网络虚拟技术在装备教学中的应用研究

田斌等

摘 要： 针对现有任职教育雷达装备教学过程中出现的实装种类少、更新速度慢，部分功能模块无法展示等制约教学效果的瓶颈问题，文章认为，应利用网络和虚拟现实技术创造适应不同类型雷达的教学训练环境，从而解决现有装备教学中出现的难题，为任职教育装备教学开辟新路子。

关键词： 网络技术 虚拟现实 装备教学

随着我国经济不断发展，军队信息化建设突飞猛进，武器装备水平显著提高，这对军事人才的培养提出新的挑战。对于军事院校来说，必须建立与部队发展相适应的教学模式，提高院校的教学保障能力，培养高素质的新型军事人才，这其中很重要的一点是重视任职培训中新方法的探索。在军官任职培训过程中，装备教学是该过程中的一个重要环节，为了使学员满足未来岗位任职需求，在装备教学中受训学员要掌握装备的操作使用及维修测试技能。

目前，装备教学主要以“理论+实装”和“理论+模拟训练设备”两种方法开展，然而上述两种方法对于像雷达这样的装备来说常常会遇到很多问题导致教学效果不理想。例如，当采用“理论+实装”方法时，不同类型雷达的发射机柜在工作时都会产生强电磁辐射，对人体产生严重的影响，因此雷达实装工作时严禁人员靠近发射机柜，导致受训学员无法了解运行状态下的发射机柜各功能模块的工作情况，同时因为发射机柜各组成部分的价格昂贵，所以在装备教学中不能保障每一名学员对每项故障进行维修训练；当采用“理论+模拟训练设备”方法时，虽然模拟训练设备较雷达实装价格要低且操作安全，但模拟训练设备是以硬件为主，对其依赖程度高，而且场景可变化能力少，人的参与程度低，主要适用于操作使用教学，无法开展装备维修技能的训练。

以上情况严重阻碍受训学员装备操作和维修技能水平的提高，在一定程度上制约战斗力的增强。因此，需要寻找出新的装备教学方法解决院校装备相对滞后部队装备的问题，避免院校装备教学与部队训练产生脱节。当前，利用网络结合虚拟现实技术在单台计算机或在计算机网络上模拟出针对不同类型雷达逼真地教学训练环境进行装备教学是一种非常好的解决方法。这种方法具有投入经费少、场地需求少、保障人员少、维护费用低、覆盖雷达类型多、考核方式灵活等优点，根据课程需要设置教学内容，满足不同层次和数量学员的培训需要，在培训经费、受训场地等限制条件下，提高装备教学的效率和质量，提高学员的岗位任职能力水平。

1.网络虚拟技术

网络虚拟技术包含网络技术和虚拟现实技术。网络技术是从上世纪九十年代中期以后发展的新型技术，能够实现分属异地计算机之间的互联互通，并形成地区性、局域性等不同规模的网络。虚拟现实技术是近年来出现的多感官新技术，利用电脑模拟产生一个虚拟的三维世界，为用户提供视觉、听觉等模拟，使其如同身临其境一般。将两种技术结合起来，能够在由一定数量计算机组成的网络上运行通过虚拟现实技术产生的各型雷达装备训练环境，从而实现装备教学方法上的新突破。这种方法具备如下优势：

（1）训练环境的逼真性

利用网络虚拟技术构造的雷达装备教学训练环境是以雷达架设的舰艇、车载等平台为基础创造的，训练操作流程完全按照雷达实装操作规则实施，制作精良的训练环境可以逼真到使受训学员真假难辨。

（2）内容设置的灵活性

教员可以利用网络虚拟技术构造的雷达装备教学训练环境根据学员掌握程度的不同而有针对性的设置授课内容，学员虽处于同一训练环境，但所面对的课程内容各有不同，通过教员的引导，受训学员身处各种复杂和突发环境中，开展针对性的雷达各模块操作和维修训练，从而提高自身装备操作的能力及应对突发情况的处置能力。

（3）教学实施的安全性

雷达实装操作时发射机柜中的高频组件对人体有严重的危害，因此在传统装备教学中对这些高频组件的操作、维修内容开展得较少，而利用网络虚拟技术构造的雷达装备教学训练环境则要比雷达实装安全得多，即使学员由于操作失误，导致环境中的雷达装备损坏，也不会有任何经济损失。受训学员可通过反复练习，最终掌握不同模块的操作和维修技术，从而提高岗位任职能力。

2.雷达装备教学训练环境的搭建

（1）训练环境组成

雷达装备教学训练环境组成如上图所示，由人机交互系统、虚拟现实引擎系统、数据库系统及网络平台组成。

①人机交互系统研制。该系统主要包括虚拟雷达装备训练场景、系统管理界面、交互控制系统等部分，主要为用户搭建虚拟训练场景及提供系统管理和与系统进行交互的功能。

②虚拟现实引擎系统研制。该系统主要包括动力学引擎、图形引擎、数据分析系统、网络服务等部分，为使用者提供系统虚拟现实的实时运算分析能力，并对所有系统数据进行分析转换和传输，同時它在应用层和数据库之间起着桥梁作用。

③数据库系统研制。该系统主要用于存储各型雷达三维建模、综合考评等数据。

④网络平台建设。主要用于构架运行教学训练环境的硬件平台。

（2）训练环境构建方法

①利用Unity3D三维引擎搭建虚拟教学训练场景。Unity3D是一款强大的三维图形开发库，集成三维场景开发的各种功能，在此平台上可以完成三维场景搭建、模型选取等任务。

②利用3DMax软件对各型雷达装备及搭建虚拟教学训练场景所需的部件进行逼真的三维建模。

③利用C#完成系统管理界面设计，3D部件属性、动作等要素设置，数据库调用等功能。C#是专门为.NET应用而开发的语言。这从根本上保证了C#与.NET框架的完美结合。C#在带来对应用程序的快速开发能力的同时，并没有牺牲C与C++程序员所关心的各种特性。同时其包括语法简洁、与Web结合紧密、安全性与错误处理完整、版本处理技术、灵活性与兼容性强等优点。在引擎的基础上采用C#作为应用开发的语言，将对提高研发效率、增强系统可靠性起到促进作用。

④利用Unity3D将C#编写的脚本与3DMax设计的三维部件进行“整合”，形成虚拟教学子环境，同时结合网络技术最终创造适用各型雷达的教学训练环境。

参考文献：

[1]康凤举.现代仿真技术与应用[M].北京：国防工业出版社，2001.

[2]胡晓峰等编译.美军训练模拟[M].北京：国防大学出版社，2001.

[3]张茂军.虚拟现实系统[M].北京：科学出版社，2001.

[4]张锦刚，郭宏伟，张海兵.虚拟现实技术在任职教育实践教学中的应用[C].中国电子学会电子系统工程分会第五届军事信息软件与仿真学术研讨会论文集.