前沿虛擬現實技術在軍隊科學化訓練中的應用＊

常祺，許鵬飛

特種醫學

前沿虛擬現實技術在軍隊科學化訓練中的應用＊

常祺，許鵬飛

隨著科技的不斷發展，戰爭的理念和形式在不斷地更新，而軍隊傳統的訓練方式已經無法適應新的戰爭需要，并且由于其安排的不合理容易造成士兵訓練傷的發生，借鑒社會其他領域的科學進步和技術積累來提升軍事訓練的科學化、標準化將是未來軍事訓練的必然發展方向。近些年，虛擬現實（VR）技術隨著科學發展已進入了高速期，在各個領域的運用均更加深入廣泛，外軍對于VR在軍事化訓練領域的應用已經取得了一定的成果，主要涉及戰術配合與戰術模擬演練，模擬特定環境、特殊器械進行特定操作訓練等，如模擬儀器操作。全軍軍事訓練醫學研究所通過大量的部隊實際調研，并與地方電子科技企業進行共同研發《軍事訓練同步矯正系統》，該系統分為四大模塊：（1）訓練動態糾正模塊；（2）訓練（傷）知識教育模塊；（3）心理干預模塊；（4）戰場救護技術培訓模塊。該系統充分利用VR技術的侵入式特點，與現代運動醫學先進動作捕獲技術結合，可有效解決軍事訓練中的戰術動作精準化問題，使得軍事訓練掌握度更高，精準度更高，為模擬實戰化訓練做出了較大貢獻，同時由于對動作的規范和糾正，也顯著降低了訓練傷的發生。

虛擬現實技術（VR）；訓練傷；科學化訓練；精準化

常祺，全軍軍事訓練醫學研究所所長，解放軍第150醫院創傷骨科主任，國家臨床重點專科部隊建設項目負責人，河南省創傷及運動康復重點實驗室主任，河南省創傷重點專科主任。骨外科博士，第四軍醫大學客座教授，第四軍醫大學骨外科碩士研究生導師。在軍事訓練醫學、骨創傷醫學、運動康復醫學領域均有造詣。在國內外期刊發表學術論文50余篇，多篇為SCI收錄，主編出版專著5部。負責全軍指令性課題多項，獲得軍隊科技進步二等獎1項，河南省科技進步三等獎1項，洛陽市科技進步二等獎2項。

社會的進步、戰爭的發展和體育科學的進步等都是現代軍事訓練走向科學化的重要推動力，在當前新的軍事形勢下，我軍的各項軍事訓練也經歷著深刻的變革，如何借鑒社會其他領域的科學進步和技術積累來提升軍事訓練的科學化、標準化水平是大家都在探索的問題。目前，隨著實戰化訓練強度的不斷增大，如果防護不當或技術動作不規范，很容易導致訓練傷的發生。實戰化訓練中如何有效減少訓練傷的發生，為官兵健康和部隊戰斗力服務，也是部隊各級關注的一個重要課題。

近些年最具有代表性且影響重大的科學技術莫過于虛擬現實（virtual reality，VR）技術，其出現對各個領域均產生了重大影響。20世紀90年代初，美國率先將VR技術用于軍事領域。隨著科學技術的發展，目前美軍的虛擬現實模擬已經進入實戰化階段，廣泛運用于各軍兵種的單兵單裝訓練、作戰指揮訓練、戰役戰術訓練等層次。近幾年，VR技術已經滲透軍事生活的各個方面，開始在軍事領域中發揮著越來越大的作用。VR技術在軍事領域的應用主要集中在虛擬戰場環境、軍事訓練和武器裝備的研制與開發等方面［1］。

這些先進的技術和經驗如何同我軍的軍事訓練相結合，并有效解決目前我軍軍事訓練中存在的一些問題呢？全軍軍事醫學訓練創傷研究所通過大量的部隊實際調研，與地方電子科技企業進行共同研發《軍事訓練同步矯正系統》，并在實踐應用中不斷地進行完善，旨在為我軍科學化訓練和訓練傷防治做出更大貢獻。

1VR技術的概念及特點

VR技術，是一種綜合計算機圖形、多媒體、人機交互、網絡、立體顯示和仿真技術等多種科學技術綜合發展出的技術，是利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、無限制地觀察虛擬世界的事物。使用者借助一定的交互設備與虛擬世界中的對象進行互動，并相互影響。使用者可以按照自己的主觀意愿驅動虛擬世界，感知其中的各種對象，從而可以完成一些現實世界中難以完成甚至無法完成的活動［2］。

VR技術具有3I的特征，即，沉浸感（Immersion）、交互性（Interaction）和想象性（Imagination）［3，4］。沉浸感是指利用計算機產生的三維立體圖像，讓人置身于一種虛擬環境中，就像在真實的客觀世界中一樣，能給人一種身臨其境的感覺。交互性是在計算機生成的這種虛擬環境中，人們可以利用一些傳感設備進行互動，感覺就像是在真實客觀世界中一樣。比如：當用戶用手去抓取虛擬環境中的物體時，手就有握東西的感覺，而且可感覺到物體的重量。想象性是在虛擬環境中可使用戶沉浸其中并且獲取新的知識，提高感性和理性認識，從而使用戶深化概念和萌發新的聯想。因而可以說，虛擬現實可以啟發人的創造性思維。

2 我軍軍事訓練現狀

我軍傳統意義上的體能訓練在磨煉其官兵意志力上值得提倡，但是在科學化的背景下，傳統意義上的“老三樣”，即5 km跑、引體向上和俯臥撐，這種單一的訓練形式反映出部分官兵對于體能訓練認識上的狹隘。分析我軍現行的軍事訓練內容存在的一些缺陷，如：（1）訓練內容過于單一，缺乏針對性訓練標準；（2）訓練時示教方法落后，不易于學習；（3）訓練不夠精準化，針對性不強，動作標準不夠統一；（4）訓練實戰化準備不足，戰場環境和心理因素訓練內容少；（5）訓練設施配備不足。

在新的作戰理念轉變的大背景下，士兵的軍事訓練須要科學化，根據不同的兵種和不同的軍事任務，采取不同的訓練內容和訓練方法來進行專門化的訓練。軍事訓練內容一定要貼近實戰，在實戰中不同兵種需要什么體能素質就專項化進行科學的設置，其內容負荷要與實戰接近。現代戰爭的殘酷性，要求士兵不僅要具有過硬的軍事素質和過硬的心理素質，還要求士兵在極限條件下的心理素質和身體極限忍耐能力。因此，在日常的訓練中，要組建科學化的體能訓練團隊保障士兵的體能、心理、營養等方面。同時由于訓練方法的不當或動作指導不到位，會導致官兵訓練傷增多，其中應力性骨折、膝關節損傷和腰背痛等3種訓練傷最為多見［5］。只有科學化、精確化的軍事訓練才能達到更好的訓練效果，同時減少訓練傷的發生。

3 VR技術在軍事訓練領域中的應用

VR技術的不斷進步不僅是對娛樂聲像設備的更新換代，更是對科學化軍事訓練的革命。

20世紀90年代，美軍首先將VR技術運用于軍事領域，進行模擬訓練。在技術的不斷發展過程中，逐漸發展出從戰略到戰役、從指揮機構到單兵技能訓練、從戰場環境模擬到武器使用，對其軍隊實施全方位的模擬訓練，為實戰服務。美軍VR技術與科學化訓練結合非常緊密，基本上所有的訓練科目均有VR技術的涉及，包括在機械單位駕駛、新武器培訓、跳傘、單兵技能訓練、實戰演練、空軍培訓、戰場心理適應等各個方面［6］。

如美國著名的101空降師，已開始借助VR系統進行實戰化訓練（圖1）。系統中每個士兵都頭戴虛擬現實頭盔，各肢體關節部位攜帶傳感器，可以做出各種復雜的軍事訓練演習姿勢和動作，還可以如同在真實戰場上一樣使用各種槍支彈藥。出于訓練需要，DSTS單兵訓練系統還能評估士兵在虛擬戰場的受傷情況，并通過回放觀察士兵在訓練中表現并加以完善。

圖1 美國正研發的DSTS單兵訓練系統圖

4 VR技術為主體的《軍事訓練同步矯正系統》技術特點

全軍軍事訓練醫學研究所經過多年部隊軍事訓練實地調研，研發《軍事訓練同步矯正系統》，該系統分為四大模塊：（1）訓練動態糾正模塊；（2）訓練（傷）知識教育模塊；（3）心理干預模塊；（4）戰場救護技術培訓模塊。下面針對各模塊技術特點和實際應用逐一做詳細介紹。

4.1 訓練動態糾正模塊針對對象為受訓官兵及組訓人員。在軍事訓練中，以什么樣的標準來指導軍事訓練技術動作，即如何做到特定技術動作標準化，一直是部隊比較普遍和頭疼問題，也是提倡科學訓練的大環境下亟須解決的問題。以投彈訓練為例，在軍事訓練中，投彈是一項鍛煉肢體及肌肉爆發力的投擲類運動，訓練不當不僅影響訓練成績，還容易誘發投彈骨折、肩肘關節損傷等一系列訓練傷病。

在軍事訓練科學化的經驗借鑒上，職業體育訓練和數據監測給我們帶來了很多啟示。例如NBA球隊采用的球員數據分析系統，通過架設在球場內的專業設備，記錄球員在訓練和比賽中的動作習慣以及肌肉和關節數據等，通過大量數據分析對球員進行指導，幫助運動員改掉一些效率低、容易導致受傷的動作和習慣，更好地提升運動員的競技水平。

在《訓練動態糾正模塊》中，以投彈訓練為具體的研究對象，通過目前最新的VR技術和全身動作技術，讓士兵戴上沉浸式VR頭盔后，身臨其境的學習投彈教官的投彈動作示范，同時通過數據對比實時矯正士兵的每一步動作，防止士兵因為投彈姿勢錯誤而導致受傷，使得投彈訓練更加精準。此模塊解決了動作教學抽象難懂的問題，同時也解決了優秀教學資源的共享問題。在傳統的投彈教學中，每個教官的投彈動作都存在一定的差異，通過VR設備，可以將全軍最優秀的投彈教官動作錄入到標準動畫中供每個士兵學習，士兵可以任意變換角度觀察動作細節，可以進行逐步式分解學習，讓優秀的教學資源得到了更大范圍的應用。

除了形象的分步驟教學，系統實時的動作數據對比分析是系統的核心技術。通過與實時全身動捕設備的連接，系統能實時地將士兵的肢體動作“捕獲”到系統中，讓系統中虛擬的“我”與士兵動作同步，同時把士兵的每一個動作數據與優秀教員的動作數據進行分析對比，對動作存在的偏差以通俗的語言、文字等形式實時反饋給士兵，起到實時指導矯正的作用，起到了科學訓練的作用，同時對動作的矯正也最大限度地防止士兵在訓練中因動作錯誤而導致受傷。

4.2 訓練（傷）知識教育模塊針對對象為受訓官兵及衛生人員。在軍事訓練標準上，部隊以紙質教材、文字資料、課件、視頻及教官現場動作指導等形式進行授課培訓。但文字資料和課件比較抽象，視頻不便進行細化和拆分訓練。這些傳統的示教方法，會導致受訓人員的理解不夠到位，對訓練技能的掌握參差不齊，對于因不正確訓練而造成的訓練傷認識不足。

在《訓練（傷）知識教育模塊》中，讓士兵戴上沉浸式VR頭盔后，身臨其境的學習訓練（傷）知識，同時可以實現交互互動功能。以投彈動作為例，制作投彈肌肉骨骼模型，表現出投彈動作的各個時相，每個運動時相內骨關節與肌肉運動方式，以及每時相內容易出現的動作問題和相應易出現的損傷做一一講解。模塊可實現以下特點及功能：（1）利用VR技術設計逼真的三維虛擬身體內部結構及運動時肌肉骨骼狀態，能夠使戰士置身于虛擬的3D環境中，體驗實訓不可能觀察到的人體各肢體及結構器官工作的原理，更好地了解人體的構造和運動，體會合理動作，規避易損傷動作；（2）充分利用并行虛擬現實系統的可交互性，讓學員與人體運動模型、學員與教員之間進行互動，體驗平時不可能體驗到的情境，同時可以利用并行虛擬現實系統的共享性使所有人共享資源，激發學習興趣，提高其自主學習能力；（3）學員可以不受時間和空間的限制，自己可以在任意的時間和地方利用VR教學設備進行學習。與傳統的教學方式相比，節約了時間，提高了學習效率，同時充分調動其興趣。

4.3 心理干預模塊針對對象為受訓官兵。現代戰爭給官兵的心理帶來了前所未有的影響和挑戰，沒有正確的應對措施會造成心理問題。戰爭性心理問題，是指由于戰爭的殘酷激烈和復雜多變對參戰人員心理產生刺激而引起的一系列不良心理反應［7］。我軍官兵在未來戰爭中也將面臨的戰爭性心理問題，如何通過平時科學化的軍事訓練來預防戰爭性心理問題的發生是非常值得重視的研究方向。

造成戰爭性心理問題的關鍵在于對戰爭環境的不適應與不熟悉。據參加伊拉克戰爭的美軍心理醫師報道，老兵中出現戰爭性心理問題的人極少，患病的通常都是年輕、缺乏實戰經驗的新兵。因此，對參戰人員加強心理耐受適應性訓練，可以大大提高參戰人員的心理耐受能力。尤其是我國常年處于相對和平狀態，很少有官兵參與到實戰過程中。缺乏一種臨戰的環境的鍛煉。而在訓練中使用VR技術的模擬環境功能，就可以很好地模擬真實的戰爭環境，讓官兵提前適應實戰時的壓力，降低易感性，提高心理承受能力，增加應對和適應戰爭環境的能力，從而在未來的戰斗中減少戰場上出現的焦慮、恐慌等心理問題。

此外，在危險系數較高的科目訓練（如跳傘、飛行員試飛）時，也容易出現軍人心理問題，從而影響自身發揮甚至造成傷亡。這一方面也可通過VR技術的模擬環境能力輔助解決，提高心理適應能力，提升面對突發情況的應對能力。

戰爭結束后，很多軍人易造成戰后心理綜合征，因為戰場上遭遇或對抗重大壓力后，包括生命遭到威脅、嚴重物理性傷害、身體或心靈上的脅迫，而出現的心理狀態失衡后遺癥。如何解決這一問題，心理學的治療包括宣泄情緒、藥物治療、心理咨詢等方法。其中的宣泄，尤其是現場宣泄的效果是最佳的，可以最大程度幫助患者釋放壓抑的情緒。采用VR技術進行最大限度地臨床感環境模擬，幫助患者在某一時刻應該找回存放在腦海深處的記憶，并把他們從新審視處理，宣泄出自身所承擔的壓力，這樣才能走出陰影。

在《心理干預模塊》中，我們利用首先對官兵進行心理評估，針對特殊環境作業人群，或特殊崗位人群，如空降兵及飛行員，利用VR技術的模擬環境能力，提高官兵心理適應能力，提升其在面對突發情況的應對能力。使心理評估異常人員，通過環境模擬、情感釋放等一系列手段及技術，達到心理干預治療的效果。

4.4 戰場救護技術培訓模塊針對對象為衛生人員。在真實戰爭打響后，部隊醫療隊往往要隨軍深入至前線進行醫療支援。我國長期處于和平時期，戰斗人員缺乏實戰經驗，而相應的醫務人員也缺乏戰場救護的真實經驗。缺乏應對各種突發情況下繼續保障醫療支持和應對戰時大量不同傷情的處理經驗，還有單獨醫務人員的戰時心理問題，這些因素都極大地影響了戰爭情況下戰場救護的實際保障能力。

醫護人員如何在平時對于這一方面內容進行針對性訓練？參與軍事演習是一種方法，但是開展次數有限，也無法獨立開展訓練，參與人員也有限。VR技術的發展也為戰場救護提供了新的訓練選擇。逼真的現場模擬度，每個醫護人員沉浸其中，面對不同的突發情況進行醫療保障，提高應對突發能力和心理承受能力。

此外，很多基層部隊的醫務人員由于常年在基層部隊服務，所接觸到的病種單一，缺乏多方面的疾病應對和應急手術經驗。通過VR技術虛擬的醫療能力來幫助解決。比如虛擬外科手術，利用VR技術模擬和指導外科手術所設計的各種過程，包括術前、術中、術后整個過程，進行手術培訓，解決手術經驗不足的問題［8］。目前國外此方面已有一些成功的經驗。

在《戰場救護技術培訓模塊》中，我們擬通過三部分內容進行設計：（1）虛擬手術視覺渲染；（2）物理模型制作；（3）人機交互。實現如骨折固定、包扎止血、心肺復蘇等戰場救護的實用技術培訓，甚至對進一步戰場救護的技術，針對骨科骨折手術固定、普外剖腹探查、肝切除等專業性較強臨床技術，也實現了對專業醫務人員的業務培訓。

5 結語

VR技術，是20世紀末興起的一門綜合性信息技術，備受國內外各領域專業人員關注。如何將該技術利用好，使其充分符合我軍特點及需要，科學應用于我軍軍事訓練領域還需要進一步探討和研究。

［1］軍事科學院軍事百科研究所.當代最具影響力的軍事技術（一）［J］.軍事百科，2005（1）：64-66.

［2］胡小強.虛擬現實技術基礎與應用［M］.北京：北京郵電大學出版社，2009：78.

［3］BURDEAGC，COIFFETP．虛擬現實技術［M］.魏迎梅，欒悉道，譯．北京：電子工業出版社，2005.

［4］Wexeblat.A VR Application and Explorations［M］.Cambridge：Academic Press Professional，1955：5-12.

［5］仉郁芝，孫超，譚濤峰，等.我軍軍事訓練傷研究概況［J］.醫教研究，1994（2）：78.

［6］李湘德，趙儉.VR技術的軍事應用研究［J］.科技進步與對策，2003（10）：81-83.

［7］趙冬梅.心理創傷的治療模型與理論［J］.華南師范大學學報，2009（3）：125-127.

［8］王丹，羅良平.虛擬現實技術在臨床教學中的應用［M］.醫療衛生裝備，2012，7（33）：126-127.

［2016－09－13收稿，2016－10－11修回］［本文編輯：韓仲琪］

Application of advanced VR technology in the military scientific training

CHANG Qi，XV Peng-fei. PLA No.150 Hospital，Trauma Osteological Dept./Whole-army Military Training Medical Institute，Luoyang，Henan 471031，China

With the development of science，the concept and form of war are constantly updated，while the traditional military training methods have been unable to adapt to the new war needs，and under the unreasonable arrangements easily lead to the occurrence of soldiers training injuries，gathering other areas of science to make the military training more scientific and standardization will be the inevitable direction in the future.Recent years，the development of VR technology has entered a high-speed way，play important roles in all areas.The foreign army has achieved some achievements in application of VR in military training which involve in tactical coordination，tactical simulation exercises，simulation of specific environments and equipment.After a large number of actual research in troops，Army military training medical research institute collaborated with the local electronic technology enterprise to develop the"military training synchronization correction system".The system is divided into four modules：1）training dynamic correction module；2）training（injury）knowledge education module；3）psychological intervention module；4）battlefield ambulance technology training module.This system takes full use of immersion of VR technology，combined with the advanced motion capture technology of modern sports medicine.The system can effectively solve the precision problems，make the military training more accurate and easily to master the new project，and it will make great contribution to the simulation training of actual combat.At the same time，the correction and regulation of training action will decrease the incidence of training injury.

VR technology；Training injury；Sciented training；The accarated

R82：G255.76

A

10.14172/j.issn1671-4008.2017.03.001

全軍后勤科研計劃面上課題（CJN14J005）

471031河南洛陽，解放軍150醫院創傷骨科/全軍軍事訓練醫學研究所（常祺，許鵬飛）