楊克+韓雪+周宗鉑

摘要：增強現(xiàn)實技術（Augmented Reality，簡稱 AR），是近年來在虛擬現(xiàn)實技術的基礎上發(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影像的位置及角度并加上相應圖像、視頻、3D模型的技術，這種技術的目標是在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實世界并進行互動。裝備操作教學在目前軍隊院校教學內容中存在很多短板，利用增強現(xiàn)實，能夠有效解決一些問題，提高教學效率。

關鍵詞：裝備教學；增強現(xiàn)實

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

增強現(xiàn)實技術（Augmented Reality，簡稱 AR），是近年來在虛擬現(xiàn)實技術的基礎上發(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影像的位置及角度并加上相應圖像、視頻、3D模型的技術，這種技術的目標是在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實世界并進行互動。

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，是把原本在現(xiàn)實世界的一定時間空間范圍內很難體驗到的實體信息（視覺信息，聲音，味道，觸覺等），通過電腦等科學技術，模擬仿真后再疊加，將虛擬的信息應用到真實世界，被人類感官所感知，從而達到超越現(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，增強現(xiàn)實技術是將計算機產生虛擬環(huán)境和真實環(huán)境有機的融合在一起，而不是像虛擬現(xiàn)實技術一樣使用戶完全沉浸在計算機構建的虛擬世界中。它對于使用者的真實感受更加關注，具有明顯的感知優(yōu)勢。這種優(yōu)越的特性，決定了此技術可以更好地運用于類似于軍事裝備教學這類實操性較強的技能學習內容。

1 軍事裝備教學特點分析

軍事裝備教學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員和士官學校學員必修的課程，而且此類課程的教學學時也占有很大比例。熟練掌握裝備戰(zhàn)技術性能是一個優(yōu)秀指揮官和作戰(zhàn)人員的必備素質，因此，我軍各個軍兵種都非常重視裝備技能教學在院校的課程設置。

然而，隨著我國國防軍工技術的飛速發(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，裝備操作難度不斷加大，裝備成本也不斷提高，軍工企業(yè)的產能也不能適應更新?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使用。這就導致了一個矛盾，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，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，廠家生產配件少，難購買，也使得院校教學使用的新裝備無法長期服役在教學一線。

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，維護保養(yǎng)難，并且教學需求量大的矛盾。增強現(xiàn)實技術就是一個很好的解決方案。

2 增強現(xiàn)實技術在我軍軍事裝備教學中的主要應用

2.1 裝備虛擬維修訓練

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

軍事裝備不同于民用機械，軍用裝備不但包含機械行動部分，而且安裝有作戰(zhàn)單元和指揮信息系統(tǒng)單元，這兩個單元的結構復雜程度不亞于機械行動部分。我軍向來要求軍官既能擔任指揮員又能擔任戰(zhàn)斗員，而戰(zhàn)斗員的基本素質就是戰(zhàn)士裝備故障排除和平時維護保養(yǎng)。對于結構復雜的戰(zhàn)斗裝備，維修訓練是院校一個矛盾點較多的教學內容，對于大部分院校，以往只能采取參觀見學，短期實習的方式進行簡單的了解掌握，必須憑借院校學員畢業(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裝備難以滿足教學人數(shù)的矛盾，這樣的模式會延長軍事院校培養(yǎng)的指揮官適應戰(zhàn)場的周期，不利于盡快形成戰(zhàn)斗力。所有，采用增強現(xiàn)實技術，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，結合一定的力反饋設備，使學員在虛擬環(huán)境下進行裝備拆裝維修訓練，這樣就能避免多個學員利用一臺裝備輪流參觀實習，所帶來的走馬觀花式學習。

2.2 裝備操作訓練仿真平臺

對于需要投入實戰(zhàn)的裝備訓練內容，如作戰(zhàn)指揮和裝備實彈訓練，院校要想達到預期訓練效果，通過實裝訓練很難滿足訓練量，裝備操作很多環(huán)節(jié)必須通過反復練習才能達到目的，而作戰(zhàn)指揮和實彈訓練，還比如空軍的飛行訓練，這些都是動用實裝耗損大，訓練成本高的教學內容，如果僅僅依靠動用實裝達到預期教學效果，難以實現(xiàn)。增強現(xiàn)實技術的引入，使得此類裝備教學內容極大節(jié)省了訓練產生的損耗，節(jié)約了消耗成本和后期維護費用。使用增強現(xiàn)實技術，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、相同布局的操作設備仿真模型安裝在室內訓練場所，并把這些仿真設備接入虛擬戰(zhàn)場或訓練場，使得戰(zhàn)斗人員操作仿真設備時，虛擬環(huán)境下的裝備隨之響應，模擬真實戰(zhàn)場，從而達到近似于實戰(zhàn)訓練或高出實戰(zhàn)訓練的效果。

3 實裝教學和虛擬訓練的優(yōu)劣對比

相比實裝教學，運用增強現(xiàn)實技術進行教學訓練，盡管好處多，收益大，但是還是存在一定的局限性。虛擬訓練雖然解決了裝備教學損耗大，裝備數(shù)量不能滿足任務需求的問題，但是虛擬訓練設備的研發(fā)成本依然不菲，由于虛擬現(xiàn)實基礎在民用方向還處于普及階段，在軍事領域的技術開發(fā)更是處于人才稀缺，經驗不足，很多技術都處在實驗階段。同時，虛擬訓練設備研發(fā)的周期較長，安裝調試和后期維護技術難度較大，而在大部分軍事院校實裝技術維護人員遠多于虛擬訓練設備技術維護人員，也就是說，在院校，對于會用能用虛擬訓練設備的人才遠少于實裝操作人才。其次是裝備更新?lián)Q代快，虛擬訓練設備要想及時跟上實裝更新的腳步，其研發(fā)費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行虛擬訓練系統(tǒng)的開發(fā)。然而，我國目前的狀況，裝備研發(fā)和虛擬訓練都是相互獨立了，這就使得訓練與列裝產生了嚴重的脫節(jié)。endprint

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

4 增強現(xiàn)實技術在軍事院校教學中的應用展望

盡管虛擬訓練當前還存在許多矛盾和不足，但是其前景還是非常客觀，十八大以后，習主席提出大力加強軍民融合發(fā)展，其中虛擬訓練就是這個偉大舉措的一個分支。國家的政策扶持，給推進虛擬現(xiàn)實提供了更多條件。在我軍軍事院校，學員不僅僅要學習裝備操作知識，更要學好裝備運用和作戰(zhàn)指揮，虛擬現(xiàn)實技術，特別是增強現(xiàn)實技術，更是推進這兩門學科革新的有力工具。

4.1 增強型兵器推演

兵器推演，是作戰(zhàn)指揮訓練，輔助作戰(zhàn)決策，檢驗戰(zhàn)術戰(zhàn)法的一個非常好的憑條。在現(xiàn)有的兵器推演系統(tǒng)基礎上，加上增強現(xiàn)實技術，將兵器推演的各個戰(zhàn)術動作和作戰(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)合指揮訓練系統(tǒng)

軍事院校，根據(jù)性質不同，培養(yǎng)著不同類別的軍事人才，有基礎戰(zhàn)斗人員，有基本作戰(zhàn)單元指揮人員，還有大兵團級戰(zhàn)略指揮人員。對于基礎戰(zhàn)斗人員，采用裝備操作訓練仿真平臺，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，采用增強型兵器推演系統(tǒng)，三類人員進行聯(lián)網訓練，不但演練裝備操作和運用，還可以演練聯(lián)合作戰(zhàn)指揮，由大型服務器進行統(tǒng)一調配資源并處理戰(zhàn)場對抗數(shù)據(jù)，有效解決實兵對抗所無法完成的戰(zhàn)術動作。

5 總結

當前，信息化教學手段已經成為國家各大高校重點關注領域，借助新媒體進行輔助教學，不但能夠很好地提升教學質量、教學成本，并且可以在一定程度減少教學成本和時間的投入，提高效率，也使得學習者在選擇學習內容時更加自主便捷。虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實等技術投入到教育領域，能夠解決很多其他教學方式無法解決的矛盾，盡管目前運用這些技術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，兵種特點鮮明，裝備教學任務重的環(huán)境下，虛擬教學更是一個良好的解決方案。因此，把握時機，加快對這項新技術的應用步伐，對提高我軍院校教學水平具有長遠意義。

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