基于VR的沉浸式指揮員心理訓練環境構建研究

王涵 張志勇 朱虹旭 周雙喜

[摘 要]隨著科技的發展，現代戰爭的節奏越來越快，也越來越殘酷，這對指揮員的心理素質提出了更高的要求。指揮員能否在復雜多變的戰場環境中擁有處變不驚、沉著冷靜的心理狀態，對指揮決策、完成戰斗任務有著極大的影響。文章以虛擬現實技術為切入點，分析研究現有虛擬現實技術的相關硬件和軟件，探討基于虛擬現實技術的指揮員心理訓練環境框架構建，為下一步虛擬現實訓練環境的構建提供參考。

[關鍵詞]虛擬現實技術；指揮員；心理訓練；環境構建

[中圖分類號] G64 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）03-0132-03

古代軍事家強調“用兵之道，攻心為上”。作為戰爭的指揮者、決策者，指揮員的心理素質狀況直接影響到其作戰思想、作戰決策和戰斗意志的實施與發揮，關系到軍隊戰斗力的生成情況和“打得贏”目標的實現程度。由于近年計算機技術的快速發展，VR技術即虛擬現實技術也隨之進入越來越多的行業和領域，特別是2016年以來，虛擬現實設備越來越普及，價格也越來越親民。利用虛擬現實技術的特點，即沉浸性、交互性、想象性[1]，創建一個心理訓練需要的、逼近真實的、現實中難以實現或者無法實現的環境，讓指揮員沉浸于其中進行心理訓練，有利于提升指揮員的心理承受能力、心理適應能力、心理應激能力以及心理的自我調節、控制和康復能力[2]，提高其心理機能，保證能夠在現代戰爭中正常行動，最大限度地發揮其作戰能力，同時能夠抵御敵人通過各種手段進行的心理攻擊。

一、基于VR的沉浸式指揮員心理訓練環境功能設計

心理學研究表明，指揮員在指揮作戰中必須承受極其巨大的心理壓力，其意志、情緒、能力和性格在面臨不同的戰場環境時都會有不同的狀態和特點。優良的心理素質，沉著冷靜的心理品格，往往可以提高指揮員的戰斗能力；反之，則對指揮員的指揮決策產生極大影響，使其能力的發揮受限，甚至是喪失指揮能力。而指揮員的心理素質包括很多方面，其中心理承受、心理適應、心理應激、心理調節和恢復能力的大小[2]，直接影響指揮員能力水平的發揮，因此，利用虛擬現實技術構建的指揮員心理訓練環境應該具備以下四個功能。

（一）能夠開展心理承受能力訓練

心理承受能力是指人的感官持續接受和承擔外界一定刺激量的能力。一般來說，每個人都有一定的心理承受能力，但是由于每個人的性格、身處環境、受教育程度、生活閱歷等情況不同，因此，其心理承受能力又有比較大的差異。心理承受能力訓練的目的是提高指揮員承擔外界刺激的能力。每個人對于外界刺激的承受量是有上限的，一旦超過這個上限，就會對其認識、情感和意志造成不同程度的影響。通過訓練可以提升指揮員的心理承受能力的上限，使其在受到更大的外界環境刺激時能夠從容面對?，F代戰爭的主要特點之一是持續不間斷，從戰爭一開始就呈現出連續、高效的態勢，精確制導彈藥的大量使用，使得戰場環境異常殘酷，指揮員的心理壓力異常之大，這時其心理承受能力越強，越能夠在復雜、殘酷的戰斗中保持冷靜，正確決策。

利用虛擬現實技術開展指揮員心理承受能力訓練，在訓練環境的構建上：一是利用虛擬現實技術具有沉浸性這一特點，創造出逼真的戰場環境，讓指揮員猶如身臨其境，真切感受到戰場的氛圍。二是通過戰爭不同殘酷程度場景的不斷變化，逐步強化環境對指揮員的刺激，使其產生相應的有利反應，形成“刺激—反應”的聯結，從而提高其心理的承受能力。三是要注重訓練過程中環境生成的隨機性，時刻貼近現代戰爭多變的實際，讓指揮員在體驗沖擊中不斷提高心理承受能力。

（二）能夠開展心理適應能力訓練

心理適應能力是指對外部環境變化的適應能力。心理適應能力訓練主要是指通過訓練使指揮員的心理活動能夠適應現代戰爭特殊戰場的環境和條件及其變化。在現代戰場上，指揮員面對的是各種可能出現的外部環境刺激，如果不能及時適應并且習慣于這些刺激，就很難保持自身心理活動的穩定性，從而影響到作戰任務的完成。

在虛擬現實環境（也稱虛擬環境）下開展指揮員心理適應能力訓練一定要基于相應的戰術背景下，通過對戰術背景的分析和判斷，對可能出現的場景進行虛擬，讓指揮員進行任務模擬，體會和感受可能遇到的情況，提前適應相應的任務環境，才能及時快速地采取措施，完成戰斗任務。

（三）能夠開展心理應激訓練

心理應激是指出乎意料的緊張情況所引起反應的情緒狀態，通常是指人們遇到預料之外的緊急情況時那一剎那的反應[3]。在現代戰場上，戰爭節奏快，不確定因素多，指揮員的心理反應大都是應激反應，其反應往往存在兩種情況：一種是手足無措，陷入困境；另一種則是急中生智，行動有力，及時采取相應的措施擺脫困境。心理實驗證明，心理應激的能力是可以訓練的。人們如果長期處于心理應激狀態，會對其心理和生理健康產生不利影響，應激心理過度可能會導致情緒低落、思維能力下降甚至生理失調。

在虛擬現實環境下開展心理應激訓練一般都是跟心理承受能力和適應能力的訓練同步進行的。由于心理應激反應的特殊性，我們應該注意把握好以下幾點：一是由于沉浸式虛擬現實環境具有很強的真實度，在訓練環境的設置中應該遵循循序漸進的原則，由簡單到復雜，使得指揮員的心理應激反應控制在一定的范圍內，不至于應激過度。二是科學嚴格地控制好在虛擬現實環境中訓練的時間，防止因心理應激反應持續時間過長而適得其反。三是在訓練過程中要實時監測受訓者的各項生理指標，一旦出現異常的變化，組訓者可以介入引導，以防止對受訓者心理造成傷害。

（四）能夠開展心理調節和恢復能力訓練

心理調節和恢復能力是指解除心理疲勞、消除心理障礙和盡快平復心理創傷的心理機能。心理調節和恢復能力具有彈性、可調性、自愈性等特性。在虛擬環境中開展指揮員的心理調節和恢復能力訓練，就是模擬指揮作戰過程中一些能夠導致指揮員產生心理疲勞、心理障礙、心理損傷的影響因素，并通過科學的方法讓指揮員在虛擬環境中進行感受和體驗，增強指揮員在外界刺激下產生心理疲勞后，能夠迅速恢復正常水平的心理彈性能力；提高指揮員在心理出現障礙時，能夠自我調節掃除障礙的控制能力；強化指揮員在心理遭受損傷、出現生理病癥時，通過自己的力量平復心理創傷的心理自愈能力。

虛擬現實技術以其逼真的沉浸感，讓指揮員可以融入虛擬環境中，其生理和心理活動都能夠在里面得到充分的表現，如模擬轟鳴的戰車進攻、火光四濺的炮彈爆炸場景，同時對指揮員的心跳、呼吸和體溫等生理狀況進行監測，從而收集到指揮員的心理、生理在其中的變化過程并記錄下來，通過不斷地變換環境來鍛煉指揮員的心理調節和恢復能力。

二、基于VR的沉浸式指揮員心理訓練環境硬件基礎——以心理應激訓練場景構建為例

基于虛擬現實技術的指揮員心理訓練環境構建的目標是利用現有設備搭建一個指揮員能夠沉浸于其中、具有良好的人機交互能力、極度真實的心理訓練環境，以使指揮員通過在其中的訓練強化心理素質，提高心理戰斗力。下面以心理應激訓練為例，分析構建其訓練場景需要哪些硬件作為支持。

心理應激訓練是通過向受訓者呈現多種類型的應激素材，了解其在應激時的心理狀態，并通過有效的放松訓練項目幫助其盡快恢復到放松狀態，如此循環往復，從而增強其對刺激的耐受性。因此，我們在刺激源即應激訓練虛擬環境的構建上要遵循刺激強度從小到大的原則，呈現受訓者在未來的任務或者作戰中可能遇到的真實場景，從而讓受訓者能夠真正體驗到虛擬環境帶來的感受。

我們根據刺激強度由小到大地將虛擬環境分成以下四類場景。

一類場景：主要是洪水、地震、大火、戰爭中的大的宏觀場景，沒有細節的描寫，受訓者可以在虛擬環境中走動和四處觀看，形成視覺上的沖擊。

二類場景：戰場上的爆炸、槍戰、槍擊等場景，涉及到群體性的人員傷亡，沒有個體傷亡的特寫。受訓者可以擔任某一角色，參加到其中，親身體驗戰爭的殘酷性。

三類場景：戰場中的死亡場景，只涉及單個特寫。此時受訓者所要經歷的場景則是身邊戰友受傷或者犧牲的細節，受訓者可以使用交互設備來挽救自己的戰友，以提高其心理應激能力。

四類場景：使用殘忍、非正常手段傷害或者殺害他人的場景，比如被俘后戰友被敵軍殘害等。

要構建以上四類場景，首先需要用到的硬件就是顯示設備，其主要功能就是為受訓者提供三維逼真的畫面，提供良好的視覺體驗；其次要使受訓者能夠擁有沉浸式的體驗，交互設備必不可少，這其中包括音頻系統、觸摸傳感裝置、人體動作捕捉和控制器、生理監測系統以及整個虛擬環境系統的計算中心——計算設備。系統對各個設備的具體功能要求如表1。

顯示設備給受訓者提供一個逼真的三維畫面，受訓者在虛擬環境中感受和體驗時，會對刺激產生一定的反應，采取相應的動作，比如搬動虛擬環境中的物體來營救被困的戰友，通過跑動或匍匐等動作躲避敵方的子彈和炮擊等。動作捕捉和控制器對人體的位置和狀態進行實時監測，然后反饋回虛擬現實系統，從而讓虛擬環境做出相應的變化，讓受訓者體會到遇到這樣的情況采取這樣的措施是正確的，是可以解決困難的，以增強受訓者在虛擬環境中的沉浸感，讓其真正投入到其中。

通過市場調查和資料的查閱，我們整理出目前符合上述功能要求的相關硬件設備，見表2[4][5][6]。

三、基于VR的沉浸式指揮員心理訓練環境軟件支撐

虛擬現實軟件主要是用來創造虛擬現實環境中的各種事物，比如樹木、河流、草地等自然環境，城市、街道、工廠等社會環境，以及坦克、飛機、爆炸場景等軍事環境，同時是虛擬現實訓練環境、硬件設備、用戶和現實世界四者之間數據信息溝通和交換的橋梁（如圖1）。

借助虛擬現實軟件，我們可以根據訓練內容的不同對虛擬訓練場景進行相應的設置，也可以通過動作捕捉和控制軟件反饋的人體動作變化來對虛擬環境進行相應的改變，增強受訓者在虛擬環境中的沉浸體驗。受訓者通過顯示設備和交互設備在虛擬環境中進行各項訓練，其在虛擬環境中的每一個動作又通過交互設備如動作捕捉和控制器采集的數據經由軟件實現新場景的生成，來完成環境的實時更新。目前針對虛擬現實環境推出的相關軟件種類很多，我們可以根據所選擇的硬件來匹配相應的軟件，這樣可以使軟硬件更好地融合到一起，降低虛擬現實環境的構建難度，而且選擇與頭戴式顯示器相匹配的軟件能更好地發揮其顯示效果，增強沉浸感。通過市場調查和資料查閱，Unity和Unreal這兩款軟件目前比較符合我們系統的要求，可以選擇它們進行虛擬環境的開發[4][5][6]。

四、基于VR的沉浸式指揮員心理訓練環境構建的流程

通過以上對指揮員心理訓練虛擬現實環境功能和軟硬件支撐的分析，我們可以初步搭建一個針對指揮員心理訓練的虛擬現實環境：首先利用建模軟件和開發軟件對所需要的環境進行建模和設計，創建一個適合于心理訓練內容的虛擬環境，受訓者通過一系列的交互設備在其中體驗和感受所創建的不同環境。受訓者會根據環境的刺激產生相應的反應，同時通過交互設備在虛擬環境中進行相應的操作，從而引起虛擬環境發生相應的改變。比如一開始就讓受訓者處于炮火襲擊之中，四周的場景都是爆炸的場面，此時其心理應該是非常的緊張和害怕，也有可能不知所措，但是受訓者可以在虛擬場景中自由跑動，尋找掩體或者采取相關措施避免受傷。爆炸聲和場景會隨受訓者的行動變化而變化，此時受訓者的心理也會根據環境的改變而改變。受訓者一旦再次遇到相應的場景，就會自然產生相應的動作，通過如此反復的訓練，達到提升受訓者心理素質的目的。

五、結束語

利用虛擬現實技術開展指揮員心理訓練，可以讓指揮員在逼真的虛擬環境中感受和體驗未來可能經歷的一些場景，具有很強的沉浸感和代入感。而且所構建的場景可以重復利用，并且規避了在現實環境中訓練可能產生的一些風險。通過不斷地、反復地在虛擬現實環境中進行訓練，可以鍛煉指揮員對未知事物的心理承受能力，增強指揮員對陌生戰場環境的心理適應能力和心理應激程度，強化指揮員在心理經受刺激后的自我調節和恢復能力，從而促進指揮員過硬心理素質的形成，提升指揮員在現代戰爭中的生存能力和戰斗力。本文從訓練環境系統框架構建的角度進行研究，提出了一些環境搭建的方案，為下一步的軟件開發和功能實現提供依據。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 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.

[2] 韓秋風，等.心理訓練理論與實踐[M].北京：國防大學出版社，2003.

[3] （美）勞倫斯，等.牛津軍事心理學[M].楊征，等譯.北京：科學出版社，2014.

[4] （美）斯凱·奈特.虛擬現實：下一個產業浪潮之巔[M].仙顏信息技術，譯.北京：中國人民大學出版社，2016.

[5] 王寒，卿偉龍，王趙翔，等.虛擬現實：引領未來的人機交互革命[M].北京：機械工業出版社，2016.

[6] 劉丹.VR簡史：一本書讀懂虛擬現實[M].北京：人民郵電出版社，2016.

[責任編輯：龐丹丹]