虛擬現(xiàn)實技術(shù)在戰(zhàn)時心理訓(xùn)練系統(tǒng)的應(yīng)用研究

陳永科，芮 杰,2

(1.陸軍軍官學(xué)院， 合肥 230031； 2. 73018部隊， 江蘇 鎮(zhèn)江 212416)

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【基礎(chǔ)理論與應(yīng)用研究】

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在戰(zhàn)時心理訓(xùn)練系統(tǒng)的應(yīng)用研究

陳永科1，芮 杰1,2

(1.陸軍軍官學(xué)院， 合肥 230031； 2. 73018部隊， 江蘇 鎮(zhèn)江 212416)

針對戰(zhàn)時心理訓(xùn)練缺乏實戰(zhàn)化訓(xùn)練環(huán)境的問題，提出將虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入戰(zhàn)時心理訓(xùn)練，總結(jié)了適用于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的5個戰(zhàn)時心理訓(xùn)練課目，對VR戰(zhàn)時心理訓(xùn)練系統(tǒng)進(jìn)行了需求分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計和功能模塊設(shè)計，研究了VR戰(zhàn)時心理訓(xùn)練的組織運(yùn)用，旨在豐富戰(zhàn)時心理訓(xùn)練手段。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)；戰(zhàn)時心理訓(xùn)練；系統(tǒng)應(yīng)用

隨著實戰(zhàn)化訓(xùn)練的深入開展，參戰(zhàn)軍人的戰(zhàn)時心理素質(zhì)和能力愈發(fā)受到軍內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注和重視。劉建新[1]論述了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在心理訓(xùn)練中的應(yīng)用前景。孫鐵強(qiáng)[2]、彭耿[3]等學(xué)者分別從裝甲兵和軍校學(xué)員角度出發(fā)，談到了利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行軍人心理診斷的可行性。此外，汪濤[4]詳細(xì)介紹了美軍將“虛擬伊拉克”[5]和“虛擬阿富汗”[6]系統(tǒng)的應(yīng)用范圍延伸拓展到心理評估領(lǐng)域的情況。

基于以上背景，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)[7-8]引入戰(zhàn)時心理訓(xùn)練，創(chuàng)建實戰(zhàn)化訓(xùn)練環(huán)境，設(shè)置實戰(zhàn)化訓(xùn)練課目，成為提高訓(xùn)練效果的有效途徑，開展基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的戰(zhàn)時心理訓(xùn)練研究具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的戰(zhàn)時心理訓(xùn)練的課目需求

1.1 戰(zhàn)時心理訓(xùn)練的內(nèi)容

從廣義上講，一切可以提高軍人作戰(zhàn)過程中心理素質(zhì)和能力的訓(xùn)練都是戰(zhàn)時心理訓(xùn)練。本文中，戰(zhàn)時心理訓(xùn)練是指在近似實戰(zhàn)的訓(xùn)練環(huán)境中，科學(xué)運(yùn)用心理學(xué)手段，通過理論教育和技能訓(xùn)練等方式，有目的、有計劃地對軍人心理施加刺激和影響，提高軍人遂行作戰(zhàn)任務(wù)所需的心理素質(zhì)和能力的一種訓(xùn)練活動[9]。

戰(zhàn)時心理訓(xùn)練包括6個方面內(nèi)容：一是戰(zhàn)時心理準(zhǔn)備訓(xùn)練，使軍人做好應(yīng)對戰(zhàn)爭的心理準(zhǔn)備；二是戰(zhàn)時心理適應(yīng)力訓(xùn)練，使軍人建立起適應(yīng)新情況的心理結(jié)構(gòu)；三是戰(zhàn)時心理承受力訓(xùn)練，提高軍人心理“抗震”能力；四是戰(zhàn)時心理耐力訓(xùn)練，鍛煉軍人心理耐力和韌力；五是戰(zhàn)時心理恢復(fù)力訓(xùn)練，增強(qiáng)軍人產(chǎn)生疲勞后迅速恢復(fù)的心理彈性能力；六是戰(zhàn)時心理活力訓(xùn)練，確保軍人對特定戰(zhàn)斗條件產(chǎn)生積極反應(yīng)，超水平發(fā)揮[10]。

1.2 適合虛擬現(xiàn)實技術(shù)的戰(zhàn)時心理訓(xùn)練課目

虛擬現(xiàn)實(virtual reality，VR)技術(shù)[11]是指“采用以計算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技，生成逼真的視覺、聽覺、觸覺等一體化的虛擬環(huán)境。用戶借助必要的設(shè)備以自然的方式與虛擬世界中的物體進(jìn)行交互，從而產(chǎn)生親臨真實環(huán)境的感受和體驗”。利用VR技術(shù)可以生成多維動態(tài)的空間環(huán)境，使受訓(xùn)者與其中的“客觀物體”交互作用，產(chǎn)生身臨其境之感。目前，幾乎所有通過實物能夠模擬的戰(zhàn)爭要素，借助VR技術(shù)和相關(guān)設(shè)備器材都可以實現(xiàn)，例如惡劣艱苦的自然條件、復(fù)雜多變的戰(zhàn)場環(huán)境、恐怖壓抑的戰(zhàn)場氛圍、殘酷激烈的戰(zhàn)斗場面等。將VR技術(shù)應(yīng)用于戰(zhàn)時心理訓(xùn)練能夠保證訓(xùn)練的科學(xué)性、增加訓(xùn)練的針對性、豐富訓(xùn)練內(nèi)容、縮減訓(xùn)練開支、便于訓(xùn)練評估。

從理論上講，引入VR技術(shù)能夠顯著改善戰(zhàn)時心理訓(xùn)練效果[12]，但并非適用于所有訓(xùn)練內(nèi)容，尤其是諸如戰(zhàn)時心理耐力訓(xùn)練、指揮員戰(zhàn)時心理訓(xùn)練等課目，還需要通過與體能訓(xùn)練、技能訓(xùn)練以及實兵演習(xí)相結(jié)合的方式進(jìn)行，其訓(xùn)練效果才會更好。參照軍事訓(xùn)練與考核大綱的格式和要素，提出5個適用于VR技術(shù)的戰(zhàn)時心理訓(xùn)練課目，如表1所示。

表1 基于VR的戰(zhàn)時心理訓(xùn)練課目

2 基于VR戰(zhàn)時心理訓(xùn)練的系統(tǒng)設(shè)計

2.1 需求分析

1) 系統(tǒng)功能需求

系統(tǒng)功能需求分析要建立在充分理解和掌握各訓(xùn)練課目和內(nèi)容要求的基礎(chǔ)之上。上述5個訓(xùn)練課目，按照實現(xiàn)方式的不同可以劃分為教育、訓(xùn)練兩個部分，按照訓(xùn)練階段劃分，又涵蓋了個體訓(xùn)練和集體訓(xùn)練兩個層次。此外，由于受訓(xùn)者的基本信息以及訓(xùn)練過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量十分龐大，因而也要求系統(tǒng)能夠?qū)ζ鋵嵤┯行Ч芾?。因此，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備理論教育、虛擬訓(xùn)練和信息管理3大基本功能，同時要區(qū)分個體戰(zhàn)時心理訓(xùn)練和集體戰(zhàn)時心理訓(xùn)練兩個層次。

2) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需求

基于VR的戰(zhàn)時心理訓(xùn)練系統(tǒng)主要由軟件系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)3部分組成。其中，軟件系統(tǒng)包括虛擬戰(zhàn)場建模軟件、環(huán)境生成與處理軟件、三維影像生成軟件、觀測與控制軟件、數(shù)據(jù)分析軟件等；硬件系統(tǒng)主要包括計算機(jī)、操作手柄、鼠標(biāo)、數(shù)據(jù)手套、投影設(shè)備、幕布、頭盔、立體眼鏡等；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要包括用戶數(shù)據(jù)庫、理論教育數(shù)據(jù)庫、虛擬訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫和訓(xùn)練記錄數(shù)據(jù)庫。

3) 系統(tǒng)性能需求

訓(xùn)練系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備出色的逼真性、實時性和擴(kuò)展性。逼真性包括戰(zhàn)場環(huán)境逼真、作戰(zhàn)任務(wù)逼真和心理反饋逼真，力求為受訓(xùn)者提供身臨其境的感官體驗；實時性包括系統(tǒng)漫游實時性、系統(tǒng)響應(yīng)實時性和系統(tǒng)配置實時性，決定了人機(jī)交互品質(zhì)的好壞；擴(kuò)展性包括體系結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展性和虛擬規(guī)模的擴(kuò)展性，能夠大大縮短系統(tǒng)的開發(fā)周期和使用效益。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于VR的戰(zhàn)時心理訓(xùn)練系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。其中，硬件包括高性能計算機(jī)、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。軟件包括安裝在計算機(jī)中的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、應(yīng)用軟件等，如圖1所示。

高性能計算機(jī)是整個系統(tǒng)的運(yùn)行載體，它要在其他硬件設(shè)備和軟件技術(shù)的配合下，生成虛擬戰(zhàn)場環(huán)境并實現(xiàn)訓(xùn)練功能；應(yīng)用軟件主要負(fù)責(zé)連接和集成虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的各個部件，直接影響著系統(tǒng)實時性和自然性。輸入設(shè)備是系統(tǒng)的操作設(shè)備，用來接受來自用戶的信息。受訓(xùn)者通過操作輸入設(shè)備完成虛擬訓(xùn)練的交互任務(wù)。交互信息通過數(shù)據(jù)獲取設(shè)備和運(yùn)動跟蹤設(shè)備的識別，傳遞給計算機(jī)，產(chǎn)生實時反饋信息。輸出設(shè)備是系統(tǒng)的顯示設(shè)備，用來向用戶傳遞信息。由計算機(jī)生成的虛擬戰(zhàn)場環(huán)境和虛擬訓(xùn)練界面，通過視覺、聽覺、觸覺等交互設(shè)備呈現(xiàn)在受訓(xùn)者面前，使受訓(xùn)者全方位體驗戰(zhàn)場環(huán)境。

圖1 虛擬現(xiàn)實戰(zhàn)時心理訓(xùn)練系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2.3 功能模塊設(shè)計

根據(jù)需求和結(jié)構(gòu)，可將VR戰(zhàn)時心理訓(xùn)練系統(tǒng)分為3個子系統(tǒng)，分別是個體戰(zhàn)時心理訓(xùn)練子系統(tǒng)、集體戰(zhàn)時心理訓(xùn)練子系統(tǒng)和訓(xùn)練信息管理子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)內(nèi)又包含若干個功能模塊，如圖2所示。

1) 個體戰(zhàn)時心理訓(xùn)練子系統(tǒng)

個體戰(zhàn)時心理訓(xùn)練子系統(tǒng)的任務(wù)是幫助受訓(xùn)者完成軍人個體的戰(zhàn)時心理訓(xùn)練內(nèi)容，共分為2個 模塊，分別是理論教育模塊和虛擬訓(xùn)練模塊。理論教育模塊的功能主要是通過語音講解、多媒體課件、視頻演示等方式，完成作戰(zhàn)理論教育和心理知識教育的內(nèi)容。虛擬訓(xùn)練模塊的功能主要是通過生成單兵的戰(zhàn)斗環(huán)境、戰(zhàn)斗行動和戰(zhàn)斗困境，使受訓(xùn)者在虛擬戰(zhàn)場環(huán)境的刺激和沖擊下，最終達(dá)到提高各項戰(zhàn)時心理素質(zhì)和能力的目的。

2) 集體戰(zhàn)時心理訓(xùn)練子系統(tǒng)

集體戰(zhàn)時心理訓(xùn)練子系統(tǒng)的作用對象是成建制的軍人集體，如班、排、連等分隊，其功能模塊設(shè)置與個體戰(zhàn)時心理訓(xùn)練子系統(tǒng)基本相同，也包括理論教育模塊和虛擬訓(xùn)練模塊兩個部分。理論教育模塊的功能主要是通過介紹作戰(zhàn)對象、對比敵我情況，幫助受訓(xùn)者集體完成集體戰(zhàn)時心理準(zhǔn)備訓(xùn)練的內(nèi)容。虛擬訓(xùn)練模塊的功能主要是通過生成集體的戰(zhàn)斗環(huán)境、作戰(zhàn)行動和戰(zhàn)斗困境，使受訓(xùn)者集體在極為復(fù)雜殘酷的虛擬戰(zhàn)場環(huán)境的強(qiáng)大刺激和沖擊下，提高受訓(xùn)者集體的戰(zhàn)時心理素質(zhì)和能力。

3) 訓(xùn)練信息管理子系統(tǒng)

訓(xùn)練信息管理子系統(tǒng)由用戶信息管理模塊、訓(xùn)練資源管理模塊和訓(xùn)練記錄管理模塊3部分組成。用戶信息管理模塊的主要功能是對受訓(xùn)人員的用戶編號、用戶名、用戶類別、姓名、出生日期、性別、照片、兵種、專業(yè)、身份、所在單位、照片、聯(lián)系方式等基本信息進(jìn)行查詢和更新。訓(xùn)練資源管理模塊的功能是對戰(zhàn)場環(huán)境模型、作戰(zhàn)任務(wù)模型和戰(zhàn)斗困境模型進(jìn)行有效管理，以便隨時調(diào)用和組合。訓(xùn)練記錄管理模塊主要用于管理理論教育所需的圖片、文字、音頻、視頻等多媒體材料，以及虛擬訓(xùn)練過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)信息。

圖2 虛擬現(xiàn)實戰(zhàn)時心理訓(xùn)練系統(tǒng)功能模塊

3 基于VR戰(zhàn)時心理訓(xùn)練系統(tǒng)的運(yùn)用

3.1 訓(xùn)練實施的流程

系統(tǒng)的運(yùn)用分為訓(xùn)練準(zhǔn)備和訓(xùn)練實施兩部分。訓(xùn)練準(zhǔn)備包括確定研究訓(xùn)練對象、制定訓(xùn)練計劃和配置訓(xùn)練系統(tǒng)。配置訓(xùn)練系統(tǒng)是運(yùn)用的前提和保障，硬件準(zhǔn)備主要是將視覺、聽覺、觸覺等交互設(shè)備以及跟蹤定位設(shè)備按訓(xùn)練需求架設(shè)到位，并通過網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備與高性能計算機(jī)連接起來，構(gòu)建起整個訓(xùn)練系統(tǒng)的硬件構(gòu)架。系統(tǒng)軟件準(zhǔn)備主要是將操作系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件、程序開發(fā)軟件、網(wǎng)絡(luò)軟件、多媒體軟件、3D建模軟件以及其他輔助軟件，按照技術(shù)總體設(shè)計的要求安裝在已配置好的各硬件系中。系統(tǒng)操作流程大致包括用戶注冊和用戶使用兩個環(huán)節(jié)，如圖3所示。

3.2 訓(xùn)練實施的步驟

1) 組訓(xùn)者主導(dǎo)完成訓(xùn)練準(zhǔn)備

組訓(xùn)者首先要清點人數(shù)、整理裝具，并通過觀察、提問、測試等方式，掌握受訓(xùn)者的身體和心理狀態(tài)，剔除不適宜參加訓(xùn)練的人員；然后，宣布當(dāng)次訓(xùn)練的課目、內(nèi)容和訓(xùn)練目的，明確訓(xùn)練編組；第三，提出訓(xùn)練中要注意的事項、系統(tǒng)操作規(guī)程和各項安全規(guī)定；第四，引導(dǎo)受訓(xùn)者進(jìn)入預(yù)定位置，穿戴裝具，做好訓(xùn)練準(zhǔn)備，組織保障人員就位。在這一階段，組訓(xùn)者要發(fā)揮主導(dǎo)作用，嚴(yán)密組織受訓(xùn)者完成訓(xùn)練準(zhǔn)備工作。

2) 受訓(xùn)者自主完成訓(xùn)練內(nèi)容

受訓(xùn)者要按照“先理論教育，后虛擬訓(xùn)練”、“先個體訓(xùn)練，后集體訓(xùn)練”、“先戰(zhàn)斗員訓(xùn)練，后指揮員訓(xùn)練”的順序，依次完成5個訓(xùn)練課目和內(nèi)容。在這一階段，受訓(xùn)者是訓(xùn)練實踐的絕對主體，要通過自我學(xué)習(xí)、自我訓(xùn)練的方式，親身經(jīng)歷戰(zhàn)場上的各種因素和突發(fā)情況對心理的影響。組訓(xùn)者主要發(fā)揮觀察和引導(dǎo)的作用，視情況進(jìn)行干預(yù)和引導(dǎo)，確保訓(xùn)練順利進(jìn)行。

3) 訓(xùn)練講評

訓(xùn)練講評應(yīng)當(dāng)由組訓(xùn)者和受訓(xùn)者共同配合完成。受訓(xùn)者要將訓(xùn)練中發(fā)生的情況和遇到的問題，以及真實的心理感受和體會與其他受訓(xùn)者和組訓(xùn)者一起交流和分享；組訓(xùn)者則要根據(jù)自己看到的訓(xùn)練情況，直言不諱指出受訓(xùn)者存在的問題和不足之處。

圖3 VR戰(zhàn)時心理訓(xùn)練系統(tǒng)運(yùn)用流程

4 結(jié)論

本文在研究VR技術(shù)與戰(zhàn)時心理訓(xùn)練理論的基礎(chǔ)上，總結(jié)了適用于VR技術(shù)的5個戰(zhàn)時心理訓(xùn)練課目，提出VR戰(zhàn)時心理訓(xùn)練系統(tǒng)的概念，并進(jìn)行需求分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計和功能模塊設(shè)計。研究了VR戰(zhàn)時心理訓(xùn)練的組織運(yùn)用，規(guī)范了系統(tǒng)操作流程和組織實施程序，旨在拓展VR技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，豐富和改進(jìn)戰(zhàn)時心理訓(xùn)練手段。后續(xù)還要持續(xù)關(guān)注VR技術(shù)的發(fā)展，深入研究分析訓(xùn)練的實際需求，有針對性地擴(kuò)展和完善系統(tǒng)功能，提高系統(tǒng)實效性和沉浸性，進(jìn)一步研究戰(zhàn)時心理訓(xùn)練效果評估，增加系統(tǒng)的訓(xùn)練評估功能，使受訓(xùn)者有效找出自身存在的問題和不足，促進(jìn)訓(xùn)練效果的提升。

[1] 劉建新，劉旺盛.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在軍事教育訓(xùn)練中的應(yīng)用[M].長春：吉林人民出版社，2006：232-234.

[2] 孫鐵強(qiáng)，顧柏園.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在裝甲兵乘員心理素質(zhì)測評中的應(yīng)用[J].裝甲兵技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2002(3)：26-27.

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(責(zé)任編輯 楊繼森)

Research on Application of Virtual Reality Technology in Wartime Psychological Training System

CHEN Yong-ke1, RUI Jie1,2

(1.Army Officer Academy of PLA, Hefei 230031, China；2. The No.73018thTroop of PLA, Zhenjiang 212416, China)

Due to the lack of combat training environment in wartime psychological training problems, VR technology is introduced into the psychological training. This paper summarizes the 5 wartime psychological training courses for VR technology, and carries on the demand analysis to the psychological training of the VR system in wartime, structure design and function module design and research on VR wartime psychological training organization to use and to enrich the psychological training method.

virtual reality technology; psychological training in wartime; application system

2017-02-28；

2017-03-21

2014年全軍軍事類研究生資助課題(2014JY268)

陳永科(1972—),男,博士,副教授,主要從事軍事訓(xùn)練學(xué)研究；芮杰(1983—)，男，碩士研究生，主要從事軍事訓(xùn)練學(xué)研究。

10.11809/scbgxb2017.06.035

format:CHEN Yong-ke, RUI Jie.Research on Application of Virtual Reality Technology in Wartime Psychological Training System[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(6):161-164.

E25

A

2096-2304(2017)06-0161-04

本文引用格式：陳永科，芮杰.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在戰(zhàn)時心理訓(xùn)練系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].兵器裝備工程學(xué)報，2017(6):161-164.