书城科普读物新编科技大博览(A卷)——走向未来的现代工业
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第34章 电子技术(4)

其实,这些看起来都是那么不可思议的事情,只是虚幻现实技术玩的小花招。这项技术复杂而尖端,是由一个大型电脑操纵的数据库制作和显示鲜明的图像,通过接在头罩和手套上的多芯导线感觉你的头和身体的运动,从而相应调节你正观看的情景。它使你的大脑放弃了怀疑,从而真正地进入了“角色”。简而言之,就是制造出令人信服的、与实物难以区分开的人工环境。我们把这种技术称之为“虚幻现实”技术,又名“虚拟现实”。

虚幻现实的最高目标是给使用者一种幻觉,使他觉得计算机创造的世界是真实的。这就是为什么当你漫步于虚幻世界中时却一点也不会察觉的原因。

现在的虚幻现实正朝着两个途径发展:一是虚拟现实,就是使客观世界中并不存在的东西让人们真实地感觉到它的存在;二是遥现,就是把另一遥远地方真实发生的一切(比如火山爆发、地震),使人们感觉到犹如置身其中。

研究人员已发明出虚幻现实系统。该系统的用户只要戴上一副轻便的“眼镜”,走进一个没有天花板的、一面敞开的虚幻现实“房间”,然后,一切都可以发生了。这种虚幻现实系统虽然十分诱人,但对大多数人来说,拥有它是不太可能的,因为一套这种系统造价太高。

娱乐与游戏喜欢玩电子游戏机的青少年朋友,最清楚电子游戏的吸引力了。屏幕上的战士、坦克、飞机,全靠你的双手不停地操纵才赋予它们活力。其实,你才是真正的参与者,一会儿是冒险者,一会儿又变成了拳击手……但是,这些对于虚幻现实游戏来说,只是小巫见大巫。在虚拟世界娱乐战斗技术中心,游客情愿排着长龙付出9美元参加30分钟的游戏。你可以坐在安有控制器和立体屏幕的驾驶舱内,操纵着各个按钮,前进、后退、躲闪着巨型坦克的袭击,与激光枪射手展开竞赛,对火星进行考察探测……这时的你,因为操作不熟练,往往会手忙脚乱、满头大汗。因为身处战斗中,稍不留神便会去向上帝报到。还有一种名为“瓜子噩梦”的游戏。虽然玩游戏的人只是站在一间空荡荡的房间里,但虚拟的恐龙却在不停地袭击你,你不得不躲躲闪闪,低头弯腰,横冲直撞,你那紧张滑稽的样子不禁会逗乐了排队等待的参观者。因为在他们看来,什么也没有,而你却在那么卖力地表演着,岂不好笑。

当然,几乎所有的游戏、比赛你都可以通过这种方式参与进来,哪怕是参加世界杯足球赛,和你最崇拜的球星马拉多纳或是老球王贝利合作。

医学领域美国有一个小女孩得了一种少见的遗传症。她的面部严重畸形:两眼相距很远,鼻孔朝天,嘴巴裂得不能再裂了……医生想对她进行整容手术,但不清楚骨结构的移动对她的面部会造成什么影响。于是,当女孩头部的所有数据都输入电脑时,电脑便复制出一个立体的头像来。揭开头盖骨,可以清楚地看到里边的大脑与神经。医生通过给头像“动手术”,知道了怎样才能安全、无误地来完成这例高难度整容手术。虚幻现实技术不仅成功地帮助了医生,更重要的是赋予了这个女孩第二次生命。此后,又有20位病人获益于这种万无一失的手术而矫正了面部畸变。

虚幻现实技术对医学的贡献还远远不止这些。对一些危险性极大的手术通过虚拟现实的方法试一次,便可以知道手术能不能做,从而给医生和病人都吃上定心丸。虚幻现实技术必将给千千万万的病人带来福音。

设计领域假如你是一名建筑学家,设计了一座大厦。尽管计算机把所有的数据都显示出来,并进一步地显示了其外观和内部构造,但你仍然不太放心。因为许多东西一旦造出来,往往和想象的不是一回事。于是你想:要是我能钻到计算机屏幕里,到大厦的各个地方先去看一看,那该多好啊!其实你想象得并不夸张,通过虚幻现实系统便可以满足你的愿望。

当你走进了“大厦”时,你会看到大厦的壁灯是什么样子的,墙壁的颜色、质地是否合适,房间的布局是否合理……当你从“大厦”中出来时,你还可以对不满意的地方再作修改。不用担心建筑工人会遭受返工之苦,因为大厦此时还没开始建造呢!方才你所观看的大厦,只不过是虚幻的罢了。

在一次虚拟现实的高级表演中,西亚图波音公司的工程人员“建造”了一架虚构飞机的计算机模型。戴上虚拟现实头罩和手套,他们就能打开飞机舱门,检查飞机各个部位、各个零件是否完好。波音公司希望最终能把虚拟现实技术与电脑辅助设计站联系起来。这样,工程人员在飞机实际制造前就能够试验飞机性能,以便对某些零件做及时的修理和定型。

军事训练供空军培训飞行员的飞行模拟器“虚拟飞机座舱”,可算得上虚拟技术应用得最早的例子了。这种座舱里面的布置让你难辨真假。当你开始“飞行”时,你要相应地操作拉杆、按钮,注意前面发生的各种情况,就和真的飞行一样。即使是经验丰富的老飞行员也得全神贯注,严肃紧张。当训练结束时,难免也会大汗淋漓。据此,教练可以判断你的操作是否正确。用这种方法培训,不需消耗飞行器材,不受场地、气候条件的限制,更重要的是绝对安全,不会造成因操作失误而带来的机毁人亡的悲剧。由于这是一种多快好省的培训方法,已被推广到许多行业中去。

空间探测要修复不按计划运转的哈勃望远镜,惟一的办法是派人去。但是,许多难以预测的险情足以令人担忧,可以预料,这将是在空间进行的最复杂的修理工作。为了做好准备,宇航员们利用一个虚拟现实系统进行训练,练习在虚拟“哈勃”上做艰苦的修理工作。通过这条途径,我们期望能够顺利地挽救“哈勃”,让它好好地为人类服务。

虚幻现实技术已被用到了许多的科研领域。今后,它还将被更加广泛地运用到更多的领域。虚幻现实技术对我们的生活方式和工作方式都将产生难以预料的影响。正如有人所说的那样,该技术只受人们想象力的限制。但人的想象力又是不可限制的,或者说是不可想象的。从高空飞行到海底探索,从相互的游戏到宇宙探索,虚幻现实技术无处不可应用。让我们张开喜悦的臂膀,来迎接神话般的虚幻现实吧!

真假难辨的电子伪装

在现代战争中,使用了高技术的侦察方式,必须采用先进的电子伪装,才能将目标隐藏起来。

伪装可以分为两大类。一类是将目标隐藏起来,防止对方的可见光侦察、红外侦察和雷达侦察。另一类是制造一些假目标,并且故意露出一些破绽,让对方误以假为真,而将真目标隐藏起来。

可见光侦察是用眼睛观察、用照相机拍摄照片,从目标与背景环境的差异,发现隐藏的武器装备等。防止可见光侦察的方法,就是缩小目标与周围背景环境的差别。一般是在目标上加盖伪装,或者在目标上直接覆盖与背景相似的涂料。现在美国、西德等国家采用了棕、绿、蓝三色涂料,效果很好。使用时,按周围环境的情况,由计算机设计出伪装图案,然后由人或机器人进行喷涂。使用三色涂料,大大地增加了目标的隐蔽性。被对方发现的可能性下降了好几倍。

在目标上或伪装罩上涂防波材料,是防止雷达侦察的有效方法。吸波材料是一种新型复合材料,它特别容易吸收雷达发出来的电磁波。把吸波材料夹在容易透过雷达电磁波的材料之中,有雷达电磁波射来时,电磁波会透过表面材料,被吸波材料吸收而不反射。现在已经研制成功的铁酸盐吸波材料,对频率为20兆赫以下的电磁波,能吸收99%左右。另外,粉状铁氧体和聚四氟乙烯等材料,也能吸收90%左右的电磁波。涂吸波材料后,雷达只能接收到非常少的一点反射波,很不容易发现目标。隐形飞机、隐性舰船的外面都涂有防波材料,收到了“隐身”的实效。

防止红外侦察比较困难。用红外探测装置,比较容易发现活的物体或正在工作的飞机、坦克等装备。现在可以用加降温隔热材料的方法,用金属——石墨——金属夹层复合材料进行隔热,减少红外辐射。也可采用红外干扰源,使真正的目标隐藏在杂波之中。当然,如果不使用坦克、大炮,让它安静地呆在背景之中,与周围环境的温度相近,对方是不易发现的。

设置一些假目标,让对方误认为发现真目标而放松了警惕,也是一种很有效的伪装方法。现在已经使用了薄膜充气式、骨架结构式和泡沫塑料式三种假目标。薄膜充气式假目标,与我们的充气塑料膜玩具相仿。使用时给它充气,薄膜就会胀大,与真实的目标外观一样。

骨架结构式假目标像积木一样,使用时把几个部件拼凑起来。泡沫塑料式则由泡沫塑料制成,形象逼真,在运输时可把它压缩到原来的1/10左右,使用时打开便可恢复原状。这些假目标十分逼真,特别是配合使用热源和反射器后,非常容易作到以假乱真,使对方受骗上当。

使雷达“迷盲”的电子干扰

电子干扰是发射虚假的电磁波,使对方雷达接收到与真实情况不同的信号,无法找到真实目标,成了“睁眼瞎子”。在海湾战争中,多国部队对伊拉克,进行了十分强烈的电子干扰。

可以把电子干扰分为无源被动干扰,有源主动干扰两种。无源被动干扰是用金属箔条等物体产生反射波,使雷达接收到各金属箔条的反射波,找不到真正的目标在什么地方。有源主动干扰则是用电子干扰机,发射与对方雷达频率相同的杂波,使对方雷达的荧光屏上出现大量虚假信号,无法确定真正目标。

用飞机撒大量极薄的金属箔条,是使用过很长时间的一种无源被动电子干扰方法。需要进行电子干扰时,飞机在空中撒下金属箔片后飞走。这些金属薄片很薄很轻,像纸片一样在空中飞行,形成一块“金属云”。每一条金属箔片都反射电磁波,都在对方雷达的屏幕上产生一个亮点。金属箔片可以在空中停留几个小时。在这段时间内,飞机早就跑得很远,到达预定的作战领空去了。

用电子干扰机,可进行有源主动干扰。在飞机上有接收装置,能探测对方雷达发射的电磁波。如果发现对方雷达开始工作,或需要干扰对方雷达工作,电子干扰机就会发出与对方雷达频率相同的电磁波,使对方雷达接收到电子干扰机的信号,收不到雷达反射波信号,或使反射波信号“淹没”在干扰信号之中。由于电子干扰机发出的信号与雷达发出的信号无关,而且又是杂乱无章的,所以雷达只能接收到大量乱七八糟的电磁波,在荧光屏上出现一大堆“雪花”,只知有干扰,不知在什么地方干扰,也不知是否有敌人进攻,向什么地方进攻。

为了能正常工作,雷达可以更换所发射的电磁波频率。电子干扰机的频率也是可调的,会作出相应的反应,作出新的干扰。海湾战争中的许多飞机都带有电子干扰设备,防止对方发现自己。有一种专门进行电子战斗的飞机,这种飞机的任务是进行电子干扰,例如EF-111A电子战斗机。飞机上载有11台电子干扰机,总有效发射功率可达到1兆瓦。EF-111A司与其他飞机编队飞行,在飞行区域形成几百千米的一个电子屏障,使执行任务的机群不被敌方发现。

还有一种电子干扰的方法,这就是飞机接到对方雷达发出的信号时,机上的干扰设备会立即作出反应,发出“反射波”。这种反射波与雷达所发出电磁波的频率相同,但与从飞机表面反射的波有差异,好像是在其他位置产生的反射波。雷达收到了假的反射波,会“判断”出目标的位置,但结果是错的,导弹自然无法击中真正的目标。有时,还可以从飞机发射“诱饵”。这些诱饵实际是一些电磁波源,它们不断向外辐射较强的电磁波。雷达、导弹的探测装置接收到诱饵发出的电磁波,会误以为诱饵是需要攻击的目标,向诱饵进攻,被攻击的飞机便可乘机逃避。