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军事仿真与虚拟现实发展现状及趋势
2012年3月17日    评论:    分享:

    来源:第三维度
    作者:棣华译

    当今,激动人心的技术进步为军队提供了一个令人鼓舞的前景。军队在和平时期的主要作用是训练士兵,提高他们的作战能力,保持所要求的竞技水平。随着作战平台和武器对高技术的更大依赖,仿真技术的应用前景也更加看好。这是一个由技术引导的市场,但这个由军队推动的市场还必须在与工业推动的技术之间找到平衡。

  在任何一个需求与技术共同增长的市场,工业界都可能沿用过去的习惯,而不是按未来的可能性来看待这些机遇。这些技术没有历史上的先例,因为它们主要的发展领域是计算、联网和可视系统。

  各仿真技术公司应该开辟的市场是技术使军队的训练能力有所增长,使操作训练更加方便。未来最大的潜力可能存在于那些尚未使用模拟训练设备或设备或保持较新的领域。在这些领域,习惯上还把真实设备用于训练。而今天的仿真技术抛弃了用“真实武器”训练的方法,并能用模拟的环境进行实际训练。

  经费和环境的限制迫使军队改变思路,但军队对仿真技术及其潜在优势的认识比起我们的期望还差得很远。部份原因是当今军队的高级将领们从未用仿真器的现代标准接受训练。

  人们对老一代仿真器曾许诺太多,又常常不能兑现,这引起一代军界领导的批评,说他们看到的是对仿真技术的“过度吹嘘”,他们经常看到的不是在模拟的和真实的设备上进行预期的混合训练,而是除了继续使用真实设备外别无选择。这种情况只能慢慢来克服。用长远的眼光看,未来还是令人鼓舞的,因为技术在不断进步而且有希望的一代年轻军人正在成长,他们伴随计算机游戏一起长大,希望仿真训练成为军人生活的必要内容。当这一代人成长为军官时,这个愿望一定能够实现。

    1 目前仿真界状况

  虽然军事仿真世界是潜在的大市场之一,但目前的情况还是不太景气。起主要作用的因素有以下三个:

  第一,对仿真优势的认识落后于期望值。各军种中懂得现代仿真技术及其潜力的专业训练人员不足,因此,仿真自身对军队用户的说服力通常是基于过去的能力,而不是未来的能力。主管部门只能小心谨慎地提出应该减少战舰、飞机和AFV的训练活动,应该用模拟的设备作部分替代。最终,因技术和能力的快速发展,费效比分析更加困难。

  第二,军费削减和未来威胁的不确定性使军事训练市场产生一股隋性。许多指挥人员不清楚应该针对哪种威胁来训练。他们宁可用传统威胁来训练,也不愿去寻找花样更多的训练方法。同时,政府也在追求“和平红利”。应该说,缺乏清晰的威胁对仿真是有利的,因为它的训练能力是针对世界范围的各种各样的情况。要求他们对军事训练的态度发生改变还需要相当长一段时间,虽然压力已经接踵而至。

  第三,在一些国家,对仿真与在使用中的真实武器比较,人们仍持怀疑态度。仿真技术某些显而易见的复杂性可能会引起一些技术上或维修上的困难。一些主要武器系统的主承包商会在这些困难上做文章,以便有利于他们销售更多的设备。仿真设备制造商有责任增加更多的用户友好界面,尽可能地减少专门维修。还应指出,使用配合训练用的程序,减少磨损和事故,延长主要设备的寿命,对模拟设备和真实设备都有好处。

    2 前景

  同样,有三个重大变化的迹象。仿真的传统用户已经用它对其作战人员进行复杂设备(如舰船、飞机、AFV及其武器)训练。但是,其他军事系统日益增长的复杂性已经导致更多的设备需要仿真技术来训练。这种趋势将持续下去。

  环境和经费的压力使一些重要的军事演习再也不可能像过去那样进行了,至少,有效地进行训练要困难多了。因此,为了提高训练和军事演习的复杂性和水平,把模拟设备联成网络,不仅它们互相连接,而且与真实设备连接,这样做很有意义。现在仿真能够对多数设备和情景进行费效合理的训练,范围从例行训练到最复杂的训练,包括两军作战态势。不仅训练士兵,也训练指挥官。

  最终,人们会逐渐接受这一认识,即仿真不仅用来训练作战人员和指挥官,还可用于威胁评估、战术和对抗措施研究。正如研究和战术分析那样,用仿真进行维修训练也变得日益重要。

  总之,工业界仍须使军事部门确信,全心全意采用仿真技术在将来会受益无穷。这个长远的未来对工业界有利,但涉及目前的主要设备和军方对训练的态度而言,还必须克服一些短期障碍。该技术从逻辑上讲是行得通的,在未来训练中其费效比的优势也不可否认。重点强调的还是计划周密的成套训练设备。把最好的训练部件综合起来,既有模拟设备,也有真实设备。

    3 采购和训练预算

  当然,年度防御费用的一部份专用于应付采购变化。按整体平均值,采购费用占防御预算的20%比较合理。近年来NATO(North Atlantic Treaty Organization 北大西洋公约组织 )的平均值为17.5%,但这些富裕国家把大量的钱花在人头费上(特别是工资),因此,有人期望亚洲国家会花更多钱来购买设备。

  为了估计每个国家的训练设备预算,我们对采购预算采用一个系数。根据我们的经验和以往的估计,把它定在15%至5%之间。如果我们对一个国家的估计比例为1,那么其军队的训练设备就很充足。以我们的眼光看,一个国家在训练上不太严格的话,那么它对设备的采购不会超过最基本的需要。

    4 训练设备预算的分配

  每个国家的海、陆、空三军都会为自己争夺预算经费。有些情况下,“共和国卫士”和其他精锐部队也声明要相当份额的经费。从各个国家年复一年的情况看,竞争的成败有变化,但总的来看,在主要的军种之间严格用于购买设备的经费可能按如下比例分配:

  A空军40%

  B海军35%

  C陆军25%

  如果只有两个军种的话(空军和陆军),经费的划分可能是60%比40%。我们希望来年陆军的经费比例有所增加,因为仿真的前景得到了更广泛的认同。

  由此,我们估计目前世界年度训练设备的花费是:

  A空军2023亿

  B海军177亿

  C陆军1264亿

    5 仿真现状

  现有的技术能力表明仿真作为有价值的训练设备使投资得到极大的回报。比较一下现场演习训练的花费和发射昂贵的导弹及其他武器等更难以接受的花费,仿真器是保持作战效率的最可行的选择。一架Chinook直升飞机作业一小时的花费估计是7500美元,而仿真器提供的同样过程其花费不到200美元。使用仿真器节省的钱远远超过军用硬件的操作费用。仿真还允许各军种进行那些因安全或环境原因所禁止的训练。

  至于步兵训练,不可能在现有技术水平的虚拟仿真上进行,唯一的训练方法是在野外。但是另一方面,按照武器效果仿真概念,用硬件动作仿真提供了费效合理的解决办法,因为直接发射各种火炮都是用激光和无线电技术解决的。这样的系统能够提供整编集团军训练,并能与坦克、反坦克和飞机训练模拟器综合。

  由于三军共同致力于一个综合的训练原则(使所投资金能够用仿真器代替真实武器的“现场”训练),这种潜在能力已经全部实现。这提醒我们,防御预算中许多传统训练的经费将自然而然地发生改变,而仿真器在整个训练预算中的份额会日益增长。训练设备预算的前提正在改变,重心正逐步转向合成环境和仿真。

    6 下一个10年

  防御政策不能脱离民主气氛中的政治方针。国防部领导们需要一种威胁(或各种威胁),以便他们及其部下们能对这些威胁加以分析、评估并制定防御计划。对于富裕的NATO国家来说,主要的威胁似乎已经消失或已经减少,而且大范围的削减军费已经开始。只是较弱的几个NATO盟国还没有削减。例如英国,已经退役了四条新的常规潜艇。这四条艇估计至少花费了纳税者们15亿美元。这里所指的训练是,如果形势所迫的话,部队能够井然有序地到达遥远的目的地,并有能力进行战斗。“任务排演”对主要大国的三军来说变得更加重要。

  训练系统何去何从?回答是肯定的:训练系统的需求会持续增长。有种非官方的评论好像说,因为平台数量减少,致使仿真器的灵巧度和使用率都在增长。在不远的将来,欧洲的飞机会急剧减少实际的低空飞行训练,少数高消费的护卫舰也会减少出海次数。这个说法对生产训练辅助设备的厂商是个好消息。如果市场的开发还没有达到应有的规模,训练系统在未来几年内稳定地增长是完全可能的。

  许多国家削减防御经费将引起现有的飞机、舰船和陆军设备延长服役期(由于经费有限),在这期间,根本不可能更换设备。相反,为了获得航空电子技术进步所带来的效益,提高作战能力,这些设备可能会进行周期性更新。因而,相关的仿真器也必将更新。

  如果飞机的服役期要延长很久,则必须采取措施减少机身寿命的疲劳消耗,而这会引起飞行人员减少飞行时间,因为现代飞机的飞行和维护费用昂贵,减少飞行时间会节省费用。但是飞行人员要保持技术熟练,减掉的飞行时间就必须用增加仿真器上的训练时间来弥补。另外,为实际飞行训练找一个足够用的飞行空间也是一个问题。随着训练系统投入使用或即将使用,这种训练可进行250英尺以下低空飞行或亚高速夜间飞行。面对国内老百姓的压力,大量的这类训练将在仿真器上进行。

  总而言之,上述的这些因素(要求改进的飞机保持通用性,必需减少飞行时间,在空中进行实际训练日益困难)给各种任务类型的仿真器市场带来一点谨慎的乐观。

    7 训练系统的进展

  当我们还不可能准确预测在研究期间将出现的明显的技术进展的时候,已有一些现象表明了可能发展的方向。可以肯定即将出现极大的技术进步,但是,应用这些高新技术却不必更换仿真和训练设备行业生产的主要产品的形式。最可能出现的趋势是持续发展微型化、小型化产品,这将使产品的类型发生改变。目前仿真行业内主要强调的是生产原尺寸的、动作类型齐全的仿真器,用移动式平台、高级可视系统与之配套,尽可能地逼真。虽然这种价格昂贵的仿真器还在继续生产,但其生产重心可能会逐步转向更小型、更简单、随处一插电源就能使用的设备。许多在目前要用大型的昂贵的仿真器才能达到的训练要求将用不太复杂、便宜得多的训练设备也完全能达到。只是近期一段时间内这一事实还未得到认同。更小更简单的系统将取代仿真器和训练设备日益提高的真实感。这些小系统的设计精确适配整个训练要求的一个或几个方面。然而,对仿真器仍有一个极重要的要求,即保持高度的真实感。大量的研究和设计工作都投入到这方面,任务演练仿真器就是一个恰当的例证。与此相比,仿真器和训练设备将大量增加,其真实感将被简化而不是增强。

  日后的重心将逐步放在“单项任务”训练器和仿真器上。当前的趋势是增加PC机完成训练过程的应用范围,这些过程以前由大型的复杂的设备来完成。这种趋势将继续发展,直到PC机对各种水平的受训者来说像笔记本一样熟悉。并不是所有的PC机都用作基于计算机的训练。有的用来驱动生成技术的系统,其技术范围从空中交通管制到射击术,从通信到维修过程。

  随着越来越多的训练系统和仿真器在远离训练中心的各地使用,训练和仿真设备行业的分布也相当广大。日益增强的联网技术的应用将为相距遥远的各集团公司提供交互和协作的便利。有些迹象表明,正在研制的仿真和训练设备将采用最近两项基于PC的革新方案,即飞行仿真中的飞行座舱管理和操作过程训练器以及空中作战训练器。这两种模块化训练系统都使用一种简化的、静态的仿制座舱训练台,配上简单的可视系统,都是价格低廉的设备,可用于部队级的就地训练。两种训练系统都用PC机驱动,都可联网以发挥其潜力。当然,关键的因素是低价,但这恰恰又是某些作采购决策的权威们所难以接受的,他们肯定会认为既然价格不贵,东西肯定不好。但是现在,甚至将来,没有一个欧洲国家能买得起太多的“大家伙”,除非那些又贵又复杂的全任务型仿真机有明确的价格优惠。

    8 市场机遇

  新技术为克服经济、环境、人口、保密等方面的局限性提供了解决办法。同时,仿真器训练把重点放在单项技术训练上,如飞行员飞行训练。应用通信和计算机技术实现团体训练演习是有可能的,这将为仿真行业的未来展开新的前景。团体训练是一个诱人的提议,是用户们提出来的。将来用户们可用它进行大量训练,而在以前只能动用实际兵力进行实况演习。模拟训练将取代实况演习,即使不比实况演习质量更好,至少与之相等,因为模拟训练的灵活性、易改性和记录功能使之可以留下大量资料供分析,而这一点在实况演习中是不容易做到的。因此,国防工业有理由期望军队花大量钱来最大限度地用仿真器进行室内训练。

  过去,把仿真器与武器平台或武器综合起来是很困难的,因为有物理的局限和系统完整性限制。随着技术的进步和发展,机会再次到来。把仿真综合或附加到真实武器上,可减少对专用单独训练系统的投资。在真实武器平台上或设备上应用仿真技术的设想一定会受到用户的欢迎,因为用户的角度是要求最大限度地训练逼真度。也会受到政治家们的欢迎,他们的角度是要求最低限度的投资,最低限度的花销。

  最后要指出的是,可让军队通过广泛使用计算机模拟和仿真来评估用以对抗可察觉的世界威胁的未来武器的设计。这种计算机模拟仿真目前是用合成环境概念开发的。合成环境给军队的作战要求和采购过程的完善管理带来希望。按照计算机模拟的层次,可估计新的设计方案,针对已知的威胁和可能的威胁作出最佳的、取胜的决策,这些特点将被设计在未来的几代武器中。这也使军队购买的武器设备在投入使用前便充分地得到了性能评估。一旦投入使用,合成环境能够广泛地用来维持武器设备的效果。这是一个新概念,它引起更多面临防御问题的国家越来越大的兴趣。

    9 技术

  仿真产品及系统在一个公司内的层层合同中有数量极大的重复工程。这些重复是否在各种情况下都有必要很值得怀疑。如果认识到一个生产方案在竞争中的地位,为了保持其技术和产品在竞争中的优势而打算提高其技术水平,这些重复工程能否出现增长极限就更值得怀疑。市场销售必然是设计和维持生产计划的主要动力,制定的生产计划必须全面支持各项目负责单位,以便其所有权能被各有关方面所接受。

  各公司提倡的改进生产策略可能是实现重大项目原则的基础,这要基于综合后勤支援(ILS)和全面质量管理的原则,而且要认识到项目在设计、生产及客户/产品支持阶段的运行所增加的潜在价值。如果实施不同策略,其中多数通过改进、维护和支持将成为公司的坚实基础。训练合同(例如全面训练)鉴于受国防部竞争性政策而可能出现的采购变化,对该基础的技术支持的保护,这似乎特别重要。并行工程原理的应用受到大力推荐。这些原理用于公司的工作实践,能够很快获得新的市场概念,满足经营战略的需要,保护和发展事业。

    10 新技术通常是经济效益和产品演变的基础

  我们的注意力应该集中在加强软件工具,降低产品设计费用,提高软件设计效率,以便专家系统的能力在今后有着潜在的竞争优势。

  正在开发之中的技术,即日益增长的仿真和相关处理器数据库技术可能会直接用于产品(如FTD)。这一设想引起广大工业界的兴趣,它可以在分析性能和预见其结果的基础上设计各种各样的设备。一个被称为MATE(多飞机训练环境)的ESPRIT计划就是要建造一个教练器来证实这个设想。这类技术有极大的应用市场,并有可能提高对仿真市场各方面产品的鉴别力。

  几年以后,某个公司可能会取得多种尚未投入商业应用的技术。市场应该认识到这种潜藏的资源,并决定是否开发它来增加其竞争优势,或让其他公司买下该技术用于它自己的市场,用获得的专利费为正在进行之中的核心技术开发提供资金。丰厚的专利权税可望在难以正常打进的市场中开拓该项技术而获得。

标签:军事
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