文 / VRAR星球 维克多
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今年6月，美国众议院军事委员会通过《2023财年国防授权法案》，明确指出利用XR前沿技术，对实现军事教育培训的数字化、现代化，对进行军事准备、保持国防主导地位至关重要。
XR即扩展现实，是VR（虚拟现实）、AR（增强现实）和MR（混合现实）技术的统称。近几年来，为使军事行动更安全更高效、以最小代价打赢未来战争，美军将大量资金、资源、时间投入到陆海空各兵种VRAR设备与训练之中，取得了显著成效。
虚拟世界里的军事演习
今年8月中旬，得克萨斯州胡德堡军事基地。下午，骄阳似火，酷暑难耐。一望无际的训练场上，天干气躁，尘土飞扬。150多名身着作战服的陆军士兵，正准备进行一场逼真的作战演练。
胡德堡军事基地建于二战时期，专为训练装甲部队而建，是美国陆军第3军所属第1装甲骑兵师和第2装甲师的驻地。这两个师参加过二战、韩战、越战、伊战……其第2装甲师首任师长就是大名鼎鼎的巴顿。然而今天，这些士兵并没有驾驶坦克或装甲车，驰骋训练场，演练厮杀，而是走进一座高大宽敞的训练馆。
馆内开着空调，十分凉爽，空气中弥散着机器的嗡嗡声。声音来自一排排桌子上放置着的众多电脑设备，这里是美军作战战术训练中心。今天，这些来自得克萨斯州布利斯堡和科罗拉多州卡森堡的士兵，将在这里进行一场最先进的虚拟集体作战训练。这项训练是美国陆军测试和评估指挥部领导的作战评估项目的一部分，评估目的是要了解士兵与陆军合成训练平台——STE最新软硬件的互动情况。
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今年6月，美国众议院军事委员会通过《2023财年国防授权法案》，明确指出利用XR前沿技术，对实现军事教育培训的数字化、现代化、对进行军事准备、保持国防主导地位至关重要。近几年来，为使军事行动更安全更高效、以最小代价打赢未来战争，美军将大量资金、资源、时间投入到陆海空各兵种VR AR设备与训练之中，取得了显著成效。
陆军
全球虚拟战场训练平台：STE
2019年4 月， 美国陆军发布的一份白皮书，描述了正在研发中的陆军合成训练平台——STE（Synthetic Training Environment）。
STE是一个庞大的VR虚拟作战训练平台，士兵们能够在数百万个人工智能实体构成的逼真战场中接受训练。平台融合了虚拟、现场和集体等训练元素，士兵只要戴上头显，就进入了由战车、无人机、战友以及敌方士兵、炮火等构成的特定作战场景，产生身临其境的沉浸式作战体验。它便于携带，逼真高效，可以最大限度地减少使用真实火力以及其他通常非常昂贵的一次性训练资源，实现了一种最经济安全高效的作战训练。
虚拟平台的最终目标是，当美军某一天在地球上任何一个地方参战时，参战部队在出发之前，能够完全熟悉该地区地形地貌，充分做好作战准备。
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今年8月胡德堡训练活动的目的，是要测试STE的两个要素：信息系统——STE-IS和可重构虚拟集体训练器——RVCT。
STE-IS是一套智能培训模拟及管理软件，支持多地快捷访问和同步培训。STE-IS包括一个名为One World Terrain的3D地图数据集，可以将卫星图像、街景数据和其他有关全球的现成信息迅速生成综合训练的虚拟环境。培训调度员只需按一下按钮，即可整合全球各地的实际地形图像，让训练士兵在特定的、具有挑战性的环境中作战。
目前陆军已经建立了朝鲜、韩国、旧金山、纽约和拉斯维加斯等国家及城市的虚拟版本。人工智能还能根据数据渲染虚拟世界，分析士兵表现，使训练更有效；还在模拟中引入可变性，使士兵保持高度警惕。
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RVCT是一个适应性很强的硬件系统，它连接到STE-IS，以激活集体的混合现实训练场景。RVCT由高科技互动设备组成，包括平视显示器、高分辨率监视器和代表性控制器，使士兵、班、排和连能够使用计算机生成的信息导航演习。
胡德堡评估的重点是复制艾布拉姆斯坦克、布拉德利步兵战车、史崔克装甲车以及步行步兵的RVCT 地面系统。
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STE 把虚拟世界训练与真实现场训练紧密结合互动，由此增强现场训练的效果。它可利用云技术向任何需要的地方提供培训，确保为多种不同的模拟系统提供通用且高保真的全球地形展示。
据参训士兵反馈，这个虚拟作战平台非常精细准确，令人惊讶。它可以提供众多训练选项，有利于评估和提高士兵的军事知识、军事技能和作战准备。
集成视觉增强系统：IVAS
美军方认为，在未来战场上，AR技术最有前途的应用会是侦察、指挥、特种作战。当然AR 尚有更多军事用途有待开发。目前，美国陆军正在研发基于AR 技术的集成视觉增强系统——IVAS（Integrated Visual Augmentation System）。
据美国国防部报告称，该计划十分庞大，耗资超过 200 亿美元，将为步兵带来夜视、热视觉、战术边缘计算和增强态势感知能力。
IVAS头显装备基于微软 HoloLens AR 眼镜。微软对原产品进行了改造升级，加入军用定制——摄像头、军用级传感器、无线电和夜视仪等，同时增加了防水防震功能，所有数据由微软Azure云服务器提供支持。该装备在透明镜头顶部提供图形覆盖，可以向士兵显示所需信息，旨在快速提供导航、目标获取、目标标记等多种功能，几乎是当前系统提供视野的两倍，能达到战斗机飞行员头盔水平。
IVAS整合了战场上的各种感知功能。该系统的核心——沉浸式虚拟训练器SIVT（Squad Immersive Virtual Trainer），可以用于战术班组的训练、排练和战斗。通过计算机输入和人工智能的演算，还能为AR头显提供1000㎡的可扩展地形训练和战斗。微软表示IVAS设备提供的平台，可以提高步兵的情景感知力，使其在各种场景下实现信息共享和决策制定，最终让士兵作战更安全、更高效。
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今年9月，美国陆军收到了第一批微软为其专门设计的 Hololens AR头显设备。美国陆军计划执行办公室称，微软将在 2023 年交付 5,000 个 IVAS 1.0 版本和另外 5,000 个更新版本。陆军一共向微软订购了 40,000 个头显。
美军目前正在极端环境中测试IVAS。在波多黎各的圣地亚哥营地，美王牌部队第75游骑兵团下辖第3营正联合战备训练中心，进行热带环境下的测试。这足以见出美军对于该系统所寄予的期望。以该系统为代表的数字智能化装备，将会成为未来战场上不可或缺的制胜利器。
海军
AR作战训练系统：TRACER
美国海军与Magic Leap Horizons和Haptech Inc公司，自2019年以来联手成功开发了AR训练系统：TRACER。该系统包括定制的Magic Leap One头显、手持具有后坐力模拟功能的Haptech体感武器系统、以及背包式PC。
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TRACER让海军士兵可以在一个足够大的虚拟空间中进行AR模拟训练。训练内容包括应对枪手、捕捉罪犯等场景。指挥官可以通过AR头显发号施令。当AR中的虚拟罪犯投降后，士兵的训练任务才算完成。
该训练系统主要基于市面有售的产品，利用准确的武器和动作追踪，以及沉浸式的视觉模拟环境、空间音频和体感反馈，为士兵提供低成本、省时间的动态训练。该系统提供了动态的、吸引人的、不可预测的训练场景，如果要在现实世界中创建这些场景将是非常昂贵且耗时很长的。
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目前海军已将该系统整合到现有训练课程之中。一般在舰船上进行训练作业所需空间十分有限，在不妨碍正常作业的情况下进行训练的机会也很少。TRACER将有助于缓解这些问题，并有助于在更广泛的培训场景中提高熟练度和通用性。该技术具有巨大的优势，可以快速适应不同的场景、地理位置和敌方实力，而且可以随时随地进行培训。
AR传输检测系统：Spectrum Hunter
在战场上，为防止无线电波被敌方检测到，作战人员常会切断自己的信号，进入无线电静默状态。为了确保传输设备的安全性，目前作战人员使用一个10磅重的手持平板电脑，上面装有手持无线电设备，用来扫描和识别自己的频率。该系统虽是便携式的，但增加了士兵的额外重量，还迫使他们将目光从战场移开进行扫描，这个动作在战场上是极其危险的。
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为此，美国海军信息战中心大西洋团队研发了一种精确识别自己的射频波的免提工具：Spectrum Hunter。
该系统使用AR平视显示器，在用户的真实环境之上投射AR视觉效果，引导用户识别射频源。用户可以使用语音识别技术和物理手势浏览与检测，以得到射频波的各种信息，能够定位和停用传输，并注意自身安全。用户只需在背包里装上一个不大的地理定位接收器，戴上有显示器的头盔，就可以在一个叠加在太阳镜上的增强现实屏幕里看到射频波图像。头盔安装了遮阳板，方便户外使用。
未来，美国海军将扩大使用AR射频波探测工具，期待这项技术最终能够用于探测敌方射频波。
空军
AR飞行训练系统
自2019年以来，美国空军加快了研发应用虚拟现实技术的脚步，从VR飞行模拟器到AR头显，极大推动了数字化发展，尤其在近两年明显加大了AR装备的研发和应用。
AR空战培训系统开发商RED 6一直致力虚拟飞行培训系统的研发，拥有机载战术AR系统（ATARS）与AR指挥和数据分析平台（ARCADE）两项技术。ATARS能够通过AR提供多种战术训练场景，包括空战演习、加油、战术编队和地对空武器交战。ARCADE则通过实时3D可视化来构建和重建架次，提高了任务规划和任务汇报的效率。
今年6月，Red 6在一次模拟多机任务的飞行中首次展示了自己的AR飞行培训系统，该系统首次将多架实体飞机连接到一个共同的AR环境中进行互动。两名Red 6测试飞行员驾驶Berkut 540飞机从加州圣莫尼卡机场起飞。进入文图拉县上空Red 6联合AR作战空间操作网后，两个飞行员可以从自己的飞机上看到相同的由AR生成的KC-46飞马加油机，并与之互动。一名飞行员的训练任务是用AR加油机给自己的飞机加油，而另一名飞行员可以实时看到对方如何执行任务。
这项创新是AR行业的里程碑，将有利于培养出世界上最精锐的战斗机队伍，并节省大量训练资金。空军每次训练空中加油，飞行费用约为8万美元，每个飞行员通常需要六次飞行才能显示出能力。采用AR培训可以大大降低飞行员实际完成空中加油的平均飞行次数，节省训练费用。
今年10月，Red 6发布与波音公司合作消息，双方将共同研发AR飞行员训练系统。T-7和F-15EX将是首批采用AR飞行员训练系统的战斗机。将来该系统会集成到波音飞机上，这将在飞机制造业掀起一股科技革新的潮流。
AR飞机布线维护工具
随着各种先进技术在飞机上的部署，美国空军飞机布线的复杂性持续增加，尤其是CV-22机舱接线约占据了整个维护工作的60%。2021年9月，美国空军签约了XR公司Grid Raster，希望应用AR改进CV-22鱼鹰战机布线维护工作。
Grid Raster联手Avatar Partners公司共同研发这款AR布线维护工具。Grid Raster提供基于云端的底层核心软件基础设施，以帮助实现高保真度低延迟的远程渲染。Avatar Partners设计和开发用于CV-22布线维护的AR应用程序。
Grid Raster创始人兼首席执行官Rishi Ranjan表示：“我们非常高兴能与美国空军合作，我们同时期待提供一个价格合理的AR工具集。对于所提出的解决方案，我们的目标是：通过减少维修工时、消除错误和提高飞机线束的安装精度来解决CV-22布线维护任务的需要，提供一种能够无缝扩展支持其他航空电子系统和飞机变体的解决方案。”
美军VRAR研发应用特点
根据上文所述，我们不难发现美军在VRAR研发应用上，具有以下几个方面的特点：
1.开发全面
目前VRAR研发应用已在美军陆海空各军种全面展开，各个兵种根据自己的作战特点和需求，研发应用独具特色的VRAR军事装备。VR/AR/MR等各种技术的应用都有所涉及，可谓全面开花，处处结果。
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2.重点突出
美军VRAR研发应用重点突出。目前，应用场景以各类军事训练为主，如陆军合成训练平台STE、海军作战训练系统TRACER、空军飞行训练系统等。应用技术以AR为主，如陆军基于AR 技术的集成视觉增强系统IVAS、海军AR传输检测系统Spectrum Hunter、空军AR飞机布线维护工具等。
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3.立足实战
美军虚拟现实训练系统的研发应用，不仅是为训练安全高效、减少开支，更立足于实战，其开发成果实用便捷，精细准确，能极大提高作战能力。如陆军的全球虚拟战场训练平台STE，高度逼真模拟了各种特定作战环境和动态实况，使作战训练具有极强的针对性，可取得最接近军事任务目标的训练效果。再如集成视觉增强系统IVAS，更是利用AR等高新技术、专门为实战打造的一款利器。
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4.注重体系
在研发应用VRAR时，注重打造多功能、可共享、成系统的虚拟现实装备，尤其注重建构成体系的大型项目，如上面列举过的陆军合成训练平台STE等几个不同军种的虚拟现实系统。
5.军民融合
初创企业最具创新精神与创造活力，美军方善于与其建立良好的紧密互动关系，能及时将最新初创成果及时升级转化为军用VRAR产品，并用可观的资金支持初创企业进一步发展壮大，创造出更多高新科技成果。这种军民融合的研发方式，将美国国防科技与VRAR研发创新带入了跨越式的发展。
余论
我军近些年注重发展VRAR技术研发应用，特别是将其融合进了各军兵种军事训练之中，取得不少成果（参见VRAR星球-维克多专栏《从虚拟战场走向胜利：我军训练深度融入VR技术》）。但与美军对照，目前仍存在较大差距。例如：
VRAR的研发应用范围不够广泛全面。目前已为某些兵种如特种兵、火箭兵、空降兵、汽车兵、医护兵等尝试开发了VR训练系统，并在个别部队初步开展虚拟现实练兵，不过仍有一些重要兵种如海军等的VRAR研发应用消息尚未见诸媒体。VRAR的技术研发应用较为单一，多采用VR训练应用场景，缺少对AR等其他技术的多元应用探索，然而AR技术一般已被视为军事领域最具前景的应用。
虚拟训练应用场景较简单粗疏。某些陆军部队已开始尝试用VR头显进行军事技能训练，但未有类似STE那种基于真实作战需求的精细准确的虚拟战场训练平台研发成果问世。个别空军部队开始尝试采用VR头盔进行飞行训练，但使用AR头盔并进行多机互动虚拟空战训练尚未见到报道。
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民营初创企业是军事科技创新的生力军。然而目前，军方与民营初创企业在VRAR创新研发上尚缺乏密切合作。军方习惯与大企业、尤其是军工企业合作开发项目。有企业界人士指出，我国有8万多家高新技术民企，产值超亿元的有1500多家，一部分企业技术水平与研发能力已达到或超过军工标准，但真正能够参与装备科研生产的不足1%。
VRAR研发情况受到大环境影响，同样存在类似问题。军方对初创企业的创新产品关注不够，对有潜力的初创企业及有潜力的处于萌芽状态的创新技术研发扶持不多，这种现状极其不利于虚拟现实技术在军事领域研发应用上的创新发展。
希望以上问题能够引起党和政府尤其是军方高层关注。
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