虚拟仿真是一门综合性的技术,涉及的技术好多,要想熟练把握这门新兴的技术,可不是这么容易的,这么虚拟仿真所包括的技术都有什么呢?别着急,明天南站应急搜救专家就为你们讲解一下!
(一)建模技术
建模是以相像性原理、模型理论、系统理论、信息技术为基础,按仿真应用要求对应用领域的有关属性进行科学的具象和恰当的描述,这是从真实世界向仿真世界跨越的前提。模型是仿真活动的基础。虚拟仿真建模不同于普通的仿真系统,虚拟仿真系统不仅仅是采用物理公式对系统运行规律进行物理建模,更重要的是对虚拟环境与虚拟对象的视觉外形、表面磨擦力等化学属性、运动规律等进行建模。最能彰显军用仿真建模水平的是作战仿真系统,其模型由实体模型、环境模型、作战模型和评估模型四类模型组成。
1.实体模型。在虚拟仿真系统中中有两种类型的实体:一种是真实的人操作的武器仿真器,即人在回路中的仿真系统。武器仿真的模型有的是十分复杂的,比如飞行模拟器的模型,主要包括空气动力模型、发动机推力模型、操纵系统模型、通信导航系统模型、仪表系统模型、电源系统模型、液压冷气系统模型、视景模拟系统模型、运动觉得模拟系统模型、音响模拟系统模型……等。另一种是虚拟的人及其操作的虚拟仿真设备。其中,守军生成是最重要的模型。海军会战模拟系统的模型要描述的实体包括:红巴萨各型客机、各型潜艇及发射装置、各型舰艇等。
2.环境模型。虚拟仿真系统中,环境的模拟是实现沉溺感的最重要条件。在用于军事技能培训的虚拟仿真系统中,环境是指除人和仿真设备之外的所有事物;在虚拟仿真作战系统中,虚拟战场环境是指作战空间中除人员与装备武器以外的客观环境。从战争所涉及的客观诱因来剖析,虚拟战场环境应当包含战场地理环境、气象环境、电磁环境。随着网路信息战的产生,战场网路环境也将成为战场环境的一个重要的组成部份。在战场环境中,地理环境主要关注地形、地貌、道路、桥梁和其它人工建筑物等要素;气象环境主要关注天气状况,如气压、气温、云雾、降水和风等。电磁环境主要是指电磁幅射源和相关设施产生的战场条件。气象环境与地理环境互有影响,气象环境具有地缘特性,如不同的地理位置具有温带、亚温带等气象特点,而气象环境会影响地理环境,如流水侵蚀地貌、冰川地貌的产生,下雨和阴天对地面土质有影响,因而影响行军速率;地理环境和气象环境都对电磁环境的产生有重大影响,除了规定了电子设施的分布,还决定着电磁波的传递范围和受气象干扰的程度。所有这一切,都要用模型进行描述。由此可见,虚拟环境的建模是非常复杂的。
3.作战模型。实际作战过程中的各类作战活动(如客机的搜索、发现、分析、决策、攻击、防御等),都可以用一定的模型(实物模型、相似模型、数据模型、逻辑模型、思维模型等)加以叙述。在作战模拟系统中,作战模型的核心是想定模型。想定()本意是脚本、剧本。在军事领域,它就是指挥员将作战意图转换为具体的作战施行计划和方案,是对实际作战过程的想像。它把各个相对独立的仿真模型,通过某种规范置于一个共同环境中组装和集聚,赋于它们各类使命和关系,产生仿真想定模型。
以上的三种模型,不但要完善它们的静态模型,还要构建其动态模型,这样就能使系统愈发逼真。

4.评估模型。一个虚拟仿真系统是否符合训练要求,必须依照系统的功能和性能要求,对系统进行全面的校准、验证和确认。包括系统的标准兼容性、时空一致性、功能正确性、运行的精度和可靠性等。因此必须设计一套着力可行的评估模型。
(二)实时计算机图形生成与显示技术
图形的生成技术早已较为成熟,其关键是怎样实现“实时”生成。诸如在飞行模拟系统中,图象的刷新速率相当重要,同时对图象质量的要求也很高,再加上特别复杂的虚拟环境,问题就显得相当困难。为了达到实时的目的,起码要保证图形的刷新率不高于24帧/秒,最好是低于30帧/秒。在不增加图形的质量和复杂度的前提下,怎样提升刷新频度将是该技术的研究内容。
图形的显示技术对于虚拟仿真系统具有“沉浸感”至关重要。因为人们所在的空间是三维空间,物体的规格可用三维数据(长宽高)来抒发。人在看物体时,因为两只耳朵的位置不同,存在一定的视差角,见到的景色略有不同,这两种景色经过脑部的融合,就产生了一个关于物体的立体景象。
图形的显示技术分为平面显示和立体显示两种。传统的显示方式,不论是通过计算机屏幕,或是影片屏幕,显示的图象都是按照一只耳朵听到的景色生成的平面图象,因为它不但能否给人以物体大小、遮挡等觉得,正确反映了景色的透视关系,并且还运用光影、虚实、明暗的对比,因而也彰显了物体的三维情况,因而使人将二维的屏幕图象感知为三维图象。但这实际上是假三维图象,由于所有的景物都在同一个画面上,人的两只耳朵听到的是同一幅画面,因而它不会给人以立体的觉得。
立体图象的显示,则是依照生理立体视觉的视差,对客观世界同一场景生成以左右眼为视点的两幅图象,即构成一个像对。其实也是同时显示在二维屏幕上,而且人们带上特殊的墨镜后,两只耳朵就可以分别看见其中的一幅图象,使人觉得物体既可以突起于屏幕之外,也可以深藏其中,活灵活现,栩栩如生,给人们以很强的立体感。它与平面图象有着本质的区别,是真正视觉意义上的立体图象,也可说是真三维图象。为了区别真伪三维图象,可将假三维图象称为三维图象,而将真三维图象称为立体图象。
选择何种方法取决于实际应用的需求,一般是把部份观察装置加戴在观察者的身上,而且其观察疗效不够理想(LCD头盔显示码率偏高,CRT头盔侧重等),因而许多用户宁愿选择三维图象形式,以场景中的光影和形态为线索,通过观察者的心理加工,形成三维觉得。近来,市场又推出了一种立体液晶显示器,观察者无须佩戴任何观察装置就可以看出立体图象。在该显示器中还装有眼动跟踪摄像机,可捕获观察者眼睛的位置,由此来控制安装在液晶屏前的一个光学蒙片,分别向左右眼方向偏斜左右眼图象。
借助多通道大屏幕是显示图象的重要方式。为了清除各通道图象的拼接空隙,近些年来出现了边沿融合技术及其设备物理实验虚拟仿真,有效地改善了图象显示的质量。

(三)交互传感器技术
在系统中,参与系统的人一般是以自然行为的形式与系统进行交互的物理实验虚拟仿真,即借助手势、语言及人体的其它动作来抒发想要做某种事情的信息。为了实现这些交互功能,须要有检测和体会这种信息并将其发送到计算机的技术和装置,这就是传感技术以及语音和脸型等的辨识技术。
传感主要包括以下几种装置:
数据手套。数据手套是一种输入装置,它可以把人手的动作转化为计算机的输入讯号。它由很轻的弹性材料构成。该弹性材料贴近在手上,同时附着许多位置、方向传感和光纤导线,以检查手的运动。光纤可以检测每位手腕的弯曲和伸展,而通过光电转换,右手的动作信息可以被计算机辨识。还有一种用于听觉和力觉反馈的数据手套,它借助吝啬袋向手提供听觉和力觉的剌激。这种吝啬袋能被迅速地加压和减压。当虚拟手接触一件虚拟物体时,储存在计算机里的该物体的力模式被调用,压缩机迅速对气袋充气或漏气,使手部有一种十分精确的听觉。
数据衣。数据衣是为了让系统辨识四肢运动而设计的输入装置。数据衣对人体大概50多个不同的关节进行检测,包括手臂、手臂、躯干和脚。通过光电转换,身体的运动信息被计算机辨识。
鼻子和腹部跟踪装置。在传统的计算机图形技术中,视场的改变是通过键盘或鼠标来实现的,用户的视觉系统和运动感知系统是分离的,而借助脑部跟踪来改变图象的视角,用户的视觉系统和运动感知系统之间就可以联系上去,觉得更逼真。另一个优点是,用户除了可以通过双目立体视觉去认识环境,并且可以通过颈部的运动去观察环境。一种头戴式的虚拟头套容许颈部自由运动,采集眼珠和头的运动的数据。
在虚拟仿真系统中,使用人的自然语言作为计算机输入是很重要的。这就要求能听懂人的语言,并能与人实时交互。而让计算机识他人的语音是相当困难的,由于语音讯号和自然语言讯号有其“多边性”和复杂性。比如,连续语音中词与词之间没有显著的停顿,同一词、同一字的发音受前后词、字的影响,除了不同人说同一词会有所不同,就是同一人发音也会遭到心理、生理和环境的影响而有所不同。为此,必须解决语音辨识的正确性问题。
语音辨识技术主要包括声纹辨识和内容辨识。声纹辨识是按照语音波形中反映说话人生理和行为特点的语音参数,手动辨识说话人身分的一门技术。内容识别是对语音材料所承载的实际话语内容的辨识。
目前,我国语音辨识技术的研究水平早已与美国基本同步,在汉语语音辨识技术上达到了国际先进水平。非特定人汉语数码串连续语音辨识的精度,已然达到94.8%(不定长数字串)和96.8%(定长数字串),其性能早已接近实用水平。
