增强现实技术在军事装备教学中的应用分析

杨克+韩雪+周宗铂

摘要：增强现实技术（Augmented Reality，简称 AR），是近年来在虚拟现实技术的基础上发展起来的一个新兴的研究方向，是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像、视频、3D模型的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。装备操作教学在目前军队院校教学内容中存在很多短板，利用增强现实，能够有效解决一些问题，提高教学效率。

关键词：装备教学；增强现实

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）25-0112-02

增强现实技术（Augmented Reality，简称 AR），是近年来在虚拟现实技术的基础上发展起来的一个新兴的研究方向，是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像、视频、3D模型的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。

它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息（视觉信息，声音，味道，触觉等），通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。

相比虚拟现实技术，增强现实技术是将计算机产生虚拟环境和真实环境有机的融合在一起，而不是像虚拟现实技术一样使用户完全沉浸在计算机构建的虚拟世界中。它对于使用者的真实感受更加关注，具有明显的感知优势。这种优越的特性，决定了此技术可以更好地运用于类似于军事装备教学这类实操性较强的技能学习内容。

1 军事装备教学特点分析

军事装备教学主要是面向部队作战人员开展的装备操作技能课程，是我军各军兵种指挥院校学员和士官学校学员必修的课程，而且此类课程的教学学时也占有很大比例。熟练掌握装备战技术性能是一个优秀指挥官和作战人员的必备素质，因此，我军各个军兵种都非常重视装备技能教学在院校的课程设置。

然而，随着我国国防军工技术的飞速发展和现代战争的需求牵引，军事装备在信息化程度上不断完善和改进，装备操作难度不断加大，装备成本也不断提高，军工企业的产能也不能适应更新换代的步伐，很多造价高昂的新装备无法大批量列装部队，即便列装部分作战部队，也无法完全保证院校教学使用。这就导致了一个矛盾，军事院校装备跟不上作战部队装备的更新换代，不同作战部队装备新老程度不一，部分新装备院校只有少量或者没有，这就带来了极大的普及使用困难，也制约了作战能力的平衡。同时，使得院校培养的指挥人才面对岗位无法迅速适应，延长了人才培养到形成战斗力的周期。装备成本高昂，维修保养造价一样不菲，厂家生产配件少，难购买，也使得院校教学使用的新装备无法长期服役在教学一线。

这就需要院校提出一种解决方案，能够有效地解决装备稀缺，维护保养难，并且教学需求量大的矛盾。增强现实技术就是一个很好的解决方案。

2 增强现实技术在我军军事装备教学中的主要应用

2.1 装备虚拟维修训练

虚拟维修技术可显著改善设备的维修状态，缩短产品维修性设计时间，降低因维修事前决策不当等造成的生产中断和费用损失，为实现快速维修提供一个更加逼真的维修模型；还可以对设备的故障进行分析和维修预处理，模拟拆卸过程。预估维修作业的时间、配置维修资源、选择维修工具、制定设备部件拆卸的顺序和预估维修费用、增强装备寿命周期各阶段关于维修的各种决策能力，包括维修性设计分析、维修性演示验证、维修过程核查、维修训练实施等。

军事装备不同于民用机械，军用装备不但包含机械行动部分，而且安装有作战单元和指挥信息系统单元，这两个单元的结构复杂程度不亚于机械行动部分。我军向来要求军官既能担任指挥员又能担任战斗员，而战斗员的基本素质就是战士装备故障排除和平时维护保养。对于结构复杂的战斗装备，维修训练是院校一个矛盾点较多的教学内容，对于大部分院校，以往只能采取参观见学，短期实习的方式进行简单的了解掌握，必须凭借院校学员毕业走上工作岗位后，依托工作接触装备熟练掌握维修技能这种方式，解决装备稀缺尤其是带有故障的教学装备难以满足教学人数的矛盾，这样的模式会延长军事院校培养的指挥官适应战场的周期，不利于尽快形成战斗力。所有，采用增强现实技术，能够在院校矛盾突出的环节有效解决问题，利用虚拟维修技术，结合一定的力反馈设备，使学员在虚拟环境下进行装备拆装维修训练，这样就能避免多个学员利用一台装备轮流参观实习，所带来的走马观花式学习。

2.2 装备操作训练仿真平台

对于需要投入实战的装备训练内容，如作战指挥和装备实弹训练，院校要想达到预期训练效果，通过实装训练很难满足训练量，装备操作很多环节必须通过反复练习才能达到目的，而作战指挥和实弹训练，还比如空军的飞行训练，这些都是动用实装耗损大，训练成本高的教学内容，如果仅仅依靠动用实装达到预期教学效果，难以实现。增强现实技术的引入，使得此类装备教学内容极大节省了训练产生的损耗，节约了消耗成本和后期维护费用。使用增强现实技术，可以把需要战斗人员操作的部分使用与实装相同比例、相同外观、相同布局的操作设备仿真模型安装在室内训练场所，并把这些仿真设备接入虚拟战场或训练场，使得战斗人员操作仿真设备时，虚拟环境下的装备随之响应，模拟真实战场，从而达到近似于实战训练或高出实战训练的效果。

3 实装教学和虚拟训练的优劣对比

相比实装教学，运用增强现实技术进行教学训练，尽管好处多，收益大，但是还是存在一定的局限性。虚拟训练虽然解决了装备教学损耗大，装备数量不能满足任务需求的问题，但是虚拟训练设备的研发成本依然不菲，由于虚拟现实基础在民用方向还处于普及阶段，在军事领域的技术开发更是处于人才稀缺，经验不足，很多技术都处在实驗阶段。同时，虚拟训练设备研发的周期较长，安装调试和后期维护技术难度较大，而在大部分军事院校实装技术维护人员远多于虚拟训练设备技术维护人员，也就是说，在院校，对于会用能用虚拟训练设备的人才远少于实装操作人才。其次是装备更新换代快，虚拟训练设备要想及时跟上实装更新的脚步，其研发费用也是一笔不小的开支，研发人员需要在对新型装备十分了解的情况下进行虚拟训练系统的开发。然而，我国目前的状况，装备研发和虚拟训练都是相互独立了，这就使得训练与列装产生了严重的脱节。endprint

但是，在虚拟训练方面仍然利大于弊，虚拟训练所能带来的收益是长远的，所面临的问题和矛盾只是短暂的。虚拟训练所带来的不仅仅是经济成本的平衡，更是时间、效率、人员安全方面的有效保证。

4 增强现实技术在军事院校教学中的应用展望

尽管虚拟训练当前还存在许多矛盾和不足，但是其前景还是非常客观，十八大以后，习主席提出大力加强军民融合发展，其中虚拟训练就是这个伟大举措的一个分支。国家的政策扶持，给推进虚拟现实提供了更多条件。在我军军事院校，学员不仅仅要学习装备操作知识，更要学好装备运用和作战指挥，虚拟现实技术，特别是增强现实技术，更是推进这两门学科革新的有力工具。

4.1 增强型兵器推演

兵器推演，是作战指挥训练，辅助作战决策，检验战术战法的一个非常好的凭条。在现有的兵器推演系统基础上，加上增强现实技术，将兵器推演的各个战术动作和作战单元更加具体的显示在虚拟战场，由人操作兵器动作，计算机显示模拟出来的可视化战场对抗，给联合作战指挥人员一个更清晰更形象的画面，让他们切身感受到所做决策或所采用的指挥思想是否符合战场实际。并可以给多人提供操作兵器的接口，由计算机统一整合作战决策，由虚拟兵力显示作战行动，相互辅助战斗，相互对抗作战。

4.2 联合指挥训练系统

军事院校，根据性质不同，培养着不同类别的军事人才，有基础战斗人员，有基本作战单元指挥人员，还有大兵团级战略指挥人员。对于基础战斗人员，采用装备操作训练仿真平台，模拟在装备中参与战斗；对于基本作战指挥员，也利用装备操作训练仿真平台，不但参加战斗，而且指挥战斗；对于战略战役级指挥人员，采用增强型兵器推演系统，三类人员进行联网训练，不但演练装备操作和运用，还可以演练联合作战指挥，由大型服务器进行统一调配资源并处理战场对抗数据，有效解决实兵对抗所无法完成的战术动作。

5 总结

当前，信息化教学手段已经成为国家各大高校重点关注领域，借助新媒体进行辅助教学，不但能够很好地提升教学质量、教学成本，并且可以在一定程度减少教学成本和时间的投入，提高效率，也使得学习者在选择学习内容时更加自主便捷。虚拟现实、增强现实等技术投入到教育领域，能够解决很多其他教学方式无法解决的矛盾，尽管目前运用这些技术还存在一定的局限和不成熟因素，但是其前景还是非常可观。尤其是在我军军事院校，兵种特点鲜明，装备教学任务重的环境下，虚拟教学更是一个良好的解决方案。因此，把握时机，加快对这项新技术的应用步伐，对提高我军院校教学水平具有长远意义。

参考文献：

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