虚拟现实技术在中国潜艇艇员救生训练中的应用前景分析

　　虚拟现实技术在中国潜艇艇员救生训练中的应用前景分析

　　翁永斌，陈 亮，付国举

　　[关键词] 虚拟现实技术,潜艇艇员,救生训练,应用分析

　　[中图分类号]R84 『文献标识码I B [DOI] 10. 3969/j.issn. 1009-0754. 2018. 04.004

　　虚拟现实技术是一种仿真技术，它通过计算机将仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、传感技术、多媒体技术相[作者单位] 200433 上海，海军军医大学海军医学研究所结合，生成一种虚拟的情境，这种虚拟的、融合多源信息的维立体动态情境给人的感觉就像真实的世界一样。美国“虚拟现实之父”Lvan Suther Land早在1968年就已研发出一种具有视觉沉浸感和跟踪功能的头盔显示器。随着研究的深入，目前虚拟现实技术在医疗、二程、航空、航海，特别是军事领域有着广泛的应用，比如在飞行员模拟训练中已经应用了很多年‘引。潜艇艇员救生训练和飞行训练一样，均涉及高价值装备，尽量以岸港模拟训练为主。随着近年来中国海军武器装备的飞速发展，潜艇艇员救生训练需求和现有组训能力之间的矛盾越来越凸显。

　　1 目前潜艇艇员救生训练工作存在的难点

　　从20世纪初潜艇成为一种有力的海军战斗武器以来，应急援潜救生问题随之被提上议事日程。海上救生涉及部门多、技术复杂且要求高，因此必须先做好岸港模拟训练。对于目前我国海军潜艇已发展较为成熟的救生装备，也并非所有艇员都能熟练掌握其使用原理和操作方法。究其主要原因，还是因为潜艇艇员救生训练工作不到位，组训工作存在各种困难。

　　1.1训练机制不够完善艇员救生训练关乎着潜艇部队战斗力的可持续发展。国际上潜艇艇员救生训练通行的做法是艇员上艇服役之前其相关救生科目训练必须合格，一定年限后再按规定进行科目复训。目前中国潜艇艇员救生训练尚未建立此类完善机制，潜艇艇员上艇前虽进行了相关救生科目训练，但未开展全覆盖定期复训工作，后期开展的救生训练特别是快速上浮脱险训练一般也都采取骨干训练，然后再由骨干进行传帮带的方式，训练效果差强人意，以致潜艇艇员上艇服役前所学的救生技能不能得到很好巩固。

　　1.2组训机构不够充足潜艇艇员救生训练有些科目如快速上浮脱险训练存在一定的风险性，保障相对困难，操作不当或出现故障，可能发生潜水疾病，且需要专业设备保障训练，目前潜艇部队自身都不具备组训条件，需赴组训机构进行专业训练，但是中国海军具备组训条件的单位屈指可数，而且受设备状况、装具数量、训练季节、住宿条件等诸多条件限制，每年参训人数很有限，远远不能满足中国海军潜艇艇员的轮训需求。

　　1.3训练模式不够创新多年来，组训机构训练设备和训练手段缺乏创新，没有与时俱进地采用互联网、虚拟现实等新技术新方法，缺乏新时代的训练方法，使得参训艇员没有深刻体验到训练的重要性和紧迫性，有的甚至还认为根本用不到。训练设备的老旧，也导致训练过程中缺乏精确科学有效的训练评价系统，不能精准评价每个艇员的参训表现。目前，中国潜艇艇员救生训练特别是快速上浮脱险训练一般都是采取骨干训练的方式，再由各艇骨干回单位进行传帮带，训练效果差强人意。

　　1.4参训积极性不够高 救生训练关系到战斗力持续发展，但又不像岗位技能训练，能在训练后起到立竿见影的效果，加上救生训练需要抽出专门时间远赴组训机构进行训练，而目潜艇部队战备、训练任务繁重，各艇不是在战备就是处于演习或训练之中，基本没有成块的空闲时间，同时人员离开驻地营区，管理上也存在一定安全隐患，基于上述原因，有些单位对组织参加艇员救生训练存在诸多顾虑，参训积极性不高。

　　2虚拟现实技术应用于救生训练的优点

　　虚拟现实技术是根据人类的各种感官和心理特点，通过计算机程序设计出来的一系列3D图像，已经在虚拟训练方面呈现出许多优点，能够有效减少训练时间，减少训练风险，提升训练效果。

　　2.1仿真性基于虚拟现实技术的仿真系统中的环境是立足于实际的操作规范，以现实世界为基础人为设计创造出来的，虽然并非真实存在，但是虚拟环境中的所有物体必须是依据现实环境中的物体运动规律而执行相应动作的。其立体性和逼真性，配合视觉、听觉、触觉方面的传感设备以及动觉类的传感设备和反应装置，让仿真系统具备了多感知功能，使人与虚拟环境融为一体，使参训人员难辨真假、身临其境。

　　2.2开放性将仿真系统与高速网络有机结合，虚拟训练就可以打破训练空间上的限制，组训者可以将参训艇员置于任意的地理环境，也可以将不同部队的潜艇艇员进行集中化训练。无论参训艇员身在何处，只要通过连接高速网络通信设备即可进入虚拟仿真系统中同一个虚拟训练场所进行实时训练。

　　2.3针对性与实际训练相比，利用仿真系统的虚拟训练可以根据参训艇员的不同需求有针对性地模拟相关训练科目。借助虚拟现实技术，可以有针对性地创造出现实生活中难以获得的情境，将潜艇艇员置于各种复杂环境、突发事件中去，进行针对性应急处置训练，提高参训艇员应变能力与处理突发事件的相关技能。

　　2.4 自主性借助专门研发的仿真系统，各潜艇部队可以在任何时间、任何地点根据本部门训练实际情况组织所属艇员进行脱险演练，实时进行演练评估和提出改进建议，快速地取得演练结果。参训艇员可以根据自身不足自发地进行某个科目的重复演练，使参训艇员始终处于脱险训练的主导地位，提高艇员训练的积极性和主动性，大大提升训练效果。

　　2.5安全性虚拟脱险训练远比实际训练安全，组训方与参训艇员可以在仿真训练系统中创新使用各种脱险训练方案，即便有意闯“大祸”，也不会造成难以挽回的“恶果”，而是会将脱险训练中的所有表现综合到训练评定中去，作为训练结业考试的一部分。利用虚拟脱险训练，参训艇员卸下思想包袱，轻松大胆训练，在充分确保人身安全的情况下，反而能够有效地提升训练效果和技能水平。

　　2.6经济性利用仿真系统辅助真实训练，在实际操作过程中，可以先采用仿真系统模拟训练，待参训人员熟练掌握相关要领后再进行真实训练，能显著减少真实训练的次数，降低了训练风险，从而降低了组训人员的思想压力。真实训练次数的减少降低了军事资源的消耗，让高气压设备也“休息”了，人员和设备双赢的结果使得组训机构能够更好更多地完成年度训练任务。

　　3虚拟现实技术在潜艇艇员救生训练中的应用前景

　　利用虚拟现实技术生成的仿真训练系统，能在很大的程度上解决潜艇艇员救生训练中的很多实际问题，不受环境限制，节约了资金，提高了效率，因此成为了很受各国军方青睐的技术[9-10]。鉴于潜艇艇员救生训练存在的困难和虚拟现实技术在训练中的优点，可以大力发展仿真训练系统，将其应用于潜艇艇员救生训练，以弥补目前艇员救生训练中的不足。

　　3.1利用虚拟现实技术训练艇员熟悉脱险环境在实际训练中很难使艇员切身体验到潜艇失事时的“无助”、“恐怖”等环境中的感受。初遇这种极端情况，即便是掌握一定的救生技能的艇员也会因为心理承受能力差而导致反应能力下降等问题，进而严重影响救生效果。基于虚拟现实技术的仿真救生训练系统能让潜艇艇员在视觉和听觉上有较真切的感受，对未知的潜艇失事环境有一定的熟悉作用。虚拟失事环境的实现主要是利用3D场景来构建3D艇内失事环境，包括潜艇失事的背景介绍、不同舱室的失事场景。通过虚拟现实技术生成与真实舱室一样的险象环生的失事环境，使参训艇员可以进入到仿真的失事潜艇舱室内部，从而使艇员获得一定的临场感觉，有效地提升训练质量。单兵模拟脱险训练系统可以根据需求设置不同型号潜艇内不同舱室不同原因的失事场景，可以充分体验各种不同的失事效果，提高参训艇员的应激水平，提升其在应急情况下的反应能力和心理承受能力。

　　3.2利用虚拟现实技术训练艇员掌握救生技能 目前，潜艇艇员救生训练中很难实现从发生险情到艇员自救脱险成功出艇的整个流程的模拟救生训练。利用虚拟现实技术做成潜艇艇员脱险训练模拟器，能够快速地处理仿真3D图形，加上有3D图形以外的声音和触感，模拟器还能处理仿真系统以外发生的一些特殊情况。模拟器的使用，将使艇员能够切身感受到潜艇在破损进水等极端情况下的舱室环境特点，然后再训练艇员根据险情发生时的实际情况选择损管处置或者脱险自救。参训艇员通过模拟器原理和脱险流程等相关理论学习，掌握应急处置预案要领，再进入模拟器进行整个脱险流程的熟悉，通过反复练习预案操演、观看视频回放纠正错误动作，直至完全掌握救生技能为止，将会大大提高训练效率。模拟器训练时，不同的艇员通过传感装置做出不同的处置动作或者输入不同的处置方案，会产生不同的结果。艇员通过模拟器的反复训练就能有效提升其在不同脱险条件下的反应能力和相应救生技能。

　　3.3 利用虚拟现实技术建立艇员模拟救生训练基地组织潜艇艇员救生训练需要成立专业机构。而目前，建立专业性培训基地，特别是要建立能够模拟国内各型潜艇各个舱室在不同原因失事状态下场景的综合性基地，需要准备相当多的各型装备、足够大的场地和巨大的经费支撑，费效比不高。虚拟现实技术建立起来的模拟救生训练基地，其潜艇“装备”与“部件”大半是虚拟的，且可以根据需求随时生成新的潜艇装备。训练内容可以根据作战装备和装具的更新换代不断调整更新，使救生训练能够及时跟上作战装备的发展。同时，仿真系统的沉浸性和交互性，使得参训艇员能够在模拟训练系统环境中全身心投入，充分有效地锻炼，有利于艇员救生技能的快速提升。模拟救生训练基地的成立也能使潜艇艇员损管技能训练和脱险技能训练结合起来，使得艇员技能训练更全面、更系统、更科学。由于仿真救生训练系统大大降低了救生训练的风险性，参训艇员可以根据实际掌握程度进行反复练习，直至掌握失事处置和救生技能为止，大大地提高训练效率。例如，在艇员模拟使用失事灭火系统时，艇员可以反复操作各类灭火设备，直到学会能够正确使用不同类型灭火器材扑灭不同类型火灾为止。

　　[参考文献]

　　[1]卢博.VR虚拟现实：商业模式行业应用案例分析[M].北京：人民邮电出版社，2016：2-139.

　　[2]新清士.VR大冲击：虚拟现实引领未来[M].张麓译.北京：北京时代华文书局，2017：3 -10.

　　[3]刘丹.VR简史：一本书读懂虚拟现实[M].北京：人民邮电版社，2016：3.8.

　　[4]王斌，颜兵，曹三省，等.VR+：融合与创新[M].北京：机械工业出版社，2016：31-67.

　　[5]龚锦涵.对失事潜艇艇员援潜救生技术的评估[J].中华航海医学与高气压医学杂志，2001，8(1)：11-12.DOI: 10. 3760/cma.j. issn. 1009-6906. 2001. 01. 004.

　　[6]褚新奇，海上救生难点与对策[J].海军医学杂志，2002，23(2)：141-142.

　　[7] 方以群，李富山，孙永军，等.英国潜艇艇员脱险训练中心的训练对我军艇员脱险训练的启示[C].全国首次青年航海医学工作者学术会议论文集，贵阳：全国首次青年航海医学T作者学术会议;2010：28-32.

　　[8] 翁永斌，于峰涛，顾秀良，等，潜艇艇员快速上浮脱险训练设备保障的思考[J].海军医学杂志，2012，33(4)：227 -228.DOI:10. 3969/j. issn. 1009-0754. 2012. 04. 005.

　　[9]李湘德，赵俭.VR技术的军事应用研究[J].科技进步与对策，2003 ,10：81P83.

　　[10]周宝林，刘军，董晓峰.VR技术在军事训练中的研究与应用 [J].科技传播，2017，6：71-73.DOI: 10..16607/j. cnki. 1674- 6708. 2017. 11. 020.