嚴肅游戲在外軍戰術戰傷救治模擬訓練的應用和思考

郭 棟，黎檀實，何偉華，潘 菲，魚 敏，張 戎

嚴肅游戲（Serious Game，SG），在學術界尚沒有嚴格而明確的定義，不同的研究和開發者對SG的理解和界定并不完全相同，目前比較公認的本質特點是“不以娛樂為目的的游戲”或“以培訓和應用為目的的游戲”[1]。自20世紀80年代誕生至今，一直被廣泛應用于軍事、醫學、教育和科研等各個領域。隨著計算機技術、數據庫技術和仿真建模技術的發展，以美軍為代表的西方國家軍隊逐步將SG理念與技術應用于戰傷救治培訓領域。戰術戰傷救治（Tactical Combat Casualty Care，TCCC）指南是美軍和部分北約國家軍隊院前戰術環境下的傷員現場急救標準，也是模擬訓練的重點內容，而SG不僅能創造戰術一線傷員救治的真實虛擬環境，還能為醫務人員培訓提供互動式訓練，能有效提升和完善TCCC的培訓內容。本文對外軍應用SG進行TCCC培訓的研究情況予以簡要介紹，并提出對我軍開展戰傷現場急救模擬訓練的幾點啟示。

1 戰傷救治模擬SG概述

戰傷救治模擬嚴肅游戲是立足于游戲的一種軍事仿真和模擬平臺，綜合模擬戰場背景、傷員特征和救治流程等關鍵要素，以模擬遂行戰術背景下傷員現場急救活動為主要行為，是軍事類游戲在衛勤訓練領域的具體運用。通常來說，嚴肅游戲都具備以下共同屬性：（1）游戲背景及故事情節，對游戲過程的發展起基本引導作用；（2）游戲機制和運行規則，控制了游戲的基本功能、運行方式以及游戲中的角色的反應方式，游戲機制決定了游戲規則的存在；（3）沉浸圖形環境，是游戲過程中體驗層次的感官表現，包含聲音、動畫或圖形；（4）交互體驗，通過游戲交互接口對游戲環境或角色產生影響；（5）挑戰和競爭，是游戲的核心要素，可能是操作者與游戲環境資源的競爭，也可能是操作者相互間的競爭；（6）風險和結果，游戲的挑戰性導致了游戲具有風險，這種風險僅存在于游戲環境中，不會對真實的環境產生影響[1]。與傳統教育手段相比，SG作為一種軍事游戲類軟件工具，具有仿真模擬、人機交互、自我探索、無限試錯、自動提示、即時反饋等重要特點，較為符合現代教育培訓理念思想，有助于充分調動參訓人員的學習熱情和動力[2]。以提高戰傷救治能力為訓練目的，設計游戲故事情節和沉浸式的圖形環境，能夠提供一種沉浸化、個性化、互動性和娛樂性較強的全新學習體驗，激發學習者的創造力和創新意識。隨著高精度仿真建模、人工智能、虛擬現實等技術的不斷推動，SG不斷追求視覺、聽覺、操控、感觀等多方面的仿真程度，擴大和真實再現戰場環境，綜合考慮天氣、環境、地域、地形等多方面因素，使得嚴肅游戲逐漸成為開展軍事醫學領域研究和虛擬現實訓練的前沿陣地和仿真平臺，并受到越來越多的國家關注和應用。

2 外軍TCCC培訓相關SG的發展

戰術戰傷救治，是指戰術環境下傷員到達任何醫療救治機構（Medical Treatment Facility，MTF）前的一系列救治措施，它更強調戰場、戰斗、戰術環境下的救護決策與資源統籌問題，以實戰為牽引，集最佳救治策略、戰場經驗教訓、前沿研究項目和醫學文獻回顧等證據資料為一體，是基于循證醫學證據的戰術環境下戰創傷急救指南[3]。美軍根據過去二十年中軍事實踐經驗，總結發現遵循TCCC原則能使戰場生存率大大提高，要求所有服役人員都要接受 TCCC技能培訓，并達到相應崗位的技術能力任職要求。然而，通過傳統方法進行TCCC培訓，通常需要在至少1名經過專業培訓的教官指導下進行，但是由于培訓時間有限、預算有限，而且專業教官隊伍人員數量有限，難以實現以一種低成本、高效率的方式完成大規模服役人員的培訓任務。因此，美軍、德軍、法軍等逐漸重視采用“嚴肅游戲”等仿真模擬訓練系統進行TCCC培訓，提高培訓效率。

傳統的仿真模擬訓練系統開發通常需要專門的硬件設備和數百萬美元的開發和設計費用，考慮到當前電子游戲產業現已發展成一個價值數十億美元的產業，因此，國外SG開發人員普遍認為，使用現有的基礎架構、游戲引擎和重用現有的視頻游戲代碼，可以以較低成本完成SG產品的開發。如較為知名的“戰術戰傷救治模擬系統”（Tactical Combat Casualty Care Simulation，又稱為TC3 Sim）是美軍工程模擬和訓練技術研究中心在2006年基于SG理念設計開發的一款TCCC模擬訓練系統，該系統綜合先進的交互式訓練技術和3D環境仿真模擬等技術，可通過模擬作戰環境、真實傷員、相關戰技指標和操作流程，為作戰人員(戰場第一救護響應者)、醫療分隊或救治小組進行訓練[4]。針對不同等級的衛生人員設計有相對應的標準化課程，培訓內容包括:傷情評估、檢傷分類、救治策略、傷員初步救治和傷員后送準備等。目前TC3 Sim系統已廣泛應用于美軍陸軍外科研究所、休斯頓和德克薩斯戰地醫務人員培訓中心等醫療、科研和培訓機構。

除了TC3 Sim，外軍基于現成商業產品（commercial offthe-shelf , COTS）游戲或游戲引擎還相繼開發了一系列嚴肅游戲，如“戰斗救生員模擬手游”（Trauma Con 2012）、計算機海軍醫護兵訓練系統（CBCTS 2009）、交互式創傷教練（ITruSim 2006)、模擬病人（Sim-Patient?）、應急準備培訓（CBRNE 2010）、橙色代碼?（Code Orange?）、脈沖!!（Pulse !!）、模擬人（HumanSim?）等軟件產品[5]，見表1。自1999年至2007年美軍大約資助了超過150個該領域的研究項目，累計投入超過6000萬美元，使得該領域研究成為美國防部投入最多的科學研究領域之一。

表1 部分外軍基于COTS設計開發的嚴肅游戲產品[5]

3 外軍兩款TCCC模擬訓練SG產品介紹

3.1 美軍“Combat Medic”嚴肅游戲 “Combat Medic”（戰斗衛生兵）是一款來自美國虛擬英雄公司（Virtual Heroes，Inc.）的嚴肅游戲軟件，2014年由奧蘭多高級研究協會（ARA）部門研發，游戲界面見圖1、圖2及圖3。這款嚴肅游戲有效地結合了當前較為先進的游戲引擎技術、精準的戰傷發生機制和沉浸式戰場環境仿真技術，可大大拉近平時訓練與戰時運用的距離。系統設計的總體理念和目標是，基于TCCC訓練要求提升戰斗衛生兵針對戰場可預防死亡的三大原因，即大出血、氣道梗阻和張力性氣胸相關救治技術的培訓效率，進而提高救治能力。為了最大程度獲取學習效益和實現培訓可擴展性，“Combat Medic”嚴肅游戲集成了一個強大的難度學習系統。該難度系統引入了越來越具有挑戰性的戰場急救場景，并通過環境內的各種干擾增加參訓者的整體認知負荷。實時、交互式的沉浸感使認知負荷與參訓人員產生共鳴。從理論上講，這可以更好地處理在實際傷員救治中遇到的干擾因素，如復雜的戰術環境或不確定的傷員因素。損傷的隨機變異有助于參訓者的臨機應變能力[6]。

圖1 戰場環境及傷員

圖2 模擬使用止血帶

圖3 模擬使用靜脈留置針

“Combat Medic”嚴肅游戲的一大特色是其多功能性和可定制性。如用戶可以選擇其單兵急救包的內容物品量，這強調了在進入一線救治前組織和準備的重要性。“Combat Medic”不僅適用于個人訓練，也適用于團隊訓練。在團隊練習期間，參訓人員可以選擇使用支持麥克風的耳機進行通信，從而實現有效的團隊溝通、救治分工和任務協調。任何戰傷救治模擬訓練的關鍵在于效果評估。研究人員采取多管齊下的評估方法，以實現眾多參訓人員在不同的培訓環境中接收訓練評估。評估系統包括標準的GO / NO GO性能標準、傷員實時狀況信息、參與者決策行為，以及在整個場景中以圖形方式查看傷員的生命體征的能力。當一個戰場情景訓練完成后，參訓人員和教官可以使用同步音視頻，以完整3D方式播放場景，評估治療效果并確定需要改進的地方。為了在每個場景中實現真實的傷員生理反應，這款嚴肅游戲軟件整合了BioGears?生理學引擎，后者可以準確地模擬參訓人員行為對傷員生理狀況的影響。同時，它根據當前的生理狀態提供實時、動態的傷員動作行為。

3.2 法軍“3D-SC1”嚴肅游戲 “3D-SC1”是法國軍事衛生局在2014年針對“前沿戰術救護”（Sauvetage au Combat，SC）培訓計劃研發的一款戰術戰傷救治模擬訓練嚴肅游戲，主要用于培訓士兵火線條件下傷員緊急救護技能。自2007年引入TCCC救治指南后，法國軍隊一直認為基于該指南改進作戰人員和衛生人員培訓內容，對于提高傷員戰場生存能力至關重要，然而通過傳統的模擬演習和人體模型等方式對所有法國士兵進行大規模培訓，培訓保障或準備工作面臨巨大挑戰，且成本非常昂貴。因此，法軍基于Medusims虛擬數字醫療模擬程序開發了3D-SC系列嚴肅游戲。其中已開發出來的3D-SC1主要適應于作戰人員，后續擬研發的SC2和SC3分別適用于戰斗救生員和戰地醫護人員。在訓練目標定位上，SC1主要包括生存人員搜尋定位，加壓彈性繃帶、戰術止血帶和嗎啡自動注射器的使用等培訓內容；SC2主要包括出血性休克管理、骨髓穿刺、戰術止血帶使用和評估、氣道和呼吸管理，包括氣胸減壓和環甲膜切開術等培訓內容；SC3主要包括在偏遠敵對環境中進行戰創傷醫療救護管理、氣管插管、鎮靜管理，使用氨甲環酸和升壓藥治療出血性休克，數字化胸廓切開胸骨置入術，手持式創傷重點超聲評估（FAST）和危機環境下資源利用問題等培訓內容[7]。

在3D-SC1場景中，設置的是由簡易爆炸裝置（Improvised Explosive Device，IED）爆炸造成3人傷亡：其中1人死亡，1人輕微昏迷，1人是創傷性截肢伴有呼吸困難和前臂出血。在游戲開始的時候，首先出現的是IED爆炸后引起的一個充滿緊張、敵對氛圍和嘈雜聲音（充斥著爆炸、槍擊、痛苦的喊叫聲）的火線救護背景，戰場環境是以沙漠作戰為背景。受訓者必須在以下幾種戰術策略間進行選擇：火力還擊；確定哪些傷員還活著；確定哪些傷員火力還擊；或轉運傷員尋求掩護。當虛擬體驗中由于學員對模擬傷員的不恰當處置而導致致命結果時，系統中虛擬教練員會自動出現，以正確程序和方式挽救戰斗中的傷亡人員。此外，系統設置了兩個難度級別，即初學者和高級模式。在高難度水平上，受訓人員必須面對更嚴格的時間限制，同時要面對更具挑戰性的程序，如首次使用戰術止血帶出現時效、延遲到來的醫療后送（MEDEVAC）或戰術環境的頻繁變化等。在3D-SC1模擬結束時，系統會呈現出個性化的情況處置總結報告，可指導學員在實踐工作中予以糾正錯誤或不良操作。在模擬訓練結束后，如果虛擬傷員得到救活，3D-SC1根據評分系統，結合完成時間和動作情況，會虛擬授予學員金牌、銀牌或銅牌，作為游戲體驗的評價和獎勵。見圖4、圖5及圖6。

目前3D-SC1已經部署到法國96個（88%）陸軍團一級部隊中，培訓應用終端主要為臺式計算機和筆記本電腦，每個培訓中心的平均訓練時間為19.9±35.2個小時，下步法軍還計劃將3D-SC1部署在平板電腦或智能手機上，進而可讓受訓人員隨時隨地、不受時空限制接受3D-SC1培訓。此外，還計劃將個體成績評估數據收集在一個廣泛的數據庫中，以進行全局統計分析，以便根據在不同培訓對象組中獲得的結果來改進下步SC培訓計劃。

4 討 論

隨著大數據、信息化和智能化技術的不斷推動發展，外軍越來越重視將SG應用在軍事領域，尤其是醫學仿真模擬訓練方面，針對大規模部隊官兵開展TCCC模擬訓練，以提高現代戰傷現場急救能力。相對而言，我軍在戰傷救治模擬訓練方面，SG訓練模式的探索發展相對緩慢，鮮有報道，究其原因，一是游戲練兵的理念要得到軍事領導或作訓機關的認可需要一定時間；二是如何讓嚴肅的傷員急救獲得富有趣味性和挑戰性需要一定策略；三是如何深化軍事醫學專家與國內游戲軟件開發商的合作需要一定機制。總體來說，隨著軍民融合上升為國家發展戰略，國內電子游戲行業的高速發展，以及全軍群眾性戰傷救治技術練兵比武活動的興起，對我軍戰傷救治模擬訓練SG建設帶來了黃金發展機遇期。當前廣大部隊官兵“90后”“00后”正逐漸占據數量主體，絕大部分都是在數字媒體或電子游戲的陪伴下成長起來，具有更好地將虛擬時空與現實世界聯系起來的更好融合能力[8]。

因此，將SG作為一種嶄新的訓練方式和手段引入到戰傷急救模擬訓練領域中，通過信息化技術可無限延長訓練時間、擴大訓練空間，同時能夠提供虛擬傷員和虛擬訓練環境，培訓實戰背景下傷員救治策略和行動流程，以及協同其他模擬訓練手段提升綜合訓練質量效益。

圖4 模擬戰術行動

圖5 模擬轉運傷員

圖6 傷員創傷性截肢處置