呂 波，張 宏 偉，姚 智 剛，王 雪 飛

任職教育建立在學(xué)歷教育的基礎(chǔ)上，使培養(yǎng)對象獲得適應(yīng)特定工作崗位需要的專業(yè)理論知識和實際技能，具備勝任某種工作能力而進(jìn)行的專門教育。目前，我軍任職教育的種類主要有首次崗位任職教育、逐級晉升職務(wù)所需的教育和輪訓(xùn)性質(zhì)的任職教育。軍械工程學(xué)院雷達(dá)專業(yè)擔(dān)負(fù)的培訓(xùn)種類主要是第一種和第三種，即通常所說的國防生和短訓(xùn)(或輪訓(xùn))。隨著新軍事變革的發(fā)展，對新型軍事人才需求不斷增加，學(xué)院雷達(dá)專業(yè)任職教育的規(guī)模不斷擴(kuò)大，原有的教學(xué)設(shè)施與手段已經(jīng)不能滿足當(dāng)前的教育需要，這也是目前任職教育院校所面臨的普遍問題。以計算機(jī)圖形學(xué)為理論基礎(chǔ)，以人工智能技術(shù)為支撐的虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠有效地解決這個難題。［1］虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以模擬生動形象的教學(xué)環(huán)境，使學(xué)員能夠積極參與到教學(xué)過程中，從而達(dá)到培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)員實際操作能力的目的，大大提高了任職教育的整體教學(xué)水平，推動了任職教育院校的發(fā)展。

近年來國內(nèi)外對虛擬現(xiàn)實技術(shù)在維修培訓(xùn)等領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了大量的研究。洛克希德公司在F－16的設(shè)計過程中利用虛擬維修系統(tǒng)進(jìn)行維修確認(rèn)和人素分析;德國Fraunhofer計算機(jī)圖形研究所實現(xiàn)了裝配虛擬仿真，用于裝配和維修過程的核查與確認(rèn);美國Wright Patterson空軍基地與GE公司、洛克希德馬丁公司實現(xiàn)了維修手冊的自動生成。目前最成功的虛擬維修案例當(dāng)屬哈勃望遠(yuǎn)鏡(HST)的維修。事后美國國家航空航天局的調(diào)查結(jié)果表明:虛擬維修訓(xùn)練對實際維修任務(wù)的完成是非常有效的。此外，美軍研制的“未來戰(zhàn)術(shù)卡車系統(tǒng)”2010年裝備部隊，而該車的虛擬維修系統(tǒng)早在2008年就已經(jīng)投入使用，有效保證了新裝備在配備部隊的同時形成維修保障能力。

我國在虛擬維修方面起步較晚，但經(jīng)過近年來的持續(xù)研究取得了豐碩的成果。浙江大學(xué)CAD國家重點實驗室研制的沉浸式虛擬裝配系統(tǒng)IVAS，是在CAVE環(huán)境下開發(fā)的完全沉浸式虛擬裝配原型系統(tǒng)，為設(shè)計人員提供了高度逼真和高度交互的虛擬設(shè)計與虛擬裝配環(huán)境;北京航空航天大學(xué)應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立了基于虛擬樣機(jī)的虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng);華中科技大學(xué)建立了基于知識的注塑機(jī)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)等。此外，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在軍用方法也得到了廣泛的重視。虛擬維修訓(xùn)練成為部隊維修訓(xùn)練的新手段和新方法，我軍許多雷達(dá)模擬訓(xùn)練器裝備到部隊，為我軍雷達(dá)裝備的維修操作人員日常訓(xùn)練、院校教學(xué)起到了的積極作用。

一、當(dāng)前軍校任職教育的現(xiàn)狀

以學(xué)院雷達(dá)專業(yè)任職教育為例，學(xué)員通常在1～3個月的時間內(nèi)集中學(xué)習(xí)某型雷達(dá)的構(gòu)造、維修和技術(shù)檢查。長期以來，教學(xué)大多在實際裝備上進(jìn)行，并且多是在裝備部署到部隊以后才由學(xué)院或其他相關(guān)院校、有關(guān)單位組織進(jìn)行教學(xué)。這種模式勢必造成以下問題:(1)結(jié)合實際裝備進(jìn)行任職教育，其數(shù)量、教學(xué)場地、環(huán)境有限，受訓(xùn)人員的數(shù)量和操作時間難以保證，效率低。在教學(xué)實踐中，雷達(dá)工作方艙內(nèi)只能同時進(jìn)入4～5名學(xué)員，而每期培訓(xùn)的學(xué)員都在20名左右，需要分成4個組，平均每個組的上機(jī)操作時間很少，導(dǎo)致學(xué)員大部分時間都在自習(xí)。(2)新裝備功能結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價昂貴，結(jié)合實際裝備進(jìn)行實戰(zhàn)操作、維修訓(xùn)練，代價高，特別是在電子戰(zhàn)越來越重要的今天，結(jié)合實際裝備開展教學(xué)很容易暴露該裝備的有關(guān)電子信息，如雷達(dá)發(fā)射頻率等，所以其安全性得不到保證。(3)結(jié)合實際裝備進(jìn)行故障維修訓(xùn)練，所遇故障和所能體會的維修操作和維修技術(shù)有限，大多還只能從書本上進(jìn)行抽象理解。目前我軍最新型雷達(dá)裝備集成化、模塊化程度越來越高，典型故障很難模擬和設(shè)置，教學(xué)實施難度越來越大，為保護(hù)裝備只能讓學(xué)員去想象故障現(xiàn)象和排除思路。

新裝備造價昂貴、型號多、數(shù)量少，在實際裝備上開展教學(xué)變得越來越困難，采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)替代實際裝備，開展虛擬維修、虛擬操作成為目前雷達(dá)及其他專業(yè)任職教育的一個重要的發(fā)展趨勢。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是指采用以計算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技生成逼真的視、聽、觸覺等一體化的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設(shè)備以自然的方式與虛擬世界中的物體進(jìn)行交互，相互影響，從而產(chǎn)生如親臨真實環(huán)境的感受和體驗。［2］它是隨著包括計算圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、人工智能、人機(jī)接口技術(shù)、傳感器技術(shù)、高度并行的實時計算技術(shù)以及人的行為學(xué)等一系列高新技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型的人機(jī)交互方式。

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)通過為用戶提供視覺、聽覺、觸覺等多種直觀而自然的交互方式，方便了用戶的操作，提高了工作效率。美國科學(xué)家Burdea G和Philippe Coiffet在1993年世界電子年會上發(fā)表了一篇題為“Virtual Reality System and Applications”的文章，在該文中提出一個“虛擬現(xiàn)實技術(shù)的三角形”，指出虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有的3個突出特征:沉浸性(Immersion)、交互性(Interactivity)、想象性(Imagination)。沉浸性指由計算機(jī)所創(chuàng)造的虛擬環(huán)境，讓用戶有身臨其境的感覺，讓用戶感覺自己就是虛擬環(huán)境的一部分，而不僅僅是旁觀者;交互性是指人與計算機(jī)的以自然方式(如行走、抓握等)進(jìn)行交互，不同于以往通過鼠標(biāo)鍵盤等工具的交互;想象性是指虛擬環(huán)境是由設(shè)計者想象設(shè)計出來的，可以以夸大的形式反映設(shè)計者的思想，解決工程、醫(yī)學(xué)、軍事等方面的問題。虛擬現(xiàn)實技術(shù)所設(shè)計的虛擬場景與3D電影中所構(gòu)建的3D立體景象有著本質(zhì)的不同，3D立體景象只是以旁觀者的身份觀看已制作好的三維立體景象，而虛擬場景是可以與用戶實時交互的場景。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)所構(gòu)建的虛擬場景中，用戶可以體驗場景中物體的重量、溫度等。同時，用戶的行為能夠改變場景，可以在虛擬場景中改變虛擬物體的大小、形狀、位置等。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)為用戶提供了可以實現(xiàn)互動操作的虛擬環(huán)境，并以高度的沉浸感使用戶產(chǎn)生身臨其境的感覺，這使虛擬現(xiàn)實技術(shù)廣泛應(yīng)用在各行業(yè)中的產(chǎn)品設(shè)計與展示環(huán)節(jié)。［3］

三、采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的任職教育

相比于傳統(tǒng)任職教育的教學(xué)手段，虛擬操作、虛擬維修存在以下諸多優(yōu)點:(1)操作和維修訓(xùn)練不受時間、地點限制。虛擬操作、維修不需要大量的特殊器材，在通用計算機(jī)加裝軟件后，進(jìn)行簡單連接即可使用。受訓(xùn)人員不受時間和地點的限制，可隨時進(jìn)行操作訓(xùn)練和維修訓(xùn)練，通過增加操作、維修訓(xùn)練機(jī)會，提高操作技能和維修保障能力。(2)培訓(xùn)功能齊全，承訓(xùn)量大。虛擬模型中可以嵌入裝備的各種故障維修過程，受訓(xùn)學(xué)員在虛擬環(huán)境下通過維修培訓(xùn)，可以加深對各種故障機(jī)理和維修過程相關(guān)知識的學(xué)習(xí)。此外，全方位維修仿真訓(xùn)練可有效避免實際維修工作中出現(xiàn)的常見故障會修、少見故障束手無策的現(xiàn)象。裝備維修模型一旦建立，可在多個仿真硬件平臺上使用，為多個受訓(xùn)者同時提供維修訓(xùn)練培訓(xùn)。(3)虛擬操作和維修可以有效降低教學(xué)成本。虛擬操作和維修的成本主要在虛擬模型的研發(fā)和計算機(jī)相關(guān)硬件的購置。與傳統(tǒng)方式不同的是虛擬操作和維修的成本是一次性投入，可以重復(fù)使用，以此來顯著降低教學(xué)成本。(4)受訓(xùn)人員和裝備安全性好。裝備操作、維修訓(xùn)練過程中，受訓(xùn)人員安全和裝備安全是操作、維修訓(xùn)練的前提。傳統(tǒng)裝備操作和維修過程中需要教員來負(fù)責(zé)過程的安全問題，并且在實際教學(xué)過程中，還不可避免地出現(xiàn)各種安全事故，給教學(xué)工作帶來了極大難處。由于虛擬操作、維修的整個過程都是在虛擬環(huán)境下完成的，因此不存在裝備損壞和危害受訓(xùn)人員安全的問題。對于受到時空限制不能演示的周期長、危險性大的教學(xué)內(nèi)容，用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以很好地展現(xiàn)在學(xué)生面前，達(dá)到良好的教學(xué)效果。

從以上虛擬操作、維修的特點可以看出，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以有效解決傳統(tǒng)裝備教學(xué)過程中出現(xiàn)的訓(xùn)練實踐機(jī)會缺乏、維修保障能力滯后的問題，提升裝備的維修保障能力。隨著裝備維修技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在提高教學(xué)效果、減少教學(xué)成本、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量等方面得到了普遍認(rèn)可。

改進(jìn)任職教育的教學(xué)方法、教學(xué)手段，關(guān)系到我軍任職教育人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高和任職教育的健康發(fā)展。傳統(tǒng)的任職教育教學(xué)手段已經(jīng)不能完全適應(yīng)當(dāng)今軍事變革對于塑造新型軍事人才的需要。虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一門各種高新技術(shù)的交叉學(xué)科，以其沉浸性、交互性和想象性三大特征，使虛擬現(xiàn)實技術(shù)在軍事領(lǐng)域有著極其廣闊的應(yīng)用空間。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入到軍校任職教育，必將對任職教育人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高起到強(qiáng)大的推動作用。

［1］李哲，田秋艷，高文舉.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在任職教育中的應(yīng)用及其影響［J］.福建電腦，2011(1):58－59.

［2］胡小強(qiáng).虛擬現(xiàn)實技術(shù)［M］.北京:北京郵電大學(xué)出版社，2005.

［3］王晨晨.虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其在圖書館的應(yīng)用［J］.圖書館學(xué)研究，2011(10):34－37.