美国防部关键技术“扩展现实XR”的军用优势与发展现状

编译：TAO，学术plus高级观察员

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2022年2月，人机接口技术（扩展现实/XR）被美国国防部列为14大关键技术领域之一。随着XR技术地不断成熟，XR军事领域应用也不断拓展。文章简要分析了XR技术军事应用的优势和应用现状。随着5G、边缘计算等技术的发展，将进一步赋能XR（Extended Reality，扩展现实），扩展XR技术的应用范围。

扩展现实技术分类

本文主要内容及关键词：

• 1.人机接口技术（扩展现实/XR）将AR、VR、MR三类技术融合，打造可人机交互的虚拟环境

• 2.XR军事优势：作战和态势感知/低成本作战训练/创造安全的训练环境/定制多样化作战地形/参与任务规划

• 3.美军XR军事应用现状：训练（美国陆军合成训练环境/STE，空军技术维护训练，海军的全球维护）；作战（融合在飞行员使用的头戴显示器中IVAS）

• 4.简评：XR技术军用总体处于探索阶段，需要通过追踪技术成熟度与商业应用路径，及其与军事场景的结合，目前，美国国防部已在2个军事基地开展5G+XR的应用测试。

内容主要整理自外文网站相关资料

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一、XR基础

2022年2月，美国国防部研究与工程副部长办公室将人机接口技术（扩展现实/XR）列为国防部14大关键技术领域。→美国国防部14个关键技术领域

• XR（扩展现实）：通过计算机将真实与虚拟相结合，打造的一个可人机交互的虚拟环境，主要包含AR、VR、MR三类。通过将三类视觉交互技术相融合，为体验者带来虚拟世界与现实世界之间无缝转换的“沉浸感”。

• VR（虚拟现实）：完全沉浸式的数字环境，例如将用户置于游戏虚拟世界的视频游戏；

• AR（增强现实）：物理环境数字对象的重叠，例如在用户视频或图像中过滤重叠的预设数字效果；

• MR（混合现实）：物理环境和数字环境混合的环境，其中物理和数字对象可以交互。

二、XR军事优势

XR技术应用于军事领域，具有以下优势：

• 作战和态势感知。虚拟现实技术能够为作战指挥人员提供更好的作战空间、时间和人员监控工具。

• 低成本作战训练。使用混合现实装备替代真实的作战设备开展训练可以提供更加灵活的训练平台，同时也更加高效，也更贴近战场。

• 创造安全的训练环境。

• 更加多样化和可定制化的作战地形。

• 参与任务规划。

三、军事应用现状

目前，美国军方正在探索XR技术在不同领域的应用，包括战术、飞行、维护、医疗、训练以及作战场景应用。

3.1 训练

美国国防部以XR游戏项目为基础，修改和开发了军事训练应用，使用AR/VR和实时训练技术使得军队可以开展现实物理环境下比较昂贵或危险的训练，同时位于不同位置的服务成员也可以同时开展训练。比如：

美国陆军的的合成训练环境（STE）就是基于XR的训练环境，士兵可以单人或多人进行复杂作战场景下的飞行训练，包括城市、丛林、沙漠等。STE旨在通过重复训练增加士兵的熟练度。空军也使用XR技术开展飞行训练，旨在减少成本、训练时间等。

此外，空军也在探索XR技术在维护训练中的使用，以及构建虚拟训练场，实现随时随地的训练。海军利用XR技术将工程师与维护人员连接在一起，通过协作的方式实时解决全球维护问题。

3.2 作战

军方也在持续探索XR在作战中的应用。XR技术已经融合在飞行员使用的头戴显示器中。这些显示器可以提供动态的飞行和传感器信息，以提高用户的环境感知和改善武器瞄准能力。来自F35战机外部摄像头的输入可以为飞行员提供其环境的360度视图，也可以展示夜景和红外图像。

美国陆军也基于微软的HoloLensMR头显（混合现实头戴式显示器）开发了增强的MR头戴式显示器——IVAS。陆军称IVAS融合了下一代24/7态势感知工具和高维数字传感器来增强士兵的感知、决策、目标获取、以及向目标开火的能力。未来，陆军会将该系统融入到地面和空中车辆平台中。

四、简评

从当前XR技术军事应用情况来看，仍处于探索阶段。相关应用主要集中在训练和作战两个方面，而且应用场景较少、相对比较局限。

为进一步发挥XR技术在军事领域的赋能作用，要追踪XR的技术成熟度和商业应用进展，将XR技术优势与军事需求相结合，拓展XR军事应用场景。同时考虑XR技术应用的信息过载、安全问题等潜在风险。

随着5G、边缘计算等技术的发展，将进一步赋能XR，扩展XR技术的应用范围。相关技术可以提高XR设备数据传输速率、增强用户密度、减少传输时延，支持大规模网络应用。目前，美国国防部已在2个军事基地开展5G+XR的应用测试，分别为刘易斯-麦科德联合基地和圣安东尼奥联合基地。

https://crsreports.congress.gov/product/pdf/IF/IF12010

https://jasoren.com/augmented-reality-military/

https://rockpaperreality.com/ar-use-cases/10-applications-of-extended-reality/