網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)在裝備教學(xué)中的應(yīng)用研究

田斌等

摘 要： 針對(duì)現(xiàn)有任職教育雷達(dá)裝備教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的實(shí)裝種類少、更新速度慢，部分功能模塊無(wú)法展示等制約教學(xué)效果的瓶頸問(wèn)題，文章認(rèn)為，應(yīng)利用網(wǎng)絡(luò)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)造適應(yīng)不同類型雷達(dá)的教學(xué)訓(xùn)練環(huán)境，從而解決現(xiàn)有裝備教學(xué)中出現(xiàn)的難題，為任職教育裝備教學(xué)開辟新路子。

關(guān)鍵詞： 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 虛擬現(xiàn)實(shí) 裝備教學(xué)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，軍隊(duì)信息化建設(shè)突飛猛進(jìn)，武器裝備水平顯著提高，這對(duì)軍事人才的培養(yǎng)提出新的挑戰(zhàn)。對(duì)于軍事院校來(lái)說(shuō)，必須建立與部隊(duì)發(fā)展相適應(yīng)的教學(xué)模式，提高院校的教學(xué)保障能力，培養(yǎng)高素質(zhì)的新型軍事人才，這其中很重要的一點(diǎn)是重視任職培訓(xùn)中新方法的探索。在軍官任職培訓(xùn)過(guò)程中，裝備教學(xué)是該過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，為了使學(xué)員滿足未來(lái)崗位任職需求，在裝備教學(xué)中受訓(xùn)學(xué)員要掌握裝備的操作使用及維修測(cè)試技能。

目前，裝備教學(xué)主要以“理論+實(shí)裝”和“理論+模擬訓(xùn)練設(shè)備”兩種方法開展，然而上述兩種方法對(duì)于像雷達(dá)這樣的裝備來(lái)說(shuō)常常會(huì)遇到很多問(wèn)題導(dǎo)致教學(xué)效果不理想。例如，當(dāng)采用“理論+實(shí)裝”方法時(shí)，不同類型雷達(dá)的發(fā)射機(jī)柜在工作時(shí)都會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)電磁輻射，對(duì)人體產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，因此雷達(dá)實(shí)裝工作時(shí)嚴(yán)禁人員靠近發(fā)射機(jī)柜，導(dǎo)致受訓(xùn)學(xué)員無(wú)法了解運(yùn)行狀態(tài)下的發(fā)射機(jī)柜各功能模塊的工作情況，同時(shí)因?yàn)榘l(fā)射機(jī)柜各組成部分的價(jià)格昂貴，所以在裝備教學(xué)中不能保障每一名學(xué)員對(duì)每項(xiàng)故障進(jìn)行維修訓(xùn)練；當(dāng)采用“理論+模擬訓(xùn)練設(shè)備”方法時(shí)，雖然模擬訓(xùn)練設(shè)備較雷達(dá)實(shí)裝價(jià)格要低且操作安全，但模擬訓(xùn)練設(shè)備是以硬件為主，對(duì)其依賴程度高，而且場(chǎng)景可變化能力少，人的參與程度低，主要適用于操作使用教學(xué)，無(wú)法開展裝備維修技能的訓(xùn)練。

以上情況嚴(yán)重阻礙受訓(xùn)學(xué)員裝備操作和維修技能水平的提高，在一定程度上制約戰(zhàn)斗力的增強(qiáng)。因此，需要尋找出新的裝備教學(xué)方法解決院校裝備相對(duì)滯后部隊(duì)裝備的問(wèn)題，避免院校裝備教學(xué)與部隊(duì)訓(xùn)練產(chǎn)生脫節(jié)。當(dāng)前，利用網(wǎng)絡(luò)結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在單臺(tái)計(jì)算機(jī)或在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上模擬出針對(duì)不同類型雷達(dá)逼真地教學(xué)訓(xùn)練環(huán)境進(jìn)行裝備教學(xué)是一種非常好的解決方法。這種方法具有投入經(jīng)費(fèi)少、場(chǎng)地需求少、保障人員少、維護(hù)費(fèi)用低、覆蓋雷達(dá)類型多、考核方式靈活等優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)課程需要設(shè)置教學(xué)內(nèi)容，滿足不同層次和數(shù)量學(xué)員的培訓(xùn)需要，在培訓(xùn)經(jīng)費(fèi)、受訓(xùn)場(chǎng)地等限制條件下，提高裝備教學(xué)的效率和質(zhì)量，提高學(xué)員的崗位任職能力水平。

1.網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)包含網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是從上世紀(jì)九十年代中期以后發(fā)展的新型技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)分屬異地計(jì)算機(jī)之間的互聯(lián)互通，并形成地區(qū)性、局域性等不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是近年來(lái)出現(xiàn)的多感官新技術(shù)，利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)虛擬的三維世界，為用戶提供視覺(jué)、聽覺(jué)等模擬，使其如同身臨其境一般。將兩種技術(shù)結(jié)合起來(lái)，能夠在由一定數(shù)量計(jì)算機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)產(chǎn)生的各型雷達(dá)裝備訓(xùn)練環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)裝備教學(xué)方法上的新突破。這種方法具備如下優(yōu)勢(shì)：

（1）訓(xùn)練環(huán)境的逼真性

利用網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)構(gòu)造的雷達(dá)裝備教學(xué)訓(xùn)練環(huán)境是以雷達(dá)架設(shè)的艦艇、車載等平臺(tái)為基礎(chǔ)創(chuàng)造的，訓(xùn)練操作流程完全按照雷達(dá)實(shí)裝操作規(guī)則實(shí)施，制作精良的訓(xùn)練環(huán)境可以逼真到使受訓(xùn)學(xué)員真假難辨。

（2）內(nèi)容設(shè)置的靈活性

教員可以利用網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)構(gòu)造的雷達(dá)裝備教學(xué)訓(xùn)練環(huán)境根據(jù)學(xué)員掌握程度的不同而有針對(duì)性的設(shè)置授課內(nèi)容，學(xué)員雖處于同一訓(xùn)練環(huán)境，但所面對(duì)的課程內(nèi)容各有不同，通過(guò)教員的引導(dǎo)，受訓(xùn)學(xué)員身處各種復(fù)雜和突發(fā)環(huán)境中，開展針對(duì)性的雷達(dá)各模塊操作和維修訓(xùn)練，從而提高自身裝備操作的能力及應(yīng)對(duì)突發(fā)情況的處置能力。

（3）教學(xué)實(shí)施的安全性

雷達(dá)實(shí)裝操作時(shí)發(fā)射機(jī)柜中的高頻組件對(duì)人體有嚴(yán)重的危害，因此在傳統(tǒng)裝備教學(xué)中對(duì)這些高頻組件的操作、維修內(nèi)容開展得較少，而利用網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)構(gòu)造的雷達(dá)裝備教學(xué)訓(xùn)練環(huán)境則要比雷達(dá)實(shí)裝安全得多，即使學(xué)員由于操作失誤，導(dǎo)致環(huán)境中的雷達(dá)裝備損壞，也不會(huì)有任何經(jīng)濟(jì)損失。受訓(xùn)學(xué)員可通過(guò)反復(fù)練習(xí)，最終掌握不同模塊的操作和維修技術(shù)，從而提高崗位任職能力。

2.雷達(dá)裝備教學(xué)訓(xùn)練環(huán)境的搭建

（1）訓(xùn)練環(huán)境組成

雷達(dá)裝備教學(xué)訓(xùn)練環(huán)境組成如上圖所示，由人機(jī)交互系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)引擎系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)組成。

①人機(jī)交互系統(tǒng)研制。該系統(tǒng)主要包括虛擬雷達(dá)裝備訓(xùn)練場(chǎng)景、系統(tǒng)管理界面、交互控制系統(tǒng)等部分，主要為用戶搭建虛擬訓(xùn)練場(chǎng)景及提供系統(tǒng)管理和與系統(tǒng)進(jìn)行交互的功能。

②虛擬現(xiàn)實(shí)引擎系統(tǒng)研制。該系統(tǒng)主要包括動(dòng)力學(xué)引擎、圖形引擎、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等部分，為使用者提供系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)時(shí)運(yùn)算分析能力，并對(duì)所有系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析轉(zhuǎn)換和傳輸，同時(shí)它在應(yīng)用層和數(shù)據(jù)庫(kù)之間起著橋梁作用。

③數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)研制。該系統(tǒng)主要用于存儲(chǔ)各型雷達(dá)三維建模、綜合考評(píng)等數(shù)據(jù)。

④網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)。主要用于構(gòu)架運(yùn)行教學(xué)訓(xùn)練環(huán)境的硬件平臺(tái)。

（2）訓(xùn)練環(huán)境構(gòu)建方法

①利用Unity3D三維引擎搭建虛擬教學(xué)訓(xùn)練場(chǎng)景。Unity3D是一款強(qiáng)大的三維圖形開發(fā)庫(kù)，集成三維場(chǎng)景開發(fā)的各種功能，在此平臺(tái)上可以完成三維場(chǎng)景搭建、模型選取等任務(wù)。

②利用3DMax軟件對(duì)各型雷達(dá)裝備及搭建虛擬教學(xué)訓(xùn)練場(chǎng)景所需的部件進(jìn)行逼真的三維建模。

③利用C#完成系統(tǒng)管理界面設(shè)計(jì)，3D部件屬性、動(dòng)作等要素設(shè)置，數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用等功能。C#是專門為.NET應(yīng)用而開發(fā)的語(yǔ)言。這從根本上保證了C#與.NET框架的完美結(jié)合。C#在帶來(lái)對(duì)應(yīng)用程序的快速開發(fā)能力的同時(shí)，并沒(méi)有犧牲C與C++程序員所關(guān)心的各種特性。同時(shí)其包括語(yǔ)法簡(jiǎn)潔、與Web結(jié)合緊密、安全性與錯(cuò)誤處理完整、版本處理技術(shù)、靈活性與兼容性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在引擎的基礎(chǔ)上采用C#作為應(yīng)用開發(fā)的語(yǔ)言，將對(duì)提高研發(fā)效率、增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性起到促進(jìn)作用。

④利用Unity3D將C#編寫的腳本與3DMax設(shè)計(jì)的三維部件進(jìn)行“整合”，形成虛擬教學(xué)子環(huán)境，同時(shí)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)最終創(chuàng)造適用各型雷達(dá)的教學(xué)訓(xùn)練環(huán)境。

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