主要目标之一是创建这样一个训练选项，使指挥官能够建立具有更高战备水平的适应性部队。

AR 和 VR 技术可以节省资金，为受训人员提供一个更安全的环境，并帮助士兵发展认知技能。根据美国海军研究中心 (ONR) 的报告，与游戏玩家相比，不玩电子游戏的人的视野较不发达，记忆视觉对象的能力较差，处理新信息的速度较慢。

因此，借助虚拟现实和增强现实技术创建类游戏模拟，可以显着提升士兵的认知能力，并使虚拟训练与现场实践接轨。从本质上讲，STE 是所有三种现实的混合体——虚拟、增强和物理。它应该足够灵活以允许大多数类型的任务演练，并且足够直观以使培训有效。

这种平台的主要优势之一是，在一次训练期间可以进行多次迭代，并且能够实时调整系统。综合训练环境跨职能团队正努力将所有培训环境整合为一个具有开放架构和直观界面的单一平台。他们还希望确保全球任何地方都可以通过这样一个系统访问，因为不同的环境在作战行动方面有不同的复杂性。

总而言之，当STE启动并运行时，它应该代表一个能够迅速适应现代战争进步的终极训练平台。这是增强现实技术用于军事用途的未来。

增强现实在军事领域的其他应用

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国防工业生产

增强现实技术运用于国防工业领域，主要体现在4个方面：

• 一是可实时展示和共享实物、模型、设计图纸等信息，利用多通道人机自然交互技术，使得异地、多人可以实时互动，沟通交流设计思想，修改与改进方案。
• 二是可将武器装备的模型及各种可能的设计方案融合在一起，显示给使用者,使用者可通过增强现实系统全面比较各种方案,且能够将修改意见直接反映到装备的研制模型上。
• 三是可为用户提供先期演示，让研制者和用户同时进入虚实结合的作战环境中操作武器系统，检验武器系统的设计方案、战术、技术性能指标及其操作的合理性。
• 四是可将装配维修的标准工作流程指南准确地显示给用户，大幅提高装备研制效率及装备实用性。

2015年，由美国国防部牵头成立的数字化制造与设计创新机构发布了七大研发项目，其中之一就是“基于增强现实和可穿戴计算的生产车间布局”。美国Marine公司使用哥伦比亚大学图形和用户界面实验室设计制造的增强现实辅助维修系统（头戴式显示器），可将增强现实技术应用于装甲炮塔的研制当中。欧洲空中客车公司利用增强现实系统来解决欧洲某型战斗机布线问题，操作工人可通过语音调用虚拟提示，按照每步提示轻松完成高密度的布线工作。

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战场环境展示

增强现实技术运用于战场环境显示，主要是通过在真实环境中融合虚拟物体，不仅能向部队显示真实的战场场景,还能够通过增加虚拟物体强调肉眼无法看见的环境信息，以及敌方或己方的隐藏力量，进而增强真实战场场景的显示,真正实现各种战场信息的可视化。例如，将增强现实技术用于飞行员座舱的显示,在飞行员座舱的前方玻璃上或者他们的头盔显示器上,不仅可向飞行员提供导航信息,还可提供包括敌方隐藏力量的增强战场信息。

2011年，泰莱斯公司在巴黎航展上展示了基于增强现实技术的“顶点猫头鹰”头盔瞄准显示器，该系统可直接将相关信息投影于驾驶员的头盔取景器上，为其提供直升机周边虚拟的画面，使其在各类恶劣的地理和气象条件下，作战场景或目标能够以增强现实的方式向驾驶员清晰显示。该系统现已部署于位于阿富汗的法军和美军的“虎”、NH90、AH-1Z“眼镜蛇”等直升机上。近期，美军即将为F-35战斗机配备多功能头盔，除了传统的供氧、通信联络、信息显示和武器瞄准等功能外，该头盔还采用了增强现实技术和头部跟踪系统，能够实现飞行员头转向哪一方，头盔便会显示哪一方向的即时态势。2012年，美国国防高级研究计划局在“士兵视觉增强系统”项目中开始研发一种隐形眼镜，佩戴该隐形眼镜的作战人员可以看到虚拟的、增强现实的图像，整个过程无需借助庞大笨重的仪器。

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作战指挥控制

增强现实技术运用于作战指挥控制，主要体现在3个方面：

• 一是作战指挥系统应用增强现实技术，可使指挥员实时掌握各个作战单元、任务部队的情况，有利于指挥员快速正确地理解上级意图，及时做出决策。
• 二是应用于作战指挥网系中，可使各级指挥员同时观看、讨论战场以及与虚拟场景交互，实现整个战场信息的高度共享，有利于各级指挥员统一认识、密切协作。
• 三是将增强现实系统应用于多用户、多终端协同工作, 可为各用户、终端建立一个共享的、可理解的虚拟空间,允许各用户、终端共享战场信息、实时交流互动，有利于指挥部队加强配合、协同作战。

近年来，美军开发了一款“战场增强现实系统”，包括可穿戴式增强现实系统和三维交互命令环境，其系统样机已实现了指挥中心与各战斗员之间的信息传输，未来将满足城市作战中提供单兵环境位置及协同信息的需求，有效提升城市作战指挥的能力水平。2015年3月，美国航空航天局（NASA）宣布在未来的航天任务中使用ODG公司的智能眼镜，届时宇航员将直接通过他们的增强现实眼镜接收重要信息和指令，提升航天指挥操控效率。

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装备维修保障

增强现实技术运用于武器装备维修中，主要通过在实际设备中添加各类维修辅助信息，可指导维修人员按步骤实施维修，能够精确定位不直接可见的零部件并将其可视化，从而确认要进行测试的零部件并进行修理或替换，这不但能够帮助维修人员迅速熟悉和掌握各种武器装备的维修技术，也保证了整个维修过程的标准化和规范化，极大减少了维修人员的培训成本，降低了装备拆装、保养、维修的难度，提高了维修保障效率，并有助于技术与经验的传承。

美国洛马公司正在使用基于爱普生智能眼镜的AR平台，加速F-22和F-35的维修过程，检测员能够通过眼镜看到投影于战斗机上的零件编号和计划，在飞机旁边就可以记录要修理的区域，减少操作错误。这个交互式的三维AR平台能够让维修人员与三维模型、零件规格、库存信息、实时数据、图像视频进行虚拟交互，来自每个维修人员的新数据可以在平台上共享，由系统分析并集成来自每架战斗机的信息，以实施故障预测与维护规划。该AR平台使维修人员的工作速度提高了30%，操作精度提高了96%。

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军事医疗救治

增强现实技术运用于军事医疗救治中，可将伤病员的各类信息叠加在伤病员身体或实物人体模型上，帮助医生进行手术方案制定、手术时的精确定位与辅助指引、模拟的手术训练等。例如，一位重症伤病员被送上救护车后，从救护车到医院是一段漫长的路程，戴有AR眼镜的随行医生可通过其上面的摄像头，将病人的病症快速传送至医院内的主治医生面前，主治医生根据情况制定紧急急救方案，快速挽救生命。在病房中，护士通过AR眼镜寻访病房，可快速将伤病员情况传送给办公室的医生，医生不必亲自去各个病人床前查看，提高了医疗工作效率。在手术时，也可提供第一视角的手术过程，方便远程医疗合作，提示手术步骤，并通过AR效果提示手术过程注意细节，提升手术可靠性。

由美国陆军医学研究和作战物资司令部的遥测医学和先期技术研究中心负责的一个基于“信息医疗”概念的项目,把可穿戴式计算机和无线通信网络相结合,外科医生和其他人员就能随时访问、阅读和传送关键医学数据。在欧洲航天局的资助下，比利时空间应用服务部门研制了一种新型增强现实系统——电脑辅助医疗诊断和外科手术系统，其使用立体声头戴式显示器和超声诊断工具，通过红外摄像机对患者病灶处进行跟踪治疗，可为航天员提供即时的专业医疗诊断服务。

那么增强现实的优缺点是什么？

AR的优点

• 操作和态势感知 (SA)。 为了做出更好的判断，作战指挥官通常会寻找获取和利用 SA 的方法。增强现实可以通过提供工具来更好地监控作战空间、时间和力量，从而为他们提供这样的机会。这些 AR 工具使管理行动的领导者和野战士兵都受益。前者可以更好地了解大规模任务，而后者则通过增强现实系统将实时信息叠加在其面罩上。成本较低的战斗训练。
• 无需使用昂贵且通常易碎的设备（通常使用混合现实）即可进行培训的能力。 AR 可以提供一个灵活的培训平台，而不是在现场使用真实的车辆并消耗消耗品，而在更好地了解实际战争的情况时，该平台会更加有效。
• 增强现实的其他优势： 更安全的培训环境； 更多访问任务； 排练地形多样性和定制； 实时定位辅助； 增强空间意识； 参与任务规划。

AR的缺点

• 信息超载。 当可用数据过多，并且结构不合理时，可能会出现这种现象。增强现实系统提供的连续信息流可能更多的是阻碍而不是增强。因此，过滤通过 AR 设备接收的数据至关重要，以避免过载。
• 对 AR 技术的依赖。 有人担心负责做出关键决策的人可能会过度依赖 AR 增强功能。如果发生这种情况，那么增强现实系统的任何类型的中断或破坏都将使敌人获得显着优势。因此，除了使用 AR 技术外，还必须维护基本的决策工具（如地图）。
• 安全。 AR 和 VR 系统处理通信和数据存储的方式一直是军方关注的主要问题之一，以及 AR 应用和设备的政策及其认证。

AR 设备和系统开始渗透到军事领域。越来越多的增强现实平视显示器和综合培训平台作为准备进行测试的概念或原型出现。虽然所有这些未来战争场景都变得越来越可行，但AR技术还相当不成熟，需要进一步研究和开发。特别是在视觉配准、重叠、鲁棒性和头戴式AR眼镜的便利性方面。

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