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軍事論壇

【軍事論壇】AR科技擴增視角 虛擬戰訓實境

透過AR可以搭配虛擬資訊進行實際訓練,帶著裝備穿過實際城鎮區域的建物巷道與路徑,配合同僚一起與虛擬敵人作戰。(取自美國陸軍網站)
透過AR可以搭配虛擬資訊進行實際訓練,帶著裝備穿過實際城鎮區域的建物巷道與路徑,配合同僚一起與虛擬敵人作戰。(取自美國陸軍網站)

◎寧 博

 2002年湯姆·克魯斯主演的《關鍵報告》,在數位介面中透過手勢控制影像與資訊的融合,這些場景展示出擴增實境(Augmented Reality,AR)的科技,也展現AR的未來潛力,而現實生活中,「寶可夢」帶動AR遊戲風潮就是實證。AR是將數位訊息與現實融合在一起,技術上是運用攝影機投射影像結合圖像分析方法,將虛擬的數位世界與現實世界場景進行互動,正因如此,商業科技與軍用硬體之間的區隔已經逐漸消失。

 視聽感受與真實環境結合

  其實戰機使用AR技術更早於電影,1959年服役的英國海盜式艦載攻擊機,是最早使用抬頭顯示器的機種,這款英國航太系統公司製抬頭顯示器就是利用相同原理,將飛行與戰術資訊投射在前方,使飛行員了解資訊以利執行任務。目前在第5代行動通訊技術(5G)的配合下,AR的應用將會廣泛,不僅是看到,而且會聽到與感受到與真實環境相結合的震撼。以貝宜公司(BAE Systems plc)的數位頭盔顯示器(HMD)攻擊者II式為例,它利用在全機設置的光學感測器,藉由分散式光圈系統,透過機體看到飛機的四周,提供無與倫比的空間狀況警覺,搭配新世代夜視、3D語音與目標跟蹤技術,皆可以投影至HMD的面罩上,並即時計算飛行員頭部位置與角度,無論飛行員看到任何方向,頭盔顯示器都可以零延遲顯示正確目標資訊與圖像,也可聽見威脅從何種方向而來。

  類似技術也出現在V-280勇敢式(Valor)傾斜旋翼機上,由洛馬公司研製的領航分散式光圈感測器(PDAS)系統分布在機體四周,使用6個分布在機身周圍的多功能紅外線感測器,藉由開放式架構處理器蒐集並生成即時影像,透過頭盔顯示器與座艙顯示面板,提供機組員高畫質360度機體環景視野,這套系統也有場景和多點對象跟蹤功能,以及自動搜索和跟蹤功能,藉以識別並跟蹤地面目標。

  洛馬公司PDAS系統是專為美國陸軍直升機所開發設計的,除V-280外,PDAS已在UH-60黑鷹直升機上完成飛行測試。PDAS能夠同時傳輸至多個獨立顯示器,除空勤組員可獲得全天候領航影像,搭載的地面部隊也可以檢視環境,獲取戰術資訊和威脅。雖然PDAS目前只能對2個使用者產生影像,但該系統未來可以支持多達6個使用者,其中可包括同行的飛機組員,甚至可傳送至地面任務指揮官。

 共享訊息優化戰場決策

 AR的應用也拓展至地面車輛與部隊,協助士兵辨識敵我,結合夜視鏡進行夜戰,也可遠端遙控協調其他作戰小組,特別是城鎮作戰。城鎮區域是相當複雜與挑戰性高的戰場,無論是士兵或是車輛,必須能了解過去、現在與未來的戰場變化,知道敵我位置,避免戰損或任務失敗。戰場迷霧經常是混亂、壓力大且恐怖的區域,使得士兵很難維持對於環境的狀況警覺,因為視線所見常被建物、廢墟、煙霧或是其他物件擋住。因此,AR可以視為維持或是改善城鎮作戰的輔助工具,它可以持續追蹤友軍和敵軍最後的位置,即時更新戰場指揮官命令,提供城鎮四周環境的無障礙視角,戰場事件歷程,路徑資料與其他資訊。士兵運用具AR的頭盔,將自己的詳細位置訊息傳輸到另一個頭盔,從而使系統可以在戰場上即時蒐集、繪製地圖並共享訊息。

 為能提高戰場的狀況警覺,貝宜公司(BAE)在步兵裝甲車CV90 Mk IV上,安裝iFighting系統,該系統技術主要在融合數據來優化戰場決策。該技術藉由AR,優化車輛和機組人員效率,改善車載組員日夜全域所見範圍,強化機動載台的生存性,降低車輛組員的工作負荷,做更有效更快速的戰場決策。英國CV90 Mk IV是第5代的步兵裝甲車,除整合iFighting系統,也在速度、機動性、光電設備方面有相當的進步,至少有8套光電感測器裝在車體前後方與兩側,這套系統屬於第4代電子架構,與北約的通用車輛架構(NGVA)相容,與友軍相通運作。這些更新也加入自動組員支援、具人工智慧的機械學習語言,以及由3D地圖資料庫支援的3D擴增實境,使戰場經驗較少的組員,可以透過資深組員資料庫,改善其表現。

  虛實融合 城鎮訓練場景更擬真

  步兵在城鎮作戰中,透過AR可以搭配虛擬資訊進行實際訓練,帶著裝備穿過實際城鎮區域的建物巷道與路徑,配合同僚一起與虛擬的敵人作戰,所有的爆炸與槍彈射擊,以及所發生的情境,都可以搭配實境虛擬產生,步兵唯一增加的裝備就是AR觀景設備,例如頭盔顯示器或是AR眼鏡,如谷歌眼鏡等。3D地圖影像則須在特定位置,配合實際環境運用電腦虛擬產生物件以利互動,美軍在本寧堡步兵訓練基地設有戰鬥實驗室與場地就是一例。在音響方面,為使士兵針對逼真的音效做出反應,包括從爆炸裝置觸發,到輔助空襲的環景音效,產生全浸感相當重要,電腦軟體開發計算聲音的正確音量,聲音的過濾和反射或遠處物體的混合響應,從而使空間聲音增強模擬對戰過程中的臨場感。互動裝置不是靠按鍵或觸控螢幕,而是藉由特定裝置,諸如具感測器的手套,或是槍枝裝載雷射接戰儀,虛擬對手也可射擊,擊中士兵後,戰鬥背心可依據被射擊後的模擬效果,包括運用小型電擊器或是釋出壓縮氣體,給予中彈感覺,這些配備都可以市售成品改裝。未來AR頭戴裝置將因新電池與小型化電腦而縮小尺寸,也減少穿戴不舒適的感覺,微軟公司已經提出改良型的HoloLens2擴增實境AR頭戴裝置,用於美國陸軍的整體視覺擴增系統計畫,美軍希望在訓練中強化士兵戰場警覺,並蒐集軍隊在戰場的資料。

 虛擬空戰減少飛安事件

 面對戰機飛行員不足的現狀,訓練成本無法降低,以及養成週期無法縮短的困境,美國空軍已提供紅6公司(Red 6)小型企業創新研究計畫經費,用於開發在實際飛行中可與模擬敵軍對戰的AR軟體,藉以克服虛擬實境軟體(VR)空中對戰場所仍是在地面的缺點,降低飛行員利用實機訓練的成本。整套系統稱為「機載戰術擴增實境系統(A-TARS)」,主要藉由改良的空軍HGU-55型頭盔,投射AR模組至前方的鍍層玻璃面罩上,目前已在測試AR實際運作。飛行員操縱1架具有透明座艙的競技用小飛機,除速度不能追上高速戰機外,飛機可以進行高G的運動,飛行至所設定的立方體空域後,運用飛行員頭部與眼部的位置與混合光電追蹤系統的定位,即可提供飛行員目視的擬真目標,機載航電整合系統,也會確保飛行所見儀表面板可以吻合所要出現的虛擬物件。在空中A-TARS運作必須非常明亮,無論是現實世界或是虛擬物件投射,都必須很清楚呈現,以確保飛行安全。

  飛行員透過A-TARS頭盔所見周邊是無限的,但是因飛行員頭部轉向角度限制,使得周邊景觀是有限的,截至2019年底,A-TARS視角僅有105度,但是該公司預期在18至24個月內,可以提升至180度。目前軟體可以訓練項目僅有空中加油與編隊飛行,該公司運用電腦產生虛擬各種戰機物件,搭配人工智慧軟體,可以模擬出對戰機種進行空戰,未來希望利用智慧型手機取代電腦,也希望衍生技術可以跨多種領域進行綜合訓練。

(作者為僑光科大助理教授)

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