拓展現(xiàn)實技術介入地形學識圖用圖室內(nèi)模擬訓練研究

一、引言

作為一門基礎課程，地形學兼?zhèn)淅碚撔耘c實踐性[，在信息化、智能化時代背景下[，越發(fā)注重學員野外實踐技能的培養(yǎng)[3。因此，提升現(xiàn)地識圖用圖能力顯得尤為重要。但受一定條件制約，難以將現(xiàn)地教學、考核貫穿于授課的全過程。

在虛擬技術、5G技術的支持下，借助拓展現(xiàn)實技術打造的虛擬化場景已經(jīng)應用于建筑設計、航空航天、工業(yè)、醫(yī)學、娛樂等領域4，尤其是在教育教學方面。王芳等5將虛擬現(xiàn)實技術應用于高職院校實訓教學，輔助學生進行實訓技能的鞏固訓練，以期有效提高實訓教學效果。黃日峰探討了虛擬現(xiàn)實技術在體育教學中理論教學、實踐教學的應用，以解決當前教學中存在的問題。學者們在關注教學的同時，在思政教育方面也同樣開展了研究。王少等研究虛擬現(xiàn)實技術賦能思想政治教育，致力于構建教學、社會、勞動三位一體的思政實踐育人體系。

根據(jù)以往的教學經(jīng)驗判斷，多數(shù)學員專注于理論學習，致力筑牢理論基礎。但在陌生環(huán)境下，其識圖、用圖能力的發(fā)揮受限，且缺乏野外實踐經(jīng)驗，這在一定程度上影響了地形學現(xiàn)地識圖用圖的教學效果。此外，傳統(tǒng)現(xiàn)地教學及考核受天氣、交通、場地、設備等條件限制，很大程度上影響了識圖用圖野外實踐教學的進程與成效。因此，在進行現(xiàn)地教學和考核之前，如何讓學員在未前往現(xiàn)地的情況下，了解現(xiàn)地識圖用圖的實踐考核方式，并熟悉教學考核流程，已經(jīng)成為當前院校必須思考的問題。

基于此，本研究深入剖析基于XR技術的室內(nèi)識圖用圖模擬訓練中的應用策略和方法，以期為虛擬化模擬訓練和現(xiàn)地教學、考核實踐提供有益參考和借鑒

二、拓展現(xiàn)實技術簡介

拓展現(xiàn)實技術（ExtendedReality，XR）通過計算機生成虛擬影像和音頻效果，架起了連接虛擬世界和現(xiàn)實世界的“橋梁”，以“沉浸、交互、設想”的特點，為傳統(tǒng)現(xiàn)地教學模式注人新的活力。為保證虛擬場景構建和交互應用的順利實現(xiàn)，XR技術通過顯示屏、頭戴式顯示器、感應器等硬件設備，與虛擬世界無縫結合，帶來豐富的視覺和感官體驗。隨著智能技術的進步，虛擬化場景的渲染生成向精細化靠攏。同時，圍繞XR技術衍生出更多樣、豐富的交互方式。

（一）無人機遙感

地形學傳統(tǒng)的現(xiàn)地教學、考核過程往往在小尺度區(qū)域內(nèi)進行，對虛擬場景影像分辨率要求較高。常規(guī)地形圖比例尺小、更新周期長，導致其具有一定的概略性和滯后性，因此，現(xiàn)有資料難以滿足室內(nèi)識圖用圖模擬訓練對高精度虛擬場景的需求。隨著低空遙感技術的發(fā)展，無人機（UnmannedAerialVehicle，UAV）航拍影像地面分辨率可達厘米級，為地形學室內(nèi)模擬訓練的高精度虛擬場景生成提供了可能。大疆（DJI）在無人機領域內(nèi)具有代表性，生產(chǎn)的精靈4多光譜版（Phantom4Multispectral，P4M）和精靈4RTK版（Phantom4RealTimeKinematic，P4RTK）無人機，憑借卓越的空間和時間分辨率，廣泛應用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、測繪、生態(tài)監(jiān)測及城市規(guī)劃等領域。使用P4M與P4RTK無人機采集小尺度目標區(qū)域的影像，通過內(nèi)業(yè)處理，可以獲得現(xiàn)地地形高程信息。利用XR技術，無人機航拍的現(xiàn)地高分辨率影像被虛擬化，為學員提供精細且多樣化的視覺體驗。

（二）虛擬現(xiàn)實跑步機

傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實技術局限于“視、聽”，往往會忽略“動”這一重要因素。隨著智能化發(fā)展，對行走、跑步、跳躍等動作的技術壁壘已逐漸被打破[o]。XR 技術整合視覺、聽覺、動作，讓學員在虛擬環(huán)境中體驗高度逼真的現(xiàn)實感，模糊了虛擬與現(xiàn)實的界限。

市場現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實跑步機種類繁多，如KATVR公司的KATWalkminiS、Virtuix公司的VirtuixOmin等跑步機均可以實現(xiàn)虛擬場景下的動作同步。虛擬現(xiàn)實跑步機主要由兩部分組成：底盤的表面為凹陷圓形曲面，并附有細小凹槽的光滑跑道；上方是一個可調(diào)節(jié)支架，通過支撐綁帶來保證學員平衡。學員可以在虛擬現(xiàn)實跑步機上自如地進行全方位步行、跑步及跳躍，輕松沉浸于虛擬環(huán)境中的識圖用圖模擬訓練，享受其中的樂趣。

三、拓展現(xiàn)實技術嵌入識圖用圖室內(nèi)模擬訓練的應用優(yōu)勢

（一）識圖用圖現(xiàn)地考核

目前，現(xiàn)地教學、訓練考核內(nèi)容更加具體化，考查學員的識圖用圖能力，表現(xiàn)出一定難度。面對復雜地形，學員需獨立運用常規(guī)地形圖規(guī)劃行進路線，并在限定時間內(nèi)，逐一判定布設點。教員則根據(jù)學員的實際表現(xiàn)，遵循既定評分標準，給出最終考核成績。

基于傳統(tǒng)現(xiàn)地教學和考核方法，在缺乏多次適應性訓練的前提下，學員可能會遇到自我迷茫、天氣、交通、設備等主客觀問題。因此，在進行現(xiàn)地教學和考核之前，學員有必要在室內(nèi)進行識圖用圖的適應性模擬訓練，以便更快地適應野外實踐和考核。

（二）室內(nèi)識圖用圖適應性模擬訓練的優(yōu)勢

利用XR技術進行室內(nèi)識圖用圖適應性模擬訓練，能夠發(fā)揮其顯著的優(yōu)勢和巨大潛力。在虛擬環(huán)境中，學員可以沉浸式地體驗和互動，為現(xiàn)地教學和考核前的室內(nèi)識圖用圖模擬訓練帶來全新的視角和可能性。具體來說，XR技術在室內(nèi)識圖用圖模擬訓練中的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下三個方面。

1.直觀性與沉浸感

基于P4M和P4RTK無人機航拍影像數(shù)據(jù)，經(jīng)過高精度圖像渲染和三維立體生成顯示，能夠創(chuàng)造出近乎真實的現(xiàn)地地形環(huán)境，讓學員仿佛置身于真實場景。利用硬件設備進行沉浸式模擬訓練，可以加深學員對現(xiàn)地地形特征的認識與理解。

2.靈活性與互動性

基于XR技術構造的識圖用圖模擬訓練環(huán)境，允許學員根據(jù)自身學習需求自由探索現(xiàn)地地形，可以通過交互操作調(diào)整視角、縮放比例等，從而實現(xiàn)個性化識圖用圖訓練體驗。同時，識圖用圖模擬訓練環(huán)境支持多人在線協(xié)作，教員通過顯示屏實時觀察并給予輔導，有效解決師生比例失衡而導致的指導不及時等個性化難題。通過此種識圖用圖訓練模式，促進教員與學員之間的互動與交流。

3.教學資源的豐富性

基于XR技術，獲取和更新識圖用圖模擬訓練資源變得更加便捷，實現(xiàn)資源的共享和優(yōu)化配置。通過改進教學方式，能夠有效提升室內(nèi)識圖用圖模擬訓練的效果和質(zhì)量，為在信息化、智能化背景下培養(yǎng)高素質(zhì)的識圖用圖人才提供有力支持。

四、拓展現(xiàn)實技術在識圖用圖室內(nèi)模擬訓練的實踐運用

得益于XR技術開展室內(nèi)識圖用圖適應性模擬訓練的優(yōu)勢，開展XR技術嵌人識圖用圖室內(nèi)模擬訓練的實踐進路，可以高質(zhì)量完成立德樹人、為戰(zhàn)育人的時代使命。

（一）識圖用圖模擬訓練應用預設方案

結合現(xiàn)有技術條件和教學安排，對下一步室內(nèi)識圖用圖模擬訓練應用方案進行預設。

1.課前準備與導學階段

教員下發(fā)模擬訓練規(guī)范手冊、設備使用手冊等學習資源，并要求學員提前熟悉規(guī)章制度和硬件設備的使用方式。為了確保學員能夠有效地掌握室內(nèi)識圖用圖技能，教員布置模擬訓練任務，并通過網(wǎng)上問卷、線下交流等方式，定時定量地了解學員的預習情況。

2.課中活動與訓練階段

學員在虛擬環(huán)境中進行室內(nèi)模擬訓練，完成規(guī)定的路線行進和定點打卡任務；任課教員在學員訓練過程中及時解答疑問，并根據(jù)學員訓練的完成效果情況給予指導和講評；同時，為每位學員建立學習檔案卡，將易混淆、常出錯的知識點進行重點講解。

3.課后反思與總結階段

學員通過室內(nèi)識圖用圖模擬訓練，會對現(xiàn)地教學、考核形成初步認識，并通過課后總結，反思訓練過程中遇到的問題，為后續(xù)的識圖用圖現(xiàn)地考核做好準備。教員則可以通過分析學習檔案卡數(shù)據(jù)，結合學員在模擬訓練中的表現(xiàn)，對學員進行個性化輔導，以提高其識圖用圖能力。

（二）識圖用圖模擬訓練應用

1.技術優(yōu)化與升級

隨著XR技術的不斷進步，持續(xù)優(yōu)化室內(nèi)模擬訓練軟硬件功能性能，可以提升學員的訓練體驗和在現(xiàn)地考核中的實際效果，是未來研究的重點。同時，學校要以創(chuàng)新科技為引領，滿足學員的訓練需求，對室內(nèi)模擬訓練軟硬件進行周期化迭代升級。

2.訓練內(nèi)容與教學方法的創(chuàng)新

以學員為中心，如何利用XR技術的特點，進一步創(chuàng)新虛擬環(huán)境下的訓練內(nèi)容和教學方法，更好地滿足學員未來崗位的實際需求和發(fā)展規(guī)律，也是需要深入探索的問題。根據(jù)現(xiàn)實情況，學?？梢灾贫ㄒ惶卓陀^的評價標準，更好地量化學員訓練的目標達成度。

3.教學效果的長效評估

基于學員的現(xiàn)地考核表現(xiàn)，學校應構建一個更加科學、全面的室內(nèi)模擬訓練效果長效評估體系，實現(xiàn)對學員訓練成果的持續(xù)跟蹤與評估，從而驗證基于XR技術的室內(nèi)識圖用圖模擬訓練的持續(xù)教育價值。

五、總結與展望

基于XR技術生成的室內(nèi)識圖用圖模擬訓練虛擬環(huán)境，能夠為學員提供沉浸式、高度仿真的模擬訓練環(huán)境。在現(xiàn)地教學、考核前，學員可以有針對進行適應性模擬訓練，在室內(nèi)虛擬環(huán)境中完成復雜多變的任務，從而顯著提升實踐操作能力和應急反應速度。

對于要求實踐性強的相似基礎課程，可以嘗試通過XR技術拓展室內(nèi)教學訓練方式，打破傳統(tǒng)課堂限制，帶來更加豐富多樣的學習互動體驗。學員不再局限于書本知識和課堂講解，而是能夠親身參與模擬訓練實踐，通過實際操作深化對知識的理解和應用。此學習方式能夠激發(fā)學員的學習興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，并提升信息化、智能化背景下的技能運用能力。

六、結束語

拓展現(xiàn)實技術在識圖用圖室內(nèi)模擬訓練中的應用，為教員提供了更多教學工具和策略，使課堂更加生動、高效且富有成效。通過技術優(yōu)化與升級、訓練內(nèi)容與教學方法的創(chuàng)新以及教學效果的長效評估等策略，教員能夠更好地激發(fā)學員的學習興趣，提升學員的識圖用圖能力。未來，隨著XR技術的進一步發(fā)展，教員應積極探索其在教學中的創(chuàng)新應用，充分發(fā)揮XR技術的優(yōu)勢，推動教育領域的改革與優(yōu)化。同時，教員也需注意避免過度依賴技術，始終將學員的核心素養(yǎng)培養(yǎng)放在首位，實現(xiàn)技術與教育的深度融合，為學員的學習奠定更加堅實的基礎。

作者單位：王寧金復鑫王承志 陸軍航空兵學院

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