虛擬現實技術在軍隊任職教育院校實踐教學中的應用構想

劉軍玉

摘 要：隨著信息技術的快速發展，虛擬現實技術在軍事教育訓練領域，特別是實踐教學中得到有效的應用。它有利于激發學員學習興趣，降低實踐教學成本，破解傳統實踐教學中的難題，提高學員的實踐運用和動手操作能力。為此，應將基于虛擬現實技術的實踐教學作為一項重要的系統工程，綜合建設、大力發展。

關鍵詞：虛擬現實；任職教育；實踐教學

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）24-0096-04

Abstract： With the rapid development of information technology， virtual reality technology has been applied effectively in the field of military education and training， especially in practice teaching. It is helpful to stimulate students' interest in learning， reduce the cost of practical teaching， solve the problems of traditional practice teaching， and improve the students' practical application and hands-on ability. Therefore， the teaching practice based on virtual reality technology as an important systems engineering， should be constructed comprehensively and further developed.

Keywords： Virtual Reality； professional education； practical teaching

實踐性教學是軍隊任職教育的重要組成部分，它是貫徹落實習主席關于加強實戰化軍事訓練指示要求的重要舉措，也是加速推進學員由知識型向能力型轉化，全面鍛造素質素養的重要橋梁和平臺。因此，軍隊任職教育院校開展有效的實踐性教學就必須建立符合任職教育實際且先進的教學實踐場所及相應平臺，這是任職教育實踐教學必須首先需要考慮的問題。近年來，隨著信息技術的快速發展，虛擬現實（Virtual Reality VR）技術日趨成熟，在軍事教育訓練領域中顯示出巨大優勢和發展潛力。它能夠充分適應軍隊任職教育特點和要求，使其插上科技的翅膀，同時也賦予傳統實踐性教學以新的實現形式，十分有助于提高學員的實踐運用和動手操作能力。

一、虛擬現實技術在國內外軍事教育訓練中應用現狀

虛擬現實技術是一種計算機生成的人機交互接口。它綜合運用數字地圖、影音處理、網絡通信、人像識別、人工智能及語音同傳等多門技術，利用視、聽、觸等多種感覺通道進行實時模擬仿真，力圖構建一個與現實戰場環境相同或相似的虛擬教學環境，并能根據情況變化實時進行人機互動交流的智能教學系統。虛擬現實技術應用于實踐教學最早源于外軍，在外軍軍事教育訓練領域已經取得廣泛的應用，發展水平也相對較高。上世紀90年代初起，美軍率先將虛擬現實技術大量用于軍事領域。隨之，西方很多國家也在將虛擬現實技術向軍事領域開拓，開發使用了大量計算機仿真與模擬訓練器材，有效提升訓練效果，并大幅節省了訓練經費。下面，以美軍為例，談一談虛擬現實技術在外軍教育訓練方面的應用情況：

（一）進行單兵武器裝備模擬訓練

單兵模擬操作系統是虛擬現實技術最早得到實現的軍事領域，其使用也最為廣泛和成熟。美軍“坦克火控系統射擊模擬器”就是這類系統的典型代表。該系統是由高度仿真的火控部件、指揮通信系統和觀瞄裝置組成的虛擬操作系統，參訓人員可以觀察到近乎真實的戰斗目標和毀傷效果，比如，通過觀察鏡能夠清晰地觀察到三維彩色視景和目標，操作火炮發射彈藥時能聽到非常逼真的炮聲，同時能看到炮口閃光以及彈道和彈著點。射擊后，成績評定系統依據火控系統的操作步驟和方法，以及對目標捕捉的時間和瞄準精度，還可自動評判參訓人員的射擊成績。統計資料表明，使用單兵模擬操作系統可以將訓練效果提高30%。

（二）構建虛擬戰場環境模擬訓練

基于虛擬現實技術的三維戰場環境圖形圖像庫在美軍得到大量應用。例如，美軍訓練虛擬戰場系統VBS1TM，就是一個以OFP引擎為基礎的互動式三維立體訓練系統，它的主要任務是提供一個真實性的虛擬戰場，OFP的技術支撐就是基于虛擬現實技術的三維戰場環境圖形圖像庫。這種三維戰場環境構建起逼真的效果體驗，能夠像參加實戰一樣提高技戰術水平，還可錘煉心理承受力。在美國陸軍肯塔基州克斯堡的作戰實驗室里，M1A2坦克駕駛員戴上VR顯示器，就可模擬過雪地、穿森林，如果撞到樹上，立刻會感到猛烈震動，這時虛擬與真實間的區別似乎已經消失。美空軍也是這樣， F-16虛擬戰場訓練系統就采用了全封閉立體頭盔顯示器、三維圖形可視化生成系統、三維交互式聲音合成技術等先進的技術手段，并制造了與實物1：1大小的戰斗座艙，戰斗機飛行員在訓練時通過三維數據視窗，模擬處理各種情況如發現敵情、鎖定目標，發射導彈以及各種復雜地形、天候等等，完全沉浸于“真實的”戰場之中，訓練效果如同在真實的戰場上一樣。

（三）組織近戰戰術訓練

美軍的“近戰戰術訓練系統”（Close Combat Tactical Trainer， CCTT）是虛擬現實技術的組網集成運作。該系統依托局域網，能根據訓練需求對單個模擬器材進行有機組合，可重點對受訓人員使用口令、分隊協同、攻防戰術和火力運用等進行訓練，適用于分隊專業基礎訓練和戰術訓練。比如，美國陸軍戰術訓練中心配備的訓練模擬系統，適用于目前美陸軍所有型號裝甲車輛及其信息系統的訓練，能同時滿足2個裝甲步兵（坦克）營模擬訓練的需求。又比如，美陸軍PT-2000排級戰術模擬器，預設有 40個不同的攻防戰術想定，既可對分隊指揮官進行協同控制、目標選擇、火力分配訓練，又可進行通信組網、后勤保障、裝備維修等方面的訓練。

（四）實施諸軍兵種聯合演習

美軍在上世紀90年代提出了分布式模擬訓練構想，即通過擴大分布式訓練模擬系統的使用范圍，可以為部隊提供更多的訓練機會，把分布在各地的部隊同模擬設備同各信息網絡連接起來，從而達到模擬器材共用的目的。為此，美軍以當前的武器系統、戰（技）術原則為基礎，把陸軍的近戰戰術訓練系統、海軍海上作戰訓練系統、空軍的合成戰術訓練系統等軍種訓練系統，通過網絡連接起來，構設了一個“虛擬戰場”，使參訓雙方共處其中，進行自主對抗演習。近些年來，美軍著眼于信息化戰爭的時代要求和所面臨的戰爭威脅，先后研發了一系列諸軍兵種聯合作戰分析模擬系統，如NETWARS、WARSIM2000等，并在這些系統支持下組織了一系列網上聯合軍事演習，為檢驗美軍實戰能力和提高美軍實戰水平提供了強大的技術支持和平臺保證。

我國利用虛擬現實技術相對較晚。上世紀九十年代初，作戰模擬仿真還完全處于傳統的技術年代，甚至于虛擬現實技術的實用性還一再受到質疑。在隨后的一段時間里，雖然虛擬現實技術發展較快，一些訓練基地開始使用基于虛擬現實技術的仿真模擬器材，國內某些軍校也在大力發展基于虛擬現實的實踐教學，并取得了一定的成果，很多初中級任職教育院校也建立了虛擬作戰實驗室，但其研發手段多屬于“手工作坊”式，缺乏統一的規劃和組織。而且，各軍隊任職院校由于專業領域不同、涉及密級程度較高，所需要的實踐教學儀器設備和場景不同，大多數情況下還是根據各自條件自行研發虛擬實踐教學系統，因此也存在許多有待完善的地方。當然，從總體情況來看，絕大部分軍隊任職院校已經認識到虛擬現實技術對于教育訓練的重要價值，愈加重視虛擬現實技術在實踐教學中的應用。

二、虛擬現實技術應用于任職教育實踐教學中的意義

目前，一些軍隊任職院校正處在轉型發展的起步階段，實踐教學還存在諸多薄弱環節，而虛擬現實技術與任職教育的原理高度契合。因此，大力發展基于虛擬現實技術的實踐教學，不僅是當前培養高素質新型軍事人才的迫切要求，更是加速推進軍隊任職院校現代化建設的必然趨勢；更為重要的是我軍任職教育的培養目標為高層次聯合作戰人才和新型作戰力量人才，具有比普通軍事教育更強的技術性和實踐性要求；假如不采用虛擬現實技術，組織教學活動特別是實踐教學，必然會使用大量人力、物力和場地，擠占寶貴的軍費資源，教學效果也未必達到預期。因此，引進虛擬現實技術對于提高軍費使用效率，解決實踐教學基地欠缺、支撐人才隊伍快速成長等都有著非常重要的現實意義。

（一）有利于激發學員學習興趣

教育心理學認為，“興趣是最好的老師”。虛擬現實技術可利用其形象生動、多維感知、立體交互、實時反饋等明顯優勢，營造出一個帶有高度仿真式的教學整體環境。學員身處其中，受到這個環境帶來的聽覺、視覺、觸覺等全方位的感官刺激，就會自覺不自覺地被環境所感染，從而在無形之中調動起主動探究的渴望，培養出學習的積極性和自適應能力，十分有利于軍隊任職院校實現以學生為主體，以教師為主導的實踐教學模式轉型。而且，在實踐教學環節應用虛擬現實技術，不僅有利于學員對理論知識和技術的鞏固，而且有利于學員提前適應戰爭實踐中的戰場環境，激發學習興趣和潛能，熟練掌握任職崗位所需的知識技能，大大縮短人才成長生成周期。

（二）有利于降低實踐教學成本

早先由于沒有仿真系統，軍隊往往需要通過軍事演習來重現戰爭實踐，使受訓人員在訓練中學會在戰爭中生存和贏得戰爭的技能；而演習所需飛機、坦克等武器裝備造價昂貴，且容易造成農田、道路等生態環境的極大損壞，這就亟需研發一種能模擬戰爭的系統。基于虛擬現實技術的實踐教學系統就在此背景下應運而生。虛擬現實系統的最大優勢在于無需消耗任何器材，而且可以多次重復實踐教學的訓練內容。例如，組織一次普通的諸軍兵種聯合演習就需要花費上億元軍費，彈藥、油料等物資器材經一次性消耗后基本無法回收且不能重復使用。據美軍統計，組織諸如“海洋冒險”或“堅固盾牌”等級別的軍事演習，通常需要大約80余萬個人工日和4000萬美元；而使用基于虛擬現實技術的聯合演練系統，不但可為受訓者提供相同級別的演練內容和相似的演練情況，而且只需8萬個人工日、花費350萬美元，演習費用和人工比例在總量上減少了90%。除此之外，虛擬現實技術還具有先進性、易擴充性和易于改進等優點。目前虛擬現實技術發展的很快，但其改造和升級很大程度上是VR的++與軟件系統升級為2.0或3.0版本，而不是將其所有的硬件系統棄置一旁或進行完全替換，這也節省了一大筆實踐教學的設備投入經費。

（三）有效破解傳統實踐教學難題

虛擬現實技術在實踐教學中應用，除了可以克服戰爭實踐費用高等問題之外，還能有效避免在軍事實踐過程中出現的重大危險、危害。例如在實彈、實爆教學訓練或者核生化武器的防護演練中，各種燃燒、爆炸、輻射情況頻發，使學員的精神處于高度緊張狀態，大大影響了動作協調性和實際水平的發揮，也極易發生危險造成人員傷亡。利用虛擬現實技術開展這類實踐教學或武器操作，則可免除這種顧慮，使學員既能盡情地、放心大膽地進行實踐體驗，又能有效降低操作失誤和訓練傷亡的風險。除此之外，虛擬現實技術可以打破實踐教學對空間的限制。一些裝備不可直觀展示的性能，大到航空母艦的發動機、洲際導彈的戰斗部，小至納米武器的芯片，學員都可以進入到其內部進行觀察。例如，在虛擬環境下學員可以進入殲20的“太行”發動機內部，實證性地考察“太行”發動機動力裝置的工作情況以及每個零部件的構造和相互聯系，這是視頻錄像和實物教學難以做到的。虛擬技術還能夠突破實踐教學對時空的限制，一場歷時數年的戰爭，甚至戰爭形態幾百年、上千年的發展演變過程，虛擬現實技術都可以濃縮在很短的時間內立體地全景式的呈現給學員。

（四）廣泛滿足實踐教學不同需要

虛擬現實技術適應性非常廣泛。它不受軍隊任職教育在教學內容、學科體系和專業領域方面限制，是一種科技含量高、應用范圍廣的教學手段。理論上，凡是能夠以戰爭實物形式開展的實踐教學活動，虛擬現實技術都可以通過一定的技術手段以相應的形式來實現。虛擬現實技術具有極強的功能兼容性。它適用于從教學設計到效果考評的實踐教學全過程，還可以根據實踐教學的不同需要進行二次設計研發。通常一款軟件通過升級改造后可以同時支持多個實踐項目的虛擬現實教學；同樣，一個實踐項目的教學也可以劃分成多個子項目由多款不同軟件共同支撐來實現。除此之外，虛擬現實技術對于解決個性化組訓問題，標準化演習問題，模塊化組合等問題都很有幫助。這些都大幅提高了實踐教學的質效水平，也加速推進了任職教育向部隊需要靠攏、向備戰打仗聚焦。

三、虛擬現實技術應用于實踐教學中的發展新思路

隨著虛擬現實技術的快速發展，軍隊任職教育中的實踐教學將會發生新的重大變革，很可能會向著校內、校外實踐基地與虛擬現實實踐相結合的實踐教學模式方向快速邁進。如何建立有效的、統一規范的虛擬現實實踐教學平臺，推進實踐教學中虛擬現實軟件的開發應用是一個重要而又長期的任務，而虛擬現實實踐教學的建設也是一個系統工程，更需要全盤考慮，循序漸進，分步開發。為此，現提出以下幾點個人建議與思路。

（一）建設需要考慮統一規劃標準和實現融合式發展

目前，軍隊任職院校使用的虛擬現實系統多是自行研發設計的，這些系統的硬件軟件標準不一，互不兼容、價格不菲且更新換代慢，有些已不能夠適應實踐教學的現實需要，而且部分軟件存在后門漏洞，有一定的安全隱患。因此，必須組織精干力量，加快完成全軍任職院校虛擬現實硬件平臺建設，強化數據格式的通用化、標準化和模型的可重用性和兼容性等，大力推動基于互聯共享的虛擬現實實踐教學軟件開發，解決迫切需要規范統一的問題。同時，根據軍隊任職院校目前的經濟和技術實力，虛擬現實實踐教學的硬件建設與軟件開發，不僅要與各自的重點研究領域和學科發展方向相契合，更為重要的是要統籌各方面力量資源，積極鼓勵民參軍，利用地方和民企成熟的最新技術成果實現軍民融合式發展，力爭開發技術先進、性能完善、應用范圍廣的虛擬現實實踐教學系統。

（二）推廣虛擬現實與實兵實裝有機結合的教學理念

虛擬現實技術應用于實踐教學，重塑了實踐環境，優化了教學進程，破解了一些實踐教學的難題，在大幅提高了學員的實踐及創新能力。但也應看到：虛擬現實技術畢竟只是模擬真實的戰爭或軍事實踐活動，只能為學員提供獲得間接的戰爭經驗或虛擬的軍事手段，尚不能完全代替實兵實裝的訓練。因此，要正確認識兩者之間的關系，即虛擬現實與實兵實裝各有特點，二者可優勢互補、取長補短，而不可偏廢、互相取代。在厘清虛擬實踐與實兵實裝關系的基礎上，科學安排實踐教學活動。一是一些抽象的、無法通過實兵實裝完成的科目，利用虛擬現實技術進行重構實現，而當部隊組織重大軍事演習和軍事行動實踐時，則鼓勵院校學員積極參與，嵌入其中，增加切身的體會，獲取寶貴的第一手資料和經驗；二是對實踐教學內容進行科學設計，根據各自特點和授課需要將教學時間劃分階段，一般將虛擬現實實踐教學安排在前，實兵實裝訓練安排在后，使二者有機結合、相得益彰，以期收到最佳的教學效果。

（三）推進基于虛擬現實實踐教學的實驗室建設

目前，各軍隊任職院校建設的實驗大樓為開展虛擬現實實踐教學創造了很好的基礎條件和硬件設施，對于虛擬現實系統軟件則應根據軍隊任職院校的技術實力分步驟進行研發，可首先考慮先研發配套的系統軟件平臺及各類作戰實踐場景，亦即“虛擬實踐基地”，其實踐教學的設備、人員、物資等諸要素都要模擬真實的戰爭環境而構設，然后再逐步擴展進行二次開發，包括作戰指揮訓練、聯合演習演練及考核評估系統等等，教學的內容也可根據現實需要不斷更新，最終形成一套完整的三維可視化虛擬現實系統軟件體系。實驗室建成后，由于該系統具有很好的交互性和共享性，應充分發揮其作用和功能，可考慮推廣至各作戰部隊使用，在實踐中也可考慮與作戰部隊聯網實施跨區域、跨單位聯合實踐教學。

（四）加強虛擬現實系統開發設計人才隊伍建設

人才是最具競爭力的核心資源。由于虛擬現實技術涉及到光學、輸入算法、圖形圖像等許多專業領域知識，對人才的要求相對較高，培養周期也相對較長，而構建基于虛擬現實技術的實踐教學系統，又離不開高素質高水平人才隊伍的強力支撐。為此，一要把加強人才隊伍建設作為基礎工程來抓，重點依托信息管理中心和信息類專業教員，再聯合各專業系的專業教員，積極培養虛擬現實教學系統的開發團隊，切實提高現有專業人才隊伍的建設水平。二要通過尋找高人、引進高才、培養高手，采取設立“首席技術專家”和“專家工作室”等多種激勵方式，推進VR尖端人才成長，發揮名師大家在技術創新中的領軍作用，培養的技術領軍人物和尖端研究人才。三要推進人才共享共建，在確保軍事秘密的前提下，可考慮設立特聘專業技術崗位，按照“不求所有，但求所用”的原則，聘請地方高層次技術專家到軍隊院校參與重大虛擬現實項目攻關，聯合培養虛擬現實教學軟件開發和設計方面的骨干人才。

（五）發展分布式網絡化的虛擬現實實踐教學系統

聯合作戰呼喚聯合訓練，聯合訓練支撐聯合作戰。目前，軍隊任職院校雖然建設了一些基于虛擬現實技術的實踐教學系統，但遠未達到能夠進行聯合訓練的要求和規模。因此，隨著分布式虛擬現實技術的發展，要積極拓展“分布式網絡化模擬”的聯合訓練新概念，努力將分散于不同地點、相互獨立的模擬系統或模擬器用計算機網絡連接起來，建立靈敏高效的數據鏈，建造先進發達的信息高速公路，使諸軍兵種各系統互通互聯，實現各種探測裝備、指揮機構、武器平臺等的無縫連接，形成高度一體化的聯合訓練實踐教學系統。除此之外，建設聯合訓練實踐教學系統時還要有一定的前瞻性，要考慮其應用環境和未來發展，預留接口和升級空間，通過適時改造和升級的聯合訓練實踐教學系統，保證實踐教學的動態有效性、不斷提高教學系統的利用率。

四、結束語

虛擬現實技術賦予傳統實踐教學以新的實現形式。在實踐教學中引入虛擬現實技術，對于提高軍隊院校教學質量和水平，推動軍隊任職教育面向未來、面向戰場，向部隊需要靠攏、向備戰打仗聚焦具有十分重要的意義。目前看，虛擬現實技術的發展前景十分廣闊，亟待與各作戰部隊、地方企業、科研院校等單位一道進行合作開發利用和推廣使用。

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