網絡虛擬技術在裝備教學中的應用研究

田斌等

摘 要： 針對現有任職教育雷達裝備教學過程中出現的實裝種類少、更新速度慢，部分功能模塊無法展示等制約教學效果的瓶頸問題，文章認為，應利用網絡和虛擬現實技術創造適應不同類型雷達的教學訓練環境，從而解決現有裝備教學中出現的難題，為任職教育裝備教學開辟新路子。

關鍵詞： 網絡技術 虛擬現實 裝備教學

隨著我國經濟不斷發展，軍隊信息化建設突飛猛進，武器裝備水平顯著提高，這對軍事人才的培養提出新的挑戰。對于軍事院校來說，必須建立與部隊發展相適應的教學模式，提高院校的教學保障能力，培養高素質的新型軍事人才，這其中很重要的一點是重視任職培訓中新方法的探索。在軍官任職培訓過程中，裝備教學是該過程中的一個重要環節，為了使學員滿足未來崗位任職需求，在裝備教學中受訓學員要掌握裝備的操作使用及維修測試技能。

目前，裝備教學主要以“理論+實裝”和“理論+模擬訓練設備”兩種方法開展，然而上述兩種方法對于像雷達這樣的裝備來說常常會遇到很多問題導致教學效果不理想。例如，當采用“理論+實裝”方法時，不同類型雷達的發射機柜在工作時都會產生強電磁輻射，對人體產生嚴重的影響，因此雷達實裝工作時嚴禁人員靠近發射機柜，導致受訓學員無法了解運行狀態下的發射機柜各功能模塊的工作情況，同時因為發射機柜各組成部分的價格昂貴，所以在裝備教學中不能保障每一名學員對每項故障進行維修訓練；當采用“理論+模擬訓練設備”方法時，雖然模擬訓練設備較雷達實裝價格要低且操作安全，但模擬訓練設備是以硬件為主，對其依賴程度高，而且場景可變化能力少，人的參與程度低，主要適用于操作使用教學，無法開展裝備維修技能的訓練。

以上情況嚴重阻礙受訓學員裝備操作和維修技能水平的提高，在一定程度上制約戰斗力的增強。因此，需要尋找出新的裝備教學方法解決院校裝備相對滯后部隊裝備的問題，避免院校裝備教學與部隊訓練產生脫節。當前，利用網絡結合虛擬現實技術在單臺計算機或在計算機網絡上模擬出針對不同類型雷達逼真地教學訓練環境進行裝備教學是一種非常好的解決方法。這種方法具有投入經費少、場地需求少、保障人員少、維護費用低、覆蓋雷達類型多、考核方式靈活等優點，根據課程需要設置教學內容，滿足不同層次和數量學員的培訓需要，在培訓經費、受訓場地等限制條件下，提高裝備教學的效率和質量，提高學員的崗位任職能力水平。

1.網絡虛擬技術

網絡虛擬技術包含網絡技術和虛擬現實技術。網絡技術是從上世紀九十年代中期以后發展的新型技術，能夠實現分屬異地計算機之間的互聯互通，并形成地區性、局域性等不同規模的網絡。虛擬現實技術是近年來出現的多感官新技術，利用電腦模擬產生一個虛擬的三維世界，為用戶提供視覺、聽覺等模擬，使其如同身臨其境一般。將兩種技術結合起來，能夠在由一定數量計算機組成的網絡上運行通過虛擬現實技術產生的各型雷達裝備訓練環境，從而實現裝備教學方法上的新突破。這種方法具備如下優勢：

（1）訓練環境的逼真性

利用網絡虛擬技術構造的雷達裝備教學訓練環境是以雷達架設的艦艇、車載等平臺為基礎創造的，訓練操作流程完全按照雷達實裝操作規則實施，制作精良的訓練環境可以逼真到使受訓學員真假難辨。

（2）內容設置的靈活性

教員可以利用網絡虛擬技術構造的雷達裝備教學訓練環境根據學員掌握程度的不同而有針對性的設置授課內容，學員雖處于同一訓練環境，但所面對的課程內容各有不同，通過教員的引導，受訓學員身處各種復雜和突發環境中，開展針對性的雷達各模塊操作和維修訓練，從而提高自身裝備操作的能力及應對突發情況的處置能力。

（3）教學實施的安全性

雷達實裝操作時發射機柜中的高頻組件對人體有嚴重的危害，因此在傳統裝備教學中對這些高頻組件的操作、維修內容開展得較少，而利用網絡虛擬技術構造的雷達裝備教學訓練環境則要比雷達實裝安全得多，即使學員由于操作失誤，導致環境中的雷達裝備損壞，也不會有任何經濟損失。受訓學員可通過反復練習，最終掌握不同模塊的操作和維修技術，從而提高崗位任職能力。

2.雷達裝備教學訓練環境的搭建

（1）訓練環境組成

雷達裝備教學訓練環境組成如上圖所示，由人機交互系統、虛擬現實引擎系統、數據庫系統及網絡平臺組成。

①人機交互系統研制。該系統主要包括虛擬雷達裝備訓練場景、系統管理界面、交互控制系統等部分，主要為用戶搭建虛擬訓練場景及提供系統管理和與系統進行交互的功能。

②虛擬現實引擎系統研制。該系統主要包括動力學引擎、圖形引擎、數據分析系統、網絡服務等部分，為使用者提供系統虛擬現實的實時運算分析能力，并對所有系統數據進行分析轉換和傳輸，同時它在應用層和數據庫之間起著橋梁作用。

③數據庫系統研制。該系統主要用于存儲各型雷達三維建模、綜合考評等數據。

④網絡平臺建設。主要用于構架運行教學訓練環境的硬件平臺。

（2）訓練環境構建方法

①利用Unity3D三維引擎搭建虛擬教學訓練場景。Unity3D是一款強大的三維圖形開發庫，集成三維場景開發的各種功能，在此平臺上可以完成三維場景搭建、模型選取等任務。

②利用3DMax軟件對各型雷達裝備及搭建虛擬教學訓練場景所需的部件進行逼真的三維建模。

③利用C#完成系統管理界面設計，3D部件屬性、動作等要素設置，數據庫調用等功能。C#是專門為.NET應用而開發的語言。這從根本上保證了C#與.NET框架的完美結合。C#在帶來對應用程序的快速開發能力的同時，并沒有犧牲C與C++程序員所關心的各種特性。同時其包括語法簡潔、與Web結合緊密、安全性與錯誤處理完整、版本處理技術、靈活性與兼容性強等優點。在引擎的基礎上采用C#作為應用開發的語言，將對提高研發效率、增強系統可靠性起到促進作用。

④利用Unity3D將C#編寫的腳本與3DMax設計的三維部件進行“整合”，形成虛擬教學子環境，同時結合網絡技術最終創造適用各型雷達的教學訓練環境。

參考文獻：

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