沉浸式3D 虛擬仿真實訓在公安教育中的應(yīng)用

張 寧，王 娟，張雙獅，張 鵬

（中國人民警察大學 智慧警務(wù)學院，河北 廊坊 065000）

以信息技術(shù)為核心的高新技術(shù)迅猛發(fā)展并不斷與公安高等院校教育訓練深度融合，逐步拉開了公安院校傳統(tǒng)教學訓練模式向信息技術(shù)支撐的警務(wù)教學訓練模式轉(zhuǎn)變的大幕。在這其中，沉浸式3D 虛擬仿真實訓成為風口浪尖的“弄潮兒”。本文以當前國內(nèi)外警務(wù)領(lǐng)域 3D 虛擬仿真實訓現(xiàn)實狀況為基礎(chǔ)，從基本概念認知、3D 虛擬仿真實訓的價值內(nèi)涵，以及3D 虛擬仿真實訓的組織實施形式等對3D 虛擬仿真實訓在公安高等教育中的應(yīng)用進行分析、研究和展望。

一、沉浸式3D 虛擬仿真實訓的基本認知

20 世紀80 年代末至90 年代初，外國軍警設(shè)想利用商業(yè)電腦游戲軟件實施模擬訓練并付諸實踐，由此，沉浸式警務(wù)虛擬仿真實訓作為模擬訓練的一種新形式開始興起和發(fā)展。但是，商業(yè)電腦游戲固有的休閑娛樂功能導致人們對沉浸式警務(wù)虛擬仿真實訓始終心存偏見。為此，有必要首先對其基本概念、本質(zhì)特征等理論問題進行探討，以期形成較為全面和客觀的觀點，并為后續(xù)研究框定語境。

沉浸式3D 虛擬仿真實訓源自電腦3D 游戲在警務(wù)教育訓練領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用。追根溯源，對于沉浸式3D 虛擬仿真實訓的認識需按電腦游戲—嚴肅游戲—沉浸式3D 虛擬仿真實訓的順序逐步展開。

在人類漫長的進化歷史中，游戲一直與人類相伴相隨。人類游戲的歷史幾乎和人類的進化史等長。最初它來源于動物游戲，而后在人類自身的發(fā)展歷程中，跟隨技術(shù)形態(tài)、社會形態(tài)、文明形態(tài)的變遷而不斷演繹和進化，成為反映人類存在狀態(tài)的一種重要形式。游戲的本質(zhì)可能固化，但游戲的形式一定會隨著社會和技術(shù)的變化而變化。信息時代的數(shù)字化、比特化在游戲世界引發(fā)的革命再一次驗證了這一道理。1946 年世界上第一臺電子計算機在美國問世,可能彼時人們尚未認識到這個龐然大物將產(chǎn)生的巨大影響，但在1962 年，一個名為“Space War”（太空戰(zhàn)爭）的軟件問世之后，基于二進制的數(shù)字化游戲方式由此興起并一路高歌猛進，成為今時今日一種主流的娛樂方式。從沒有哪一個時代的游戲活動如此依賴一種外在手段。這一切都源于一種被稱為電腦游戲的事物。

何謂電腦游戲現(xiàn)在并無統(tǒng)一的權(quán)威定義。一般認為電腦游戲是“在電子計算機上運行的游戲軟件”，又稱為計算機游戲。這一定義強調(diào)了電腦游戲的物質(zhì)形態(tài)和載體形式。在此基礎(chǔ)上，以電腦游戲（軟件）為媒介的活動，也就是通常所說的“打游戲”，就成為了以計算機為操作平臺，通過人機互動形式實現(xiàn)的能夠體現(xiàn)當前計算機技術(shù)較高水平的一種新形式的娛樂方式。作為游戲的下位概念，電腦游戲也同樣能作為一種手段或方式方法在各種領(lǐng)域發(fā)揮效用。這種應(yīng)用的直接后果就是產(chǎn)生了下文所謂的嚴肅游戲。

在計算機技術(shù)如此發(fā)達的今天，人們越來越依賴神奇的0/1。不僅娛樂，就連工作與學習也深受電腦游戲的影響?！皣烂C游戲”這一術(shù)語正是在這樣的背景下被重新創(chuàng)造出來。之所以說重新創(chuàng)造是因為“嚴肅游戲”并非首次出現(xiàn)的新詞，只是詞義隨著時間的推移而有所變化。根據(jù)考證，“嚴肅游戲”一詞最初來自文學領(lǐng)域，在作品中指代有違人們常規(guī)觀念中的嚴肅但又異常吸引人的事件或活動。彼時該詞沒有實際意義和特指，只是一種文學描寫手法。20 個世紀70 年代，學術(shù)界賦予了“嚴肅游戲”一詞實體化的意義，嚴肅游戲就是用于教育目的而非單純娛樂的游戲。

沉浸式3D 虛擬仿真實訓則是3D 游戲和警務(wù)教學訓練領(lǐng)域相結(jié)合的產(chǎn)物，是嚴肅游戲在警務(wù)領(lǐng)域的具體體現(xiàn)。技術(shù)形態(tài)的進化使得游戲形態(tài)也發(fā)生了進化，從而出現(xiàn)了電腦游戲。電腦游戲也有作為本體還是作為手段之分，作為手段的電腦游戲服務(wù)于外在目的時就產(chǎn)生了嚴肅游戲，而嚴肅游戲在警務(wù)領(lǐng)域特別是警務(wù)教學訓練領(lǐng)域的具體應(yīng)用就產(chǎn)生了沉浸式虛擬仿真實訓，沉浸式 3D 虛擬仿真實訓即以警務(wù)訓練題材為內(nèi)容，以計算機3D 虛擬仿真為技術(shù)基礎(chǔ)，以嚴肅類游戲為設(shè)計背景，旨在完成特定訓練內(nèi)容，實現(xiàn)特定訓練目標的警務(wù)實訓活動。

二、沉浸式3D 虛擬仿真實訓的內(nèi)涵

沉浸式3D 虛擬仿真實訓借重娛樂的外在形式，以訓練為內(nèi)在神髓，兩者相輔相成，辯證統(tǒng)一。由于娛-訓雙重性的存在，沉浸式 3D 虛擬仿真實訓呈現(xiàn)出多元化內(nèi)涵。

（一）是一種基于LVC 框架的虛擬仿真訓練

實戰(zhàn)是最好的訓練，在無法實戰(zhàn)的情況下，仿真實訓就是最佳選擇。仿真的基本要求是貼近實戰(zhàn)。根據(jù)貼近程度及技術(shù)手段的不同，仿真訓練可以分為三種不同的形式：實況仿真（Live），虛擬仿真（Virtual）和構(gòu)造仿真（Constructive）。三種仿真訓練的定義及區(qū)別如表1 所示。

如表1 所示，實況仿真是真人（real people）操作真系統(tǒng)（real systems），虛擬仿真是真人（real people）操作“假”系統(tǒng)（simulated systems），構(gòu)造仿真是“假”人（simulated people）操作“假”系統(tǒng)（simulated systems）。三者之間的區(qū)別就產(chǎn)生在這“真”與“假”之上。

實況仿真和虛擬仿真的相同在于都使用實物形態(tài)的系統(tǒng)，不同則在于前者的系統(tǒng)具有實際功能而后者只具有模擬功能，而且一般前者在現(xiàn)實環(huán)境中展開，后者在合成環(huán)境中展開。虛擬仿真和構(gòu)造仿真的相同在于都是使用模擬系統(tǒng)，都在合成環(huán)境中展開，但前者的模擬在于功能的模擬，后者的模擬則是功能和形態(tài)均為模擬。除此之外，構(gòu)造仿真的人員也為模擬形態(tài)。需要注意的是構(gòu)造仿真也有真人參與，否則仿真根本無法運行。但是，真人的功能是給仿真輸入初始條件，一旦仿真開始運行，人工干預就無法再進行。

其實，從實警仿真到虛擬仿真再到構(gòu)造仿真的過程就是從實物仿真向計算機仿真的轉(zhuǎn)變，不過其間缺少了一環(huán)，即真人操控虛擬人而虛擬人又操作模擬系統(tǒng)。這一仿真形式是從虛擬仿真向構(gòu)造仿真的過渡狀態(tài)。與原有虛擬仿真相比，其仿真的靈活性有所提升，因為不用受系統(tǒng)實物形態(tài)的約束。與構(gòu)造仿真相比，人工干預的程度有所增強，因為虛擬人不完全由規(guī)則控制，某些行動可依照受訓人員的指令行事。這恰恰與警務(wù)游戲訓練的行為方式相同。所以，實況—虛擬—構(gòu)造（LVC）變?yōu)榱藢崨r—虛擬—游戲—構(gòu)造（LVGC），也就是說，沉浸式3D 虛擬仿真實訓是基于LVC 框架的一種仿真訓練。也可以看作是虛擬仿真的高級形態(tài)。

表1 實況、虛擬、構(gòu)造仿真的定義

（二）是一種寓訓于樂的復合式訓練

沉浸式3D 虛擬仿真實訓是一種“娛訓相融”的復合式訓練。它借助嚴肅游戲內(nèi)在的游戲性來實現(xiàn)外在的訓練目的，可以使受訓者在進行復雜枯燥訓練活動的同時感受諸如愉悅、興奮、刺激等多元化情緒，從而調(diào)動受訓者的訓練積極性，并保持訓練意愿的持續(xù)性。具體說來，嚴肅游戲訓練為受訓者提供了兩種不同層次的“娛樂”享受，每一層次都和訓練緊密融合在一起。

1.感官層面

感官層面的娛樂是通過刺激人的視覺、聽覺、觸覺等生理機能使人感受愉悅的方式。這種方式創(chuàng)造的愉悅感雖然持續(xù)時間不長，特別是在人們產(chǎn)生耐受性后可能對人再無一絲一毫影響，但它是讓人獲得滿足的一種最簡便最直接的方法。沉浸式3D 虛擬仿真實訓尤其重視感官娛樂氛圍的建立，這是引人注目的必備手段。在計算機3D 技術(shù)的支持下，沉浸式3D 虛擬仿真已可以創(chuàng)造電影級別的視聽效果。此外，用于控制的人機交互設(shè)備從帶有簡單按鍵的手柄發(fā)展到了具有動態(tài)實時捕捉和力反饋的體感設(shè)備。它們不僅能辨識各種人體動作，還能感應(yīng)空間深度，令訓練者恍如置身在現(xiàn)實中，輕松感受逼真的愉悅體驗?？梢哉f體感設(shè)備的出現(xiàn)在相當大程度上彌補了在鼠標鍵盤敲打方式下只能借助感覺映射不能親身感受游戲的缺陷。當上述高新技術(shù)和本就素材豐富多樣、易于可視化的警務(wù)實戰(zhàn)環(huán)境相遇時，在沉浸式3D 虛擬仿真中再現(xiàn)逼真的警務(wù)行動環(huán)境已非難事。以技術(shù)為助力，受訓者可以直接面對傳說中的“行動現(xiàn)場”，甚至能親歷其中獲得真實的參與感。例如，振聾發(fā)聵的實戰(zhàn)音效，近似真實的3D 實戰(zhàn)畫面，困難重重的實戰(zhàn)任務(wù)，跌宕起伏的行動進程。這一切都能夠強烈刺激受訓者的感官神經(jīng)，振奮其心情，激發(fā)其參與訓練的熱忱。

2.思維層面

積極情感的產(chǎn)生不是空穴來風，受訓者之所以能在游戲中獲得“心流”體驗，是受訓者進行積極思維活動的結(jié)果。沉浸式3D 虛擬仿真實訓常常將訓練任務(wù)進行巧妙編排，以通過關(guān)卡的形式展現(xiàn)在受訓者面前，當受訓者完成相應(yīng)任務(wù)后就可過關(guān)或升級。而在完成任務(wù)的過程中，受訓者可能會遭遇各式各樣的難題，或者面臨進退維谷的情況，只有強化思維、開動腦筋、運用策略才能解決問題。對于受訓者而言，征服困難帶來的自豪感和榮譽感就是不可比擬的內(nèi)在驅(qū)動力。

（三）是一種面向受訓者的個性化訓練

警務(wù)實訓是為實施警務(wù)實戰(zhàn)進行的準備過程，其根本目的在于生成有效戰(zhàn)斗力。作為主體，受訓者理應(yīng)居于訓練的中心地位。即使是在信息技術(shù)及其物化的武器裝備無比先進的信息化訓練中，也要時刻注意秉持“訓人”而不是“訓系統(tǒng)”的訓練理念。就這點而言，很多基于信息系統(tǒng)的訓練做得并不到位，這與常規(guī)信息化訓練系統(tǒng)面向“警務(wù)模型”的設(shè)計思路有關(guān)。常規(guī)的信息化訓練系統(tǒng)側(cè)重追求客觀真實，注重利用數(shù)學、運籌學、警務(wù)模擬、系統(tǒng)仿真等技術(shù)建立盡量符合實戰(zhàn)規(guī)律的警務(wù)模型，并據(jù)此實現(xiàn)訓練所需的各種功能，但較少考慮受訓者的主觀感受。

沉浸式3D 虛擬仿真實訓在尊重客觀事實的基礎(chǔ)上，還要借助3D 虛擬現(xiàn)實、數(shù)字媒體、游戲等各類技術(shù)的支持，以極具娛樂趣味的形式來反映訓練訴求。訓練任務(wù)被分解隱匿到游戲關(guān)卡之中，面向的主體是受訓者。受訓者既是游戲的主體也是訓練的主體，其行為推進著游戲進程即訓練過程的層層展開，直至最終訓練任務(wù)的完成。鑒于游戲呈現(xiàn)訓練內(nèi)容的靈活性和選擇訓練任務(wù)的自由性，不同受訓者可以根據(jù)自身的訓練水平選擇進入適合自我需求的訓練場景，擁有較強的訓練自主性。

因此，沉浸式3D 虛擬仿真實訓游走在真實與虛擬之間，尊重人的認知和情感，通過對訓練過程進行合理的藝術(shù)再現(xiàn)，強化了受訓者的主體地位，弱化了“間離效應(yīng)”造成的影響。較之其他實訓方式，可以提供“以個體為中心”的個性化訓練體驗。

三、沉浸式3D 虛擬仿真實訓實施的主要形式

由于沉浸式3D 虛擬仿真實訓脫離不了游戲化訓練系統(tǒng)的支持，因此從組織形式上看，沉浸式3D 虛擬仿真實訓基本表現(xiàn)為人機交互式的虛擬訓練實踐。根據(jù)交互雙方的性質(zhì)一般可分為“自然人—虛擬人”交互式訓練和“自然人—自然人”交互式訓練。根據(jù)交互雙方的人員數(shù)量，兩者又都可細分為“單人—單人”“單人—多人”“多人—多人”等形式。

（一）“自然人—虛擬人”交互式訓練

“自然人—虛擬人”交互式訓練是指受訓者借助常規(guī)或?qū)I(yè)交互設(shè)備，控制由3D 游戲化訓練系統(tǒng)軟件產(chǎn)生并控制的虛擬人，與游戲訓練軟件展現(xiàn)的訓練場景進行交互，在交互過程中完成既定訓練科目和內(nèi)容，實現(xiàn)特定訓練目標的訓練形式，也可稱為人機交互式訓練。在人機交互訓練的過程中，受訓者一般與按照特定功能要求構(gòu)建的游戲訓練系統(tǒng)進行指令輸入和效果反饋的重復性活動。

人機交互式訓練對交互設(shè)備的配置要求非常寬泛，從低端的常規(guī)交互設(shè)備，如鼠標鍵盤等，到高端的專業(yè)交互設(shè)備都可以用來開展訓練。相比而言，高端交互設(shè)備能將受訓者從非自然的交互方式中解脫出來，擴大了受訓者的活動范圍，能使受訓者以真實的行為方式向訓練系統(tǒng)發(fā)出各種指令，從而體會到更接近現(xiàn)實警務(wù)的訓練體驗。不過，專業(yè)設(shè)備的成本普遍較高，不利于短時間內(nèi)大規(guī)模開展。低端設(shè)備則恰恰相反。其優(yōu)勢在于成本低，易普及，便于成規(guī)模地組織開展。

人機交互式訓練通常以多人多機、人手一機的形式組織。這種方式既可以實現(xiàn)統(tǒng)一施訓，又可以在統(tǒng)一施訓的過程中允許受訓者個體根據(jù)自己的訓練進度和水平進行訓練內(nèi)容的微調(diào)。在這種訓練方式中，不同受訓者各自處在不同的訓練場景中。需要注意的是，如果受訓者的自由度過高，有可能出現(xiàn)訓練進程參差不齊的現(xiàn)象，組訓者應(yīng)適當予以調(diào)控。

人機交互訓練的雙方始終是受訓者和虛擬角色。虛擬角色的數(shù)量可多可少，少則為0，多則不計，可以根據(jù)訓練要求進行調(diào)整。雖然訓練過程中間或交織著人和虛擬角色的協(xié)作或?qū)?，但本質(zhì)上改變不了受訓者獨自作戰(zhàn)的狀態(tài)，訓練態(tài)勢由受訓者個體自行推動和解讀。

（二）“自然人—自然人”交互式訓練

所謂自然人—自然人交互式訓練是指在借助3D 游戲軟件進行訓練的過程中，訓練信息交互的雙方不再是受訓者和具有一定智能性的程序，而是具有同等智能水平的受訓者。通過網(wǎng)絡(luò)，他們實現(xiàn)了身處同一虛擬訓練環(huán)境之中進行訓練信息的傳遞，既可以協(xié)作也可以對抗。也可稱為人人交互式訓練，一般有單人與單人，單人與多人以及多人與多人三種形式。

1.單人—單人交互式訓練

單人之間的交互是人人交互的基礎(chǔ)，單人—單人交互式訓練強調(diào)受訓者在虛擬訓練環(huán)境中都處在單警狀態(tài)，沒有團隊歸屬。訓練信息均由受訓者個體產(chǎn)生并在其間進行傳遞。這就要求所有受訓者都要全神投入訓練，在協(xié)作或?qū)怪谐浞职l(fā)揮個人的潛能，保證訓練過程的流暢進行并最終實現(xiàn)訓練目的。

單人—單人交互式訓練常以多人參與、單人對戰(zhàn)的形式出現(xiàn)，在很多游戲中都很常見。例如，嚴肅游戲《光榮使命》中就提供了以單人對戰(zhàn)為主的個人競技模式。在該模式中，每個受訓者都各自為戰(zhàn)，通過操作在游戲中的替身來擊殺其他受訓者的替身，以此獲得積分。在規(guī)定時間內(nèi)，積分最高者為勝。再比如在嚴肅游戲《閃點行動》中，通過游戲提供的“死亡模式”訓練人員的射擊對抗能力?！堕W點行動》是一款包含了武器裝備和一些即時戰(zhàn)術(shù)元素的戰(zhàn)術(shù)射擊游戲，其中一種行動模式是將所有受訓者置于同一戰(zhàn)地空間中，受訓者利用各種武器裝備互相射擊，每一輪中射殺人數(shù)最多的受訓者獲勝。單人—單人交互式訓練的優(yōu)點是可以多人參與，同時展開，單次受訓規(guī)模較大；缺點是對抗模式較為單一，常常以射擊為主，輔以各種任務(wù)，劇情較為簡單，容易產(chǎn)生疲勞和厭倦感。應(yīng)注意豐富訓練想定的內(nèi)容和方案，并由組訓者調(diào)控訓練難度以調(diào)節(jié)受訓者的心理適應(yīng)能力。

2.多人—多人交互式訓練

多人—多人交互式訓練也是人人交互式訓練的一種形式。在此類形式的訓練中，受訓者操縱的虛擬替身往往在虛擬訓練環(huán)境中分別歸屬于不同的編組。受訓者作為某團隊一員，和隊友并肩作戰(zhàn)，與另外團隊的受訓者進行協(xié)作或?qū)埂＿@種模式其實是團隊和團隊的交互。團隊的數(shù)量通常多于2 個（包含2 個在內(nèi)）。

多人—多人交互式訓練是游戲訓練最為常用的形式之一。接受多人交互式訓練的受訓者首先要按照訓練要求自行或由組訓者指派進行編組，然后雙方隊員可以研究籌劃行動方案和對敵之策，在組訓者下達演練命令后，統(tǒng)一開始行動。在訓練過程中，同一團隊的成員可即時交流信息并根據(jù)態(tài)勢調(diào)整行動計劃直至行動結(jié)束。

譬如，在《光榮使命》的訓練模式中就有“團隊”“奪旗”和“排爆”三種模式。它們都是基于團隊作戰(zhàn)，訓練的是協(xié)作意識和能力。在“團隊”模式中，受訓者分屬紅藍兩個陣營。雙方陣營的受訓者通過射殺對手和助攻隊友獲得獎勵。與單警任務(wù)模式不同，“團隊”模式雖然也以射殺為主，但是更強調(diào)受訓者之間的戰(zhàn)術(shù)配合，而不是一逞個人英雄主義?！皧Z旗”模式和“排爆”模式分別將任務(wù)從射殺改為奪旗和安裝拆除炸彈。盡管目標不同，但雙方戰(zhàn)斗的模式大同小異，均是依靠團隊成員的配合及突出的個人行動能力來遂行戰(zhàn)斗任務(wù)。這三種模式在大多數(shù)嚴肅游戲中都必不可少。在《閃點行動》中，游戲模式根據(jù)受訓者擔當?shù)慕巧兓?。受訓者可以扮演指揮官也可以扮演戰(zhàn)斗員。如果作為指揮官，受訓者要帶領(lǐng)一個為數(shù) 11 人的小隊完成各種任務(wù)。這11 個隊員可以完全是游戲人工智能系統(tǒng)控制的NPC 角色，也可以是不同受訓者控制的自然智能角色?？焖偌皶r地發(fā)生在多人之間的信息傳播可以磨練受訓者的信息感知能力，提高其即時判斷決策的水平。

多人—多人協(xié)作對抗的模式往往帶有多種角色、多種任務(wù)和多種劇情，涉及的訓練內(nèi)容較多，可全面訓練受訓者的聯(lián)合意識、對抗意識、指揮能力和組織能力，而且由于是自然智能間的對抗，能積極調(diào)動受訓者發(fā)揮聰明才智。另外，伴隨著逼真的視聽覺效果，受訓者可以感受到強烈的感官和情感刺激，能在一定程度上鍛煉受訓者的心理適應(yīng)能力。缺點則是對受訓者水平能力要求較高。組訓者要采用相應(yīng)的措施使各編組團隊的競爭能力相差無幾，否則，訓練不易持續(xù)，甚至會挫傷某些受訓者的訓練積極性。

3.單人—多人交互式訓練

單人—多人交互式訓練可看作多人—多人交互式訓練的一種特殊形式，交互雙方分別處于單警和團隊狀態(tài)。

在聯(lián)網(wǎng)對戰(zhàn)盛行的時代，單人與多人交互的情況在單純的游戲進程中并不多見，往往出現(xiàn)于一方力量即將被消滅殆盡之時。但是在游戲訓練中，此形式可以在組訓者有意識的干預下組織實施，即刻意為之。此舉源于實戰(zhàn)中也常常會有類似的局面出現(xiàn)：己方力量消耗，只剩一己之力對抗力量數(shù)倍大于自身的對手。此時實戰(zhàn)人員所承受的現(xiàn)實困境和心理壓力堪稱達到極限，能否保有戰(zhàn)斗力，繼續(xù)正常行動成為關(guān)鍵。故而，在有明顯強弱差異的訓練環(huán)境中鍛煉人員極端情況下的單警思維對抗能力以及緊張態(tài)勢和兇險實戰(zhàn)條件下的心理調(diào)節(jié)能力顯得尤為必要。

單人對多人的形式就是為了達成上述訓練目的而設(shè)置的訓練方式。此類訓練是常規(guī)訓練方式的極端變異，組織實施的難度相對較高。主要體現(xiàn)在組訓者要盡力維持“一對多”的動態(tài)平衡。為此，組訓者要對訓練想定及訓練編組進行合理設(shè)置，從根本上保證對抗可順利運行。除此之外，還可采用輪換、競賽、回合制等多種手段調(diào)動受訓者的訓練熱情，盡量使更多的受訓者參與鍛煉，以便實現(xiàn)預定目標。

四、結(jié) 語

沉浸式 3D 虛擬仿真實訓具有較強的現(xiàn)實性、前沿性，是有效促進人與教學訓練有機融合，提升公安高等教育訓練質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)警務(wù)人才的新型渠道。合理發(fā)展沉浸式3D 虛擬仿真實訓是拓展公安高等教育訓練視角、踐行實戰(zhàn)化教學訓練要求的重要舉措。