增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)在軍事裝備教學(xué)中的應(yīng)用分析

楊克+韓雪+周宗鉑

摘要：增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)（Augmented Reality，簡稱 AR），是近年來在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一個新興的研究方向，是一種實時地計算攝影機(jī)影像的位置及角度并加上相應(yīng)圖像、視頻、3D模型的技術(shù)，這種技術(shù)的目標(biāo)是在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實世界并進(jìn)行互動。裝備操作教學(xué)在目前軍隊院校教學(xué)內(nèi)容中存在很多短板，利用增強(qiáng)現(xiàn)實，能夠有效解決一些問題，提高教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞：裝備教學(xué)；增強(qiáng)現(xiàn)實

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）25-0112-02

增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)（Augmented Reality，簡稱 AR），是近年來在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一個新興的研究方向，是一種實時地計算攝影機(jī)影像的位置及角度并加上相應(yīng)圖像、視頻、3D模型的技術(shù)，這種技術(shù)的目標(biāo)是在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實世界并進(jìn)行互動。

它是一種將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術(shù)，是把原本在現(xiàn)實世界的一定時間空間范圍內(nèi)很難體驗到的實體信息（視覺信息，聲音，味道，觸覺等），通過電腦等科學(xué)技術(shù)，模擬仿真后再疊加，將虛擬的信息應(yīng)用到真實世界，被人類感官所感知，從而達(dá)到超越現(xiàn)實的感官體驗。真實的環(huán)境和虛擬的物體實時地疊加到了同一個畫面或空間同時存在。

相比虛擬現(xiàn)實技術(shù)，增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)是將計算機(jī)產(chǎn)生虛擬環(huán)境和真實環(huán)境有機(jī)的融合在一起，而不是像虛擬現(xiàn)實技術(shù)一樣使用戶完全沉浸在計算機(jī)構(gòu)建的虛擬世界中。它對于使用者的真實感受更加關(guān)注，具有明顯的感知優(yōu)勢。這種優(yōu)越的特性，決定了此技術(shù)可以更好地運(yùn)用于類似于軍事裝備教學(xué)這類實操性較強(qiáng)的技能學(xué)習(xí)內(nèi)容。

1 軍事裝備教學(xué)特點(diǎn)分析

軍事裝備教學(xué)主要是面向部隊作戰(zhàn)人員開展的裝備操作技能課程，是我軍各軍兵種指揮院校學(xué)員和士官學(xué)校學(xué)員必修的課程，而且此類課程的教學(xué)學(xué)時也占有很大比例。熟練掌握裝備戰(zhàn)技術(shù)性能是一個優(yōu)秀指揮官和作戰(zhàn)人員的必備素質(zhì)，因此，我軍各個軍兵種都非常重視裝備技能教學(xué)在院校的課程設(shè)置。

然而，隨著我國國防軍工技術(shù)的飛速發(fā)展和現(xiàn)代戰(zhàn)爭的需求牽引，軍事裝備在信息化程度上不斷完善和改進(jìn)，裝備操作難度不斷加大，裝備成本也不斷提高，軍工企業(yè)的產(chǎn)能也不能適應(yīng)更新?lián)Q代的步伐，很多造價高昂的新裝備無法大批量列裝部隊，即便列裝部分作戰(zhàn)部隊，也無法完全保證院校教學(xué)使用。這就導(dǎo)致了一個矛盾，軍事院校裝備跟不上作戰(zhàn)部隊裝備的更新?lián)Q代，不同作戰(zhàn)部隊裝備新老程度不一，部分新裝備院校只有少量或者沒有，這就帶來了極大的普及使用困難，也制約了作戰(zhàn)能力的平衡。同時，使得院校培養(yǎng)的指揮人才面對崗位無法迅速適應(yīng)，延長了人才培養(yǎng)到形成戰(zhàn)斗力的周期。裝備成本高昂，維修保養(yǎng)造價一樣不菲，廠家生產(chǎn)配件少，難購買，也使得院校教學(xué)使用的新裝備無法長期服役在教學(xué)一線。

這就需要院校提出一種解決方案，能夠有效地解決裝備稀缺，維護(hù)保養(yǎng)難，并且教學(xué)需求量大的矛盾。增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)就是一個很好的解決方案。

2 增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)在我軍軍事裝備教學(xué)中的主要應(yīng)用

2.1 裝備虛擬維修訓(xùn)練

虛擬維修技術(shù)可顯著改善設(shè)備的維修狀態(tài)，縮短產(chǎn)品維修性設(shè)計時間，降低因維修事前決策不當(dāng)?shù)仍斐傻纳a(chǎn)中斷和費(fèi)用損失，為實現(xiàn)快速維修提供一個更加逼真的維修模型；還可以對設(shè)備的故障進(jìn)行分析和維修預(yù)處理，模擬拆卸過程。預(yù)估維修作業(yè)的時間、配置維修資源、選擇維修工具、制定設(shè)備部件拆卸的順序和預(yù)估維修費(fèi)用、增強(qiáng)裝備壽命周期各階段關(guān)于維修的各種決策能力，包括維修性設(shè)計分析、維修性演示驗證、維修過程核查、維修訓(xùn)練實施等。

軍事裝備不同于民用機(jī)械，軍用裝備不但包含機(jī)械行動部分，而且安裝有作戰(zhàn)單元和指揮信息系統(tǒng)單元，這兩個單元的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度不亞于機(jī)械行動部分。我軍向來要求軍官既能擔(dān)任指揮員又能擔(dān)任戰(zhàn)斗員，而戰(zhàn)斗員的基本素質(zhì)就是戰(zhàn)士裝備故障排除和平時維護(hù)保養(yǎng)。對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的戰(zhàn)斗裝備，維修訓(xùn)練是院校一個矛盾點(diǎn)較多的教學(xué)內(nèi)容，對于大部分院校，以往只能采取參觀見學(xué)，短期實習(xí)的方式進(jìn)行簡單的了解掌握，必須憑借院校學(xué)員畢業(yè)走上工作崗位后，依托工作接觸裝備熟練掌握維修技能這種方式，解決裝備稀缺尤其是帶有故障的教學(xué)裝備難以滿足教學(xué)人數(shù)的矛盾，這樣的模式會延長軍事院校培養(yǎng)的指揮官適應(yīng)戰(zhàn)場的周期，不利于盡快形成戰(zhàn)斗力。所有，采用增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)，能夠在院校矛盾突出的環(huán)節(jié)有效解決問題，利用虛擬維修技術(shù)，結(jié)合一定的力反饋設(shè)備，使學(xué)員在虛擬環(huán)境下進(jìn)行裝備拆裝維修訓(xùn)練，這樣就能避免多個學(xué)員利用一臺裝備輪流參觀實習(xí)，所帶來的走馬觀花式學(xué)習(xí)。

2.2 裝備操作訓(xùn)練仿真平臺

對于需要投入實戰(zhàn)的裝備訓(xùn)練內(nèi)容，如作戰(zhàn)指揮和裝備實彈訓(xùn)練，院校要想達(dá)到預(yù)期訓(xùn)練效果，通過實裝訓(xùn)練很難滿足訓(xùn)練量，裝備操作很多環(huán)節(jié)必須通過反復(fù)練習(xí)才能達(dá)到目的，而作戰(zhàn)指揮和實彈訓(xùn)練，還比如空軍的飛行訓(xùn)練，這些都是動用實裝耗損大，訓(xùn)練成本高的教學(xué)內(nèi)容，如果僅僅依靠動用實裝達(dá)到預(yù)期教學(xué)效果，難以實現(xiàn)。增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)的引入，使得此類裝備教學(xué)內(nèi)容極大節(jié)省了訓(xùn)練產(chǎn)生的損耗，節(jié)約了消耗成本和后期維護(hù)費(fèi)用。使用增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)，可以把需要戰(zhàn)斗人員操作的部分使用與實裝相同比例、相同外觀、相同布局的操作設(shè)備仿真模型安裝在室內(nèi)訓(xùn)練場所，并把這些仿真設(shè)備接入虛擬戰(zhàn)場或訓(xùn)練場，使得戰(zhàn)斗人員操作仿真設(shè)備時，虛擬環(huán)境下的裝備隨之響應(yīng)，模擬真實戰(zhàn)場，從而達(dá)到近似于實戰(zhàn)訓(xùn)練或高出實戰(zhàn)訓(xùn)練的效果。

3 實裝教學(xué)和虛擬訓(xùn)練的優(yōu)劣對比

相比實裝教學(xué)，運(yùn)用增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行教學(xué)訓(xùn)練，盡管好處多，收益大，但是還是存在一定的局限性。虛擬訓(xùn)練雖然解決了裝備教學(xué)損耗大，裝備數(shù)量不能滿足任務(wù)需求的問題，但是虛擬訓(xùn)練設(shè)備的研發(fā)成本依然不菲，由于虛擬現(xiàn)實基礎(chǔ)在民用方向還處于普及階段，在軍事領(lǐng)域的技術(shù)開發(fā)更是處于人才稀缺，經(jīng)驗不足，很多技術(shù)都處在實驗階段。同時，虛擬訓(xùn)練設(shè)備研發(fā)的周期較長，安裝調(diào)試和后期維護(hù)技術(shù)難度較大，而在大部分軍事院校實裝技術(shù)維護(hù)人員遠(yuǎn)多于虛擬訓(xùn)練設(shè)備技術(shù)維護(hù)人員，也就是說，在院校，對于會用能用虛擬訓(xùn)練設(shè)備的人才遠(yuǎn)少于實裝操作人才。其次是裝備更新?lián)Q代快，虛擬訓(xùn)練設(shè)備要想及時跟上實裝更新的腳步，其研發(fā)費(fèi)用也是一筆不小的開支，研發(fā)人員需要在對新型裝備十分了解的情況下進(jìn)行虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)的開發(fā)。然而，我國目前的狀況，裝備研發(fā)和虛擬訓(xùn)練都是相互獨(dú)立了，這就使得訓(xùn)練與列裝產(chǎn)生了嚴(yán)重的脫節(jié)。endprint

但是，在虛擬訓(xùn)練方面仍然利大于弊，虛擬訓(xùn)練所能帶來的收益是長遠(yuǎn)的，所面臨的問題和矛盾只是短暫的。虛擬訓(xùn)練所帶來的不僅僅是經(jīng)濟(jì)成本的平衡，更是時間、效率、人員安全方面的有效保證。

4 增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)在軍事院校教學(xué)中的應(yīng)用展望

盡管虛擬訓(xùn)練當(dāng)前還存在許多矛盾和不足，但是其前景還是非?？陀^，十八大以后，習(xí)主席提出大力加強(qiáng)軍民融合發(fā)展，其中虛擬訓(xùn)練就是這個偉大舉措的一個分支。國家的政策扶持，給推進(jìn)虛擬現(xiàn)實提供了更多條件。在我軍軍事院校，學(xué)員不僅僅要學(xué)習(xí)裝備操作知識，更要學(xué)好裝備運(yùn)用和作戰(zhàn)指揮，虛擬現(xiàn)實技術(shù)，特別是增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)，更是推進(jìn)這兩門學(xué)科革新的有力工具。

4.1 增強(qiáng)型兵器推演

兵器推演，是作戰(zhàn)指揮訓(xùn)練，輔助作戰(zhàn)決策，檢驗戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法的一個非常好的憑條。在現(xiàn)有的兵器推演系統(tǒng)基礎(chǔ)上，加上增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)，將兵器推演的各個戰(zhàn)術(shù)動作和作戰(zhàn)單元更加具體的顯示在虛擬戰(zhàn)場，由人操作兵器動作，計算機(jī)顯示模擬出來的可視化戰(zhàn)場對抗，給聯(lián)合作戰(zhàn)指揮人員一個更清晰更形象的畫面，讓他們切身感受到所做決策或所采用的指揮思想是否符合戰(zhàn)場實際。并可以給多人提供操作兵器的接口，由計算機(jī)統(tǒng)一整合作戰(zhàn)決策，由虛擬兵力顯示作戰(zhàn)行動，相互輔助戰(zhàn)斗，相互對抗作戰(zhàn)。

4.2 聯(lián)合指揮訓(xùn)練系統(tǒng)

軍事院校，根據(jù)性質(zhì)不同，培養(yǎng)著不同類別的軍事人才，有基礎(chǔ)戰(zhàn)斗人員，有基本作戰(zhàn)單元指揮人員，還有大兵團(tuán)級戰(zhàn)略指揮人員。對于基礎(chǔ)戰(zhàn)斗人員，采用裝備操作訓(xùn)練仿真平臺，模擬在裝備中參與戰(zhàn)斗；對于基本作戰(zhàn)指揮員，也利用裝備操作訓(xùn)練仿真平臺，不但參加戰(zhàn)斗，而且指揮戰(zhàn)斗；對于戰(zhàn)略戰(zhàn)役級指揮人員，采用增強(qiáng)型兵器推演系統(tǒng)，三類人員進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)訓(xùn)練，不但演練裝備操作和運(yùn)用，還可以演練聯(lián)合作戰(zhàn)指揮，由大型服務(wù)器進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配資源并處理戰(zhàn)場對抗數(shù)據(jù)，有效解決實兵對抗所無法完成的戰(zhàn)術(shù)動作。

5 總結(jié)

當(dāng)前，信息化教學(xué)手段已經(jīng)成為國家各大高校重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域，借助新媒體進(jìn)行輔助教學(xué)，不但能夠很好地提升教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)成本，并且可以在一定程度減少教學(xué)成本和時間的投入，提高效率，也使得學(xué)習(xí)者在選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容時更加自主便捷。虛擬現(xiàn)實、增強(qiáng)現(xiàn)實等技術(shù)投入到教育領(lǐng)域，能夠解決很多其他教學(xué)方式無法解決的矛盾，盡管目前運(yùn)用這些技術(shù)還存在一定的局限和不成熟因素，但是其前景還是非?？捎^。尤其是在我軍軍事院校，兵種特點(diǎn)鮮明，裝備教學(xué)任務(wù)重的環(huán)境下，虛擬教學(xué)更是一個良好的解決方案。因此，把握時機(jī)，加快對這項新技術(shù)的應(yīng)用步伐，對提高我軍院校教學(xué)水平具有長遠(yuǎn)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃天智，劉越，王涌天，閆達(dá)遠(yuǎn).增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)的軍事應(yīng)用與前景展望[J].兵工學(xué)報，2006（6）.

[2] 柳祖國，李世其，李作清.增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)的研究進(jìn)展與應(yīng)用[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，2003（2）.

[3] 吳帆，張亮.增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用綜述[J].電腦知識與技術(shù)，2012（8）.

[4] 齊越，馬紅妹.增強(qiáng)現(xiàn)實特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用[J].小型微型計算機(jī)系統(tǒng)，2004（5）

[5] 鐘慧娟，劉肖琳，吳曉莉.增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)研究[J].計算機(jī)仿真，2008（1）endprint