增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)綜述

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)綜述

現(xiàn)實(shí)技術(shù)（ar）是基于虛擬技術(shù)的創(chuàng)新技術(shù)。這是基于信息系統(tǒng)的信息。它可以增強(qiáng)用戶對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的感知。它能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)生成的虛擬物體、場(chǎng)景或系統(tǒng)提示等信息疊加到真實(shí)場(chǎng)景中,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的“增強(qiáng)”。同時(shí),由于其與真實(shí)世界的聯(lián)系并未被切斷,因此交互方式也就顯得更加真實(shí)、自然。近年來(lái),AR技術(shù)在社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域正在逐步得到應(yīng)用,并將對(duì)社會(huì)生活產(chǎn)生重大影響。本文在全面分析AR技術(shù)本質(zhì)特征的基礎(chǔ)上,根據(jù)軍隊(duì)武器裝備和模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的發(fā)展需求,針對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軍事裝備和模擬訓(xùn)練上的應(yīng)用前景、關(guān)鍵環(huán)節(jié)、技術(shù)實(shí)現(xiàn)等方面進(jìn)行探索性研究。旨在全面推動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軍事仿真和作戰(zhàn)訓(xùn)練領(lǐng)域的應(yīng)用。1增強(qiáng)實(shí)用技術(shù)的主要特點(diǎn)1.1實(shí)現(xiàn)真實(shí)與現(xiàn)實(shí)的有機(jī)融合AR有時(shí)也被稱為擴(kuò)增現(xiàn)實(shí),其實(shí)質(zhì)上是把原本在現(xiàn)實(shí)世界一定時(shí)間空間范圍內(nèi)很難體驗(yàn)到的各種信息,通過(guò)相關(guān)的技術(shù)進(jìn)行模擬仿真后,再疊加到現(xiàn)實(shí)世界并被人類的感官所感知,從而達(dá)到一種超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)。AR的出現(xiàn)與多項(xiàng)現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步密切相關(guān),其核心技術(shù)特征表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面技術(shù)的有機(jī)融合:一是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)用戶可以戴上透明的護(hù)目鏡,透過(guò)它能夠看到整個(gè)真實(shí)的世界,由計(jì)算機(jī)生成的虛擬世界圖像也投射到護(hù)目鏡上,給人造成一種真實(shí)世界與虛擬世界相結(jié)合的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境,從而使用戶“看”到的物理世界景象超出用戶的日常經(jīng)驗(yàn)之外。這種增強(qiáng)的信息可以是在真實(shí)環(huán)境中與之共存的虛擬物體,也可以是實(shí)際存在物體的非幾何信息。二是空間定位技術(shù)。為了保證真實(shí)世界與虛擬世界的有機(jī)融合,AR所投射的圖像必須在空間定位上與用戶所處位置相關(guān)。比如,當(dāng)用戶轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)而發(fā)生視野變動(dòng)時(shí),計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的增強(qiáng)信息也應(yīng)隨之做相應(yīng)的變化。這是依靠三維環(huán)境控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的,該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)用戶位置和視線方向,為計(jì)算機(jī)提供虛擬信息在投影平面上位置依據(jù),并將這些信息實(shí)時(shí)顯示在投影屏的正確位置。三是傳感與識(shí)別技術(shù)。要實(shí)現(xiàn)真實(shí)世界與虛擬世界的有機(jī)融合,必須首先對(duì)真實(shí)世界的信息進(jìn)行精確掃描和精準(zhǔn)感知,通過(guò)攝像頭、傳感器等設(shè)備獲取真實(shí)世界的精準(zhǔn)信息,通過(guò)計(jì)算機(jī)智能識(shí)別獲得接受者與真實(shí)世界各要素的相對(duì)關(guān)系,并以此作為虛擬世界各要素產(chǎn)生和投放的重要判據(jù)。四是計(jì)算機(jī)及信息處理技術(shù)。無(wú)論真實(shí)世界的傳感識(shí)別、虛擬世界要素的仿真生成、知識(shí)信息的快速檢索,還是真實(shí)世界與虛擬要素的整體融合,都建立在高速的信息處理和計(jì)算基礎(chǔ)上,因此,AR系統(tǒng)必須有高速的信息處理技術(shù)和可穿戴式高速計(jì)算機(jī)硬件等支持。1.2創(chuàng)造新環(huán)境一是虛實(shí)結(jié)合。AR技術(shù)可構(gòu)造出一種將真實(shí)世界與虛擬世界相合成的新環(huán)境,它同時(shí)包含了虛擬世界和真實(shí)世界的相關(guān)要素。無(wú)論是在真實(shí)世界中加入虛擬世界要素,還是在虛擬世界上疊加真實(shí)世界,最終形成了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境都是一個(gè)真實(shí)與虛擬相合成的新環(huán)境。二是信息增強(qiáng)。AR技術(shù)在真實(shí)世界基礎(chǔ)上增加了虛擬世界的要素,其信息量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于真實(shí)世界,且所增加的信息均是真實(shí)世界當(dāng)前時(shí)空中所不存在,而又對(duì)某一項(xiàng)應(yīng)用直接相關(guān)的重要信息。三是完全沉浸。AR技術(shù)不僅具備虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VR)的優(yōu)點(diǎn),更重要的是它本身就是真實(shí)世界與虛擬世界的結(jié)合,因此,AR技術(shù)構(gòu)建的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境將具備超越虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的超強(qiáng)沉浸感,給人一種超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn),是一種完全的沉浸。四是全域交互。在AR技術(shù)構(gòu)建的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境中,人們的行動(dòng)既不是簡(jiǎn)單的對(duì)著屏幕或虛擬環(huán)境交流,也不受真實(shí)環(huán)境的有限條件限制,而是將自己融合于周圍的空間與對(duì)象中,并能夠?qū)⒔换バ袆?dòng)從某一位置擴(kuò)展到整個(gè)環(huán)境。1.3音頻散射作為物理空間的基礎(chǔ)應(yīng)用目前,AR技術(shù)已經(jīng)基本成熟,并在許多領(lǐng)域開(kāi)始了初步應(yīng)用。目前AR技術(shù)的應(yīng)用可分為戶內(nèi)型與戶外型兩種。戶內(nèi)型增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)從廣義上說(shuō)包括各種將數(shù)據(jù)層覆蓋于建筑物內(nèi)部物理空間的實(shí)踐。它主要為建筑師、壁畫(huà)師、展覽設(shè)計(jì)師和新媒體藝術(shù)家所關(guān)心。例如,加拿大藝術(shù)家加迪夫(JanetCardiff)的作品“音響散步”(audiowalk),就是在物理空間中由便攜式CD播放器或攝像機(jī)構(gòu)建了與真實(shí)世界相關(guān)的虛擬場(chǎng)景,并能夠引導(dǎo)觀眾在真實(shí)的物理空間中進(jìn)行“下樓梯”、“看窗口”等交互活動(dòng)。韓國(guó)開(kāi)發(fā)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)游戲ARPushPush運(yùn)用追蹤器檢測(cè)用戶的運(yùn)動(dòng),并通過(guò)頭盔顯示器為用戶提供包含了虛擬景觀的視野。戶外型增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)運(yùn)用GPS與定位定向傳感器,以背包式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)帶到戶外,目前主要應(yīng)用在游戲等領(lǐng)域。如南澳大學(xué)可穿戴計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的IdSoftware公司《地震》游戲的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)版ARQuake,允許用戶在現(xiàn)實(shí)世界中四處運(yùn)動(dòng),同時(shí)在計(jì)算機(jī)生成的世界中玩游戲。目前,國(guó)內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu),均已經(jīng)將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)視為未來(lái)模擬仿真技術(shù)發(fā)展的重要方向,各種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)不斷被開(kāi)發(fā)利用。2提高實(shí)際技術(shù)的軍事需求2.1作戰(zhàn)裝備信息需要具有更強(qiáng)的認(rèn)知能力不斷提高武器裝備的信息化水平,是各國(guó)軍隊(duì)裝備發(fā)展的重要方向之一。從目前世界各國(guó)軍隊(duì)的武器裝備現(xiàn)狀看,目前的信息表現(xiàn)形式還主要停留在圖形、數(shù)據(jù)、文字、聲音等方面,如數(shù)字地圖、文字信息、參數(shù)數(shù)據(jù)、聲音提示等。這些信息可能來(lái)源于多個(gè)渠道、多類傳感器,表現(xiàn)形式抽象枯燥,使用者必要經(jīng)過(guò)大量的訓(xùn)練活動(dòng)、需要花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間來(lái)理解和掌握這些抽象的數(shù)據(jù)和信息,才能在大腦中與現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行較好地綜合。未來(lái)作戰(zhàn)裝備的信息化工作重要方向之一,就是要使裝備信息最大限度地適應(yīng)作戰(zhàn)人員的認(rèn)知習(xí)慣,最大限度地減少作戰(zhàn)人員在理解作戰(zhàn)信息方面所用的時(shí)間。這就要求未來(lái)作戰(zhàn)裝備不僅能夠全面掌握戰(zhàn)場(chǎng)信息,更要能夠利用最恰當(dāng)?shù)姆绞奖磉_(dá)信息,并與真實(shí)的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境有機(jī)融合,從而使作戰(zhàn)人員能夠全面、直觀、準(zhǔn)確地掌握戰(zhàn)場(chǎng)綜合信息,防止出現(xiàn)任何對(duì)信息感知、理解和判斷上的失誤發(fā)生。AR技術(shù)恰好能夠完美地做到這一點(diǎn)。2.2實(shí)裝嵌入式訓(xùn)練模擬系統(tǒng)模擬訓(xùn)練以安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、可控、無(wú)風(fēng)險(xiǎn)或低風(fēng)險(xiǎn)、不受氣候條件和場(chǎng)地空間限制等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),一直受到各國(guó)軍方的高度重視,特別是面對(duì)軍費(fèi)縮減、武器裝備日趨復(fù)雜、兵器采辦費(fèi)用不斷提高的局面,模擬訓(xùn)練和模擬訓(xùn)練器材被各國(guó)軍方視為軍事訓(xùn)練中必不可少的、安全經(jīng)濟(jì)和有效的訓(xùn)練手段加以重點(diǎn)發(fā)展。到目前為止,各國(guó)軍隊(duì)進(jìn)行模擬訓(xùn)練的主要手段基本上是采用相關(guān)的訓(xùn)練模擬系統(tǒng)(器材)。這些訓(xùn)練模擬系統(tǒng)從技術(shù)手段上看,主要包括三種類型:一是以硬件設(shè)備為主、結(jié)合相關(guān)軟件、與實(shí)際作戰(zhàn)裝備基本一致的“硬”模擬系統(tǒng),比如,用于駕駛和操縱訓(xùn)練的各種專項(xiàng)技能訓(xùn)練模擬器;二是以軟件方式為主、用虛擬界面代替實(shí)際裝備界面、與實(shí)際作戰(zhàn)裝備視覺(jué)效果基本一致的“軟”模擬系統(tǒng),比如,用于裝備操作流程訓(xùn)練、戰(zhàn)術(shù)指揮訓(xùn)練的各種訓(xùn)練模擬系統(tǒng)等;三是在實(shí)際作戰(zhàn)平臺(tái)或作戰(zhàn)裝備系統(tǒng)中嵌入專用于訓(xùn)練的信息支持軟件,從而構(gòu)成了實(shí)裝嵌入式訓(xùn)練模擬系統(tǒng)。無(wú)論上述哪一種訓(xùn)練模擬系統(tǒng),其所構(gòu)成的訓(xùn)練環(huán)境與真實(shí)環(huán)境相比都存在較大的差距,因此,“仿真度”問(wèn)題一直困擾著軍事模擬領(lǐng)域,對(duì)“構(gòu)造逼真訓(xùn)練環(huán)境”的追求長(zhǎng)期存在并一直未能得到很好地解決。AR技術(shù)是解決訓(xùn)練模擬領(lǐng)域“仿真度”問(wèn)題的重要手段。從理論上說(shuō),利用AR技術(shù)構(gòu)建的訓(xùn)練模擬系統(tǒng),既能夠100%地反映真實(shí)世界的基本特征,又能夠?qū)⒄鎸?shí)世界當(dāng)前時(shí)空中不存在的各種要素以虛擬方式疊加到真實(shí)世界中,從而能夠構(gòu)造出一種超越了真實(shí)世界的“超真實(shí)”的模擬訓(xùn)練環(huán)境。可見(jiàn),AR技術(shù)對(duì)軍隊(duì)模擬訓(xùn)練和模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的建設(shè)具有非常重要的推動(dòng)作用,可推動(dòng)模擬訓(xùn)練向一個(gè)更高的層次發(fā)展。3ar技術(shù)在訓(xùn)練模擬等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用從上述軍事需求可見(jiàn),AR技術(shù)可應(yīng)用于軍隊(duì)裝備、軍事訓(xùn)練、訓(xùn)練模擬系統(tǒng)等各個(gè)領(lǐng)域。由于各個(gè)領(lǐng)域需求不一、特點(diǎn)各異,AR技術(shù)的應(yīng)用方式、技術(shù)途徑和側(cè)重點(diǎn)也有所不同。研究表明,AR技術(shù)在軍事上的應(yīng)用方向和應(yīng)用策略可歸納為以下幾個(gè)方面。3.1ar技術(shù)實(shí)現(xiàn)流程各國(guó)軍隊(duì)比較先進(jìn)的艦艇、飛機(jī)、車輛等作戰(zhàn)平臺(tái),都裝備有相應(yīng)的作戰(zhàn)系統(tǒng),從而將平臺(tái)上各種通信、情報(bào)、探測(cè)、指控、武器等相關(guān)系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái),構(gòu)成信息化程度較高的作戰(zhàn)單元。但目前的信息表現(xiàn)形式還是以圖形、數(shù)據(jù)、文字、聲音為主,指揮員面對(duì)的是大量的數(shù)據(jù)、表格、文字等抽象的信息,在戰(zhàn)場(chǎng)上不僅需要浪費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)理解這些信息,而且還存在理解偏差甚至理解錯(cuò)誤的可能性,這種時(shí)間上的延遲和理解上的失誤,在戰(zhàn)場(chǎng)上可能造成戰(zhàn)機(jī)的錯(cuò)失,甚至造成戰(zhàn)斗的失敗。AR技術(shù)在作戰(zhàn)系統(tǒng)上的應(yīng)用可以有效地解決以上問(wèn)題。從技術(shù)途徑方面看,AR技術(shù)在作戰(zhàn)系統(tǒng)上的應(yīng)用主要是將各種傳感器和情報(bào)系統(tǒng)獲取的作戰(zhàn)目標(biāo)信息(包括實(shí)時(shí)位置、運(yùn)動(dòng)要素、戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)等信息)、協(xié)同兵力信息(包括實(shí)時(shí)位置、運(yùn)動(dòng)要素、戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)等信息)、其它信息等以虛擬要素形式表現(xiàn)出來(lái),并與指揮員本身所處的作戰(zhàn)平臺(tái)實(shí)際環(huán)境相融合,從而給指揮員提供一種形象具體、容易理解、簡(jiǎn)單快捷的信息表達(dá)。以艦、潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)應(yīng)用為例,其技術(shù)實(shí)現(xiàn)流程如圖1所示,其技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法可以概括為以下幾點(diǎn):一是準(zhǔn)確定位本艦的位置和航向,這一點(diǎn)完全可以依靠現(xiàn)有的艦艇導(dǎo)航系統(tǒng)來(lái)完成;二是以本艦的位置為原點(diǎn),以艦首航向線為縱軸,垂直向上為豎軸,按右手定則規(guī)律構(gòu)建艦體坐標(biāo)系;三是將目標(biāo)信息、協(xié)同兵力信息、其它相關(guān)信息中的位置信息、運(yùn)動(dòng)要素信息、戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)信息分類提取出來(lái),并將各類信息中以大地坐標(biāo)或其它坐標(biāo)表示的信息數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)地轉(zhuǎn)換到艦體坐標(biāo)系上;四是調(diào)用作戰(zhàn)目標(biāo)、協(xié)同兵力等要素的三維實(shí)體仿真模型,根據(jù)目標(biāo)或協(xié)同兵力與本艦的距離、高度數(shù)據(jù),對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行縮放和處理;五是通過(guò)投影式透明眼鏡、定位定向裝置等設(shè)備器材,獲取指揮人員在艦體坐標(biāo)系中的位置、方向信息,并根據(jù)目標(biāo)、協(xié)同兵力及其它相關(guān)信息在艦體坐標(biāo)系中的坐標(biāo)數(shù)據(jù),將指揮員視角范圍的目標(biāo)、協(xié)同兵力等信息以三維方式投影到投影式透明眼鏡上;六是實(shí)時(shí)檢測(cè)指揮員的視線方向,控制系統(tǒng)按指揮員觀察方向的變化,動(dòng)態(tài)計(jì)算并改變投影式透明眼鏡上虛擬場(chǎng)景;七是對(duì)指揮員重點(diǎn)關(guān)注的當(dāng)前目標(biāo),可根據(jù)指揮員指令展現(xiàn)其位置、速度、戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)等具體信息。AR技術(shù)的應(yīng)用給指揮員帶來(lái)三點(diǎn)好處:一是無(wú)論何時(shí),指揮員除能夠在實(shí)際環(huán)境中利用實(shí)際裝備指揮作戰(zhàn)外,還能夠在真實(shí)世界中隨時(shí)“看”到視距外甚至更遠(yuǎn)處的目標(biāo)、協(xié)同兵力的位置、運(yùn)動(dòng)和戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)場(chǎng)景,并且是以方向、距離、高度三維空間方式來(lái)表現(xiàn),指揮員周身一轉(zhuǎn),天空、海上、陸上、水下的各種有關(guān)情況都能直接“看”在眼里,直觀、真切、無(wú)需轉(zhuǎn)化、不會(huì)出錯(cuò);二是省略了指揮員抽象數(shù)據(jù)和文字信息的理解環(huán)節(jié),使指揮員從繁雜的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換和信息理解中解脫出來(lái),可以將有限的精力集中在態(tài)勢(shì)判斷和指揮決策方面,有利于指揮員迅速做出科學(xué)的指揮決策;三是可將指揮員從固定在計(jì)算機(jī)屏幕前的指揮位置上解放出來(lái),有利于實(shí)現(xiàn)在任何位置、任何場(chǎng)合下的實(shí)時(shí)指揮。3.2ar技術(shù)在維修保障方面的應(yīng)用裝備保障是軍隊(duì)作戰(zhàn)能力的重要環(huán)節(jié)。以故障排除和裝備維修為例,這是裝備保障中的一個(gè)重要內(nèi)容,特別是當(dāng)作戰(zhàn)裝備遠(yuǎn)離基地時(shí),裝備故障的快速診斷和維修對(duì)于保持裝備的作戰(zhàn)能力至關(guān)重要。目前較好的方法是建立裝備維修手冊(cè),供使用人員查閱參考,但這種方法存在資料查詢不方便、無(wú)法提供實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)式幫助等缺陷。AR技術(shù)在維修保障方面的應(yīng)用可以有效地解決這些問(wèn)題,其技術(shù)實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示。在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上,AR技術(shù)在維修保障方面的應(yīng)用主要是將通過(guò)視頻攝像頭實(shí)時(shí)掃描待修裝備的實(shí)景信息、故障現(xiàn)象,通過(guò)智能識(shí)別系統(tǒng)實(shí)時(shí)識(shí)別待修裝備的位置、部件,通過(guò)知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用與待修裝備部位、部件相關(guān)的知識(shí)信息,通過(guò)專家知識(shí)庫(kù)自動(dòng)給出與故障相關(guān)的輔助診斷和處置建議。其目的是使維修人員在面對(duì)待修裝備并進(jìn)行各種維修行動(dòng)時(shí),能夠?qū)崟r(shí)獲取與當(dāng)前工作相關(guān)的資料支持和專家建議支持。AR技術(shù)的應(yīng)用給維修人員帶來(lái)兩點(diǎn)好處:一是能夠在真實(shí)裝備面前,透過(guò)真實(shí)裝備上的某些關(guān)鍵點(diǎn)(特征點(diǎn))實(shí)時(shí)“看”到相關(guān)部位或部件完好時(shí)的結(jié)構(gòu)和狀態(tài),為維修提供實(shí)時(shí)的三維目標(biāo)比對(duì)條件;二是將裝備信息資料、專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)等實(shí)時(shí)提供給維修人員,為維修人員的維修提供資料、信息和專家知識(shí)保障。3.3基于ar的滅火訓(xùn)練技術(shù)的主要特點(diǎn)典型完整的訓(xùn)練模擬系統(tǒng)主要包括三個(gè)方面:一是受訓(xùn)對(duì)象直接操作使用的訓(xùn)練設(shè)備子系統(tǒng),二是與訓(xùn)練設(shè)備和訓(xùn)練內(nèi)容直接相關(guān)的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境與目標(biāo)模擬子系統(tǒng),三是對(duì)訓(xùn)練過(guò)程和訓(xùn)練效果進(jìn)行監(jiān)控管理的導(dǎo)控評(píng)估子系統(tǒng)。目前訓(xùn)練模擬系統(tǒng)的“仿真度”不夠高的問(wèn)題主要集中在訓(xùn)練設(shè)備子系統(tǒng)和戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境與目標(biāo)模擬子系統(tǒng)上。下面,以艦船上最經(jīng)常、最簡(jiǎn)單的滅火訓(xùn)練為例,說(shuō)明AR技術(shù)在軍隊(duì)模擬訓(xùn)練中的重要作用和實(shí)現(xiàn)途徑。出于安全考慮,傳統(tǒng)的滅火訓(xùn)練都不可能在艦船上進(jìn)行,一般采用以下方法訓(xùn)練:一是在陸上較安全的地域點(diǎn)燃相關(guān)的燃料,產(chǎn)生小規(guī)模的油火、電火等各種類型的火焰;二是受訓(xùn)對(duì)象根據(jù)火焰類型選擇使用泡沫、干粉、二氧化碳等相關(guān)的滅火器材;三是受訓(xùn)對(duì)象操縱滅火器材、選擇適當(dāng)?shù)奈恢眠M(jìn)行滅火行動(dòng);四是根據(jù)滅火時(shí)間、器材選擇、滅火效果評(píng)估訓(xùn)練效果。從以上訓(xùn)練過(guò)程可以看出,這種傳統(tǒng)的滅火訓(xùn)練存在三點(diǎn)缺陷:一是訓(xùn)練內(nèi)容受限。由于在艦船以外的其它場(chǎng)所進(jìn)行訓(xùn)練,而不是在艦船上某些位置進(jìn)行滅火訓(xùn)練,因此,滅火者可以任意選擇滅火位置,而感受不到艦船實(shí)際環(huán)境條件對(duì)滅火行動(dòng)的影響。在陸上可以選擇的方向和位置,在艦船艙室內(nèi)由于設(shè)備儀器和艙室布局等原因就可能無(wú)法選擇,因此訓(xùn)練內(nèi)容受限;二是訓(xùn)練真實(shí)感差。與艦船上真實(shí)起火后滅火相比,在陸上安全地帶點(diǎn)燃火焰進(jìn)行滅火訓(xùn)練時(shí),火焰規(guī)模小且火勢(shì)基本不產(chǎn)生變化,真實(shí)感差,構(gòu)建的訓(xùn)練環(huán)境無(wú)法使受訓(xùn)者獲得身臨其境的感覺(jué)。因此,受訓(xùn)人員的心理緊張程度得不到體驗(yàn),心理承受能力和現(xiàn)場(chǎng)反應(yīng)能力得不到訓(xùn)練,而這種心理承受能力和現(xiàn)場(chǎng)反應(yīng)能力往往對(duì)滅火效果產(chǎn)生直接的影響;三是環(huán)保和經(jīng)濟(jì)性差。模擬訓(xùn)練的優(yōu)勢(shì)就在于安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、可控、無(wú)風(fēng)險(xiǎn)或低風(fēng)險(xiǎn)、不受氣候條件和場(chǎng)地空間限制,這種訓(xùn)練方法需要點(diǎn)燃油火等明火,需要消耗燃油、滅火劑等材料物質(zhì),存在一定的安全隱患,不利于環(huán)境保護(hù),且受場(chǎng)地和氣象條件限制。AR技術(shù)能夠構(gòu)造出超越真實(shí)世界的逼真的模擬訓(xùn)練環(huán)境,可催生新型的模擬訓(xùn)練系統(tǒng),可以說(shuō),模擬訓(xùn)練是最能體現(xiàn)AR技術(shù)價(jià)值的應(yīng)用方向之一。同樣以滅火訓(xùn)練為例,利用AR技術(shù)可構(gòu)造出一種虛實(shí)結(jié)合的模擬訓(xùn)練手段,系統(tǒng)的整體技術(shù)架構(gòu)主要包括圖3所示的幾個(gè)方面。一是訓(xùn)練用滅火器?？梢圆捎谜鎸?shí)的滅火器,也可以制作形狀、體積和重量等同的模擬滅火器,其技術(shù)要點(diǎn)是滅火器內(nèi)不裝填任何類型的滅火劑,但需要在滅火器相關(guān)位置和手柄等操縱部件上安裝傳感器和身份電子標(biāo)識(shí)。信號(hào)傳感器用以實(shí)時(shí)采集操作人員的操作行動(dòng),身份電子標(biāo)識(shí)用以表示滅火器的類型、虛擬滅火劑數(shù)量,這些信息可通過(guò)無(wú)線通信傳輸?shù)綌y帶式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中;二是投影式透明眼鏡,受訓(xùn)人員一方面透過(guò)眼鏡觀察到現(xiàn)實(shí)世界中的景象,另一方面虛擬火災(zāi)場(chǎng)面也投射到該眼鏡上,從而實(shí)現(xiàn)在真實(shí)世界的任何場(chǎng)景所產(chǎn)生虛擬火災(zāi),供受訓(xùn)者進(jìn)行滅火訓(xùn)練;三是攝像頭和圖像識(shí)別裝置,用于實(shí)時(shí)攝取訓(xùn)練現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)景圖像,識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備設(shè)施的邊界輪廓、所用材料,為生成火災(zāi)的虛擬場(chǎng)景提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)支持;四是可穿戴式高速計(jì)算機(jī),用于根據(jù)訓(xùn)練對(duì)象設(shè)置火災(zāi)的類型、規(guī)模,實(shí)時(shí)生成虛擬的各種火災(zāi)景象,包括虛擬火災(zāi)場(chǎng)面的火焰類別、形狀、覆蓋