王殿宇 韩强 张兵 汉田 魏宇坤
（海军航空大学青岛校区航空军械教研室，山东 青岛 266041）
摘 要：为弥补装备实践教学训练中长期存在的某型飞机外挂物管理系统实装数量不足、装备损耗大、教学训练时间有限等难题，本文利用3DSMAX软件构建系统组件模型，利用虚幻4引擎设计制作交互，从而完成了某型飞机外挂物管理系统虚拟训练软件的设计制作；该软件主要具备悬挂武器展示、系统组件展示、虚拟拆卸安装、座舱通电检查、故障设置等功能，并可通过VR手柄和头盔进入VR模式下的虚拟训练，有效克服了装备实践教学中的难题，提升了教学训练效果。
关键词：VR技术，外挂物管理系统，虚拟训练软件
Virtual training software design and teaching application of a certain type of aircraft store management system based on VR technology
Abstract：In order to make up for the long-term problems in the equipment practice teaching and training, such as the lack of actual equipment, large equipment loss and limited teaching and training time, this paper uses 3dsmax software to build the system component model, and uses the illusory 4 engine to design and make interaction, thus completing the design and production of the virtual training software for the external store management system of a certain type of aircraft It has the functions of hanging weapon display, system component display, virtual disassembly and installation, cockpit power on inspection, fault setting and other functions. It can enter VR mode virtual training through VR handle and helmet, which effectively overcomes the difficulties in equipment practice teaching and improves the teaching and training effect.
Key word：VR technology; store management system; virtual training software
中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：2096-2304 (2019) xx-xxxx-x
0 引言
外挂物管理系统是机载武器系统的控制核心，是海军航空兵地勤人员的重要使用与维护对象。但目前海航部队与院校在教学训练中大多依赖实装，但由于实装数量有限，训练时机较少，导致教学训练难以开展、效率低下[1]。
随着科技的不断进步，教学方法手段的不断革新，虚拟现实技术也得到了突飞猛进的发展。利用虚拟现实技术可以有效破解教学实装不足的难题。因此，本文以某型飞机外挂物管理系统为研究对象，在充分研究其结构特点、使用维护方法的基础上，利用3DSMax软件对系统组件进行3D建模，再将模型导入UE4引擎中进行编程设计，VR开发，从而设计出一套功能齐全，交互合理的虚拟训练软件，满足日常教学训练和使用的需求。
1 总体设计方案
某型飞机外挂物管理系统虚拟训练软件通过虚拟仿真技术、三维模型与动画、三维虚拟场景交互等新颖的信息化手段使学员更直观地学习武器系统相关知识。该软件主要具备悬挂武器展示、系统组件展示、虚拟拆卸安装、座舱通电检查、故障设置等功能，并可通过VR手柄和头盔进入VR模式下的虚拟训练。具体结构组成如图1所示。
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图1 系统构架框图
2 三维建模
3DSMax全称3D Studio Max，是一款由Autodesk公司开发专门用于三维建模和渲染软件，是目前应用范围较广的三维建模软件。它的优点主要有易于操作、有非常丰富的相关学习资源、价格低廉、扩展性好、插件齐全、强大的建模功能、具有灯光处理功能和强大的材质编辑器等。
根据某型飞机外挂物管理系统结构特点，其主要组件为机载计算机。按照从外到内，尺寸由大到小的顺序，依次为计算机箱体、外部面板、板卡进行建模。组件模型全部构建后，就可以将所需模型导入到同一个工作空间，通过移动、旋转、放大、缩小等一系列操作变换完成模型最终装配。
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图2 外挂物管理系统组件装配图
3 虚幻4引擎交互设计
虚幻引擎（Unreal Engine 4）中的蓝图可视化系统是一个完整的脚本系统，其理念是使用基于节点的界面从虚幻编辑器中创建元素，通过使用蓝图，设计人员几乎可以创作任何元素的原型，以及实现或修改这些元素。对于程序员来说，我们可以把它理解为一种可视化的高级语言（C#等），它有基本的变量、函数、类型转换，支持继承、多态等。从蓝图的基本形式上讲，蓝图是针对项目需求添加的可视化脚本。通过使用连线把节点、事件、函数及变量连接到一起，这样就可以创建复杂的元素。蓝图通过各种用途的节点构成图来进行工作，这些节点包括针对蓝图每个实例的对象构建、独立的函数、一般的事件，从而实现各种行为及其它功能。
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图3 蓝图系统
例如图3所示为相机移动的蓝图系统。在Pawn蓝图类中创建一个相机，Springarm组件轴映射作为事件被引入到Pawn蓝图类中。使用MoveFor事件并通过AddActorLocalOffest节点来控制蓝图类在X轴方向上的前后移动并通过轴映射数值来控制坐标每帧移动的位置即速度。使用MoveLeft事件并通过AddActorLocalOffest节点来控制蓝图类在Y轴方向上的以每秒2.5的速度左右移动。使用MoveUp事件并通过AddActorWorldOffest节点来控制蓝图类在Z轴方向上的移动，进而实现上下移动的效果。
4 教学应用设计
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图4 教学流程示意图
借助该虚拟训练软件，本文在某专业士官职业技术教育层次《XX保障任务实践》课程中进行基于信息化手段的混合式教学模式改革，将教学流程划分为课前探索、课中实践、课后拓展三大阶段。课前探索旨在夯实学员基础，使学员自学基本知识，完成虚拟拆装练习，提前熟悉基本拆装流程，并让教员了解学习疑问，提前调整教学策略；课中实践旨在使学员形成任务能力，完成任务操作，并锤炼素质；课后拓展旨在让学员回顾任务，巩固提高。
4.1在构造原理教学中的应用
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图5 装备拆装演示示意图
结合虚拟训练软件，构造原理教学可在如下环节展开：装备展示、拆装演示。装备展示：可利用系统提供的装备3D模型，进行某型飞机外挂物管理系统及主要组成部分的演示，指明各组成在装备中的位置；拆装演示：可利用系统提供的模拟操作环境，拆装系统组件，图5为装备某组成部分的结构与拆装演示过程。
4.2在装备操作训练中的应用
结合虚拟维修训练系统，装备操作训练在如下环节展开：操作演示、虚拟操作、训练评估。操作演示：利用虚拟维修训练系统进行装备操作训练内容演示。让参训人员了解装备的战勤操作、维修操作等基本内容，起到“教学引导”的作用[2] [3]。
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图6 VR虚拟训练
VR虚拟训练：参训人员在系统上进行虚拟交互操作，通过多次的虚拟交互式训练，可以熟悉操作的流程，为实装操作做好准备，如图6。训练评估：结合模拟操作情况，运用虚拟训练软件的考核评价功能，可评估参训人员训练水平。将VR虚拟训练软件应用于装备操作训练环节，体现出了“开放式、情景式、交互式”的特征，在很大程度上克服了实装训练中存在的实装不足、装备损耗大、教学训练成本高等突出问题，促进了装备教学训练工作的开展。
5 结语
基于虚拟现实技术开发的某型飞机外挂物管理系统虚拟训练软件，可使受训者在不依托实际装备的情况下进行逼真的教学训练，不但解决了教学训练中装备设备不足、时间难以保证、成本高等突出问题，同时也丰富了教学训练的手段，有效提升了装备实践教学训练效果。本文的研究可为其他装备虚拟训练系统开发提供参考，具有较好的应用价值和借鉴意义。
参考文献:
[1]赵 喜，胡文华．多媒体教学训练系统的开发及应用[J].中国教育信息化，2017（7）：79-81
[2]任永吉,刘晓磊,徐国林.军地联合定向培养直招士官虚拟实践教学研究[J].实验技术与管理,2017(04):106-107.
[3]王鶄，杨倬．基于云课堂的混合式教学模式设计—以华师云课堂为例[J].中国电化教与育，2017，（4）: 85－89.
[4]张佑春，徐涛，朱炼． 高职院校线上线下混合教学模式的探索与实践[J].德师范学院学报( 自然科学版) ，2017，29( 1) : 103－106.
[5]徐军玲，郭颖． 基于云课堂平台的混合式学习在本科经济类课程教学中的应用[J].亚太教育，2016( 10) :100－101.