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六自由度運動平臺VR技術在民航訓練領域中的應用定位與應用前景
發布時間:2020-12-16 13:35

  隨著虛擬現實技術的不斷發展,特別是2016年以來頭盔式虛擬現實設備的普及,VR技術已經走出實驗室,在游戲、教育和訓練領域得到大量應用。特別是虛擬現實技術具有的高逼真度、低成本和高安全性的特點,受到訓練領域廣泛歡迎。航空訓練領域本身是虛擬現實技術的發源地之一,從大型動態D級飛行模擬器、CAVE式交互系統到低端的FTD、IPT都有實際應用,現階段以頭盔和手柄為主要交互方式的VR系統也開始逐漸運用在飛行員、乘務員和機務人員的訓練中。

  但是現實是受到成本、合規以及技術本身的缺陷等一系列問題的影響,VR技術在航空訓練領域的應用效果并不十分理想。我們認為主要原因是大部分人只看到了VR技術的優勢一面,忽略它存在的一些限制,很多應用超出了VR技術的適用邊界,造成了實際應用過程中人們對它產生了負面的評價。我作為一個有過航空訓練領域專業背景的VR/AR從業者,準備從分析VR技術的優勢和限制入手,劃清VR技術的適用邊界,結合VR/AR行業開發經驗談談虛擬現實在民航訓練領域中的應用與定位。

  訓練一般是指有計劃有步驟地通過學習和輔導掌握某種技能。有意識地使受訓者發生生理反應,從而改變受訓者素質、能力的活動。其中有兩個要點,一是目的是讓受訓者獲取某種技能,而不是知識,這就是訓練和理論教育的區別;二是它是通過使受訓者發生生理反應,改變受訓者的素質和能力,也就是說它主要是通過讓受訓者不斷的受到外界刺激,進行反饋操作,最終生成本能的生理反饋。這種生理反饋和對操作的認知一起組成了受訓者的技能。比如羽毛球運動員訓練,就是讓運動員反復地接打來球,對來球形成固定的大腦反饋和肌肉記憶,從而逐漸的形成高水平的羽毛球技戰術能力。再比如航空機務人員訓練,通過不斷的重復某個特殊流程操作,把某些操作技巧固化在生理反饋中,把對該流程的理論理解、現象判斷和操作程序強化在大腦中,形成穩定可靠的操作技能。

  訓練工作的最終目的就是要形成某種特定的技能。每種復雜的技能都有兩部分組成:動作技能和認知能力。比如飛行員駕駛技能,同時需要上述兩種能力的綜合,第一步大腦認知形成對飛機和環境的態勢感知,再由知識和經驗對下一步的操作進行判斷,第二步由手腳完成大腦的操作指令。這兩種能力都需要大量反復操作才能完成,訓練工作就是這種重復過程。

  技能形成的關鍵就是在訓練行為的輔助下,形成較好的技能遷移,技能遷移是心理學中的一個概念,在訓練領域就是指在訓練環境中形成的技能水平,是否在真實操作中能夠有效的復現,成為真正的操作技能。比如,通過背記訓練手冊學習了飛行駕駛技能,直接上飛機進行駕駛就非常難,因為書本上的知識只是抽象概念,無法形成很好的大腦反饋和肌肉記憶,可以認為通過背記看書的訓練行為,技能遷移度就很差,無法形成有效的技能遷移。而通過看駕駛視頻、飛行教員手把手演示進行學習后,直接上飛機駕駛就有一定可能性,就是說飛行教員親手指導這種訓練行為的技能遷移度相對較高,相對容易形成駕駛技能。而進行飛行模擬器這種手段訓練后,就幾乎可以無縫的進行飛行駕駛工作了。也就是說飛行模擬器訓練這種訓練手段的技能遷移度非常的高,能高效的形成飛行駕駛技能。

  從上面的案例可以看出飛行模擬器訓練之所以比背記書本高效得多,就是因為從該訓練過程形成的訓練技能可以非常有效的遷移到真正的飛機駕駛活動中去。而飛行模擬器之所以技能遷移度高主要是三個原因,一是場景逼真,反饋刺激非常接近真實飛機駕駛過程。飛行模擬器是按照真實飛機1:1比例進行構建,飛機駕駛艙內的設施和真飛機完全相同,窗外的視景也通過計算機視覺手段對真實飛行場景進行模擬。二是程序準確,飛行模擬器的控制邏輯完全按照真實飛機設計,在訓練某個操作項目時所進行的每一步都與真實駕駛操作保持完全一致。三是反饋真實,受訓者在每一次的操作過程中所接收到的物理和信息反饋都是與真實駕駛飛機的操作反饋完全相同,無論操作是否正確,受訓者都能獲取正向和負向的認知刺激,這對于最終形成知識和技能的記憶都至關重要。通過這種反復訓練出來的飛行員所形成的技能所包含的知識結構、大腦反饋和肌肉記憶就與真實駕駛操作的非常接近了,到真實操作飛機的時候就能夠很好的實現遷移。

  D級FFS(Full Flight Simulator,全動態飛行模擬器),內部與真實飛機駕駛艙完全一致,并擁有相同的操作邏輯,是飛行員訓練過程中最重要手段之一。

  因此從上面分析我們可以認為,一個好的訓練手段應該同時具備兩個要素:一是訓練場景(包括環境和所用工具)和操作程序能夠完美的還原真實工作場景和過程。二是能夠以交互的形式有效的形成操作反饋,通過訓練者不斷的循環操作,以肌肉記憶和操作認知的方式將技能固化在學習者身體中。一種訓練手段同時擁有了以上兩要素就會大大提高技能遷移水平,加速技能的形成,從而獲得最佳的訓練效果。

  民航訓練工作類型主要包括飛行員初始階段的飛行駕駛訓練和復訓、機務人員的維修技能訓練和乘務人員的乘務技能訓練。在這些領域里訓練手段存在著一些短板和不足:

  現階段民航領域還是以傳統訓練手段為主,在建立理論認知階段還是主要依靠紙質教材、視頻動畫、PPT、CBT媒介,這些訓練工具絕大部分還是以單向輸入為主,不能夠較好的模擬真實訓練環境、缺乏互動,學習過程主要依靠學生的理解和記憶。后期的培訓工具逐步引入了一些交互功能,但受限于開發工具和終端平臺的功能限制無法生成有效的大腦反饋和肌肉記憶,技能遷移率低。

  乘務員在飛機上的大部分行為也都是程序化的,有明確的處置流程規定,包括一般和緊急處置流程,這些訓練同樣要占用模擬客艙甚至需要大量的人員進行保障。特別是緊急情況處置流程不僅訓練過程成本高而且有一定的安全風險,不能進行反復訓練。這些處置操作程序性很強,完全可以使用VR應用進行訓練,不僅成本很低,而且無風險,還能反復訓練,提高技能水平。這些VR訓練與設備使用訓練一樣,可以作為實際演練前的預先訓練,降低訓練成本,提高訓練效率,同時符合民航法規要求。

  而通過六自由度平臺以及VR技術集合的六自由度運動平臺系統,可以有效的引導飛行學院在地面上進行飛行模擬訓練和操作,經過專業和長期的訓練,可以在實際操作中更快的掌握技能,大大節省了成本,提高安全性。南京全控科技一直致力于六自由度平臺系統的開發和應用,憑借過硬的產品質量和技術,深受廣大客戶好評,我們也將始終重視行業的發展和需求,不斷拓展技術能力,希望與各位展開廣泛合作!

關鍵詞: VR技術,六自由度運動平臺,民航訓練
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