虛擬現實技術在戰時心理訓練系統的應用研究

陳永科，芮 杰,2

(1.陸軍軍官學院， 合肥 230031； 2. 73018部隊， 江蘇 鎮江 212416)

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【基礎理論與應用研究】

虛擬現實技術在戰時心理訓練系統的應用研究

陳永科1，芮 杰1,2

(1.陸軍軍官學院， 合肥 230031； 2. 73018部隊， 江蘇 鎮江 212416)

針對戰時心理訓練缺乏實戰化訓練環境的問題，提出將虛擬現實技術引入戰時心理訓練，總結了適用于虛擬現實技術的5個戰時心理訓練課目，對VR戰時心理訓練系統進行了需求分析、結構設計和功能模塊設計，研究了VR戰時心理訓練的組織運用，旨在豐富戰時心理訓練手段。

虛擬現實技術；戰時心理訓練；系統應用

隨著實戰化訓練的深入開展，參戰軍人的戰時心理素質和能力愈發受到軍內外學者的廣泛關注和重視。劉建新[1]論述了虛擬現實技術在心理訓練中的應用前景。孫鐵強[2]、彭耿[3]等學者分別從裝甲兵和軍校學員角度出發，談到了利用虛擬現實技術進行軍人心理診斷的可行性。此外，汪濤[4]詳細介紹了美軍將“虛擬伊拉克”[5]和“虛擬阿富汗”[6]系統的應用范圍延伸拓展到心理評估領域的情況。

基于以上背景，將虛擬現實技術[7-8]引入戰時心理訓練，創建實戰化訓練環境，設置實戰化訓練課目，成為提高訓練效果的有效途徑，開展基于虛擬現實技術的戰時心理訓練研究具有十分重要的現實意義。

1 基于虛擬現實技術的戰時心理訓練的課目需求

1.1 戰時心理訓練的內容

從廣義上講，一切可以提高軍人作戰過程中心理素質和能力的訓練都是戰時心理訓練。本文中，戰時心理訓練是指在近似實戰的訓練環境中，科學運用心理學手段，通過理論教育和技能訓練等方式，有目的、有計劃地對軍人心理施加刺激和影響，提高軍人遂行作戰任務所需的心理素質和能力的一種訓練活動[9]。

戰時心理訓練包括6個方面內容：一是戰時心理準備訓練，使軍人做好應對戰爭的心理準備；二是戰時心理適應力訓練，使軍人建立起適應新情況的心理結構；三是戰時心理承受力訓練，提高軍人心理“抗震”能力；四是戰時心理耐力訓練，鍛煉軍人心理耐力和韌力；五是戰時心理恢復力訓練，增強軍人產生疲勞后迅速恢復的心理彈性能力；六是戰時心理活力訓練，確保軍人對特定戰斗條件產生積極反應，超水平發揮[10]。

1.2 適合虛擬現實技術的戰時心理訓練課目

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

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

表1 基于VR的戰時心理訓練課目

2 基于VR戰時心理訓練的系統設計

2.1 需求分析

1) 系統功能需求

系統功能需求分析要建立在充分理解和掌握各訓練課目和內容要求的基礎之上。上述5個訓練課目，按照實現方式的不同可以劃分為教育、訓練兩個部分，按照訓練階段劃分，又涵蓋了個體訓練和集體訓練兩個層次。此外，由于受訓者的基本信息以及訓練過程中產生的數據量十分龐大，因而也要求系統能夠對其實施有效管理。因此，系統應當具備理論教育、虛擬訓練和信息管理3大基本功能，同時要區分個體戰時心理訓練和集體戰時心理訓練兩個層次。

2) 系統結構需求

基于VR的戰時心理訓練系統主要由軟件系統、硬件系統和數據庫系統3部分組成。其中，軟件系統包括虛擬戰場建模軟件、環境生成與處理軟件、三維影像生成軟件、觀測與控制軟件、數據分析軟件等；硬件系統主要包括計算機、操作手柄、鼠標、數據手套、投影設備、幕布、頭盔、立體眼鏡等；數據庫系統主要包括用戶數據庫、理論教育數據庫、虛擬訓練數據庫和訓練記錄數據庫。

3) 系統性能需求

訓練系統應當具備出色的逼真性、實時性和擴展性。逼真性包括戰場環境逼真、作戰任務逼真和心理反饋逼真，力求為受訓者提供身臨其境的感官體驗；實時性包括系統漫游實時性、系統響應實時性和系統配置實時性，決定了人機交互品質的好壞；擴展性包括體系結構的擴展性和虛擬規模的擴展性，能夠大大縮短系統的開發周期和使用效益。

2.2 結構設計

基于VR的戰時心理訓練系統由硬件和軟件兩部分組成。其中，硬件包括高性能計算機、輸入設備和輸出設備。軟件包括安裝在計算機中的操作系統、數據庫管理系統、應用軟件等，如圖1所示。

高性能計算機是整個系統的運行載體，它要在其他硬件設備和軟件技術的配合下，生成虛擬戰場環境并實現訓練功能；應用軟件主要負責連接和集成虛擬現實系統的各個部件，直接影響著系統實時性和自然性。輸入設備是系統的操作設備，用來接受來自用戶的信息。受訓者通過操作輸入設備完成虛擬訓練的交互任務。交互信息通過數據獲取設備和運動跟蹤設備的識別，傳遞給計算機，產生實時反饋信息。輸出設備是系統的顯示設備，用來向用戶傳遞信息。由計算機生成的虛擬戰場環境和虛擬訓練界面，通過視覺、聽覺、觸覺等交互設備呈現在受訓者面前，使受訓者全方位體驗戰場環境。

圖1 虛擬現實戰時心理訓練系統總體結構

2.3 功能模塊設計

根據需求和結構，可將VR戰時心理訓練系統分為3個子系統，分別是個體戰時心理訓練子系統、集體戰時心理訓練子系統和訓練信息管理子系統，每個子系統內又包含若干個功能模塊，如圖2所示。

1) 個體戰時心理訓練子系統

個體戰時心理訓練子系統的任務是幫助受訓者完成軍人個體的戰時心理訓練內容，共分為2個 模塊，分別是理論教育模塊和虛擬訓練模塊。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，完成作戰理論教育和心理知識教育的內容。虛擬訓練模塊的功能主要是通過生成單兵的戰斗環境、戰斗行動和戰斗困境，使受訓者在虛擬戰場環境的刺激和沖擊下，最終達到提高各項戰時心理素質和能力的目的。

2) 集體戰時心理訓練子系統

集體戰時心理訓練子系統的作用對象是成建制的軍人集體，如班、排、連等分隊，其功能模塊設置與個體戰時心理訓練子系統基本相同，也包括理論教育模塊和虛擬訓練模塊兩個部分。理論教育模塊的功能主要是通過介紹作戰對象、對比敵我情況，幫助受訓者集體完成集體戰時心理準備訓練的內容。虛擬訓練模塊的功能主要是通過生成集體的戰斗環境、作戰行動和戰斗困境，使受訓者集體在極為復雜殘酷的虛擬戰場環境的強大刺激和沖擊下，提高受訓者集體的戰時心理素質和能力。

3) 訓練信息管理子系統

訓練信息管理子系統由用戶信息管理模塊、訓練資源管理模塊和訓練記錄管理模塊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、身份、所在單位、照片、聯系方式等基本信息進行查詢和更新。訓練資源管理模塊的功能是對戰場環境模型、作戰任務模型和戰斗困境模型進行有效管理，以便隨時調用和組合。訓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，以及虛擬訓練過程中產生的各種數據信息。

圖2 虛擬現實戰時心理訓練系統功能模塊

3 基于VR戰時心理訓練系統的運用

3.1 訓練實施的流程

系統的運用分為訓練準備和訓練實施兩部分。訓練準備包括確定研究訓練對象、制定訓練計劃和配置訓練系統。配置訓練系統是運用的前提和保障，硬件準備主要是將視覺、聽覺、觸覺等交互設備以及跟蹤定位設備按訓練需求架設到位，并通過網絡通信設備與高性能計算機連接起來，構建起整個訓練系統的硬件構架。系統軟件準備主要是將操作系統軟件、數據庫管理系統軟件、程序開發軟件、網絡軟件、多媒體軟件、3D建模軟件以及其他輔助軟件，按照技術總體設計的要求安裝在已配置好的各硬件系中。系統操作流程大致包括用戶注冊和用戶使用兩個環節，如圖3所示。

3.2 訓練實施的步驟

1) 組訓者主導完成訓練準備

組訓者首先要清點人數、整理裝具，并通過觀察、提問、測試等方式，掌握受訓者的身體和心理狀態，剔除不適宜參加訓練的人員；然后，宣布當次訓練的課目、內容和訓練目的，明確訓練編組；第三，提出訓練中要注意的事項、系統操作規程和各項安全規定；第四，引導受訓者進入預定位置，穿戴裝具，做好訓練準備，組織保障人員就位。在這一階段，組訓者要發揮主導作用，嚴密組織受訓者完成訓練準備工作。

2) 受訓者自主完成訓練內容

受訓者要按照“先理論教育，后虛擬訓練”、“先個體訓練，后集體訓練”、“先戰斗員訓練，后指揮員訓練”的順序，依次完成5個訓練課目和內容。在這一階段，受訓者是訓練實踐的絕對主體，要通過自我學習、自我訓練的方式，親身經歷戰場上的各種因素和突發情況對心理的影響。組訓者主要發揮觀察和引導的作用，視情況進行干預和引導，確保訓練順利進行。

3) 訓練講評

訓練講評應當由組訓者和受訓者共同配合完成。受訓者要將訓練中發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者和組訓者一起交流和分享；組訓者則要根據自己看到的訓練情況，直言不諱指出受訓者存在的問題和不足之處。

圖3 VR戰時心理訓練系統運用流程

4 結論

本文在研究VR技術與戰時心理訓練理論的基礎上，總結了適用于VR技術的5個戰時心理訓練課目，提出VR戰時心理訓練系統的概念，并進行需求分析、結構設計和功能模塊設計。研究了VR戰時心理訓練的組織運用，規范了系統操作流程和組織實施程序，旨在拓展VR技術的應用領域，豐富和改進戰時心理訓練手段。后續還要持續關注VR技術的發展，深入研究分析訓練的實際需求，有針對性地擴展和完善系統功能，提高系統實效性和沉浸性，進一步研究戰時心理訓練效果評估，增加系統的訓練評估功能，使受訓者有效找出自身存在的問題和不足，促進訓練效果的提升。

[1] 劉建新，劉旺盛.虛擬現實技術在軍事教育訓練中的應用[M].長春：吉林人民出版社，2006：232-234.

[2] 孫鐵強，顧柏園.虛擬現實技術在裝甲兵乘員心理素質測評中的應用[J].裝甲兵技術學院學報，2002(3)：26-27.

[3] 彭耿，張利民.虛擬現實技術在心理素質教育中的運用[J].海軍院校教育，2004，14(6)：42-44.

[4] 汪濤，李敏.虛擬現實技術在美軍心理疾患防治中的應用[J].解放軍預防醫學雜志，2013，31(5)：473-475.

[5] GERARDI M,ROTHBAUM B O,ESSLER K,et al.Virtual reality exposure therapy using a virtual Iraq case report[J].J Traumatic Stress,2008,21(2)：209.

[6] RIZZO A S,DIFEDE J,ROTHBAUM B O,et al.Development and early evaluation of the Virtual Iraq/Afghanistan exposure therapy system for combat-related PTSD[J].Ann N Y Acad Sci,2010,1208：114.

[7] 陳永科，楊艾軍.基于Unity的虛擬戰場地理環境構建[J].兵工自動化，2014，33(7)：20-23.

[8] 陳永科，趙雪.軍事虛擬游戲訓練系統研究[J].海軍大連艦艇學院學報，2012，35(6)：79-82.

[9] 季震.基于虛擬現實技術的戰時心理訓練研究綜述[J].理論探討，2015(6)：64-65.

[10]陳永科，季震.戰時心理訓練的方法與實施[J].陸軍軍官學院學報，2016(1)：30-32.

[11]安維華.虛擬現實技術及其應用[M].北京：清華大學出版社，2014:7.

[12]彭耿，張利民.虛擬現實技術在心理素質教育中的運用[J].海軍院校教育，2004(6)：66-67.

(責任編輯 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,主要從事軍事訓練學研究；芮杰(1983—)，男，碩士研究生，主要從事軍事訓練學研究。

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.虛擬現實技術在戰時心理訓練系統的應用研究[J].兵器裝備工程學報，2017(6):161-164.