美軍利用虛擬現實技術進行心理疾患防控對我軍的啟示

馬駿濤，牛曉芳，祝 茜，周 娟，宋 欣，金 鈺

·部隊衛生·

美軍利用虛擬現實技術進行心理疾患防控對我軍的啟示

馬駿濤1，牛曉芳1，祝 茜1，周 娟1，宋 欣1，金 鈺2

虛擬現實技術已在美軍各領域廣泛應用，在心理應激方面美軍主要應用虛擬現實技術進行心理評估、卓越選拔、創傷心理干預、和參戰心理醫師培訓。虛擬現實技術本身還面臨大范圍多目標系統融合困難、“沉浸感”和“真實感”相矛盾、不合理應用、技術瓶頸等問題。這為我軍廣泛應用虛擬現實技術進行教學、訓練、科研提供重要啟示。

虛擬現實技術；美軍；心理疾患防控；啟示

據美國權威數據統計，美軍先后向伊拉克戰場和阿富汗戰場派遣135萬名士兵，其中93萬名士兵在服役期間至少患有一種或幾種心理精神疾病[1]，雖然患心理疾患的官兵比例較高，但戰后官兵心理疾患的診治和恢復能力卻好于以往，這一方面得益于美軍逐漸健全的心理保障體制，另一方面得益于虛擬現實(virtual reality，VR)、模擬仿真等技術在參戰官兵心理保障中的應用。

1 美軍VR技術應用概況

VR技術是一種綜合計算機技術、網絡技術、仿真技術，以及人機交互技術等發展而來的一門新興技術[2]。因其具有沉浸感、想象力和交互性等特點[3]，近年來被美軍廣泛應用于軍事領域。美軍率先將其與圖形學、實時分布系統、人機交互系統、心理學、控制學等相關領域理論和技術相結合[3]，應用于虛擬戰場環境、軍事訓練和演習、武器系統設計和評估、參戰人員心理干預、參戰人員選拔等領域[4]。其中較為典型的應用是美軍將VR技術與醫學心理學相結合，用于解決參戰官兵的心理疾患。在伊拉克戰爭和阿富汗戰爭后，美軍官兵患創傷后應激障礙、抑郁癥、自殺等1種或多種心理疾患的比例有所升高[1]，促使其加快應用VR技術解決參戰人員的心理問題。

2 VR技術在美軍心理應激防治中的應用

2.1心理評估 美軍在選派、選拔人員參戰方面有完整的心理評估標準和體系[2]。引入VR技術后，進行心理評估不僅再局限于傳統量表填寫和計算機軟件等測試方法，利用VR系統使士兵處于逼真的模擬環境中進行測試評估，提升心理測評準確性的方法得到普遍應用。如美軍已將“虛擬伊拉克”和“虛擬阿富汗”系統應用于參戰士兵的心理評估[5]。此外美軍還研發出VR認知能力評估系統[6]，該系統能夠結合擬參戰人員在虛擬戰場所表現出來的技戰術動作、指揮及應對突發事件所表現出的行為變化和生理變化，實現對復雜認知功能和任務完成能力的評估，用來預測受測士兵是否能夠順利完成任務，是否為戰爭導致心理疾患的易感人群，并據此給出綜合評估結論。

2.2卓越選拔 美軍應用VR認知能力評估測試系統對特殊戰斗人員進行心理素質方面的選拔。長期以來，美軍無人機飛行員由于不存在載人機飛行員執行任務時所面臨的生命危險，其心理問題未受到足夠重視[7]，美國空軍賴特帕特森空軍基地就此開展無人機飛行員心理素質卓越選拔的相關研究，并針對候選人醫學心理標準測試開發出了VR與推理分布式訓練計算機評估系統。此外，美軍利用“虛擬伊拉克”“虛擬阿富汗”系統自定義創建虛擬戰爭事件，在部署戰斗任務前，先將士兵置身于虛擬戰斗場景中，通過一系列的儀器監測官兵呼吸、代謝、循環系統的生理指標，用以評估士兵機體對特定戰斗事件的應激適應負荷從而預測應激反應的敏感指標[2]，并以此決定參戰士兵。

2.3創傷心理干預 美軍基于VR技術的心理干預工作已逐步開展，其中最具影響力的是VR軍人心理恢復訓練計劃[8]，其核心是VR暴露療法[9]。該系統由若干交互式虛擬故事組成，士兵沉浸在虛擬戰爭環境中，虛擬環境又分為多個等級。當情緒沖突事件出現后，虛擬心理輔導員定格沖突場景，實時指導士兵調整情緒狀態，增強在戰場應激條件下的情緒管理能力和應對能力，降低過度應激反應的發生。傳統的暴露療法要求創傷患者進行想象暴露，但許多患有心理疾患的士兵不愿進行想象暴露，甚至出現回避現象[10]。將VR與暴露療法結合，提供基于直觀感覺的情緒加工，不需強迫患者回憶創傷經歷，而且可控制刺激的暴露強度，減少回避。迄今為止，美軍已研發出“越戰”“9·11事件”“虛擬伊拉克”“虛擬阿富汗”等VR系統用于士兵的創傷心理干預[11]。

2.4參戰心理醫師培訓 美軍計劃在戰場上使用一個名為“Ahead 2000”的智能手機診斷APP，該APP由美國國防部與貝塞斯達的Brainscope公司合作開發，已通過FDA的審批，可用于醫師培訓[12]。該APP運用VR建立虛擬患者(virtual patients，VP)，用于初級心理醫師的技能培訓。目前VP系統設定了兩個虛擬患者，兩名 VP均設為士兵身份，以訓練戰場心理醫師識別情緒低落或有自殺企圖的士兵。未來美軍還將在VP系統設置更多心理疾患樣本，用于訓練心理治療師對參戰士兵的心理支持。

3 面臨的問題

3.1大范圍多目標復雜融合問題 大范圍多目標復雜融合是VR系統實現多人、多物、多環境聯合參訓的必要條件，這其中涉及多系統數據融合、分布式計算、數據模型構建、數據接口開發、人機交互設計等關機技術的整合應用，需要從系統工程的角度理解和攻關。除此之外，另一個影響多目標系統融合的因素是精確定位技術誤差大。現有VR物理場所尚缺失精確空間定位技術支持[13]。綜合訓練系統要求系統能夠實時確定各參訓者在VR物理場所中的絕對空間位置并反饋給所有參訓者和模擬訓練服務器進行計算，這是小隊和分組協同訓練必需的設計邏輯，否則VR系統就無法擺脫單人、單物、單環境的單一性局限。

3.2“沉浸感”和“真實感”矛盾 VR的一個重要衡量指標就是“沉浸感”，但在現有技術條件下，“沉浸感”與“真實感”(即圖像的清晰度)相矛盾。提高畫面清晰度，圖像就更真實，但清晰度的提高會使畫面離人眼更遠，這就降低了VR的“沉浸感”；反之亦然。這主要歸因于屏幕分辨率受限，通常情況下，畫面離屏幕越近，畫質的顆粒感越強，通過透鏡放大后畫質顆粒感更加明顯，這造成人眼獲取的實景就更模糊；如果分辨率達不到一定程度，就無法解決這一問題。一般而言，若要達到“沉浸感”和“真實感”的平衡，至少需要4096×2160的像素分辨率，但目前市場上主流VR頭盔還不能到達到這一要求。

3.3眩暈和人眼疲勞問題 目前幾乎所有在售的 VR 產品都存在導致佩戴者眩暈和人眼疲勞的問題，該問題易導致頭暈、惡心、心悸等身體不適感[14]。眩暈和人眼疲勞被普遍認為是目前為止VR最迫切需要解決的問題，是現階段制約VR技術大規模應用的關鍵。主要由VR所帶來的“視覺輻輳調節沖突”導致的眼部疲勞所致[15]。體驗者佩帶超過15 min就明顯感覺不舒服，解決眩暈和人眼疲勞問題涉及整個VR技術體系的改良。一般認為眩暈和眼疲勞的耐受時間與VR畫面內容有關，VR內容的畫面過度越平緩，人的耐受時間越長。

3.4VR不合理應用問題 VR技術的合理應用雖然能夠有效緩解一些心理疾患癥狀，但對于一些本來就分不清幻想和現實的患者來說，VR所營造的虛擬環境有可能使他們產生更嚴重的精神問題，加重他們幻視、幻聽、幻嗅、幻觸、幻味等癥狀，甚至可能出現各種類型的妄想癥。

3.5核心技術遇瓶頸 雖然VR的技術發展已形成熱潮，但VR核心技術所遇的瓶頸不可忽視。①硬件瓶頸。VR所遇的硬件瓶頸主要包括計算硬件和顯示硬件兩類。VR對計算硬件要求較高，目前主流的CPU、GPU只能在有限程度上實現VR的計算[16]。在畫面顯示方面，VR通常要求顯示硬件要低于20 ms延時、75 Hz以上屏幕刷新率、1K陀螺儀刷新率，而目前主流TFT液晶顯示屏的延時均>20 ms，屏幕刷新率多為60 Hz[17]，還未達到顯示硬件的基本要求。②軟件瓶頸。圖像識別技術特別是復雜圖形、動態圖像、特殊場景(如雨雪黑夜)等的信息篩選、識別精確率較低，VR的實時三維建模需要以圖像識別技術為基礎，目前的圖像識別技術不能有效滿足需求。③數據瓶頸。現實環境中無差別圖像及視頻識別需要龐大的數據做支撐，如一個戰斗場景，需要地形地貌、人員配飾、武器裝備、天氣等各種數據，目前數據的采集、存儲、傳輸、分析均有需要解決的難題，僅海量數據的清洗、錄入就已經是一項龐大的工作。

4 對我軍的啟示

4.1軍事虛擬仿真實驗室建設 與外軍相比我軍利用虛擬仿真實驗室進行教、訓、研的水平差距較大。自2013年教育部批準的二批次200個虛擬仿真實驗室中，軍隊院校只有7個。軍人心理疾患方面的衛勤虛擬仿真實驗室尚未建設。雖然軍隊院校和相關科研機構也積極開展衛勤模擬訓練研究，研發和引進一系列VR和模擬仿真訓練系統，但總體而言，仍存在涉及領域內容少，樣式單一，系統性能弱等不足，特別是在官兵心理應激耐受評測、心理疾患康復、保持心理健康方面尤其薄弱。沉浸式虛擬仿真實驗室建設在系統適應性、環境集成性、多系統關聯性、人員參與程度等方面都有明顯優勢。因此，應用VR、增強現實、全息、模擬仿真等新技術盡快建立相關虛擬仿真實驗室并應用于軍事訓練和教學科研顯得極為迫切。

4.2特殊軍兵種VR應用 空軍：據統計，從未參加過實戰的飛行員在首次執行作戰任務時生存概率只有60%，而經過了計算機虛擬對抗訓練后，生存率可提升至90%以上[7]，其原因主要歸于真實戰場環境下心理應激導致的技戰術動作和及時反應能力下降。美國波音公司的固定分辨率視覺系統(CRVS)是該公司最新研發的用于飛行員訓練的視覺顯示系統[18]，已經被美軍應用于高速噴氣飛機、旋翼飛機和地面服務培訓，通過對真實環境的模擬，有效提升訓練的沉浸感，提升心理應激的耐受能力，從而提高飛行員的訓練和作戰水平。

潛艇：潛艇內部空間狹小，艙室全程封閉，不見陽光，不分晝夜，官兵無法與外界聯絡，再加之潛航時間長、內部空氣污濁、任務隱蔽性強，面臨的海情、敵情相對復雜等特點[19-20]，要求潛艇官兵必須具備極強大的心理抗壓能力。如果心理素質不過關，易形成焦躁、恐慌、憂郁等負面情緒，特別是在遭受暈船等身體反應后，心理疾患更加難以避免。且在潛艇這種密閉空間中，負面情緒的傳染性和擴散性較快，一名官兵的恐慌、害怕情緒，很可能迅速蔓延至全艇官兵。雖然國內外尚無VR技術應用于潛艇官兵心理疾患防治的報道，VR也無法為改變潛艇環境提供更多支持，但VR能通過虛擬的環境對提高潛艇官兵人際關系、訓練、演習、以及應急事故的認知能力有一定幫助。

核化生武器防護：核化生武器屬大規模殺傷性武器，其戰場應用會對敵方作戰人員造成極大的威懾和心理壓力，易造成官兵的心理疾患。在通常的核化生武器防護訓練和演習過程中，很難對其武器效能和打擊范圍進行精準控制，越逼近真實戰場條件的演習和訓練越易造成人員傷亡，這給參訓人員也造成巨大的心理壓力，多次參訓易造成官兵的心理疾患。此外，核化生衛勤防護人員戰時技戰術動作是否能夠正常發揮對于防護效果有巨大影響，防護人員的心理刺激耐受能力直接影響其技戰術動作的發揮。VR輔以現代化綜合環境模擬輔助手段能夠有效構建出逼真的教學、訓練環境，大幅提高我軍核化生醫學救援、防護實戰化水平。因此，充分利用VR技術，實現核化生醫學衛勤保障教學和訓練勢在必行。

4.3加強虛擬仿真核心技術科研攻關 目前，VR仍面臨許多技術問題，其中最亟待解決問題為：①眩暈感。雖然有些研究人員提出在虛擬影像中添加一個鼻子的圖像，可能會使體驗者更好地適應眩暈[21]，但此方法是否有效還有待大樣本試驗的驗證。一些高端設備廠商稱在一定程度上緩解了體驗者的眩暈感，但體驗者身體狀況、適應能力的個體差異較大，一般人群仍會出現眩暈感。②屏幕刷新率技術門檻。要使VR畫面接近于現實的最低屏幕刷新率為120 Hz，主流VR頭盔的屏幕刷新率僅為60 Hz，還無法達到最低要求。提升屏幕刷新率會對芯片性能、功耗產生巨大壓力，因此其成為VR的技術門檻。③頭盔過于笨重。為了追求沉浸感，體驗者需佩帶數據頭盔，但VR頭盔笨重的外表，對頭部活動的限制使VR的體驗大大折扣。如何在裸眼狀態下減輕或消除體驗者的眩暈感，大幅提升VR硬件的技術水平和技術方法是當前需要重點攻克的技術難關。我軍應設立專項研究經費支持該領域的科研攻關，以便能夠使VR應用于更多的軍事領域。

4.4VR技術與生物醫學相結合 未來VR在軍事領域的應用將基于其工具的靈活性與創造性而不斷創新。心理疾患本身是由心理或生理的功能障礙所致，因此，研究藥物與VR技術對情緒障礙治療的協同效應將是應對因戰爭導致心理疾患的重要趨勢。目前，已有D—環絲氨酸的認知增強劑與VR暴露療法聯合應用[22]，并結合MRI、PET技術，治療情緒障礙的報道。以此為例，研究者可開展更深入的腦神經科學研究。

5 結 語

VR已成為信息領域中繼多媒體技術、網絡技術之后被廣泛關注的技術之一。美軍及時將VR應用于因戰爭導致心理疾患的官兵的防治，并建立相應系統，這些系統在過去幾年對美軍心理疾患的防治起到了積極作用。美軍的成功經驗值得我軍參考借鑒，我軍應將VR技術同戰爭需求緊密相聯，以求達到增強作戰能力、提高訓練水平，節省訓練經費、避免傷亡的目的。隨著人工智能、腦科學、心理學、醫學等多學科的協同發展，VR必將為新軍事戰爭條件下的心理應激評估，官兵身心健康保持，科學訓練、卓越選拔提供更多的技術支持和保障。

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B849

A

1672-271X(2017)05-0550-04

10.3969/j.issn.1672-271X.2017.05.029

2017-06-29；

2017-07-25)

(本文編輯：劉玉巧)

2015年全軍青年培育成長項目(15QNP092)

1.100039 北京，解放軍醫學圖書館；2.210002 南京，解放軍第81醫院信息科

金 鈺，E-mail:412935584@qq.com

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