鐵路運輸作業培訓引入虛擬現實技術的思考

趙愷倫 上海鐵路局上海站

鐵路運輸作業培訓引入虛擬現實技術的思考

趙愷倫 上海鐵路局上海站

介紹虛擬現實技術的概念及技術特點，并從優化培訓方法、靈活度高、系統模擬、彌補教學條件的不足、改善從業人員的認知和意識等方面分析了此項技術在鐵路運輸作業人員培訓中的優勢。

虛擬現實；作業人員培訓

隨著時代的發展，鐵路技術設備不斷更新，鐵路從業人員的安全素質對鐵路運行的安全起著至關重要的作用。怎樣提高從業人員的業務素質是我們一直探討的問題，而借助虛擬現實（Virtual Reality，以下簡稱VR）的技術能有效地對鐵路作業人員進行模擬培訓。

1 認識虛擬現實技術

1.1 虛擬現實技術的概念

虛擬現實（V R）是近年來發展起來的技術研究領域，它涉及的技術包括計算機圖形學、多媒體技術、人工智能、人機接口技術、傳感器技術以及高度并行的實時計算機技術。虛擬現實技術又稱為“靈境”技術，簡單來講就是將軟件與采集設備、顯示設備、控制設備等硬件設備相結合，模擬出一個與現實環境酷似的三維虛擬空間，用戶的感官體驗及行動行為以數據形式傳送到計算機系統中，在軟件繪制的虛擬世界中實現人機交互，參與者能夠獲得控制和操作整個事件的自由度。通過計算機系統對真實世界的全面模擬，創造出與之高度相仿的數字環境，從而解決了人與計算機的自然交互。

1.2 虛擬現實技術的特點

虛擬現實技術有三個顯著特點：沉浸性、交互性和構想性。沉浸性是指人在虛擬世界中聽到的、看到的與現實中的感受差距微乎其微，在這種極具逼真的環境中，人們就好像完全融入其中一樣；交互性是利用數據頭盔、傳感控制器等一系列的配戴設備，通過計算機數據采集、分析，將人的具體位置、肢體動作等通過硬件設備呈現出來。在這過程中，用戶可以對虛擬環境中的任何對象進行觀察或操作，從而達到一種近乎自然的交互方式。構想性是指通過計算機模擬，人們可以做一些在現實生活中不便進行的操作，不僅解決了資金、人員等方面的困難，還可以在模擬環境中啟迪新的創意，并利用模擬來驗證，可以說虛擬現實技術不僅是理想的創意實踐平臺，也是新創意、新構想的重要來源。

2 虛擬現實技術在鐵路運輸作業人員培訓中的優勢

隨著高速化鐵路建設進程的加快，老舊技術和運輸設備不斷被替換，一些新設備科技含量高，操作較為智能化，為確保鐵路運輸生產安全，過硬的業務能力是必須具備的，這就要求員工具有比以往更高的學習接受能力。將虛擬現實技術應用在員工的培訓中，可以改進職工的培訓和考核模式，讓受培訓者在身臨其境的環境中去學習業務、體驗作業流程及智能化操作。這種新型的虛擬培訓模式一方面可以讓員工產生更大的學習興趣，培訓效率也會大大提高，另一方面也解決了缺乏場地和資源的尷尬，并消除了現場潛在的危險隱患。

2.1 加強學習動機，優化培訓方法

虛擬現實是一種具有沉浸性、臨場感觀超強的高級人機界面，培訓者能夠通過多種感官渠道與它進行實時交互，讓培訓者有種不用現實參與卻勝過現實參與的感受，虛擬場景能讓培訓者在濃厚的興趣中全身心投入其中，大大提高了學習效率，沒有了現實的壓迫感，更有利于思維的活躍，讓培訓者的大腦在不斷的摸索中學習新的知識，萌生新的想法。在基于自然環境下的虛擬現實中的交互作用和個別化學習方式中提高了學習情趣，受訓者不僅僅是一個觀察者，還是一個學習環境中的積極參與者。這種新的培訓方式，不僅節省資源成本，而且更容易被接受。

2.2 交互性強，靈活度高

虛擬現實的交互性為培訓者提供了可以直接交互的視聽空間，并將受培訓者置于主動學習的中心地位，有利于受培訓者知識的建構。物理世界的高度模擬，可以讓學員在虛擬中快速參與到不同的工作環境，更加便捷的學習相關操作及業務知識。通過輔助設備，學員快速定位虛擬環境中的自己，在虛擬的控制室、站臺、線路等任意作業環境進行操作訓練，多感官的信息錄入，最大程度的模擬了現實場景，按照操作規程進行操作，可以自由地實現人機交互。360度全景視野真實地還原了工作場景，使受訓者身臨其境，這種互動性的學習效果是理論學習及教學講座所無法比擬的。

2.3 借助VR技術，對實際遇到的復雜情況可以進行系統模擬

利用虛擬現實技術，可以根據需要模擬出不同的環境，并對一些具有高危險性、高復雜性的環境進行重復多角度模仿訓練，根據受培訓者全身心投入在虛擬情境下突發狀況的應對措施來判定其業務掌握情況及現場反應能力，從而能夠更有針對性地安排理論及實踐計劃，使受培訓者在現實作業中面對各類突發情況下，都具有潛在的模擬經驗來解決，并且還能夠嘗試不同的培訓方案，對業務知識的拓展，安全操作能力的提升都能起到明顯的促進作用。

2.4 彌補教學條件的不足，避免危險

虛擬現實技術的應用，能夠避免現實學習中面臨的種種困難，比如場地、設備、人員的缺乏、現場危險隱患等問題，虛擬現實可以隨時隨地提供學習所需的模擬環境，大大節省了時間和經濟成本。培訓者及其培訓組不必去配置與現實工作環境中一致或情況相似的物理場所，而是通過計算機、虛擬現實配戴控制設備就可以進入到對真實世界進行“復制”的虛擬環境中；受培訓人員可以按需出現在運輸作業流水線、車輛線路或突發的各種緊急情況中，在一定時間內自由地完成培訓環節，人身安全卻不會受到威脅。

2.5 改善從業人員的認知和意識

虛擬現實技術應用到從業人員的培訓，其實就是將虛擬世界中所掌握的業務知識運用到真實工作中的過程。虛擬現實技術，不僅可以提供經濟高效，安全，易用的學習環境，它還被發現能對有效學習中的許多認知因素產生積極的影響，諸如解決問題的意識，空間想象能力及對危險的感知等等。研究發現，緊急情況發生時，一個在虛擬環境中接受過培訓的從業人員，能夠更好地駕馭事件發展進程。他們比那些沒有經過虛擬環境培訓的人員，在緊急情況下的反應更加快速而準確。這是虛擬現實培訓對從業人員的認知方面的空間意識所帶來的影響。在許多不同的領域進行的各種研究表明，虛擬現實是開展有效培訓的理想環境。現實世界中的各種問題可以呈現在虛擬環境中，促進學員形成相關的處理事件的經驗，如在某些工作場所活動或緊急情況下，如何有效地應對各種突發事件。

3 結束語

虛擬現實技術引起了傳統培訓方式的變革，是科技發展帶來的新的驅動力，影響著鐵路行業的未來。人機交互變得簡易有效，復雜多變的教學環境都可以通過配戴設備和計算機及軟件相應實現，無疑讓鐵路運輸各個工種、各種場地都可以采用該技術來實現模擬培訓。新的經濟形勢下，科學發展觀引領未來，鐵路部門也應跟進科技的發展步伐，不斷調整策略。只有實現了人才創新、培訓學習方式的創新，才能讓鐵路事業持久健康的發展。

責任編輯：萬寶安

來稿日期：2016-09-21