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ar技术在战场上的应用-凯发app

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2019-07-03 浏览:123次 来源:

增强现实技术作为一项重要的颠覆性技术,目前在很多领域的实际应用上已经取得令人瞩目的成果。随着基础研究和应用研究的日趋深入与成熟,增强现实技术将在战场上将得到更广泛的运用,产生重要而深远的影响。


增强现实技术包含了多媒体、三维建模、实时视频显示及控制、多传感器融合、实时跟踪及注册、场景融合等新技术与新手段。增强现实技术在战场上应用的关键技术,主要有显示技术、注册技术、交互技术、跟踪与定位技术、大数据技术、智能专家系统技术等。一个完整的增强现实系统,是由一组紧密联结、实时工作的硬件部件与相关的软件系统协同实现的。



电影中的增强现实技术


显示技术 显示技术是增强现实系统的基本技术之一。在战场上应用的显示技术,主要有投影式显示、手持式显示和普通显示器显示。投影式显示是将虚拟的战场信息直接投影到需要增强的战场工程设施上,从而达成增强现实的效果。手持式显示,主要是采用摄像机等其他辅助部件来达成增强现实效果。利用增强现实技术,可通过头盔和眼镜等穿戴式设备,将作战现场的地图指示、建筑标识、敌人位置、队友状态和指挥命令等信息实时展现给士兵,大幅提升单兵野外作战的远程指挥能力。


注册技术 注册技术是增强现实技术在战场上应用的关键技术之一。“注册”实际上就是将计算机生成的虚拟的战场工程设施和真实环境中景象“对齐”的过程。它必须先确定虚拟战场与观察者之间的关系,然后通过正确的几何投影,将虚拟战场投影到观察者的视野中。注册一般分为动态注册和静态注册。动态注册是摄像机与真实物体相对运动的情况下,确定两者的相对位置;静态注册是摄像机与真实物体相对静止的情况下确定两者的相对位置。在战场上,绝大多数采用的是动态注册,包括基于跟踪器的注册技术、基于视觉的注册技术以及结合前两种优势的复合注册技术。


自主交互技术 在战场上应用增强现实技术,需要实现用户与真实环境中虚拟物体自然直观的三维交互,这就要系统设计针对增强现实系统的交互工具,并能够跟踪定位到交互工具的位置信息,执行用户对空间物体实施的指令。通过语音识别、草图识别、自然语言理解和智能问答系统等智能化人机交互软件技术,可以改善指挥员人机交互的体验,让指挥员感觉像与人交谈一样方便和自然。


跟踪定位技术 在战场上,要实现虚拟战场和实体战场的完美结合,必须将虚拟战场合并到现实世界中的准确位置,这个过程通常被称为配准。因此,增强现实的跟踪定位系统,必须能够实时地检测观察者在场景中的位置、运动的方向,以便用来帮助系统决定显示何种虚拟物体,并按照观察者的视场重建坐标系。为了生成准确定位,增强现实系统需要进行大量的标定,测量值包括摄像机参数、视域范围、传感器偏移、对象定位以及变形等。目前最常用的是视频检测技术,主要是使用模式识别技术识别视频图像中预先定义好的标记、物体或基准点,然后根据偏移和转动角度计算坐标转换矩阵。



利用增强现实技术,可以大幅提升单兵作战能力


大数据技术 在战场上,应用增强现实技术实现对战场信息的增强,需要运用大数据技术,迅速挖掘数据信息的内在规律,提供更高效率的决策支持、图像识别服务等。利用大数据技术中的深度学习方法,可显著提升模式识别的准确率;利用大数据分析的深层神经网络模型,可在图像识别领域取得显著效果,在imagenet评测中大幅降低错误率;通过对海量异构实时数据的分析,可获得有价值的决策信息,等等。对战场数据信息的展现,需要对海量多源异构数据进行及时、快速、准确的分析处理,大数据技术可以发挥重要作用。


智能专家系统技术 在战场上,应用增强现实技术实现对知识和智力的增强,就要运用智能专家系统技术,即以“知识工程”为核心,综合应用人工智能与计算智能原理与方法、现代设计理论与方法、先进建模与仿真技术,以及相关应用领域专业技术的复杂智能化系统。智能专家系统具有大量专门知识的智能程序,可应用人工智能技术,根据一个或多个专家提供的特殊领域知识进行推理,模拟专家做出决定的过程,能够解决那些需要专家解决的复杂问题,提供专家水平的解答。智能专家系统能够解决增强现实技术对基于知识的智能化工程技术的需求,建立基于知识工程的先进设计技术体系和不同层级的推理模型,综合考虑各种因素,运用专家知识,逻辑推导预判相关情形,辅助选择推送优化结果。


增强现实技术在诸如尖端武器制造与维修、飞行器的研制与开发、数据模型的可视化、虚拟训练等领域具有广泛的应用,而且由于其具有能够对真实环境进行增强显示输出的特性,在环境显示、工程设计、远程机器人控制等领域具有明显的优势。


战场作战指挥应用 将增强现实技术应用于联合作战指挥系统中,可以允许各级作战指挥机构和指挥员同时观看、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,这将更有利于各级指挥员快速、正确理解上级作战意图。通过增强的作战指挥系统,作战指挥机构和指挥员能实时掌握战场态势和各个作战单元的情况,从而及时做出正确的作战决策。


战场工程设施设计 增强现实技术运用于战场工程设施设计施工,主要体现在几个方面:一是采将战场工程设施建设规划效果叠加真实场景中,以直接获得规划的效果。二是可实时展示和共享实物、模型、设计图纸等战场工程设施信息,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,沟通交流战场工程设施设计的思想与理念,改进战场工程设施的设计方案。三是可将战场工程设施模型及各种可能的设计方案融合在一起,显示给战场工程设施的设计人员,战场工程设施的设计人员可以通过增强现实系统,全面比较各种设计方案,而且能够将修改意见直接反映到战场工程设施模型上。四是可为用户提供先期演示,让用户和战场工程设施的设计人员同时进入虚实结合的环境中操作,检验工程设计方案及其操作的合理性。五是将标准工作流程指南准确地显示给建设施工单位,大幅提高战场工程设施建设的效率。


战场环境增强显示 将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,不仅能向战场工程设施的设计和施工人员显示真实的场景,而且还能够通过增加虚拟物体,强调肉眼无法看见的环境信息,进而增强真实场景的显示,真正实现战场工程设施信息和建设、维护过程的可视化。在飞行员座舱的前方玻璃上或者头盔显示器上,可将矢量图形叠加到飞行员的视野中,不仅能向飞行员提供导航信息,还提供了包括敌方隐藏力量的增强战场信息。此外,可以利用增强现实技术,进行方位的识别,获得实时所在地点的地理数据等重要军事数据。



增强现实技术或将在太空战场上也得到广泛应用


战场建设现场控制 将增强现实技术运用于战场建设的现场控制,主要体现在三个方面:一是应用增强现实技术,可使战场建设管理人员实时掌握战场工程设施和施工队伍的情况,可以及时做出管理决策。二是应用于战场网系中,可以使作战人员同时观看、讨论战场工程以及与虚拟场景交互,实现整个战场工程信息的高度共享。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、终端共享信息、实时交流互动。


作战人员训练演练 将增强现实技术运用于作战人员训练中,有助于创新培训方法,加大训练实战化程度。应用基于增强现实技术的训练系统,能够构建一种极为逼真的实战化训练环境,受训人员通过随身携带的增强现实系统,不仅可以看到真实的训练场景,而且可以看到场景中增加的各种实战化虚拟物体,从而实现对作战人员的沉浸式训练,进一步提升培训演练的实际效果。2014年,美军展示了“增强现实沙盘”系统,该系统可直观反映战场真实地形地貌,使作战人员能身临其境地了解作战地形,这将对未来作战演练、兵棋推演等产生重大影响。


战场工程运营维护 增强现实技术运用于战场工程设施的运营维护中,主要通过在实际设备中添加各类维护辅助信息,可指导维护人员按步骤实施维护维修,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,这不但能够帮助维护人员迅速熟悉和掌握各种维修技术,同时也保证了整个维护维修过程的标准化和规范化,极大减少了维护人员的培训成本,降低了设备拆装、保养、维修的难度,提高了维护维修保障效率,并且有助于技术与经验的传承。


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