范志鋒，崔 平，徐敬青，崔 亮

(軍械工程學院 彈藥工程系，石家莊 050003)

信息化彈藥檢測虛擬實踐教學的研究與實踐

范志鋒，崔 平，徐敬青，崔 亮

(軍械工程學院 彈藥工程系，石家莊 050003)

為解決信息化彈藥檢測教學缺乏方法和手段的問題，提出了信息化彈藥檢測虛擬實踐的概念，介紹了信息化彈藥檢測虛擬實踐系統(tǒng)的開發(fā)流程和總體結(jié)構(gòu)。應用表明，彈藥檢測虛擬實踐教學效果良好，具有傳統(tǒng)的實物彈藥檢測實踐無法比擬的優(yōu)點，對信息化彈藥檢測人才培養(yǎng)具有重要促進作用。

信息化彈藥；虛擬實踐；檢測；教學

信息化彈藥泛指以彈體作為運載平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)態(tài)勢感知、電子對抗、精確打擊、高效毀傷和毀傷評估等功能的武器彈藥[1]。信息化彈藥與傳統(tǒng)彈藥相比，結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別是其內(nèi)部含有各類信息部件，如各類控制艙、制導艙等[2]。該類彈藥中的信息部件是集電、光、機、化于一體的復雜系統(tǒng)。在長儲過程中，為確保信息部件的性能，需要對其開展電(光)性能檢測。對實彈的信息部件進行檢測存在內(nèi)部火工元件意外發(fā)火的可能性。為培養(yǎng)信息化彈藥檢測技術(shù)骨干，軍械工程學院開設了相關(guān)的培訓班。該類培訓班教學中存在的突出問題是缺乏實踐操作用檢測訓練彈和檢測儀器設備。為解決檢測操作缺乏方法和手段的問題，本文探討虛擬實踐在信息化彈藥檢測教學中的應用。

1 虛擬實驗室和虛擬實踐的概念

虛擬實驗室(virtual laboratory)最早于1989年由美國University of Virginia的William Wulf教授提出，用來描述一個計算機網(wǎng)絡化的虛擬實驗室環(huán)境。虛擬實驗室系統(tǒng)包括兩類：(1)需要借助真實儀器才能實現(xiàn)的遠程控制實驗；(2)由純軟件實現(xiàn)的軟件仿真實驗[3]。本文探討的信息化彈藥檢測虛擬實踐屬于軟件仿真實驗的范疇。

虛擬實踐(軟件仿真實驗)是指借助于多媒體、仿真和虛擬現(xiàn)實等技術(shù)，在計算機上營造虛擬的實踐環(huán)境，模擬真實的實踐操作過程，實踐操作者可以像在真實實踐環(huán)境中一樣完成實踐項目[4]。在檢測虛擬實踐中，實際的檢測環(huán)境、檢測儀器設備和檢測對象被真實地再現(xiàn)，學員通過計算機來操作，對被測對象進行測試、分析、判斷、顯示、檢測數(shù)據(jù)儲存等，整個實踐操作直觀、形象。

2 彈藥檢測虛擬實踐系統(tǒng)開發(fā)

信息化彈藥檢測虛擬實踐系統(tǒng)主要基于3DS MAX和Unity 3D軟件進行開發(fā)，開發(fā)流程如圖1所示。

系統(tǒng)開發(fā)主要分為四個步驟：(1)廣泛收集信息化彈藥實彈檢測操作的各種素材，包括圖片、文字、聲音、視頻等，這些原始素材不一定符合設計

圖1 信息化彈藥檢測虛擬實踐系統(tǒng)開發(fā)流程

要求，需要用軟件對素材做進一步處理；(2)對檢測操作需要的信息化彈藥、檢測儀器設備等對象進行特征提取，使用3DS MAX 建立三維模型，導出FBX 格式文件；(3)按照檢測操作的真實流程使用Unity 3D軟件制作動畫，編寫C# 腳本實現(xiàn)智能控制；(4)對系統(tǒng)進行優(yōu)化并發(fā)布，調(diào)試完善并提交[5]。該虛擬檢測實踐系統(tǒng)是網(wǎng)頁格式文件，能單機運行，也可以在學院訓練網(wǎng)上發(fā)布，實現(xiàn)多人同時在線進行實踐操作。

信息化彈藥檢測虛擬實踐系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 信息化彈藥檢測虛擬實踐系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

整個虛擬實踐系統(tǒng)包括六大功能模塊：通知公告、系統(tǒng)介紹、實踐指導書、幫助中心、實踐中心和資源中心。

通知公告模塊用于授課教員在訓練網(wǎng)發(fā)布實踐開始時間、實踐考核時間等各種信息。

系統(tǒng)介紹模塊主要以文字形式介紹檢測虛擬實踐系統(tǒng)所開設實踐的目的、基本原理等信息。

實踐指導書模塊主要以文字形式介紹檢測實踐的具體操作步驟、注意事項與要求以及討論思考題等信息。

實踐中心模塊是整個系統(tǒng)的核心，包括訓練和考核兩個子模塊。學員可以在訓練子模塊進行正確檢測操作的訓練，當操作出現(xiàn)錯誤時，系統(tǒng)能夠自動提醒，直至正確為止；考核子模塊用于對學員檢測操作技能的考核，學員自主完成全部操作，系統(tǒng)根據(jù)操作步驟的正確與否，自動給出操作成績。

幫助中心模塊具有在線求助、系統(tǒng)搜索、自動答疑三大功能。

資源中心模塊可提供下載功能，包括演示視頻、被測彈藥庫、檢測儀器設備庫、檢測知識庫等內(nèi)容。

3 系統(tǒng)的教學實踐

下面簡要介紹信息化彈藥檢測虛擬實踐系統(tǒng)在某火箭彈檢測與維護技術(shù)保障骨干培訓班某火箭彈質(zhì)量監(jiān)測課程的教學實踐。

3.1 用于教員的操作示范

教員在課堂授課過程中，在某火箭彈檢測目的、原理、實踐操作要求和步驟等理論知識講授完畢后，即可利用虛擬實踐系統(tǒng)中“資源中心”的演示視頻，完整地展示某火箭彈檢測操作的全過程，使學員基本掌握該火箭彈的檢測操作步驟。

3.2 用于學員的檢測訓練

教員可以根據(jù)實際授課進度，將檢測訓練靈活安排在課堂上或課后。學員進入虛擬實踐系統(tǒng)中“實踐中心”的訓練子模塊，按照操作提示自行進行檢測訓練。通過虛擬檢測訓練，學員可以熟練掌握某火箭彈的檢測操作步驟。

3.3 進行檢測考核

根據(jù)教員的統(tǒng)一安排，學員在規(guī)定的時間內(nèi)，進入虛擬實踐系統(tǒng)中“實踐中心”的考核子模塊，根據(jù)自身對某火箭彈檢測操作知識的掌握情況，自行進行考核操作，系統(tǒng)最終給出每個學員的檢測操作成績。教員將成績按比例計入某火箭彈質(zhì)量監(jiān)測課程總成績。通過檢測考核，教員全面掌握學員對某火箭彈檢測操作技能的掌握情況。

4 系統(tǒng)應用效果和優(yōu)點

在學院近幾年開設的遠程多管火箭彈、炮射導彈等信息化彈藥檢測與維護技術(shù)保障骨干培訓班的教學中，筆者開發(fā)的各種典型信息化彈藥檢測虛擬實踐系統(tǒng)得到了廣泛的應用，提高了教學效果，受到學員的一致好評。通過實際應用，發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的實物彈藥檢測實踐相比，該系統(tǒng)的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下三個方面：

4.1 降低了實踐成本

由于信息化彈藥中的信息部件除了電子(光學)部件外，還含有火工元件，用實彈進行檢測存在意外發(fā)火的隱患。因此，在彈藥檢測實踐中，禁止使用實彈進行操作訓練。目前，最安全的彈藥檢測教學是采用檢測訓練彈配合檢測儀器設備進行檢測操作訓練。而檢測訓練彈需要專門進行研制，摘除里面的火工元件。一發(fā)檢測訓練彈的研制成本和生產(chǎn)成本均不低于實彈。所以,采用傳統(tǒng)的實物檢測實踐成本較高。而虛擬實踐只需要利用計算機開發(fā)相關(guān)軟件，開發(fā)軟件的成本與研制檢測訓練彈的成本相當，但軟件可反復使用，對檢測儀器設備不會造成損害。因此，開設信息化彈藥檢測虛擬實踐可使實踐成本大大降低，緩解院校實踐經(jīng)費不足的壓力。

4.2 提高了實踐效率

傳統(tǒng)的彈藥實物檢測實踐，由于受場地、時間和人數(shù)等因素的限制，學員在授課過程中，一方面需要觀察教員的實踐演示，另一方面需要花大量時間熟悉實踐儀器設備，致使實踐效率低下。采用檢測虛擬實踐，學員可以在計算機上熟悉檢測儀器設備的操作使用方法，同時，對檢測過程中緩慢變換的檢測量，可以加快變化進程，從而大大節(jié)約實踐時間。另外，基于網(wǎng)絡平臺的檢測虛擬實踐，不受時間、地點的限制，可以多人在線同時進行實踐操作，學員可以根據(jù)自己的實際情況，確定實踐時間和內(nèi)容，提高實踐效率。

4.3 激發(fā)了學員興趣

彈藥檢測虛擬實踐是一種全新的實踐教學方法，學員置身于計算機軟件開發(fā)的三維空間環(huán)境中，通過在這個三維空間環(huán)境中“環(huán)游”，創(chuàng)造出一種身臨其境的感覺，激發(fā)了學習興趣，提高了學習效果。同時，虛擬實踐可詳細展示檢測儀器設備內(nèi)部構(gòu)造原理，使學員對儀器設備有更加直觀的認識。與傳統(tǒng)檢測實踐相比，虛擬實踐重復性更好，在虛擬實踐訓練的過程中，學員可以根據(jù)自身的學習需要放慢或加快進程，重復進行檢測訓練，加深對實踐內(nèi)容的理解。

5 結(jié)束語

信息化彈藥檢測虛擬實踐系統(tǒng)的開發(fā)與應用，對學員掌握信息化彈藥檢測操作技能起到了良好的促進作用。但在應用過程中，也發(fā)現(xiàn)了一些問題,比如，信息化彈藥在部隊檢測時，可能會出現(xiàn)各種類型的故障現(xiàn)象，這些故障事先無法得知。學員在使用彈藥檢測虛擬實踐系統(tǒng)時，無法針對彈藥實際檢測過程中的故障進行訓練，這與實際現(xiàn)象有一定差距，造成學員在實彈檢測時，可能會產(chǎn)生麻痹思想。因此，應多方面收集部隊實際檢測出現(xiàn)的各類故障，將這些故障融入信息化彈藥檢測虛擬實踐系統(tǒng)中，進一步完善系統(tǒng)的功能。

[1] 王冬梅,代文讓,張永濤.信息化彈藥的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].兵工學報， 2010, 31(S2):144-148.

[2] 范志鋒,劉秋生,崔平,等.信息化彈藥技術(shù)保障人才教學內(nèi)容體系研究[J].高等教育研究學報， 2013, 36(2):111-112.

[3] 蔣耕晨.虛擬實驗室技術(shù)[M].北京：北京理工大學出版社，2011.

[4] 朱敏,劉鵬飛.虛擬實驗在化學實驗教學中的應用策略研究[J]. 軟件導刊， 2013, 12(6):166-167.

[5] 陳曉青,王少偉. 基于Unity的虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育中的應用[J]. 軟件導刊:教育技術(shù)，2011(12):76-78.

Study and Practice of Virtual Practical Teaching of Information Ammunition Testing

FAN Zhifeng, CUI Ping, XU Jingqing, CUI Liang

(Department of Ammunition Engineering, Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003, China)

To solve the problem in information ammunition testing teaching lacking of methods and measures, virtual practice of information ammunition testing is put forward. The development procedure and general structure of the virtual practical system of information ammunition testing are introduced. The practical application shows that the virtual practice of information ammunition testing achieves a good teaching result. It has the advantages that traditional material ammunition testing practice does not have, which plays an important role in personnel training of information ammunition testing.

information ammunition; virtual practice; testing; teaching

2013-11-15；修改日期: 2013-12-12

2012年軍械工程學院教學研究基金重點資助項目(jxlx12z8)。

范志鋒(1978-)，男，博士，講師，主要從事信息化彈藥保障技術(shù)的研究和教學工作。

G712

B

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.028