拓展現實技術介入地形學識圖用圖室內模擬訓練研究

一、引言

作為一門基礎課程，地形學兼備理論性與實踐性[，在信息化、智能化時代背景下[，越發注重學員野外實踐技能的培養[3。因此，提升現地識圖用圖能力顯得尤為重要。但受一定條件制約，難以將現地教學、考核貫穿于授課的全過程。

在虛擬技術、5G技術的支持下，借助拓展現實技術打造的虛擬化場景已經應用于建筑設計、航空航天、工業、醫學、娛樂等領域4，尤其是在教育教學方面。王芳等5將虛擬現實技術應用于高職院校實訓教學，輔助學生進行實訓技能的鞏固訓練，以期有效提高實訓教學效果。黃日峰探討了虛擬現實技術在體育教學中理論教學、實踐教學的應用，以解決當前教學中存在的問題。學者們在關注教學的同時，在思政教育方面也同樣開展了研究。王少等研究虛擬現實技術賦能思想政治教育，致力于構建教學、社會、勞動三位一體的思政實踐育人體系。

根據以往的教學經驗判斷，多數學員專注于理論學習，致力筑牢理論基礎。但在陌生環境下，其識圖、用圖能力的發揮受限，且缺乏野外實踐經驗，這在一定程度上影響了地形學現地識圖用圖的教學效果。此外，傳統現地教學及考核受天氣、交通、場地、設備等條件限制，很大程度上影響了識圖用圖野外實踐教學的進程與成效。因此，在進行現地教學和考核之前，如何讓學員在未前往現地的情況下，了解現地識圖用圖的實踐考核方式，并熟悉教學考核流程，已經成為當前院校必須思考的問題。

基于此，本研究深入剖析基于XR技術的室內識圖用圖模擬訓練中的應用策略和方法，以期為虛擬化模擬訓練和現地教學、考核實踐提供有益參考和借鑒

二、拓展現實技術簡介

拓展現實技術（ExtendedReality，XR）通過計算機生成虛擬影像和音頻效果，架起了連接虛擬世界和現實世界的“橋梁”，以“沉浸、交互、設想”的特點，為傳統現地教學模式注人新的活力。為保證虛擬場景構建和交互應用的順利實現，XR技術通過顯示屏、頭戴式顯示器、感應器等硬件設備，與虛擬世界無縫結合，帶來豐富的視覺和感官體驗。隨著智能技術的進步，虛擬化場景的渲染生成向精細化靠攏。同時，圍繞XR技術衍生出更多樣、豐富的交互方式。

（一）無人機遙感

地形學傳統的現地教學、考核過程往往在小尺度區域內進行，對虛擬場景影像分辨率要求較高。常規地形圖比例尺小、更新周期長，導致其具有一定的概略性和滯后性，因此，現有資料難以滿足室內識圖用圖模擬訓練對高精度虛擬場景的需求。隨著低空遙感技術的發展，無人機（UnmannedAerialVehicle，UAV）航拍影像地面分辨率可達厘米級，為地形學室內模擬訓練的高精度虛擬場景生成提供了可能。大疆（DJI）在無人機領域內具有代表性，生產的精靈4多光譜版（Phantom4Multispectral，P4M）和精靈4RTK版（Phantom4RealTimeKinematic，P4RTK）無人機，憑借卓越的空間和時間分辨率，廣泛應用于農業、林業、測繪、生態監測及城市規劃等領域。使用P4M與P4RTK無人機采集小尺度目標區域的影像，通過內業處理，可以獲得現地地形高程信息。利用XR技術，無人機航拍的現地高分辨率影像被虛擬化，為學員提供精細且多樣化的視覺體驗。

（二）虛擬現實跑步機

傳統的虛擬現實技術局限于“視、聽”，往往會忽略“動”這一重要因素。隨著智能化發展，對行走、跑步、跳躍等動作的技術壁壘已逐漸被打破[o]。XR 技術整合視覺、聽覺、動作，讓學員在虛擬環境中體驗高度逼真的現實感，模糊了虛擬與現實的界限。

市場現有的虛擬現實跑步機種類繁多，如KATVR公司的KATWalkminiS、Virtuix公司的VirtuixOmin等跑步機均可以實現虛擬場景下的動作同步。虛擬現實跑步機主要由兩部分組成：底盤的表面為凹陷圓形曲面，并附有細小凹槽的光滑跑道；上方是一個可調節支架，通過支撐綁帶來保證學員平衡。學員可以在虛擬現實跑步機上自如地進行全方位步行、跑步及跳躍，輕松沉浸于虛擬環境中的識圖用圖模擬訓練，享受其中的樂趣。

三、拓展現實技術嵌入識圖用圖室內模擬訓練的應用優勢

（一）識圖用圖現地考核

目前，現地教學、訓練考核內容更加具體化，考查學員的識圖用圖能力，表現出一定難度。面對復雜地形，學員需獨立運用常規地形圖規劃行進路線，并在限定時間內，逐一判定布設點。教員則根據學員的實際表現，遵循既定評分標準，給出最終考核成績。

基于傳統現地教學和考核方法，在缺乏多次適應性訓練的前提下，學員可能會遇到自我迷茫、天氣、交通、設備等主客觀問題。因此，在進行現地教學和考核之前，學員有必要在室內進行識圖用圖的適應性模擬訓練，以便更快地適應野外實踐和考核。

（二）室內識圖用圖適應性模擬訓練的優勢

利用XR技術進行室內識圖用圖適應性模擬訓練，能夠發揮其顯著的優勢和巨大潛力。在虛擬環境中，學員可以沉浸式地體驗和互動，為現地教學和考核前的室內識圖用圖模擬訓練帶來全新的視角和可能性。具體來說，XR技術在室內識圖用圖模擬訓練中的優勢主要表現在以下三個方面。

1.直觀性與沉浸感

基于P4M和P4RTK無人機航拍影像數據，經過高精度圖像渲染和三維立體生成顯示，能夠創造出近乎真實的現地地形環境，讓學員仿佛置身于真實場景。利用硬件設備進行沉浸式模擬訓練，可以加深學員對現地地形特征的認識與理解。

2.靈活性與互動性

基于XR技術構造的識圖用圖模擬訓練環境，允許學員根據自身學習需求自由探索現地地形，可以通過交互操作調整視角、縮放比例等，從而實現個性化識圖用圖訓練體驗。同時，識圖用圖模擬訓練環境支持多人在線協作，教員通過顯示屏實時觀察并給予輔導，有效解決師生比例失衡而導致的指導不及時等個性化難題。通過此種識圖用圖訓練模式，促進教員與學員之間的互動與交流。

3.教學資源的豐富性

基于XR技術，獲取和更新識圖用圖模擬訓練資源變得更加便捷，實現資源的共享和優化配置。通過改進教學方式，能夠有效提升室內識圖用圖模擬訓練的效果和質量，為在信息化、智能化背景下培養高素質的識圖用圖人才提供有力支持。

四、拓展現實技術在識圖用圖室內模擬訓練的實踐運用

得益于XR技術開展室內識圖用圖適應性模擬訓練的優勢，開展XR技術嵌人識圖用圖室內模擬訓練的實踐進路，可以高質量完成立德樹人、為戰育人的時代使命。

（一）識圖用圖模擬訓練應用預設方案

結合現有技術條件和教學安排，對下一步室內識圖用圖模擬訓練應用方案進行預設。

1.課前準備與導學階段

教員下發模擬訓練規范手冊、設備使用手冊等學習資源，并要求學員提前熟悉規章制度和硬件設備的使用方式。為了確保學員能夠有效地掌握室內識圖用圖技能，教員布置模擬訓練任務，并通過網上問卷、線下交流等方式，定時定量地了解學員的預習情況。

2.課中活動與訓練階段

學員在虛擬環境中進行室內模擬訓練，完成規定的路線行進和定點打卡任務；任課教員在學員訓練過程中及時解答疑問，并根據學員訓練的完成效果情況給予指導和講評；同時，為每位學員建立學習檔案卡，將易混淆、常出錯的知識點進行重點講解。

3.課后反思與總結階段

學員通過室內識圖用圖模擬訓練，會對現地教學、考核形成初步認識，并通過課后總結，反思訓練過程中遇到的問題，為后續的識圖用圖現地考核做好準備。教員則可以通過分析學習檔案卡數據，結合學員在模擬訓練中的表現，對學員進行個性化輔導，以提高其識圖用圖能力。

（二）識圖用圖模擬訓練應用

1.技術優化與升級

隨著XR技術的不斷進步，持續優化室內模擬訓練軟硬件功能性能，可以提升學員的訓練體驗和在現地考核中的實際效果，是未來研究的重點。同時，學校要以創新科技為引領，滿足學員的訓練需求，對室內模擬訓練軟硬件進行周期化迭代升級。

2.訓練內容與教學方法的創新

以學員為中心，如何利用XR技術的特點，進一步創新虛擬環境下的訓練內容和教學方法，更好地滿足學員未來崗位的實際需求和發展規律，也是需要深入探索的問題。根據現實情況，學校可以制定一套客觀的評價標準，更好地量化學員訓練的目標達成度。

3.教學效果的長效評估

基于學員的現地考核表現，學校應構建一個更加科學、全面的室內模擬訓練效果長效評估體系，實現對學員訓練成果的持續跟蹤與評估，從而驗證基于XR技術的室內識圖用圖模擬訓練的持續教育價值。

五、總結與展望

基于XR技術生成的室內識圖用圖模擬訓練虛擬環境，能夠為學員提供沉浸式、高度仿真的模擬訓練環境。在現地教學、考核前，學員可以有針對進行適應性模擬訓練，在室內虛擬環境中完成復雜多變的任務，從而顯著提升實踐操作能力和應急反應速度。

對于要求實踐性強的相似基礎課程，可以嘗試通過XR技術拓展室內教學訓練方式，打破傳統課堂限制，帶來更加豐富多樣的學習互動體驗。學員不再局限于書本知識和課堂講解，而是能夠親身參與模擬訓練實踐，通過實際操作深化對知識的理解和應用。此學習方式能夠激發學員的學習興趣，培養創新思維，并提升信息化、智能化背景下的技能運用能力。

六、結束語

拓展現實技術在識圖用圖室內模擬訓練中的應用，為教員提供了更多教學工具和策略，使課堂更加生動、高效且富有成效。通過技術優化與升級、訓練內容與教學方法的創新以及教學效果的長效評估等策略，教員能夠更好地激發學員的學習興趣，提升學員的識圖用圖能力。未來，隨著XR技術的進一步發展，教員應積極探索其在教學中的創新應用，充分發揮XR技術的優勢，推動教育領域的改革與優化。同時，教員也需注意避免過度依賴技術，始終將學員的核心素養培養放在首位，實現技術與教育的深度融合，為學員的學習奠定更加堅實的基礎。

作者單位：王寧金復鑫王承志 陸軍航空兵學院

參考文獻

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