【隐创125期】基于虚拟现实技术的伪装效果评估方法研究（一）
编者按：
军事伪装评估是一个关键的技术领域，随着科技的不断发展能够持续前进。具体而言，虚拟现实技术的发展及其在用户测试和产品开发中的应用为改善评估新型伪装图案的条件范围以及与此类评估相关的控制程度和定量精度提供了新的机会。本文记录了一项正在进行的将虚拟现实技术应用于单兵迷彩服装评估的工作。该实验将来自标准光学模拟过程的目标检测数据与从相同任务的虚拟模拟中收集的数据进行比较。研究人员虽然注意到真实和虚拟之间的差异，但这些发现仍旧令人鼓舞，并为虚拟现实如何补充更传统的伪装效果评估提供了新的视角。最后讨论了过程中的这些教训，并考虑了额外研究的途径。
伪装是军事战术和部队防护的一个基本要素，通过隐藏、欺骗或筛选的方式使人和物资不被敌人察觉。军事伪装的演变始于19世纪下半叶，当时驻印度的英国军队开始将他们的白色制服染成卡其色，以更好地与周围环境融合。随着第一次世界大战的临近，欧洲大陆的军队放弃了时尚而引人注目的制服，取而代之的是融合了欧洲平原和林地的配色方案。最初，军用伪装的发展是由艺术家来完成的，他们从仿生学（动物和昆虫物种对大自然的适应）中获得灵感，以融入环境。评估伪装的科学定量方法的应用直到第二次世界大战前才得到发展。数据驱动的步兵伪装技术的发展，是本文的主题。直到20世纪60年代纺织工业的进步使得大规模生产图案混乱的布料才真正开始。
伪装评估往往很难。被测目标给定伪装图案的效果随着照明、观察距离以及背景的颜色和纹理特征的不同而变化。此外，在大多数真实世界的情况下，要么观察者、伪装的目标其中之一在运动，或两者都可能在运动。对物体和表面表现的研究清楚地表明，运动对人类视觉系统解析复杂场景的方式有深远的影响。因此，很难找到一种评估方法来适应影响自然环境中伪装效果的所有变量。
研究人员提供了一种新的伪装图案的评估方法包括外场和实验室测试数据的结合。外场研究通常包括让观察者在不同的距离上观察伪装的目标与自然背景的对比。虽然现场方法提供了高度的视觉保真度，并提供了立体深度感知和运动，但它们受到几个限制。首先，天气和环境照明的变化使得重复测试非常困难。第二，实地研究需要投入大量的时间和金钱，资源的限制往往阻碍了严格和详尽的测试程序。
研究人员近期聚焦于使用图像模拟方法，这种方法在可重复性和对现场试验的控制方面提供了改进。在图像模拟评估中，观察者看到一系列在不同距离采集的目标图像数据。使用极限方法可以确定伪装可见的距离阈值。这种技术提供了比许多现场测试更好的控制条件，但是受到静态图像仅在某一时刻描绘给定环境的限制，采集多张图像来解释天气、光线等的变化很快成为一个严重的后期挑战。此外，静态照片不能捕捉运动效果。
虚拟现实技术的最新进展为实地研究和图像模拟技术提供了潜在的补充。虚拟现实的一个主要优点是陆地环境的模型可以构建得丰富，但又受到严格的控制。此外，虚拟现实能够评估运动如何影响伪装效果。直到今天，图形和显示技术还不能应对产生足够逼真的虚拟环境以用于伪装评估的挑战。然而，这些领域的指数增长使得使用虚拟现实进行伪装评估更加可行。
本研究描述了通过比较图像模拟程序和虚拟现实模拟程序来评估虚拟现实在伪装评估中的效用的初步尝试。从这项工作中获得的数据和经验教训表明，在将基于虚拟现实的评估技术应用于这一关键操作问题时，既有希望，也有许多挑战。
2.1试验参与者
试验参与者是8名美国陆军的工作人员。试验参与者对于试验目的及试验内容都非常熟悉，并已按照美国心理协会的伦理原则进行检测，确保身心健康情绪稳定。
2.2图像数据源
数码照片是在得克萨斯州的欧文堡拍摄的，照片中的两种商用迷彩服在这里被称为“A”和“B”。每套制服都是由一名背向镜头的士兵穿着。照片是在25m、50m、75m、100m、125m、150m、175m、250m、300m和400m的距离采集的，采集方法是使用移动相机，同时让伪装的士兵留在原地。这些照片是在当日下午，一片平坦、被灌木丛覆盖的平原上拍摄的。“伪装士兵”总是被框在图像的中心，后期通过使用Photoshop以数字方式移除士兵，用于创建一组不包含伪装目标的图像数据源。
2.3虚拟环境
试验选用的虚拟系统基于CaveUT，这是一套完整的虚拟现实解决方案，通过使用多个大尺寸投影显示器提供丰富的全视场虚拟现实环境。虚拟测试网站具有与摄影图像源相匹配的观看距离、视野、眼睛高度和目标尺寸的缩放。
使用3D激光扫描仪构建了一个化身，以生成驻扎在相同背景的士兵高多边形模型。扫描仪的输出被导入Blender数字建模环境，并准备导出到虚拟场景。这两种伪装图案的照片都是在受控的室内环境中拍摄的，使用Photoshop将它们转换成适当的纹理，可以应用于“皮肤”化身。每个伪装图案中虚拟化身的虚拟测试图像是通过在虚拟场景中拍摄环境的截屏来产生的，虚拟观看距离、视野、眼睛高度和目标尺寸的比例与摄影采集数据相匹配。图像大小和分辨率在真实和虚拟图像集中也是相等的。类似地，截图是在没有化身的情况下拍摄的，以模仿摄影图像集中没有目标的刺激。图1A展示了在相同背景下25米处拍摄的图案的样例，图1B展示了该图像的虚拟场景。
图 1 来自真实(A)和虚拟(B)欧文堡试验场的图像示例
2.4程序
志愿者使用真实和虚拟图像完成了一项基于计算机的目标检测任务，这些图像包含或不包含伪装的目标。每次试验都是从呈现一幅混乱的图像开始的。延迟250毫秒后，显示照片或虚拟图像。志愿者有3秒钟的时间使用一对反应按钮来指示目标是否存在。图像类型(摄影或虚拟)被阻止，给定类型的所有40个图像(2个伪装图案X10距离X目标存在或不存在)以随机顺序呈现。志愿者以交替的顺序完成三组照片和虚拟图像。照片和虚拟图像块的顺序在志愿者中得到平衡。