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摘 要：由于传统的装备维修训练方法和手段已不能适应当前装备发展的需要，而利用虚拟维修技术开发的虚拟维修训练系统能很好地解决这一矛盾。本文从虚拟维修技术入手，首先阐述了开发虚拟维修训练系统的意义，而后提出了虚拟维修训练系统应满足的要求和虚拟维修训练系统的组成部分，最后介绍了虚拟维修训练系统涉及的关键技术。
关键词：装备维修；虚拟维修技术；虚拟维修训练系统
中图分类号：TP391.9
装备维修是装备保障的重要组成部分，是装备保持战斗力的关键。当前，装备呈现出集成化高、技术先进和价格昂贵等特点。传统的采用真人修真物的维修训练方法很容易造成装备的人为故障，并且受训人员和用于维修训练装备的数量比例差距也较大，因此这样的训练方法显然已不能满足当前装备维修训练的需要。因此，迫切需要从维修训练的方法和手段上进行创新，开发能够满足装备维修训练需求，符合当前实际的维修训练方法和手段。随着计算机技术的快速发展，基于虚拟维修技术的虚拟维修训练系统可以为我们提供很好的解决办法。虚拟维修训练系统能培养基层部队的装备自主维修训练能力，促进基层部队维修保障能力的快速形成。
1 虚拟维修技术
虚拟维修技术是以计算机技术和虚拟现实技术为基础，通过构建包含装备的虚拟维修场景，为受训人员提供一个虚拟的维修时空，使受训人员能够“修到”装备。这种方法突破了时空的限制，能够真实展现装备的结构和故障排除过程。虚拟维修技术通过模拟维修过程，能测算装备的维修时间、预估装备维修作业的空间、预计装备维修的费用，还能使受训人员熟悉所需维修工具、熟悉装备拆卸顺序。
2 虚拟维修训练系统
虚拟维修训练系统是利用虚拟维修技术创建的装备虚拟维修环境进行训练的系统。在该系统中受训人员能够沉浸在虚拟的环境中，通过外部交互设备对虚拟维修环境中的虚拟装备进行分解、结合和故障排除作业，并记录其维修训练的步骤，最后还能评估维修训练的效果。通过虚拟维修训练系统的模拟训练使受训人员了解装备的构造原理和掌握装备的维修技能，从而实现如同在实装上进行维修训练的效果。针对目前各型复杂武器装备，开发虚拟维修训练系统具有如下重要意义：（1）可以解决受训人员和用于维修训练装备的数量比例悬殊的矛盾；（2）可以排除人为造成的装备故障；（3）可以减少训练费用，缩短训练时间；（4）可以使部队提前形成装备维修能力；（5）可以对受训人员提供维修指导和维修效果反馈。
为达到装备维修训练的目的与要求，虚拟维修训练系统应满足以下要求：（1）尽量真实地反映维修环境和维修过程；（2）能模拟真实装备的功能；（3）能对受训人员作出的维修动作进行反馈；（4）能够指导维修过程；（5）能够优化维修过程；（6）能够对受训人员进行考核。
为达到上述要求，装备虚拟维修训练系统至少应由以下四个部分组成。（1）原理结构。在这个部分，受训人员能够通过视频、音频、文字等手段对装备的原理进行学习。另外该部分还能展示装备的外部结构和透视图；（2）拆装训练。该部分主要训练受训人员对装备分系统或者零部件的正确分解结合，这当中又可以细分为自动的分解结合、带有引导的分解结合和考核性的分解结合；（3）故障排除。该部分要能演示装备常见的故障现象，指导受训人员找到故障原因并排除故障；（4）评估考核。该部分能对受训人员的整个维修过程进行评估，能够记录受训人员的错误操作，并给出正确的指导，从而起到提高和考核受训人员的作用。
3 虚拟维修训练系统涉及的关键技术
3.1 三维模型构建技术。虚拟维修训练系统需要根据真实装备和环境构建三维模型，通过对三维模型进行初始化设置，从而搭建虚拟维修环境和虚拟维修场景，使受训人员能够在逼真的环境下完成维修训练过程。在虚拟维修训练系统中，一般需要维修的三维实体模型都是利用各种建模软件事先构建好的，为了在具体开发虚拟维修训练系统的开发环境中应用，需要将不同格式的三维模型进行格式转换，利用视景驱动软件中的插件导入不同格式的三维模型，从而完成场景构建。但是三维模型构建的精细程度和三维模型的渲染速度是一个矛盾，这就需要在构建三维模型时进行优化，既要保证模型的完整度和精细程度，又能兼顾虚拟场景中三维模型的渲染速度。
3.2 交互技术。虚拟维修环境中的交互任务主要包括目标模型的选择、操纵及控制。这些任务需要通过一定的交互设备来完成。最简单的交互设备就是键盘和鼠标，比如通过鼠标点击完成三维实体模型的选取、运动和释放等操作，通过键盘事件完成一些既定任务的快速演示等。受训人员能够通过交互技术获得虚拟维修训练系统的效果信息，而虚拟维修训练系统也能通过交互技术对维修人员的操作做出响应，完成动作。
3.3 碰撞检测技术。碰撞检测是任何虚拟维修训练系统都必须要解决的重要问题。要想使创建的虚拟环境尽量逼真，就必须要考虑某一零部件三维模型在虚拟场景中移动时与其他三维模型发生碰撞的情况。当碰撞发生时，三维模型之间不能发生互相穿透的现象，只能与真实情况一致，也就是发生碰撞的三维模型应另外选择路径。因此，在开发虚拟维修系统时，需要考虑到每一个可以移动的零部件三维模型的碰撞检测功能，从而使系统更加完善。
3.4 脚本封装技术。目前开发虚拟维修训练系统的软件很多，其中法国达索公司的Virtools是一个应用较为普遍的软件，在Virtools中对三维模型的控制和管理是通过编辑交互动作脚本来完成的。由于系统中零部件的动作有很多相似甚至相同之处，为了提高开发效率，通常我们希望将已编辑好的交互动作脚本能够移植到其他地方。而传统的脚本封装方式导入的新脚本后，很多参数及逻辑连线会出现缺失现象。但是为了保证封装脚本功能一致，我们不得不重新检查涉及的所有行为控制模块组、连线和參数，以恢复脚本模块功能。如果很多个交互控制脚本都需要做这样的修改工作，将会大大降低系统的开发效率。究其原因，变量的快捷方式、行为逻辑连线及参数缺失是由于参数未保存至脚本行为图中所致，因此，封装脚本不但需要构建行为图，还要对行为图做封装处理，也就是对其参数进行封装处理。为了保证行为图中的所有行为控制模块始终有参数指向，保存过程中不会出现缺失现象，应该将参数封装到行为图上，而具体参数的设置封装至行为图的外部，其初始化工作在行为图外部完成，即行为图内部参数只需连接到行为图的参数输入端，不需要设置具体参数，进而完成行为图的封装。这样的封装方式大大提高了虚拟维修训练系统的开发效率。
4 结束语
基于虚拟维修技术开发的虚拟维修训练系统，能生动、形象、直观地展示装备的原理、结构、分解结合步骤和故障排除过程，并能指导维修人员进行训练，使受训人员能够达到在实装上进行维修训练的效果，这是今后装备维修训练发展的趋势。
参考文献：
[1]周栋，霍琳，王美慧.虚拟维修技术研究与应用[J].北京航空航天大学学报，2011（37）：231-236.
[2]谭继帅，郝建平，王松山.装备虚拟维修训练研究与发展综述[J].兵工自动化，2007（26）：105-109.
[3]郝建平.虚拟维修仿真理论与技术[M].北京：国防工业出版社，2008.
作者单位：四川大学 计算机学院，成都 610065；防空兵学院 指挥控制系，郑州 450052；中原工学院 信息商务学院基础部，郑州 450000；郑州电力高等专科学校 电力工程系，郑州 450000
关键词：装备维修；虚拟维修技术；虚拟维修训练系统
中图分类号：TP391.9
装备维修是装备保障的重要组成部分，是装备保持战斗力的关键。当前，装备呈现出集成化高、技术先进和价格昂贵等特点。传统的采用真人修真物的维修训练方法很容易造成装备的人为故障，并且受训人员和用于维修训练装备的数量比例差距也较大，因此这样的训练方法显然已不能满足当前装备维修训练的需要。因此，迫切需要从维修训练的方法和手段上进行创新，开发能够满足装备维修训练需求，符合当前实际的维修训练方法和手段。随着计算机技术的快速发展，基于虚拟维修技术的虚拟维修训练系统可以为我们提供很好的解决办法。虚拟维修训练系统能培养基层部队的装备自主维修训练能力，促进基层部队维修保障能力的快速形成。
1 虚拟维修技术
虚拟维修技术是以计算机技术和虚拟现实技术为基础，通过构建包含装备的虚拟维修场景，为受训人员提供一个虚拟的维修时空，使受训人员能够“修到”装备。这种方法突破了时空的限制，能够真实展现装备的结构和故障排除过程。虚拟维修技术通过模拟维修过程，能测算装备的维修时间、预估装备维修作业的空间、预计装备维修的费用，还能使受训人员熟悉所需维修工具、熟悉装备拆卸顺序。
2 虚拟维修训练系统
虚拟维修训练系统是利用虚拟维修技术创建的装备虚拟维修环境进行训练的系统。在该系统中受训人员能够沉浸在虚拟的环境中，通过外部交互设备对虚拟维修环境中的虚拟装备进行分解、结合和故障排除作业，并记录其维修训练的步骤，最后还能评估维修训练的效果。通过虚拟维修训练系统的模拟训练使受训人员了解装备的构造原理和掌握装备的维修技能，从而实现如同在实装上进行维修训练的效果。针对目前各型复杂武器装备，开发虚拟维修训练系统具有如下重要意义：（1）可以解决受训人员和用于维修训练装备的数量比例悬殊的矛盾；（2）可以排除人为造成的装备故障；（3）可以减少训练费用，缩短训练时间；（4）可以使部队提前形成装备维修能力；（5）可以对受训人员提供维修指导和维修效果反馈。
为达到装备维修训练的目的与要求，虚拟维修训练系统应满足以下要求：（1）尽量真实地反映维修环境和维修过程；（2）能模拟真实装备的功能；（3）能对受训人员作出的维修动作进行反馈；（4）能够指导维修过程；（5）能够优化维修过程；（6）能够对受训人员进行考核。
为达到上述要求，装备虚拟维修训练系统至少应由以下四个部分组成。（1）原理结构。在这个部分，受训人员能够通过视频、音频、文字等手段对装备的原理进行学习。另外该部分还能展示装备的外部结构和透视图；（2）拆装训练。该部分主要训练受训人员对装备分系统或者零部件的正确分解结合，这当中又可以细分为自动的分解结合、带有引导的分解结合和考核性的分解结合；（3）故障排除。该部分要能演示装备常见的故障现象，指导受训人员找到故障原因并排除故障；（4）评估考核。该部分能对受训人员的整个维修过程进行评估，能够记录受训人员的错误操作，并给出正确的指导，从而起到提高和考核受训人员的作用。
3 虚拟维修训练系统涉及的关键技术
3.1 三维模型构建技术。虚拟维修训练系统需要根据真实装备和环境构建三维模型，通过对三维模型进行初始化设置，从而搭建虚拟维修环境和虚拟维修场景，使受训人员能够在逼真的环境下完成维修训练过程。在虚拟维修训练系统中，一般需要维修的三维实体模型都是利用各种建模软件事先构建好的，为了在具体开发虚拟维修训练系统的开发环境中应用，需要将不同格式的三维模型进行格式转换，利用视景驱动软件中的插件导入不同格式的三维模型，从而完成场景构建。但是三维模型构建的精细程度和三维模型的渲染速度是一个矛盾，这就需要在构建三维模型时进行优化，既要保证模型的完整度和精细程度，又能兼顾虚拟场景中三维模型的渲染速度。
3.2 交互技术。虚拟维修环境中的交互任务主要包括目标模型的选择、操纵及控制。这些任务需要通过一定的交互设备来完成。最简单的交互设备就是键盘和鼠标，比如通过鼠标点击完成三维实体模型的选取、运动和释放等操作，通过键盘事件完成一些既定任务的快速演示等。受训人员能够通过交互技术获得虚拟维修训练系统的效果信息，而虚拟维修训练系统也能通过交互技术对维修人员的操作做出响应，完成动作。
3.3 碰撞检测技术。碰撞检测是任何虚拟维修训练系统都必须要解决的重要问题。要想使创建的虚拟环境尽量逼真，就必须要考虑某一零部件三维模型在虚拟场景中移动时与其他三维模型发生碰撞的情况。当碰撞发生时，三维模型之间不能发生互相穿透的现象，只能与真实情况一致，也就是发生碰撞的三维模型应另外选择路径。因此，在开发虚拟维修系统时，需要考虑到每一个可以移动的零部件三维模型的碰撞检测功能，从而使系统更加完善。
3.4 脚本封装技术。目前开发虚拟维修训练系统的软件很多，其中法国达索公司的Virtools是一个应用较为普遍的软件，在Virtools中对三维模型的控制和管理是通过编辑交互动作脚本来完成的。由于系统中零部件的动作有很多相似甚至相同之处，为了提高开发效率，通常我们希望将已编辑好的交互动作脚本能够移植到其他地方。而传统的脚本封装方式导入的新脚本后，很多参数及逻辑连线会出现缺失现象。但是为了保证封装脚本功能一致，我们不得不重新检查涉及的所有行为控制模块组、连线和參数，以恢复脚本模块功能。如果很多个交互控制脚本都需要做这样的修改工作，将会大大降低系统的开发效率。究其原因，变量的快捷方式、行为逻辑连线及参数缺失是由于参数未保存至脚本行为图中所致，因此，封装脚本不但需要构建行为图，还要对行为图做封装处理，也就是对其参数进行封装处理。为了保证行为图中的所有行为控制模块始终有参数指向，保存过程中不会出现缺失现象，应该将参数封装到行为图上，而具体参数的设置封装至行为图的外部，其初始化工作在行为图外部完成，即行为图内部参数只需连接到行为图的参数输入端，不需要设置具体参数，进而完成行为图的封装。这样的封装方式大大提高了虚拟维修训练系统的开发效率。
4 结束语
基于虚拟维修技术开发的虚拟维修训练系统，能生动、形象、直观地展示装备的原理、结构、分解结合步骤和故障排除过程，并能指导维修人员进行训练，使受训人员能够达到在实装上进行维修训练的效果，这是今后装备维修训练发展的趋势。
参考文献：
[1]周栋，霍琳，王美慧.虚拟维修技术研究与应用[J].北京航空航天大学学报，2011（37）：231-236.
[2]谭继帅，郝建平，王松山.装备虚拟维修训练研究与发展综述[J].兵工自动化，2007（26）：105-109.
[3]郝建平.虚拟维修仿真理论与技术[M].北京：国防工业出版社，2008.
作者单位：四川大学 计算机学院，成都 610065；防空兵学院 指挥控制系，郑州 450052；中原工学院 信息商务学院基础部，郑州 450000；郑州电力高等专科学校 电力工程系，郑州 450000