摘要 近年来，虚拟现实技术广泛应用在军事领域、教育领域以及医学领域等。传统的军事训练、教育培训及医疗领域由于缺乏真实的体验感受及直观的视觉冲击，导致传统的训练方式只局限于理论层面，实际的投入与产出比例结果并不理想。而与虚拟现实技术结合的军事、教育行业及医疗产业，改变了传统的教学模式，增强了用户的学习体验感受，提高了培训的效率。本文主要针对虚拟现实技术在军事、教育、医疗等领域的应用进行研究。

关键词：虚拟现实 军事模拟训练 VR+医疗 VR+教育

0 引言

虚拟现实技术(Virtual Reality，VR)是利用计算机模拟产生1个三维空间的虚拟世界，提供关于视觉、听觉、触觉等感官模拟，让使用者如同身临其境，可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物。虚拟现实技术已经成为信息领域中继多媒体技术、网络技术之后广泛开发与应用的热点。虚拟现实技术是随着计算机技术的发展而发展，先后经历了系统仿真一可视化仿真系统一虚拟现实领域仿真等阶段。

1 虚拟现实技术及其国内外发展现状

美国是世界上最早应用虚拟现实技术的国家，于20世纪40年代开展虚拟现实技术研究。北卡罗来纳大学(North Carolina University)计算机系是进行VR研究最早最著名的大学，目前，他们的研究主要是在4个方面:分子建模、航空驾驶问题、外科手术仿真、建筑仿真。日本东京大学的原岛研究室也开展了人类面部表情特征的提取，三维结构的判定和三维形状的表示，以及动态图像的提取。20世纪90年代，VR技术受到美军界高度重视，并迅速兴起模拟训练热潮，在视、听、触觉等方面为参训者创造一个贴近实战的未来虚拟作战环境。在同一时期，在虚拟现实仿真理论与开发等方面，国内研究与国外研究工作几乎处于同步阶段。

欧洲的专家利用数字技术虚拟重建罗马古城(被称为世界上规模最大最完整的虚拟古建筑)。这项名为“罗马重生”的工程重现了公元320年康斯坦丁皇帝统治时期的罗马古城，其中包括斗兽场等大约7000座建筑。在虚拟的古罗马城中，借助虚拟仿真技术，观看者可以身处虚拟斗兽场内部并在其中漫步，不仅如此，虚拟仿真技术还再现了城内30多座建筑的内部情况，细致还原壁画与古代装饰，甚至恢复了一些后来遭到破坏、污损的雕像和纪念碑原貌及一些几乎已完全毁坏的建筑。通过虚拟动画场景，不仅可以让使用者“亲临”古罗马城，还可以鸟瞰罗马城中的著名建筑，来一场视觉盛宴。

进入2l世纪以来，受到阿富汗和伊拉克战争的影响和启示，美国充分吸纳信息技术，运用仿真和虚拟现实等手段，超前性实践前沿作战理论，为未来战争作好充分准备。美军认为，虚拟现实模拟技术是21世纪的主要训练方式，并计划在今后几年里投人5亿美元资金和相当人力，以获得可实际使用的成果。尤其是虚拟现实技术的训练应用，使得训练具有训练场景可设、安全经济、可重复性、针对性强等特点，极大的提高了费效比。

2016年被视为我国的“虚拟仿真元年”。在这一年国务院印发的《“十三五”国家信息化规划》明确指出要强化战略性前沿技术超前布局。2017年，中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于促进移动互联网健康有序发展的意见》提出要求:实现核心技术系统性突破。其中，加紧人工智能、虚拟现实、增强现实、微机电系统等新兴移动互联网关键技术布局，尽快实现部分前沿技术、颠覆性技术在全球率先取得突破。2018年国家发展和改革委员会、财政部、银保监会等多部门联合发布《关于发展数字经济稳定并扩大就业的指导意见》要求:创新人才培养培训方式，新工科背景下环境工程专业学生实践创新能力培养与改革探索。这是虚拟现实技术进一步融入教育、文化的重要标志。

2019年《产业结构调整指导目录(2019年本，征求意见稿)》文件中提到，将虚拟仿真纳入2019年“鼓励类”产业。这意味着在国家的产业结构调整中，虚拟现实技术与产业的发展将成为重点，国家将该项技术作为新一轮世界科学技术与产业变革之中的重点发展技术。

2 虚拟现实技术在军事领域应用

虚拟现实技术在军事领域中的应用主要是虚拟现实训练，以虚拟现实技术为支撑，创建提供模拟实兵、实装、实弹的虚拟环境，培训和提高受训者作战能力的训练活动，属于模拟训练。具有安全保密、场景多变、效费比高可重复性等优点。根据训练的目的、条件、内容以及方式方法可分成3个方面：

2.1 虚拟战场仿真环境

虚拟战场环境，是指综合运用虚拟现实、分布式仿真、数虚拟战场环境，是指综合运用虚拟现实、分布式仿真、数据和多媒体技术，将战场信息数据库融合于三维虚拟场景中，根据现实或想象构造一个生动的、效果真实、直观的三维虚拟场景。主要包括自然环境仿真，如三维地形可视化分系统、语音合成识别分系统和三维声效仿真分系统，对虚拟战场环境中的地形和声响进行了仿真，对虚拟战场环境中的地形和声响进行了仿真，为装甲兵乘员提供了高逼真的作战环境；电磁环境仿真，通过建立扫描、告警、干扰等模型，实现雷达电子战系统的功能和行为建模，构造了逼真的复杂电磁对抗仿真训练环境，解决了计算机生成兵力中的雷达电子战能力问题。人员装备仿真，美军第二代虚拟战斗空间仿真系统，不仅能够仿真多种自然环境，还支持武器火力和摧毁环境的效果仿真等，既能实现单兵导航、炮兵抵近侦察及步兵小分队战术等多种单兵训练，又能实现地对地、空对地作战支援行动等方面联合作战训练。

2.2 装备操作训练模拟

装备操作训练模拟主要包括射击训练模拟、驾驶训练模拟、情报侦察训练模拟以及装备维修训练模拟等，是虚拟现实技术训练应用的最基础内容。

射击训练模拟包括射击系统的模拟仿真，并实施目标选择、参数确定、确定攻击效果等方面训练，使参训者掌握手中射击武器装备操作，提高目标命中率。陆军，以火炮为主，利用虚拟仿真软件，设计出具有单炮指挥操作训练、战术演练、综合射击指挥训练以及可实时观察射击毁伤效果等功能的某型火箭炮作战指挥训练仿真系统，以期代替实装训练，达到缩短训练时间、节约训练资源，提高训练效率的目的;海军，以舰船为主，以虚拟现实技术为支撑，设计了具有作战过程模拟、海战场环境模拟、军舰和导弹模型的动态建立等功能的舰空导弹火控训练系统，以期能够直观反映训练情况，进一步评判训练过程，有针对性提高训练效果;空军，以飞机为主，设计基于实景仿真的武器训练系统，使武器训练过程人际交互更加便捷，有效提高了训练效率。火箭军，以导弹为主，构建具有可控性、无破坏性、可重复性以及安全经济的训练环境，促进操作人员战斗力快速生成。

驾驶训练模拟主要包括驾驶训练系统的仿真模拟，以及驾驶技能的训练，包括飞机、坦克、装甲车辆、领航、导航训练等，解决驾驶能力不足问题。如坦克驾驶训练模拟器是由场景显示系统、模拟挂档、加速、刹车等控制系统、考核评估系统等部分组成，构成与真实坦克外观相同的驾驶舱，使坦克驾驶员产生身临其境的感觉，在各种复杂地形上锻炼驾驶技能;具有虚拟仪表和三维视景的某型飞机模拟训练器，形成逼真的训练环境，实现受训者与仿真环境自然交流，提高训练效率。

2.3 军事游戏训练模拟

军事游戏，是指以军事活动为主题，涵盖战争与战争准备等诸多内容的电子游戏，通过娱乐促进训练、增长知识等其它目标的游戏旧。具有培养军人价值观、激发训练兴趣、熟悉装备操作、培养指挥能力以及协同意识等作用。根据美军统计，经过电脑游戏模拟对抗训练后，首次执行任务的飞行员生存的概率可从60%提高到90%。

我军首款军事游戏《光荣使命》的发布，标志军事电子游戏正式引入部队模拟训练，向正规化、标准化迈进;陈永科等旧副从基于虚拟游戏技术的训练需求出发，研究了无人机侦察校射虚拟游戏训练系统的训练要素、训练流程及训练规则，并探讨了关键技术及场景实现，使得虚拟游戏模拟训练成为可能。张博等III1指出使用电脑游戏实现虚拟环境下分队实兵对抗训练，可实现只有在实战情况下的暴力活动——面对面较量，具有安全可靠、效益明显、紧贴实战作用，配合实战可取得较好效果。目前，军事游戏已成为模拟训练的手段之一，但在我军作用发挥不够明显。例如，美军利用军事游戏作为招募新兵重要手段之一，不仅培养了新兵参军入伍兴趣，而且提高了其基本军事技能。

3 虚拟现实技术在教育领域应用

现代教育的快速发展加速了传统教学模式的淘汰进程，教育工作者和学习工作者纷纷发现了传统教学方式和教学内容中存在的弊端和缺陷，这并不利于教学工作者完成更高质量的教学，也不利于学习者的未来发展。

3.1 在模拟实验教学中的应用

有些学科是需要进行实验教学的，但是在以往的教学过程中因为考虑到实验成本和学生的健康安全，所以教师并不会组织学生参与难度系数大、安全风险高的实验，但是现阶段教师可以将虚拟现实技术运用到实验教学过程中，借助这项技术来演示那些高危实验，使得学生能够汲取到更加丰富的知识，这种方式既能够让学生感受到学科学习的乐趣，还能够让学生进入一个“立体化”的情景中学习知识，从而巩固学生对于知识的记忆。比如地理学科中的“板块运动”原理，这个知识点比较抽象，如果单纯依靠教师的口头讲解，学生只会一知半解，但是现阶段教师就可以运用虚拟现实技术来模拟板块运动的全程，学生也能够直接对具体的运动现象进行观察，这有效提升了学生的学习效率。如今很多学校专门为理科教育开设了相应的虚拟实验室，教育改革成果显著。不过，虚拟现实技术还未被有效运用到文科教育中，这就需要教育领域的专家来对这项技术进行优化，从而使得其也能够在文科教学中发挥优势作用。

3.2 在学习者自主学习中的运用

在过去因为信息传播的不便和国民素质教育的普及力度低，所以学习者的学习条件具有限制性。现阶段因为信息技术的快速发展和网络设备的普及，几乎所有的学习者都能利用网络渠道来进行线上学习。不过，由于当前线上教学并不具备良好的人机交互性，所以能习惯这种学习方式的学习者并不多。然而，虚拟现实技术就可以改善线上教学的这一缺陷，将学生吸引到线上教学当中来，使得学生能够利用技术优势进行自主学习。线上教学并没有对参与者设置任何的限制，只要学习者具有强烈的学习需求和学习目标，不管他是高校学生，还是上班族，亦或是退休在家的老年人，他们都能利用网络渠道进行自主学习。同时，随着虚拟现实技术的不断更新，当前的技术水平已经能够为线上教学的学习者创设更具有体验感的教学情景，学习者可以根据自身的学习需要来自由选择学习的内容，从而完成更高质量的自主学习。

3.3 在远程开放教学中的运用

教育工作者可以借助虚拟现实技术的优势作用来打破教育的空间限制，在教育者不对学习者进行面授的情况下，他依旧可以利用各个网络渠道或者其它媒体平台来向学生进行远程开放教学，而学生也能够下载教师所提供的学习资料来进行自主学习。目前来说，国内的远程开放教学已经发展到了一定水平，但由于远程教育平台的多样性，故而学生接收到的教学信息也是形态各异，甚至有些信息之间互相矛盾。针对于这种情况，教育部门和远程教学平台可以大力开展相关技术的研发工作，汲取国际远程教育领域的先进经验。对此，教育部门需要安排专业的技术研发团队来负责虚拟现实技术的研发工作。如今随着网络信息技术的快速发展，国民对于网络平台所提供的服务也提出了更高的要求，他们需要更高质量的信息。相关专家需要给予国民的实际需求来整合不同服务器的计算机资源，从而构建大规模的信息集中服务平台。而使用者只要点击客户端软件就可以进入该平台，收集自己所需的信息资源，从而实现网络教育资源的共享。技术人员利用虚拟现实技术来构建的信息集中服务平台能够为学习者创建一个虚拟的世界，他们能够从这些世界中获取到自己所需的教学资源，从而进一步提升自主学习的质量。

4 虚拟现实技术在医疗领域应用

4.1 医疗教育及手术培训

在医疗教育方面，美国加州健康科学西部大学已建立的虚拟现实学习中心将VR技术应用于系统解剖学和局部解剖学课程当中，建立了新的教学模型，提供了沉浸式体验式学习环境，达到了提高学生的学习效率及测验成绩的效果。三维全息图像技术在解剖课上的应用，也帮助教师更好地讲解器官结构，改进了传统解剖学教学方式(尸解)，缩短学习课时，具有广阔的应用前景。在外科手术培训和医疗护理方面，VR技术通过计算机仿真，建立起虚拟手术室和医疗训练系统，学生可以在沉浸式的虚拟培训环境中进行实践和学习，从而获得与真实实验一样的体会，且该场景可被重复利用，节约资源，降低成本。近期，有研究以unity引擎作为开发环境，建立了基于虚拟VR技术的心脏医疗辅助系统，可为医生护士及医学生提供从进入手术室到手术完成的一系列综合训练，包括基础教学，心脏手术处理，应急情况处理等。该系统让医学生加深了对手术的体会，让医生更加熟悉手术环境及流程，提前为突发情况做好准备。

4.2 临床诊疗

在临床诊疗方面，VR技术可以帮助医生进行手术预演，术中导航，临床诊断及远程医疗。医生更加容易理解各种手术的操作路径，借助虚拟环境进行手术预演，可以选择最佳手术路径，从而既可减少术中对机体的损害，又可进行术中定位匹配，引导手术进程，提高手术成功率。同时，虚拟现实技术实现了远程医疗，大致分为中医远程诊脉，远程手术和远程康复这三个方面。虚拟现实技术的应用可以合理配置医疗资源，这给偏远地区的患者提供了更多的就医的机会，保障了落后地区与城镇医疗水平的统一性。外科医生可以在虚拟环境下，通过操作“手术机械臂”和“数字手套”等设备对患者进行手术治疗，同时评估患者病情发展，为医疗的多地区实施发展提供了更多的方案。研究显示，在肋骨骨折诊断中，VR技术与MRI，CT轴位薄层图像的联合应用，能够更加准确，直观，快速地显示骨折部位及其周围组织的情况，具有较高的临床诊断价值，效果优于常规X线检查。同时，VR技术辅助影像诊断的相关发明也提高了疾病靶位的分析诊断，进而对手术方式的确定起到了极大的作用。另有发明展示，通过将包含穿刺路径的三维图像显示在VR眼镜上，可使佩戴VR眼镜的医生在术中观察到穿刺路径及穿刺对象，提高了穿刺的精确度及穿刺效率，实现了精准穿刺。据报道，目前在国内外，虚拟现实技术已应用于心血管外科手术，神经外科手术，腹部外科手术，耳鼻喉手术，肿瘤切除术和内窥镜手术等不同手术方式的模拟。术前准备时，通过VR技术建立起的虚拟手术预演，可以让患者及家属提前了解手术过程并进行风险评估，有利于增进医患双方沟通理解，减少矛盾发生。

4.3 医学干预

在医学干预方面，VR技术适用于精神疾病干预和康复医疗干预。虚拟现实技术通过模拟多种不同的治疗场景并设置不同的刺激治疗方案，在注意力缺陷、空间感知障碍、记忆障碍等领域取得了良好的效果。VR技术可以辅助治疗患者焦虑症、创伤后应激障碍症、自闭症等各种心理方面的疾病。例如，对于具有恐高症的患者，利用VR技术建立模拟恐高情景，根据医学心理学的原理，采用暴露法和系统脱敏的治疗方法，让患者感知虚拟情景中的设置元素，进而逐渐达到治疗的目的。这与现实生活中的场景相比，具有易再现及易操控等优点，避免矫枉过正，发生不可预知的危险。现阶段我国康复医学事业正急速发展，虚拟现实技术应用于康复治疗中并作为康复医学发展的前沿技术，积极弥补了传统康复治疗的不足，提高了康复疗效。在肢体功能障碍康复训练中，虚拟现实技术利用人机交互技术及传感技术，显示人体运动轨迹。同时，在智能人体捕捉技术的帮助下，患者可以体验不同的视觉及听觉的刺激，这能更好地反馈患者的状态，从而提供针对不同患者的个性化治疗方案。虚拟现实技术在康复治疗中的应用，提高了患者日常生活能力训练的真实性及精确度，并充分发挥患者的主观能动性，使患者的康复效果有了极大的提高。

结束语

通过虚拟现实技术，学习近期外军局部战斗情况，研判未来作战发展方向，结合我军实际，有针对性做好借鉴研究工作。针对我国模拟训练器发展现状，合理引进先进技术，做到思想上的转变，技术上的创新。将虚拟现实技术运用在现代教育中能够发挥丰富教学内容、转变教师的教学观念的作用，而教育领域的相关人员可以在学习者自主学习、远程开放教学、模拟实验教学中灵活运用虚拟现实技术，从而推动教育领域的革新。虚拟现实技术在医疗领域的应用正成为新的趋势，并且“VR+医疗”的应用领域及范围也正不断扩大，VR技术作为辅助方式，在医疗教育，手术培训，临床诊疗及医学干预等方面起到了良好效果，也正逐渐被应用于VR手术直播，远程医疗操作等方面。VR技术的介入帮助医疗系统节省了大量的时间与资源，提高了教育的标准化，降低培养成本，缩短培养周期，提高医学生“沉浸式”学习体验感，进而更好地辅助临床工作，更加精准高效地挽救生命及促进健康恢复。

参考文献

[1]程贵锋，李慧芳，赵静静等. 可穿戴设备一已经到来的智能革命[M].北京:机械工业出版社，2015:148.

[2]伊鹏，刘衍聪，石永军，秦臻, 张宗波.基于增强现实技术的工程图学移动端教学系统设计与开发[J].图学学报,2018,39(6):1207-1213.
[3]苏力宏，王善瑞，原俊杰，张军平，孙伟民，王艳丽，李冬. 化学工程专业学位研究生VR教学技术实践研究[J].化工高等教育,2020,0(1):82-87.

[4]朱莉. 虚拟现实技术在多媒体课件开发中的应用[J].电脑知识与技术:学术,2009,0(3X):2235-2235.
[5]张双双，郑鹏华. 基于慕课背景下我国教育模式的变革[J].中国多媒体与网络教学学报(电子版),2018,0(3S):167-168.

[6]赵胜挺，周健萍，文佳，等. 浅谈虚拟现实技术在肢体功能障碍康复治疗中的应用[J].临床医药文献电子杂志,2018,5(50):74-75.