XR技术在军事应用中前景广阔

XR技术在军事应用中前景广阔

近日,以色列一家科技公司推出一款新型电脑——无论你身处何方,只要打开电脑包,戴上AR眼镜,按下键盘开关,眼前就会浮现出一块最大可达100英寸的虚拟电脑屏幕。

这款号称全球首台增强现实(AR)笔记本电脑的产品问世,离不开一种面向未来的新技术——扩展现实(XR)技术。简单来讲,扩展现实技术是将人类交互方式由2D交互向3D交互转变的一切技术的总称,虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(MR)等技术都属于这一范畴。

在科技高速发展的今天,扩展现实技术(以下简称XR技术)不断渗入人们生活的方方面面。未来,它将以怎样令人意想不到的方式改变人类生产生活方式?今天,让我们一起来了解XR技术的前世今生。

在第十九届中国西部国际博览会区域合作发展馆,一名参观者在中国民用航空飞行学院展区体验VR设备。新华社图片

《海底两万里》预见了潜水艇的诞生,《地球外的转播》预言了地球同步轨道通信卫星的发展,《征服者罗比尔》描述了直升机的横空出世,《雪崩》预示了元宇宙的兴起……如今,当时那些看起来近乎疯狂的想象,已经借助科学技术之翼,逐渐飞向现实生活。

早在1935年,美国作家斯坦利·温鲍姆就在科幻小说《皮格马利翁的眼镜》中,描绘了这样一副神奇的眼镜——只要戴上它,你就可以进入虚拟世界,拥有虚拟的视觉、听觉、味觉、嗅觉和触觉,还可以与虚拟世界里的角色交谈、互动。这本小说几乎预言了如今的VR眼镜,因而被许多人推崇为VR概念的起源。

虚拟现实,是由计算机模拟产生一个三维空间的虚拟环境,人们通过穿戴VR头盔等方式进入其中并与之进行互动。通过实现对视觉、听觉、触觉等感官的模拟,使用者如同身临其境一般,可以及时、没有限制地观察三维空间内的物体。

20世纪50年代,电影摄影师莫顿·海利格创造出第一台沉浸式虚拟现实设备。它结合了多种技术刺激人的所有感官:全彩色3D视频、音频、振动、气味和大气效果等。作为第一款VR原型机,它庞大而笨重,用户需要坐在椅子上将头探进设备内部,才能体验到沉浸感。此外,这款原型机还缺乏交互功能。

如同并蒂莲一般,增强现实技术和虚拟现实技术有着相似相近的起源。1968年,美国加州大学伯克利分校计算机图形学专家伊万·萨瑟兰创造出第一台头戴式虚拟现实显示器。这台显示器实现了简单的机械运动跟踪功能,当用户移动头部时,相关3D模型会随之改变视角。然而,由于当时的技术限制,它比较沉重,使用时用户需要系上安全带,由机械臂将设备吊在空中,以减轻它压在使用者头上和脖子上的负担。因此,人们也将它戏称为“达摩克利斯之剑”。严格来说,“达摩克利斯之剑”不算真正意义上的AR设备,但它是AR发展史上不能绕过的重要路标。

缺乏与真实世界之间的有效联系,一度成为虚拟现实技术无法克服的缺陷。直到20世纪90年代初,增强现实(AR)概念应运而生。它提供了一种新的可视化方法,可以将计算机生成的内容“添加”到真实世界中,从而创造出一个用户能够与之交互的增强世界。2016年,一款横空出世,重新定义了对于虚拟世界的认知——那一年,《精灵宝可梦GO》玩家使用手机作为现实世界与虚拟世界的连结,让原本不可能出现在现实世界的精灵“宝可梦”活灵活现地出现在人们视野中。

虚拟现实技术进一步发展,产生了混合现实(MR)技术。混合现实技术可以看作是虚拟现实技术和增强现实技术的混合模式。混合现实是合并现实和虚拟世界后产生的新可视化环境,其表现效果接近增强现实。不同之处在于,混合现实能实时计算模拟物体与用户在真实空间中的定位,且虚拟真实性做得更好。换句话说,混合现实让人更加真假难辨。随着技术不断发展,许多领域不再满足于应用虚拟现实和增强现实等显示方式,更加青睐交互性和真实性更强的MR技术。

伴随着5G时代的到来和AI技术的发展,虚拟现实技术和设备不断迭代更新,包括AR、VR、MR在内的XR技术有望性地改变人们的交互方式,成为通往“元宇宙”的关键入口。

如今,XR技术在文化旅游、医疗、娱乐、体育等领域遍地开花。原本停留在科幻小说中的畅想,正在“飞入寻常百姓家”。

在文化领域,XR技术广泛运用于众多博物馆中。借助XR技术,珍贵的文物以数字化的方式呈现出来,用户可以从不同角度赏玩藏品;多种多样的VR设备构建出不同的虚拟空间,使游客可以“穿越”时空,回到过去,身临其境地感受历史文化风貌。XR技术不仅大大提升了游客的体验感,也让博物馆的职能得以延伸和扩展。

在医疗领域,XR技术主要帮助医护人员进行紧急救助培训和模拟手术训练。利用XR技术可以创造虚拟,以供医生进行模拟解剖和模拟治疗的演练和复盘。2018年11月,西安儿童医院顺利完成国内首例AR辅助儿童颅内血管畸形切除手术。AR技术能将病人的病变位置、血管、神经等以3D图像的方式呈现给医生,大大提高手术的精准度与安全性。

在娱乐领域,XR技术提供的沉浸感,能为用户带来身临其境的感受,提升人们的精神满足感。同时,建立虚实结合的场景,让人们的娱乐方式产生新的变化。2018年,MR产品亮相杭州“造物节”。用户戴上一副眼镜就可以进入虚拟与现实结合的世界,手指在空中轻轻一点,即可把喜欢的商品加入购物车。

在竞技体育领域,XR技术的应用让传统竞技体育焕发了新的生机。今年6月25日,首届奥林匹克电竞周在新加坡落下帷幕,受邀参赛的中国跆拳道运动员吴静钰夺得第三名。竞技台上,吴静钰头戴VR设备,身穿定位感应装置,与对手在虚拟空间展开较量。XR技术让这位参加过4届奥运会的老将再一次感受到竞技的快乐。

XR技术正在加速融入更多领域。今年6月,国外某智能手机厂商发布了公司首款VR/MR设备。这款设备可以看电影、打游戏、浏览网页、处理文件等。或许,不久后,我们的手机将会变成一个薄薄的镜片。

如今,XR技术最实质性的突破,是实现了虚拟世界和真实世界最直接、最广泛的交互,进一步拓展了人机交互的可能性。

随着新一轮科技加速发展,XR技术与军事作战的融合性日益增强,国家信息技术战略竞争力与军队战斗力的耦合关联越来越紧密。

正是瞄准了XR技术的性意义,以色列、美国、澳大利亚等国家目前已经开始将其广泛应用于军事领域,以谋求在军事训练、作战中的新优势。

其中,以色列最先将XR技术应用于军事训练。以色列一个科研团队基于MR技术开发出一款战场APP。他们利用MR技术的实时计算、三维建模和手势识别功能,操纵军事地理模型进行高效的数据分析和策略演练。

美军的XR技术运用较为广泛。美军建造了一个庞大的虚拟实景平台,这个平台可以模拟各种作战地点,为士兵提供逼真的训练环境。同时,美军还将MR技术与人工智能技术相融合,开发出一款用于作战的集成增强系统。利用该系统,士兵可以通过数字空间实时访问地图绘制、目标跟踪、面部识别和文本翻译等作战工具,有利于快速识别战场环境和立即处理作战信息。

未来战场上,XR技术可以提高士兵的作战质效。比如,利用MR技术的空间锚点以及追踪定位功能,士兵可以快速确定其在物理环境中的位置,有利于提高武器瞄准的精度并记录、分析射击数据;融合应用XR技术与红外热成像、微光图像增强等技术,特种部队士兵可以在夜幕中快速识别友军和敌军;将MR技术与数字指南针结合起来,可以有效助力精准打击。

回顾人类发展历程,科技正以前所未有的速度改变着我们的生活。XR技术等新技术快速发展,为人们带来更为灵活、自由的数字生产生活方式,更好地满足着各行各业的需求。未来,科技发展必将重塑人类与虚拟世界的互动方式,开辟一个全新的数字时代。