徐慶堯，耿艷棟，唐立文，侯翔，楊超

（航天工程大學(xué)，北京 101416）

0 引言

分隊?wèi)?zhàn)術(shù)訓(xùn)練在軍事訓(xùn)練體系中起著承上啟下的作用，是連接專業(yè)技術(shù)訓(xùn)練和合同訓(xùn)練的中間環(huán)節(jié)，前承單兵終端訓(xùn)練，后接旅團級戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練，是增強作戰(zhàn)單元“內(nèi)集外聯(lián)”能力的關(guān)鍵一步，是逐級合成、逐級生成體系作戰(zhàn)能力的重要階段。航天領(lǐng)域是世界各國優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略高地，而開展航天分隊?wèi)?zhàn)術(shù)訓(xùn)練正是培養(yǎng)人才隊伍的重要手段。如何有效組織航天分隊?wèi)?zhàn)術(shù)訓(xùn)練，提示訓(xùn)練質(zhì)量效果，世界主要航天大國都處于摸索研究階段，存在訓(xùn)練設(shè)施建設(shè)滯后、方法手段有限等問題。

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）技術(shù)是以計算機技術(shù)為核心，模擬生成逼真的視、聽、觸、嗅、味覺等一體化的虛擬環(huán)境，用戶借助相應(yīng)的輸入與輸出設(shè)備，與虛擬世界中的對象進行交互，從而產(chǎn)生身臨其境的感受和體驗。美軍早在1983年就制定了Simulator Networking計劃，開發(fā)了滿足不同地域步兵、坦克駕駛員同時開展訓(xùn)練的分布式虛擬戰(zhàn)場環(huán)境[1]。此后，隨著計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在多行業(yè)得到廣泛應(yīng)用[2-9]，文獻[10]將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到新員工電力培訓(xùn)中，提升了25%的整體工作效率，并大大降低了作業(yè)風(fēng)險[10]。文獻[11]將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到校園三維展示設(shè)計中，具有高度真實感、沉浸感。通過長期實踐總結(jié)得出，虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有沉浸感、交互性、想象性三大特征，能夠有效解決分隊?wèi)?zhàn)術(shù)訓(xùn)練中訓(xùn)練環(huán)境構(gòu)設(shè)難、訓(xùn)練設(shè)施緊缺等難題。因此，本文利用Unity 3D開發(fā)航天分隊?wèi)?zhàn)術(shù)訓(xùn)練平臺，使不同地點的參訓(xùn)人員可以依托該平臺同時開展逼真、高效的戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練活動，極大提高了訓(xùn)練效率。

1 分隊?wèi)?zhàn)術(shù)訓(xùn)練平臺的總體架構(gòu)

1.1 需求分析

本文應(yīng)用Unity軟件創(chuàng)建航天分隊?wèi)?zhàn)術(shù)訓(xùn)練平臺，支持多位受訓(xùn)者佩戴虛擬現(xiàn)實設(shè)備協(xié)同開展戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練活動。由于航天分隊?wèi)?zhàn)術(shù)訓(xùn)練科目眾多，本文以航天分隊的“機動偵察情報保障行動”科目為例，分析該戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練平臺的主要需求。

1）平臺界面需求分析

受訓(xùn)者點擊平臺登錄界面進入，登錄界面主要有登錄驗證和注冊，受訓(xùn)者登錄成功后，系統(tǒng)獲取受訓(xùn)者的信息，并提示受訓(xùn)者選擇分隊崗位，然后根據(jù)崗位引導(dǎo)受訓(xùn)者開展訓(xùn)練活動。

2）訓(xùn)練環(huán)境需求分析

組訓(xùn)者作為平臺管理員，可根據(jù)不同訓(xùn)練情景，選擇不同的訓(xùn)練環(huán)境，如沙漠、叢林等，也可根據(jù)訓(xùn)練需要，設(shè)置雷雨、冰雪等極端天氣，以此來考驗受訓(xùn)者隨機應(yīng)變的能力。

3）參訓(xùn)裝備需求分析

以“機動偵察情報保障行動”為例，該戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練科目主要由組織準(zhǔn)備、機動展開、占領(lǐng)機動偵察接收陣地、陣地防護、轉(zhuǎn)移撤離等環(huán)節(jié)組成，每個環(huán)節(jié)的主要需求為：

①組織準(zhǔn)備：系統(tǒng)向受訓(xùn)者發(fā)送機動偵察保障命令，受訓(xùn)者依托平臺迅速開展任務(wù)籌劃，檢查車輛、攜帶運行物資是否完好、齊全。

②機動展開：能夠?qū)崿F(xiàn)受訓(xùn)者按照崗位操縱車輛移動、碰撞檢測，車載物資的裝（卸）載和搬運。

③占領(lǐng)機動偵察接收陣地：受訓(xùn)者能夠根據(jù)地形選擇正確、合理的地域接收陣地，完成各車輛間電纜連接，架設(shè)、撤收天線，數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)狀態(tài)調(diào)試等。

④轉(zhuǎn)移撤離：受訓(xùn)者根據(jù)系統(tǒng)發(fā)布的上級命令和任務(wù)完成情況，有序組織撤離和轉(zhuǎn)移，人員分工明確，裝備物資清點有序。

4）多人在線需求分析

受訓(xùn)者通過網(wǎng)絡(luò)可在不同訓(xùn)練場所登錄平臺，共同開展訓(xùn)練活動，時間同步，系統(tǒng)按照受訓(xùn)者崗位標(biāo)準(zhǔn)，對受訓(xùn)者訓(xùn)練活動進行評分。

1.2 總體設(shè)計

本文的航天分隊?wèi)?zhàn)術(shù)訓(xùn)練平臺采用C/S架構(gòu)模式，客戶端應(yīng)用Unity 2019軟件開發(fā)，主要用于實現(xiàn)虛擬場景的搭建、模型顯示及與服務(wù)器的數(shù)據(jù)交互。服務(wù)器應(yīng)用MySQL+Apache構(gòu)建，主要用于實現(xiàn)受訓(xùn)者管理、協(xié)調(diào)控制及同步控制等功能。兩者之間通過在Unity 2019軟件中的腳本調(diào)用MySQL.Data.dll文件實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，如圖1所示。

圖1 訓(xùn)練平臺總體設(shè)計

1.3 開發(fā)流程

將航天分隊?wèi)?zhàn)術(shù)訓(xùn)練平臺的開發(fā)流程進行總結(jié)歸納，可以依次分為：需求分析、平臺設(shè)計、平臺實現(xiàn)和平臺測試四個步驟，如圖2所示。其中需求分析主要是根據(jù)不同戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練科目的內(nèi)容分析訓(xùn)練全流程的需求；平臺設(shè)計主要是在需求分析的基礎(chǔ)上，收集素材，利用SolidWorks、Unity 2019等軟件開展場景設(shè)計、模型設(shè)計、UI設(shè)計等工作；平臺實現(xiàn)主要是開展模型效果渲染，利用C#編寫動作腳本，利用不同光照類型優(yōu)化場景顯示效果，設(shè)置碰撞檢測，設(shè)計VR輸入設(shè)備與平臺的交互；平臺測試主要是開展平臺的集成調(diào)試，處理和修復(fù)平臺bug，并對平臺代碼、界面、模型做進一步優(yōu)化。

圖2 訓(xùn)練平臺開發(fā)流程

2 分隊?wèi)?zhàn)術(shù)訓(xùn)練平臺的實現(xiàn)

2.1 開發(fā)平臺

本平臺使用Unity 2019和SolidWorks創(chuàng)建三維模型，在Windows 7系統(tǒng)下使用Unity 2019游戲開發(fā)平臺，連接主流交互設(shè)備Oculus Go實現(xiàn)分隊?wèi)?zhàn)術(shù)訓(xùn)練平臺。平臺開發(fā)所需資源如表1所示。

表1 系統(tǒng)開發(fā)平臺

2.2 訓(xùn)練平臺開發(fā)

開發(fā)航天分隊?wèi)?zhàn)術(shù)訓(xùn)練平臺，首先應(yīng)用Unity 2019創(chuàng)建一個新的工程項目，然后將前期收集的素材分類存放到工程目錄下的各文件夾內(nèi)，為平臺開發(fā)做好前期的準(zhǔn)備工作。

2.2.1 登錄界面開發(fā)

登錄場景主要實現(xiàn)受訓(xùn)者輸入賬號、密碼進入訓(xùn)練平臺，新的受訓(xùn)者填寫相關(guān)信息注冊新的賬號以及退出訓(xùn)練平臺等功能。綜合應(yīng)用Unity 2019中的Text、Button、InputField等組件搭建登錄界面，如圖3所示。

圖3 登錄界面

對登錄界面中的登錄、注冊和退出平臺三個按鈕分別新建對應(yīng)的腳本，并一一綁定起來，以登錄按鈕為例，首先在Assets/Scripts目錄下新建一個腳本LoginPanel.cs，將其綁定到登錄按鈕上。為實現(xiàn)登錄功能，LoginPanel.cs腳本添加內(nèi)容如下：

2.2.2 場景搭建

場景搭建主要是應(yīng)用Unity 2019構(gòu)建地形、植被等模型，同時也要根據(jù)訓(xùn)練科目的不同，構(gòu)建邊境作戰(zhàn)、城市作戰(zhàn)、海上作戰(zhàn)等虛擬環(huán)境，使受訓(xùn)者在逼真的訓(xùn)練環(huán)境中進行摔打和磨練。以構(gòu)建地形模型為例，在Unity 2019的訓(xùn)練平臺工程項目，分別應(yīng)用Direction Light和Terrain在工程項目下添加方向性光源和地形，然后應(yīng)用地形設(shè)置工具繪制高山、樹木和湖泊等自然環(huán)境，如圖4所示。

圖4 地形設(shè)置界面

2.2.3 模型搭建

模型搭建主要是應(yīng)用SolidWorks構(gòu)建車輛、裝備等模型，其中一些簡單的零件可直接應(yīng)用SolidWorks中的“零件”文件類型進行設(shè)計，其他較為復(fù)雜的模型，如車輛、器械等，需要采用裝配設(shè)計。本文采用自底向上的裝配方式，即先設(shè)計好全部零件，然后將零件作為部件添加到裝配體中。裝配完成后，還需要對模型的外觀進行處理、渲染和貼圖，使模型更加逼真，如圖5所示。最后是將模型導(dǎo)入到Unity 2019的訓(xùn)練平臺工程項目中。

圖5 車輛模型圖

3 結(jié)語

本文構(gòu)建的航天分隊?wèi)?zhàn)術(shù)訓(xùn)練平臺，借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)，實現(xiàn)了一種航天分隊受訓(xùn)者異地同步開展戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練的新方法。受訓(xùn)者通過該平臺可以協(xié)同開展多項戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練科目，提高分隊整體行動能力，突破訓(xùn)練現(xiàn)實條件限制，顯著降低訓(xùn)練開支。后續(xù)將進一步優(yōu)化平臺設(shè)計，豐富模型庫，以滿足更多航天分隊?wèi)?zhàn)術(shù)訓(xùn)練的需求。