擴展現實（XR）技術將現實世界和數字世界結合前來，創造出新的交互和感知，可細分為虛擬現實（VR）、增強現實（AR）、混合現實（MR）技術。雖然商業和消費行業幾十年來一直在投資擴展現實，但美軍直到近期才逐漸擴大擴展現實潛在應用。當前，美國防部正加大擴展現實開支，其軍事力量結構和網絡安全也將隨之受影響。

一、基本情況

（一）概念

擴展現實是連接或融合數字世界和現實世界的一系列技術的總稱，包括虛擬現實、增強現實、混合現實技術，可帶來包含各種程度數字信息和真實信息的沉浸式體驗。不同的擴展現實技術能在現實世界和數字內容之間提供不同程度的感官沉浸和交互。虛擬現實（VR）是一種完全沉浸式的數字環境（如使用戶置身虛擬世界的視頻游戲）。增強現實（AR）使用智能手機、平板電腦或增強現實眼鏡，將數字內容疊加到物理環境中（如Instagram濾鏡）。混合現實（MR）是物理環境和數字環境的混合體，物理對象和數字對象可以在其中交互。與增強現實不同，混合現實可以使用戶操控物理或數字對象，并與其他用戶在同一混合現實環境中共享關于這些對象的視圖（如在數字地圖上協作標注敵軍位置）。

（二）使能技術

擴展現實技術的發展有賴于一系列使能技術的的發展，如人工智能、5G、邊緣計算等。人工智能可以解讀大規模數據，為用戶提供個性化、高度互動的擴展現實體驗。5G網絡和邊緣計算可以提高數據速率、擴大用戶容量、減少時延，從而為更復雜、多樣化的擴展現實技術提供更可靠的高帶寬通信。美國防部目前正在路易斯麥科德-聯合基地和圣安東尼奧聯合基地測試5G使能的擴展現實應用。

（三）工作原理

擴展現實設備向人類感官發送本地存儲或通過網絡共享、傳輸的數字信息，也可以使用傳感器收集信息并接受指令，主要通過實現對虛擬刺激的實時反應，創造個性化的體驗。每一種擴展現實設備都需要支持技術，具體技術因體驗類型和實際應用而異。例如，設備技術人員可能會佩戴配置攝像機、距離和定位傳感器的全息頭戴式顯示設備，這種擴展現實技術設備可以幫助他們完成檢查或維修。

（四）發展現狀

盡管擴展現實已經存在幾十年，但其并未實現廣泛應用。到2022年1月，已有多種擴展現實硬件系統和軟件開發平臺在市場上可見，其市場正在迅速擴大。例如，有市場研究預估，增強現實/虛擬現實頭戴設備的年度出貨量將從2021年的970萬增加到2025年的3280萬，這種增長主要歸因于更復雜設備的開發（如智能手機）、對更熟練更具生產力員工不斷增長的需求，以及新冠病毒疫情爆發對工作場所人際互動的破壞。然而，擴展現實在企業和政府中的應用仍然有限。很多應用都只是試點項目，不是成熟應用。全面部署這些應用需針對不同應用環境進行針對性調整，也需要關鍵使能技術廣泛可用。

（五）機遇和應用

擴展現實技術可用于工作場所協作、培訓、教育、治療及數據利用和分析，也支持創建在線世界或稱“元宇宙”（用戶可以在其中相互交流）。

一是協作。擴展現實提供數據共享和數字工作環境，從而能支持協同設計、規劃和決策。二是培訓和教育。現實環境中，很多訓練成本高昂或危險性較高，而擴展現實可以實現更低成本、更安全地完成此類訓練。三是治療。沉浸式環境可用于治療成癮、焦慮、自閉癥和其他疾病，也可以讓醫學專家在三維空間中虛擬檢查器官或身體系統，其評估效果顯著高于二維平面評估效果。四是數據分析。在擴展現實環境中分析數據可能會得到新的知識或決策。

（六）當前挑戰

一是網絡安全和隱私。擴展現實將需要更加多樣化和復雜的數據，這就為網絡攻擊和利用提供了新的目標。二是使能技術。擴展現實充分發揮潛力所基于的某些技術（包括人工智能和5G）尚未成熟，并且，這些技術也不是所有用戶都負擔得起或接觸得到。三是對用戶的影響。擴展現實環境可以為網絡上已經常見的負面現象創造新的空間，此外，一些用戶在使用沉浸式擴展現實應用時會出現暈動癥、迷失方向等，長期沉浸于擴展現實應用對用戶認知功能的影響尚不清楚。

二、軍事應用

美國軍方正在探索一系列擴展現實應用，包括戰術、飛行、維修、醫療和其他訓練、培訓以及作戰，每個軍種都有研發項目。

（一）訓練

美國防部研究與工程副部長徐若冰稱，國防部計劃在游戲行業增強現實/虛擬現實和實時訓練基礎上開發針對國防部的擴展現實項目，讓軍隊得以進行在物理環境中代價過高或過于危險的訓練演習，遙遠地區軍人也可以一起訓練。

美陸軍“合成訓練環境”就是計劃整合進實戰訓練的擴展現實訓練環境，旨在讓士兵“在戰斗開始前，置身將要戰斗的地方，與將要共同戰斗的伙伴一起，面對包括人口密集城市、林地、叢林、沙漠、地下場景的復雜作戰環境而訓練”，使其通過重復訓練，更高效地提高熟練程度，進而提高戰備性和殺傷力。

美空軍利用擴展現實進行飛行訓練，旨在減少成本、訓練時間和飛機磨損。空軍也在探索擴展現實用于維修訓練，正在建造虛擬訓練機庫，以便各種機型可隨時隨地進行訓練。

美海軍則尋求利用擴展現實將工程師和維修人員聯系起來，使他們能跨全球、實時、共同解決維修問題。

美國防部正在審查醫療培訓類擴展現實應用，以實現分布式學習，提高醫療培訓課程的效率。

（二）作戰

美軍長期將擴展現實技術集成進飛行員和機組人員使用的平視顯示器（HUD）和頭盔顯示器（HMD）中。這些顯示器可以提供動態飛行信息和傳感器信息，提高用戶的態勢感知能力并改進武器的目標瞄準能力。

以F-35戰斗機的頭盔顯示器為例，來自F-35外部攝像頭的輸入信息可以為飛行員提供360度周圍環境視野；也可以顯示夜視影像和熱影像，并將技術細節信息疊加其上（如高度、速度等信息）。

美陸軍正在開發“一體化視覺增強系統”（IVAS），這是一種基于微軟商用全息透鏡HoloLens的加強型混合現實頭戴式設備。根據陸軍的有關文件，IVAS“將下一代全天候態勢感知工具和高分辨率數字傳感器整合起來，交付一個平臺，改進士兵的感知、決策、目標捕獲、目標交戰”，該系統最終將集成到地面和空中平臺上。

（三）潛在問題

一是經濟可承受性。擴展現實軍事應用的前期開發成本差異較大，如，美陸軍IVAS作為美軍最大擴展現實項目之一，十年期投資成本高達220億美元，但一旦部署后，擴展現實系統可能會在人員、實彈、操作平臺方面顯著降低訓練成本。因此，有必要對擴展現實軍事應用的優缺點進行評估。

二是技術成熟度。雖然擴展現實技術的某些軍事應用（尤其是集成了獨立增強現實技術的軍事應用）已經相當成熟，但其他應用仍然處于較為初級的開發階段，需要更高水平的技術集成，或正在部署、測試方面遭遇延遲。此外，關鍵使能技術（人工智能、5G等）的可用性也是擴展現實軍事應用發展的前提。

三是人員。擴展現實應用可能會對美軍人員和部隊結構產生影響。美軍一旦可以利用相關應用提高訓練和作戰效率，則訓練部隊方面人員需求可能會降低，甚至軍隊總體人員需求可能降低；與此同時，擴展現實應用的推廣也可能會增加IT、網絡安全等人員需求，抵消其因提高效率帶來的軍隊總體人員需求減少。

四是網絡安全。軍隊擴展現實系統的推廣將帶來額外的網絡安全風險，特別是依賴高價值目標數據庫實現武器維護、圖像分類或其他功能的系統，這些系統一旦被滲透，有關美國武器系統的關鍵信息以及美軍如何訓練進而如何作戰的信息可能因此泄露給對手。用于作戰的擴展現實系統則可能使對手有機會扭曲協調軍事行動的通用作戰圖，帶來影響作戰效果的嚴重后果。