基于VR的沉浸式指挥员心理训练环境构建研究

王涵 张志勇 朱虹旭 周双喜

[摘 要]随着科技的发展，现代战争的节奏越来越快，也越来越残酷，这对指挥员的心理素质提出了更高的要求。指挥员能否在复杂多变的战场环境中拥有处变不惊、沉着冷静的心理状态，对指挥决策、完成战斗任务有着极大的影响。文章以虚拟现实技术为切入点，分析研究现有虚拟现实技术的相关硬件和软件，探讨基于虚拟现实技术的指挥员心理训练环境框架构建，为下一步虚拟现实训练环境的构建提供参考。

[关键词]虚拟现实技术；指挥员；心理训练；环境构建

[中图分类号] G64 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2018）03-0132-03

古代军事家强调“用兵之道，攻心为上”。作为战争的指挥者、决策者，指挥员的心理素质状况直接影响到其作战思想、作战决策和战斗意志的实施与发挥，关系到军队战斗力的生成情况和“打得赢”目标的实现程度。由于近年计算机技术的快速发展，VR技术即虚拟现实技术也随之进入越来越多的行业和领域，特别是2016年以来，虚拟现实设备越来越普及，价格也越来越亲民。利用虚拟现实技术的特点，即沉浸性、交互性、想象性[1]，创建一個心理训练需要的、逼近真实的、现实中难以实现或者无法实现的环境，让指挥员沉浸于其中进行心理训练，有利于提升指挥员的心理承受能力、心理适应能力、心理应激能力以及心理的自我调节、控制和康复能力[2]，提高其心理机能，保证能够在现代战争中正常行动，最大限度地发挥其作战能力，同时能够抵御敌人通过各种手段进行的心理攻击。

一、基于VR的沉浸式指挥员心理训练环境功能设计

心理学研究表明，指挥员在指挥作战中必须承受极其巨大的心理压力，其意志、情绪、能力和性格在面临不同的战场环境时都会有不同的状态和特点。优良的心理素质，沉着冷静的心理品格，往往可以提高指挥员的战斗能力；反之，则对指挥员的指挥决策产生极大影响，使其能力的发挥受限，甚至是丧失指挥能力。而指挥员的心理素质包括很多方面，其中心理承受、心理适应、心理应激、心理调节和恢复能力的大小[2]，直接影响指挥员能力水平的发挥，因此，利用虚拟现实技术构建的指挥员心理训练环境应该具备以下四个功能。

（一）能够开展心理承受能力训练

心理承受能力是指人的感官持续接受和承担外界一定刺激量的能力。一般来说，每个人都有一定的心理承受能力，但是由于每个人的性格、身处环境、受教育程度、生活阅历等情况不同，因此，其心理承受能力又有比较大的差异。心理承受能力训练的目的是提高指挥员承担外界刺激的能力。每个人对于外界刺激的承受量是有上限的，一旦超过这个上限，就会对其认识、情感和意志造成不同程度的影响。通过训练可以提升指挥员的心理承受能力的上限，使其在受到更大的外界环境刺激时能够从容面对。现代战争的主要特点之一是持续不间断，从战争一开始就呈现出连续、高效的态势，精确制导弹药的大量使用，使得战场环境异常残酷，指挥员的心理压力异常之大，这时其心理承受能力越强，越能够在复杂、残酷的战斗中保持冷静，正确决策。

利用虚拟现实技术开展指挥员心理承受能力训练，在训练环境的构建上：一是利用虚拟现实技术具有沉浸性这一特点，创造出逼真的战场环境，让指挥员犹如身临其境，真切感受到战场的氛围。二是通过战争不同残酷程度场景的不断变化，逐步强化环境对指挥员的刺激，使其产生相应的有利反应，形成“刺激—反应”的联结，从而提高其心理的承受能力。三是要注重训练过程中环境生成的随机性，时刻贴近现代战争多变的实际，让指挥员在体验冲击中不断提高心理承受能力。

（二）能够开展心理适应能力训练

心理适应能力是指对外部环境变化的适应能力。心理适应能力训练主要是指通过训练使指挥员的心理活动能够适应现代战争特殊战场的环境和条件及其变化。在现代战场上，指挥员面对的是各种可能出现的外部环境刺激，如果不能及时适应并且习惯于这些刺激，就很难保持自身心理活动的稳定性，从而影响到作战任务的完成。

在虚拟现实环境（也称虚拟环境）下开展指挥员心理适应能力训练一定要基于相应的战术背景下，通过对战术背景的分析和判断，对可能出现的场景进行虚拟，让指挥员进行任务模拟，体会和感受可能遇到的情况，提前适应相应的任务环境，才能及时快速地采取措施，完成战斗任务。

（三）能够开展心理应激训练

心理应激是指出乎意料的紧张情况所引起反应的情绪状态，通常是指人们遇到预料之外的紧急情况时那一刹那的反应[3]。在现代战场上，战争节奏快，不确定因素多，指挥员的心理反应大都是应激反应，其反应往往存在两种情况：一种是手足无措，陷入困境；另一种则是急中生智，行动有力，及时采取相应的措施摆脱困境。心理实验证明，心理应激的能力是可以训练的。人们如果长期处于心理应激状态，会对其心理和生理健康产生不利影响，应激心理过度可能会导致情绪低落、思维能力下降甚至生理失调。

在虚拟现实环境下开展心理应激训练一般都是跟心理承受能力和适应能力的训练同步进行的。由于心理应激反应的特殊性，我们应该注意把握好以下几点：一是由于沉浸式虚拟现实环境具有很强的真实度，在训练环境的设置中应该遵循循序渐进的原则，由简单到复杂，使得指挥员的心理应激反应控制在一定的范围内，不至于应激过度。二是科学严格地控制好在虚拟现实环境中训练的时间，防止因心理应激反应持续时间过长而适得其反。三是在训练过程中要实时监测受训者的各项生理指标，一旦出现异常的变化，组训者可以介入引导，以防止对受训者心理造成伤害。

（四）能够开展心理调节和恢复能力训练

心理调节和恢复能力是指解除心理疲劳、消除心理障碍和尽快平复心理创伤的心理机能。心理调节和恢复能力具有弹性、可调性、自愈性等特性。在虚拟环境中开展指挥员的心理调节和恢复能力训练，就是模拟指挥作战过程中一些能够导致指挥员产生心理疲劳、心理障碍、心理损伤的影响因素，并通过科学的方法让指挥员在虚拟环境中进行感受和体验，增强指挥员在外界刺激下产生心理疲劳后，能够迅速恢复正常水平的心理弹性能力；提高指挥员在心理出现障碍时，能够自我调节扫除障碍的控制能力；强化指挥员在心理遭受损伤、出现生理病症时，通过自己的力量平复心理创伤的心理自愈能力。

虚拟现实技术以其逼真的沉浸感，让指挥员可以融入虚拟环境中，其生理和心理活动都能够在里面得到充分的表现，如模拟轰鸣的战车进攻、火光四溅的炮弹爆炸场景，同时对指挥员的心跳、呼吸和体温等生理状况进行监测，从而收集到指挥员的心理、生理在其中的变化过程并记录下来，通过不断地变换环境来锻炼指挥员的心理调节和恢复能力。

二、基于VR的沉浸式指挥员心理训练环境硬件基础——以心理应激训练场景构建为例

基于虚拟现实技术的指挥员心理训练环境构建的目标是利用现有设备搭建一个指挥员能够沉浸于其中、具有良好的人机交互能力、极度真实的心理训练环境，以使指挥员通过在其中的训练强化心理素质，提高心理战斗力。下面以心理应激训练为例，分析构建其训练场景需要哪些硬件作为支持。

心理应激训练是通过向受训者呈现多种类型的应激素材，了解其在应激时的心理状态，并通过有效的放松训练项目帮助其尽快恢复到放松状态，如此循环往复，从而增强其对刺激的耐受性。因此，我们在刺激源即应激训练虚拟环境的构建上要遵循刺激强度从小到大的原则，呈现受训者在未来的任务或者作战中可能遇到的真实场景，从而让受训者能够真正体验到虚拟环境带来的感受。

我们根据刺激强度由小到大地将虚拟环境分成以下四类场景。

一类场景：主要是洪水、地震、大火、战争中的大的宏观场景，没有细节的描写，受训者可以在虚拟环境中走动和四处观看，形成视觉上的冲击。

二类场景：战场上的爆炸、枪战、枪击等场景，涉及到群体性的人员伤亡，没有个体伤亡的特写。受训者可以担任某一角色，参加到其中，亲身体验战争的残酷性。

三类场景：战场中的死亡场景，只涉及单个特写。此时受训者所要经历的场景则是身边战友受伤或者牺牲的细节，受训者可以使用交互设备来挽救自己的战友，以提高其心理应激能力。

四类场景：使用残忍、非正常手段伤害或者杀害他人的场景，比如被俘后战友被敌军残害等。

要构建以上四类场景，首先需要用到的硬件就是显示设备，其主要功能就是为受训者提供三维逼真的画面，提供良好的视觉体验；其次要使受训者能够拥有沉浸式的体验，交互设备必不可少，这其中包括音频系统、触摸传感装置、人体动作捕捉和控制器、生理监测系统以及整个虚拟环境系统的计算中心——计算设备。系统对各个设备的具体功能要求如表1。

显示设备给受训者提供一个逼真的三维画面，受训者在虚拟环境中感受和体验时，会对刺激产生一定的反应，采取相应的动作，比如搬动虚拟环境中的物体来营救被困的战友，通过跑动或匍匐等动作躲避敌方的子弹和炮击等。动作捕捉和控制器对人体的位置和状态进行实时监测，然后反馈回虚拟现实系统，从而让虚拟环境做出相应的变化，让受训者体会到遇到这样的情况采取这样的措施是正确的，是可以解决困难的，以增强受训者在虚拟环境中的沉浸感，让其真正投入到其中。

通过市场调查和资料的查阅，我们整理出目前符合上述功能要求的相关硬件设备，见表2[4][5][6]。

三、基于VR的沉浸式指挥员心理训练环境软件支撑

虚拟现实软件主要是用来创造虚拟现实环境中的各种事物，比如树木、河流、草地等自然环境，城市、街道、工厂等社会环境，以及坦克、飞机、爆炸场景等军事环境，同时是虚拟现实训练环境、硬件设备、用户和現实世界四者之间数据信息沟通和交换的桥梁（如图1）。

借助虚拟现实软件，我们可以根据训练内容的不同对虚拟训练场景进行相应的设置，也可以通过动作捕捉和控制软件反馈的人体动作变化来对虚拟环境进行相应的改变，增强受训者在虚拟环境中的沉浸体验。受训者通过显示设备和交互设备在虚拟环境中进行各项训练，其在虚拟环境中的每一个动作又通过交互设备如动作捕捉和控制器采集的数据经由软件实现新场景的生成，来完成环境的实时更新。目前针对虚拟现实环境推出的相关软件种类很多，我们可以根据所选择的硬件来匹配相应的软件，这样可以使软硬件更好地融合到一起，降低虚拟现实环境的构建难度，而且选择与头戴式显示器相匹配的软件能更好地发挥其显示效果，增强沉浸感。通过市场调查和资料查阅，Unity和Unreal这两款软件目前比较符合我们系统的要求，可以选择它们进行虚拟环境的开发[4][5][6]。

四、基于VR的沉浸式指挥员心理训练环境构建的流程

通过以上对指挥员心理训练虚拟现实环境功能和软硬件支撑的分析，我们可以初步搭建一个针对指挥员心理训练的虚拟现实环境：首先利用建模软件和开发软件对所需要的环境进行建模和设计，创建一个适合于心理训练内容的虚拟环境，受训者通过一系列的交互设备在其中体验和感受所创建的不同环境。受训者会根据环境的刺激产生相应的反应，同时通过交互设备在虚拟环境中进行相应的操作，从而引起虚拟环境发生相应的改变。比如一开始就让受训者处于炮火袭击之中，四周的场景都是爆炸的场面，此时其心理应该是非常的紧张和害怕，也有可能不知所措，但是受训者可以在虚拟场景中自由跑动，寻找掩体或者采取相关措施避免受伤。爆炸声和场景会随受训者的行动变化而变化，此时受训者的心理也会根据环境的改变而改变。受训者一旦再次遇到相应的场景，就会自然产生相应的动作，通过如此反复的训练，达到提升受训者心理素质的目的。

五、结束语

利用虚拟现实技术开展指挥员心理训练，可以让指挥员在逼真的虚拟环境中感受和体验未来可能经历的一些场景，具有很强的沉浸感和代入感。而且所构建的场景可以重复利用，并且规避了在现实环境中训练可能产生的一些风险。通过不断地、反复地在虚拟现实环境中进行训练，可以锻炼指挥员对未知事物的心理承受能力，增强指挥员对陌生战场环境的心理适应能力和心理应激程度，强化指挥员在心理经受刺激后的自我调节和恢复能力，从而促进指挥员过硬心理素质的形成，提升指挥员在现代战争中的生存能力和战斗力。本文从训练环境系统框架构建的角度进行研究，提出了一些环境搭建的方案，为下一步的软件开发和功能实现提供依据。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 胡小强.虚拟现实技术基础与应用[M].北京：北京邮电大学出版社，2009.

[2] 韩秋风，等.心理训练理论与实践[M].北京：国防大学出版社，2003.

[3] （美）劳伦斯，等.牛津军事心理学[M].杨征，等译.北京：科学出版社，2014.

[4] （美）斯凯·奈特.虚拟现实：下一个产业浪潮之巅[M].仙颜信息技术，译.北京：中国人民大学出版社，2016.

[5] 王寒，卿伟龙，王赵翔，等.虚拟现实：引领未来的人机交互革命[M].北京：机械工业出版社，2016.

[6] 刘丹.VR简史：一本书读懂虚拟现实[M].北京：人民邮电出版社，2016.

[责任编辑：庞丹丹]