張佳+黎敏謙+李振杰+李偉

摘要：實戰(zhàn)化教學是軍隊院校提出的新理念。通過實戰(zhàn)化教學訓練，目的是為了造就“能打仗，打勝仗”的新型士官人才。筆者以艦艇防化專業(yè)為例，結合相關教學案例，簡單介紹了VR的基本概念和所需條件，在此基礎上，重點闡述了在實戰(zhàn)化教學中運用VR技術的幾種應用方式。

關鍵詞：VR技術；實戰(zhàn)化教學；艦艇防化

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）12-0172-03

Abstract： The real-combat teaching is a new idea of military colleges. It aims to cultivate a new type of sergeant talent who can fight and can win battles. Take ships chemical defense profession for example， combined with related cases，the article firstly introduces the basic concepts of VR technology and its features. On this basics， Emphasis on several applications of VR technology in the practical teaching.

Key words： VR technology； real-combat teaching； ships chemical defense

實戰(zhàn)化教學是軍隊院校提升人才培養(yǎng)質量，造就大批“能打仗、打勝仗”軍事人才的基本途徑[1]。而在實際實施過程中，由于院校人才培養(yǎng)與作戰(zhàn)行動、部隊訓練之間的差異性，比如場地、人員、裝備等方面的限制，這就導致院校實戰(zhàn)化教學與真正的實戰(zhàn)存在著差異。以艦艇防化專業(yè)為例，艦艇防化專業(yè)的教學對象為海軍戰(zhàn)斗艦艇防化部門的士官，是執(zhí)行反核生化作戰(zhàn)保障任務的重要力量，在教學過程中必須堅持“教為戰(zhàn)、訓為戰(zhàn)、練為戰(zhàn)”，按照部隊實戰(zhàn)裝備訓練標準，從難從嚴進行專業(yè)裝備使用、管理與維修等各項實戰(zhàn)性操作訓練，然而，由于院校場地、人員、裝備等方面的限制，不能保證在教學的過程中進行實裝、實毒的訓練。而VR（虛擬現(xiàn)實）技術能較好地解決這一問題。

1 VR的基本概念及所需的條件

VR技術是近年來隨著計算機技術、電子技術與仿真理論發(fā)展起來的一門新型學科，是由計算機和電子技術創(chuàng)造一個看似真實的模擬環(huán)境。其采用計算機生成逼真的三維視、聽、嗅等感覺，使人作為參與者通過多種傳感設備，沉浸在模擬環(huán)境中，從而對虛擬世界進行體驗和交互作用。VR的沉浸感、交互性和構想性，使其在教育領域內有巨大的應用前景。

根據(jù)構造虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)沉浸感的程度不同，VR系統(tǒng)可分成以下幾類，桌面VR系統(tǒng)、沉浸式VR系統(tǒng)、分布式VR系統(tǒng)和遙感式VR系統(tǒng)。桌面VR系統(tǒng)使用個人計算機和低級工作站實現(xiàn)仿真，計算機的屏幕作為參與者觀察虛擬環(huán)境的一個窗口，各種外部設備一般用來駕馭該虛擬環(huán)境，并用于操縱虛擬場景中的各種物體。沉浸式VR系統(tǒng)利用頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套等交互設備把用戶的視覺、聽覺和其他感覺封閉起來，使參與者暫時與真實環(huán)境隔離，真正成為VR系統(tǒng)內部的一個參與者。而遙感式VR系統(tǒng)是將來自遙遠地區(qū)真實物理實體的三維圖像與計算機生成的虛擬物體結合起來，用戶雖與某個真實現(xiàn)場相隔遙遠，但可以通過計算機和電子裝置獲得足夠的現(xiàn)實感覺和交互，似身臨其境，并可以介入對現(xiàn)場的遙控操作。分布式VR系統(tǒng)則是在沉浸式VR系統(tǒng)的基礎上將不同的用戶連接在一起，共享同一個虛擬空間，使用戶協(xié)同工作達到一個更高的境界。

實現(xiàn)VR技術所需的硬件主要有計算機、數(shù)據(jù)手套、特殊的頭盔、三維立體傳感、投影儀等配套設備。其常用軟件主要有：目前大多計算機使用的是Windows操作系統(tǒng)，且微軟公司已經(jīng)提供了OpenGL等圖形API。在計算機上建立三維虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)一般使用此圖形API。另外， 還有DELMIA（Digital Enterprise Lean Manufacturing Interactive Application）、CDVI、Cool3D 、VRCO VisTool等，它們均可在PC機或工作站上運行，使用十分方便。

2 VR技術在實戰(zhàn)化教學中的應用

2.1利用VR技術教學可采用的方式

由于VR技術可以對真實世界的行為活動進行仿真，并對用戶的位置、動作、語言等做出實時響應，借助傳感器等設備可以使參與者以接近自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象進行交互，從而使參與者和虛擬環(huán)境之間建立起實時的交互關系，產(chǎn)生與真實環(huán)境中相似的感覺體驗。因此，利用VR技術教學可采用以下幾種方式。

2.1.1 探究型教學

探究學習是指運用探究的方式進行的學習活動和過程，亦即學員在教員的指導下，主動發(fā)現(xiàn)問題，以一種類似科學研究的方法對問題進行分析和研究，從而達到問題解決和知識獲得的過程與活動。探究型教學能啟發(fā)引導學員獨立的探索知識，讓學員通過積極的思維活動，概括得出有關的結論，系統(tǒng)訓練其科學探究能力。在核武器教學中，核爆炸毀傷效應的綜合作用與防護一課中，學員無法在感受核爆炸的作用效果，對于防護也只能紙上談兵。利用VR技術模擬核爆炸實戰(zhàn)環(huán)境，通過學員模擬感知，探究并總結核爆炸的特征，閃光——火球—煙云團，讓學員不僅能切身體會核爆炸場景還能訓練其實戰(zhàn)中的防護能力，通過VR技術既能解決無法施展的問題，又能激發(fā)學員的學習興趣，掌握基本技能。

2.1.2 虛擬仿真教學

能否熟練的操作裝備是學員戰(zhàn)斗力的重要體現(xiàn)。但在實際的教學過程中，院校的裝備往往跟不上部隊，也適應不了教學的要求。采用VR技術對裝備等所有教學內容進行整體仿真，能有效地解決這一問題。通過構建虛擬的環(huán)境，讓學員通過鍵盤和鼠標在虛擬的時空中任意與教學內容交互漫游，使學員在交互的同時進行技能訓練、考核等工作。以防化專業(yè)某新型核輻射儀虛擬維修訓練系統(tǒng)為例。通過軟件構建某新型輻射儀的模型，學員不僅可以通過鼠標、鍵盤等其他人機交互設備操作，在虛擬的設備上查看每個開關按鈕的安裝位置及每個儀表的顯示內容，并在相應的位置配有語音動畫等內容，比較全面的介紹其功能和使用方法從而實現(xiàn)原理教學，而且可通過傳感器等對其進行相應的虛擬操作，以實現(xiàn)對設備的操作訓練。采用這種方式既可以解決教學中沒有或者缺少實際新型裝備，無法進行實裝教學的難題，還可以激發(fā)學員的學習興趣，為學員提供虛擬操作機會。

2.1.3 虛擬維修教學

維修是學員的一項重要技能。通過VR技術構建包含裝備的虛擬維修場景，為學員提供一個虛擬的維修時空，使學員能修到“裝備”。在這個時空中既包含裝備的結構，故障的現(xiàn)象，又能真實的展現(xiàn)裝備維修的過程，同時能對學員的維修動作進行反饋。同樣以艦艇防化專業(yè)某型偵毒器為例，通過到裝備的使用部隊去收集故障案例，并將其加入到整個維修訓練系統(tǒng)中，使其重現(xiàn)故障現(xiàn)象，學員通過所學分析故障的原因并提交相對應的故障維修方案，方案正確后學員通過傳感器或其他人機交互設備對虛擬設備進行“維修”。在維修的過程中，系統(tǒng)自動記錄整個過程，操作錯誤時進行正確的指導，并對其進行評估，得出本次維修的效果。采用這種方式可以排除人為實操造成裝備故障而影響裝備壽命，同時又能使學員形成裝備維修的能力。

2.1.4 任務驅動式教學

將任務驅動式教學融入虛擬環(huán)境中，通過VR技術模擬真實的戰(zhàn)場環(huán)境，學員利用傳感器等設備在模擬的戰(zhàn)場環(huán)境中完成教員下達的作戰(zhàn)任務。這種教學方式是學員在熟練掌握裝備操作和維修技能的基礎上進行的，是虛擬仿真和維修教學的延伸。在這種方式中，教員就是整個戰(zhàn)場的指揮員，而學員就是戰(zhàn)場上的一名士兵，學員通過對虛擬設備的操作在虛擬的戰(zhàn)場上進行配合，完成作戰(zhàn)任務。在這種教學方式下，教學的環(huán)境接近真實的戰(zhàn)場，作戰(zhàn)的任務是教員在作戰(zhàn)部隊中搜集來的，因此，學員能通過此訓練練就與實戰(zhàn)要求相適應的作戰(zhàn)能力。

2.2利用VR技術教學的應用案例

以某型輻射儀虛擬維修訓練系統(tǒng)為例，如圖1，該系統(tǒng)以輻射儀為研究對象，包括原理教學、實操訓練、維修訓練、作戰(zhàn)任務四個模塊。整個系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩個部分，硬件系統(tǒng)主要由服務器（主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換）、控制臺（主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理）、VR設備（主要實現(xiàn)交互）、環(huán)境顯示設備（主要實現(xiàn)虛擬戰(zhàn)場環(huán)境）等構成，軟件系統(tǒng)以Windows XP操作系統(tǒng)為搭載平臺，利用VS .NET平臺進行開發(fā)，采用Muhigen Creator構建模型數(shù)據(jù)庫，利用Solidworks構建裝備零部件的模型，依托先進的圖形學理論開發(fā)的仿真集成開發(fā)平臺PostEngineer完成環(huán)境建模，實現(xiàn)仿真軟件。

該系統(tǒng)能完成以下功能：

1）與實裝的一致性

能通過VR設備對虛擬的裝備進行操作，其操作動作、信息顯示、信號流程等與實裝一致。

2）能進行原理、實操、維修、任務式教學和訓練

通過原理教學模塊可完成原理教學、資料查詢等功能，通過實操訓練模塊可對虛擬裝備與實裝一致的操作訓練和拆裝訓練，通過維修模塊可進行模擬維修操作，通過作戰(zhàn)任務模塊可完成與作戰(zhàn)部隊相適應的作戰(zhàn)任務。

3）能進行操作管理

能進行訓練管理，記錄教學、自學和訓練的時間、內容、人員等信息。

4）能進行考核評估

能對受訓者進行裝備知識、裝備訓練操作和裝備維修操作的考核。

系統(tǒng)運行過程為：運行程序，進入主界面后，可進行功能選擇，假設選擇作戰(zhàn)任務模塊，進入模擬訓練后，可選擇相應的任務進行訓練，學員在投影設備產(chǎn)生的虛擬環(huán)境中通過VR設備進行相應操作。系統(tǒng)將記錄學員的每一個動作及動作的時機，訓練完畢，系統(tǒng)將根據(jù)學員的操作情況，對其進行評估和打分。

3 思考

在利用VR技術實現(xiàn)艦艇防化專業(yè)實戰(zhàn)化時，收獲頗多，但仍存在一些疑惑與問題：

1）目前虛擬教學還存在很多缺陷，技術也不太成熟，對于防化專業(yè)課有些比較合適比如核武器，毒劑化驗等，而部分課程不太適合，而且對教員的能力素質，例如計算機能力水平要求比較高。

2）信息技術和防化軍事技術是不斷向前發(fā)展的，因此艦艇防化專業(yè)士官的技能和水平也要隨之不斷向前發(fā)展。因此該系統(tǒng)中就要不斷地增加實戰(zhàn)部隊的新戰(zhàn)法和新任務，以使其貼近實戰(zhàn)、貼近部隊，使其培養(yǎng)的學員能成為上崗頂用的專業(yè)人才。

4 結束語

“能打仗，打勝仗”是軍事教育的目的，實戰(zhàn)化教學是軍隊院校教育向部隊實戰(zhàn)崗位靠攏、提高軍事訓練實戰(zhàn)化水平的一項具體舉措，是培養(yǎng)適應實戰(zhàn)需求士官人才的有效途徑。而開展實戰(zhàn)化訓練，必須瞄準信息化條件下戰(zhàn)爭對裝備執(zhí)掌人員的新要求，不斷創(chuàng)新教學訓練方法手段。在VR技術的支持下，虛擬維修訓練系統(tǒng)能夠對現(xiàn)實的戰(zhàn)場進行模擬并在學員訓練過程中提供視覺、聽覺、觸覺等感受，使學員能在“酷似”實戰(zhàn)的環(huán)境中得到與實裝訓練同樣的效果。從實際教學效果分析，學員學習的積極主動性增強，對裝備知識原理理解更加透徹，課堂氣氛活躍，通過任務驅動式教學，極大地激發(fā)了學員的自信心和學習熱情，達到了實戰(zhàn)化教學的目的。

參考文獻：

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[3] 陳 科，彭五四，張紅旗等.基于VR技術的虛擬維修仿真系統(tǒng)設計與應用，工程圖學學報2010（6）：125-132.

[4] 黃鑫.基于VR技術的虛擬教學應用研究， 江西教育學院學報2008（6）：50-52.