VR技術(shù)在培訓(xùn)中的應(yīng)用研究

摘 要：傳統(tǒng)培訓(xùn)多運(yùn)用文字、語(yǔ)音、視頻等手段以及黑板、投影儀、電子白板等工具來(lái)輔助教學(xué)，教師通過(guò)反復(fù)多次教學(xué)來(lái)實(shí)現(xiàn)學(xué)員對(duì)知識(shí)點(diǎn)、操作點(diǎn)的記憶和掌握，效果不算很好。VR技術(shù)的引入，使得實(shí)時(shí)互動(dòng)、主動(dòng)學(xué)習(xí)、有效學(xué)習(xí)變成了可能。培訓(xùn)手段的提高，對(duì)培訓(xùn)的方法論有著新的要求。文章通過(guò)空調(diào)衛(wèi)生檢測(cè)培訓(xùn)為例，闡述了VR技術(shù)在培訓(xùn)中應(yīng)用需關(guān)注問(wèn)題及解決的方法論。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；空調(diào)衛(wèi)生；培訓(xùn)

序言

通過(guò)我們實(shí)際調(diào)研，現(xiàn)在的培訓(xùn)主要采取講PPT、讀規(guī)范講義、播放視頻、面對(duì)面授課等方式來(lái)實(shí)行，還停留在傳統(tǒng)培訓(xùn)的階段。傳統(tǒng)培訓(xùn)的特點(diǎn)是：（1）教學(xué)手段比較老舊，以黑板、幻燈片、投影儀等為主，近年來(lái)部分發(fā)達(dá)地區(qū)開(kāi)始引入電子白板；（2）表現(xiàn)方式比較缺乏，主要是文字、語(yǔ)音、動(dòng)畫(huà)、視頻等方式；（3）缺少互動(dòng)和主動(dòng)性，一般都是老師對(duì)學(xué)員單向授課，由于文化、個(gè)性、意識(shí)和習(xí)慣等諸多原因，國(guó)內(nèi)學(xué)員一般性都缺少全過(guò)程的主動(dòng)性參與和互動(dòng)；（4）培訓(xùn)場(chǎng)所和培訓(xùn)內(nèi)容不匹配，培訓(xùn)場(chǎng)所一般是教室或者會(huì)議室，布置是按照一般教室和會(huì)議室的規(guī)格，和具體培訓(xùn)內(nèi)容無(wú)關(guān)，學(xué)員難以進(jìn)入培訓(xùn)角色、狀態(tài)和內(nèi)容。VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)的引進(jìn)，引入了仿真性場(chǎng)景，綜合了文字、語(yǔ)音、動(dòng)畫(huà)、視頻及互動(dòng)等多種方式，使得學(xué)員的主動(dòng)參與和互動(dòng)有了可能，讓培訓(xùn)變得更真實(shí)、更有趣，更有效，同時(shí)也提出了一些新的問(wèn)題。

1 VR技術(shù)及培訓(xùn)平臺(tái)的介紹

VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)是一種計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，通過(guò)感知終端，將用戶的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)以及未來(lái)的多感官感知引入到仿真的環(huán)境中，從而對(duì)仿真環(huán)境有種存在感的體驗(yàn)；通過(guò)交互終端，將用戶的頭部轉(zhuǎn)動(dòng)、眼睛、手勢(shì)以及其他人體行為動(dòng)作引入到仿真環(huán)境中，因此對(duì)仿真環(huán)境有種自主參與和互動(dòng)感的體驗(yàn)。

認(rèn)知行為理論[1]認(rèn)為，認(rèn)知相比于情緒和行為，起到中介與協(xié)調(diào)的作用，三者之中，認(rèn)知解讀行為，然后影響個(gè)體決定。影響認(rèn)知本身的主要是自動(dòng)化思考機(jī)制：長(zhǎng)期積累形成的固定思考和行為模式。VR培訓(xùn)正是通過(guò)模擬設(shè)置真實(shí)性事件場(chǎng)景，通過(guò)問(wèn)題界定、目標(biāo)制定、策略評(píng)估，來(lái)引導(dǎo)用戶相信培訓(xùn)行為及引出的思考、認(rèn)識(shí)是理性的，情緒是正常的。通過(guò)修正認(rèn)知，來(lái)達(dá)到和固化培訓(xùn)效果。

因此，VR培訓(xùn)平臺(tái)整體設(shè)計(jì)如圖1。

其中，模式設(shè)計(jì)，聚焦于為實(shí)現(xiàn)培訓(xùn)目標(biāo)，如何選擇改變用戶的認(rèn)知方式。場(chǎng)景設(shè)計(jì)，是模式設(shè)計(jì)完成后，構(gòu)建仿真性的環(huán)境，以用戶在培訓(xùn)目標(biāo)仿真環(huán)境中的真實(shí)存在感為主要考慮?；?dòng)設(shè)計(jì)，是模式設(shè)計(jì)和場(chǎng)景設(shè)計(jì)都完成后，進(jìn)行實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景中培訓(xùn)目標(biāo)所要求的各種行為設(shè)計(jì)。軟硬件設(shè)計(jì)，是完成前面三種設(shè)計(jì)之后，進(jìn)行硬件選擇、引擎選擇、軟件設(shè)計(jì)和優(yōu)化，形成完整性的VR培訓(xùn)平臺(tái)。

2 VR培訓(xùn)面臨的問(wèn)題及解決的方法論

VR培訓(xùn)目前面臨的問(wèn)題，既包括傳統(tǒng)培訓(xùn)存在的問(wèn)題，也包括VR技術(shù)本身面臨的局限。

（1）傳統(tǒng)培訓(xùn)以解釋規(guī)則文字為主，輔助圖片、視頻，學(xué)員除了系統(tǒng)性過(guò)一遍、選擇性接受之外，整體性印象并不深。如果不是學(xué)員急需解決的問(wèn)題，學(xué)員甚至都沒(méi)有切身的感受。VR培訓(xùn)需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)，以解決傳統(tǒng)培訓(xùn)問(wèn)題。另外，由于佩戴頭顯，用戶無(wú)法看到外部環(huán)境，因此VR培訓(xùn)本身與傳統(tǒng)培訓(xùn)有著本質(zhì)上的不同。

（2）VR技術(shù)本身目前還存在一些不足，比如現(xiàn)在最先進(jìn)的HTC vive和Oculus Rift都需要線纜連接到電腦，限制了用戶活動(dòng)范圍；由于用戶活動(dòng)受限，仿真環(huán)境中的移動(dòng)和真實(shí)環(huán)境中的移動(dòng)不能保持完全一致，在設(shè)計(jì)中需要替代方法；除非佩戴特殊笨重裝置，用戶的手部動(dòng)作、全身性活動(dòng)還不能完整模擬；輸入手段方面的成熟解決方案還比較缺乏，需要行業(yè)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)性開(kāi)發(fā)；攝像機(jī)鏡頭的移動(dòng)，帶來(lái)不同焦點(diǎn)，移動(dòng)過(guò)快或者變化不當(dāng)，容易讓用戶不適，在交互設(shè)計(jì)上需要關(guān)注。

針對(duì)以上存在的問(wèn)題，我們提出VR培訓(xùn)解決思路及方法論。

首先，VR培訓(xùn)既要以培訓(xùn)目標(biāo)和內(nèi)容為根本，又要結(jié)合VR設(shè)備的特點(diǎn)，來(lái)進(jìn)行頂層模式設(shè)計(jì)，從而給用戶帶來(lái)的真實(shí)有效互動(dòng)感受，通過(guò)充分利用真實(shí)互動(dòng)感受，來(lái)加深用戶培訓(xùn)的印象。有研究[2]提出：根據(jù)體驗(yàn)性學(xué)習(xí)過(guò)程特點(diǎn)，考慮學(xué)員的自主認(rèn)知規(guī)律，將培訓(xùn)過(guò)程劃分為任務(wù)界定和選擇、學(xué)習(xí)計(jì)劃設(shè)定、仿真操作體驗(yàn)和學(xué)習(xí)結(jié)果評(píng)價(jià)四個(gè)環(huán)節(jié)。該模型可以引導(dǎo)學(xué)員有效地進(jìn)行培訓(xùn)學(xué)習(xí)。在實(shí)踐中，我們?cè)陧攲蛹軜?gòu)上面摸索出一套VR培訓(xùn)方法，那就是“教-學(xué)-練-測(cè)”一體化的過(guò)程方法。詳細(xì)來(lái)說(shuō)：教就是老師講練，學(xué)員看聽(tīng)；學(xué)，就是老師練，學(xué)員跟練；練，就是任務(wù)提示，學(xué)員練；測(cè)就是，學(xué)員測(cè)試?！敖?學(xué)-練-測(cè)”以認(rèn)知行為理論為基礎(chǔ)，通過(guò)重復(fù)學(xué)員的學(xué)習(xí)和操作，一體化四階段的反復(fù)強(qiáng)化，使學(xué)員將培訓(xùn)目標(biāo)、要解決的問(wèn)題直接與過(guò)程思考、操作實(shí)踐緊密掛鉤，從而形成“行為——認(rèn)知——情緒——行為”的正向引導(dǎo)，達(dá)到良好培訓(xùn)效果。

其次，為達(dá)到對(duì)具體知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)效果的強(qiáng)化，我們總結(jié)出以任務(wù)為導(dǎo)向的知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)方法，以及包括場(chǎng)景溫度、多媒體交互等手段。具體來(lái)說(shuō)，參考娛樂(lè)游戲等關(guān)卡設(shè)計(jì)的方法，我們?cè)诰唧w知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)上以任務(wù)為導(dǎo)向，通過(guò)任務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、獎(jiǎng)懲系統(tǒng)設(shè)計(jì)、排名系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提升學(xué)員的參與感和主動(dòng)性；通過(guò)設(shè)計(jì)人性化場(chǎng)景，引導(dǎo)學(xué)員自然進(jìn)入場(chǎng)景，完成任務(wù)，在仿真環(huán)境中以愉悅心態(tài)來(lái)完成整體學(xué)習(xí)考核過(guò)程；通過(guò)引入語(yǔ)音、圖像等新技術(shù)，讓學(xué)員能以自然的交互方式來(lái)進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。

最后，充分利用現(xiàn)有軟硬件，通過(guò)展示新技術(shù)優(yōu)勢(shì)，回避新技術(shù)不足，來(lái)構(gòu)建學(xué)員完整性的真實(shí)體驗(yàn)。具體來(lái)說(shuō)，通過(guò)內(nèi)容策劃、引入移動(dòng)物體視角等方式，避免在仿真環(huán)境中的攀爬、跑動(dòng)、跳躍等行為，減少在仿真環(huán)境中的行走；通過(guò)輸入、攝像機(jī)等優(yōu)化，來(lái)簡(jiǎn)化用戶交互，提高用戶交互的有效及習(xí)慣性，充分利用現(xiàn)有成熟的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等方式，減少觸覺(jué)方式，避免其他不成熟的交互方式。

3 舉例：空調(diào)衛(wèi)生檢測(cè)培訓(xùn)

3.1 培訓(xùn)背景

隨著城市改造和建設(shè)的發(fā)展，集中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)在公共建筑中得到廣泛使用。由于公共建筑內(nèi)人員密集，建筑相對(duì)密閉，室內(nèi)空氣品質(zhì)在很大程度上依賴于集中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)，一旦集中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)本身受到污染后污染物得不到及時(shí)清除，就會(huì)成為污染源，加劇室內(nèi)空氣品質(zhì)的惡化。與室內(nèi)空氣不良存在密切關(guān)聯(lián)的“亞健康”、“不良建筑綜合癥”不時(shí)困擾著長(zhǎng)時(shí)間在公共建筑內(nèi)活動(dòng)、工作的人群。

為此國(guó)家出臺(tái)相關(guān)規(guī)定，要求進(jìn)行集中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)衛(wèi)生檢測(cè)。因?yàn)榭照{(diào)衛(wèi)生檢測(cè)分布在全區(qū)域各種樓宇實(shí)體，因此集中培訓(xùn)成為必要。目前培訓(xùn)主要是講PPT和播放視頻的方式，效果不佳，引入VR培訓(xùn)，重在提高培訓(xùn)效果和效率。

3.2 培訓(xùn)目標(biāo)

培訓(xùn)主要是參照國(guó)家和地方的相關(guān)法規(guī)（如表1），以及空調(diào)衛(wèi)生檢測(cè)操作的專(zhuān)業(yè)規(guī)定（如圖2）。這里不詳細(xì)展開(kāi)。

風(fēng)管積塵采集及微生物擦拭如圖2。

3.3 培訓(xùn)模式

按照“教-學(xué)-練-測(cè)”方法整理如下表2。

通過(guò)“教-學(xué)-練-測(cè)”的反復(fù)強(qiáng)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)容上許可、監(jiān)督等知識(shí)點(diǎn)的理解、掌握和靈活應(yīng)用。

3.4 場(chǎng)景及互動(dòng)模式

以學(xué)為例，整理場(chǎng)景模塊，以任務(wù)為導(dǎo)向，細(xì)化知識(shí)點(diǎn)及交互操作。如表3。

模仿真實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行還原，設(shè)計(jì)擬人化場(chǎng)景示意圖如圖3：

互動(dòng)方面，引入語(yǔ)音識(shí)別，引導(dǎo)學(xué)員根據(jù)內(nèi)容任務(wù)通過(guò)自然語(yǔ)言進(jìn)行人機(jī)交互；引入圖像識(shí)別身份，學(xué)員根據(jù)自身情況多次登陸學(xué)習(xí)測(cè)試；設(shè)計(jì)獎(jiǎng)懲、排名，方便學(xué)員橫向比較找差距，縱向比照看成長(zhǎng)。

3.5軟硬件選擇

由于空調(diào)衛(wèi)生檢測(cè)的空間要求不大，細(xì)節(jié)精確度操作要求較高，我們選用性能表現(xiàn)優(yōu)異的HTC vive及配套電腦硬件系統(tǒng)，采用UE4為引擎構(gòu)建精細(xì)化場(chǎng)景，搭建空調(diào)衛(wèi)生檢測(cè)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。充分利用硬件的優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)化視覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)，有效利用手柄，動(dòng)作操作上以一個(gè)交互操作對(duì)應(yīng)一次手柄使用。另配置語(yǔ)音識(shí)別裝置，通過(guò)語(yǔ)音引導(dǎo)和互動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)主要培訓(xùn)內(nèi)容。場(chǎng)景切換采用關(guān)卡設(shè)計(jì)模式，避免移動(dòng)上的不適。

3.6 實(shí)踐效果

本系統(tǒng)對(duì)傳統(tǒng)培訓(xùn)模式是一種升級(jí)，獲得有關(guān)單位的認(rèn)可，落實(shí)到全區(qū)域50多個(gè)隊(duì)伍的培訓(xùn)中。通過(guò)本系統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)，培訓(xùn)時(shí)間縮短到傳統(tǒng)培訓(xùn)的20%以內(nèi)， 學(xué)員滿意度達(dá)到95%。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文闡述了VR技術(shù)在培訓(xùn)中面臨的新問(wèn)題及解決思路，以空調(diào)衛(wèi)生檢測(cè)培訓(xùn)為例，闡述了具體問(wèn)題和解決過(guò)程。本文提出的“教-學(xué)-練-測(cè)”一體化方案、任務(wù)導(dǎo)向的知識(shí)點(diǎn)培訓(xùn)方法、場(chǎng)景溫度設(shè)計(jì)、多媒體互動(dòng)，也適用于各種類(lèi)型的VR培訓(xùn)。

參考文獻(xiàn)

[1]蔡曙山，江銘虎.人類(lèi)的心智與認(rèn)知：當(dāng)代認(rèn)知科學(xué)重大理論與應(yīng)用研究[M].人民出版社，2016，1.

[2]喬卉.面向電力培訓(xùn)的虛擬仿真理論及應(yīng)用[D].武漢大學(xué)，2012.

作者簡(jiǎn)介：高杲（1980-），男，博士，高級(jí)工程師，畢業(yè)于上海交通大學(xué)，主要研究方向：虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、人工智能。