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六自由度运动平台VR技术在民航训练领域中的应用定位与应用前景
发布时间:2020-12-16 13:35

  随着虚拟现实技术的不断发展,特别是2016年以来头盔式虚拟现实设备的普及,VR技术已经走出实验室,在游戏、教育和训练领域得到大量应用。特别是虚拟现实技术具有的高逼真度、低成本和高安全性的特点,受到训练领域广泛欢迎。航空训练领域本身是虚拟现实技术的发源地之一,从大型动态D级飞行模拟器、CAVE式交互系统到低端的FTD、IPT都有实际应用,现阶段以头盔和手柄为主要交互方式的VR系统也开始逐渐运用在飞行员、乘务员和机务人员的训练中。

  但是现实是受到成本、合规以及技术本身的缺陷等一系列问题的影响,VR技术在航空训练领域的应用效果并不十分理想。我们认为主要原因是大部分人只看到了VR技术的优势一面,忽略它存在的一些限制,很多应用超出了VR技术的适用边界,造成了实际应用过程中人们对它产生了负面的评价。我作为一个有过航空训练领域专业背景的VR/AR从业者,准备从分析VR技术的优势和限制入手,划清VR技术的适用边界,结合VR/AR行业开发经验谈谈虚拟现实在民航训练领域中的应用与定位。

  训练一般是指有计划有步骤地通过学习和辅导掌握某种技能。有意识地使受训者发生生理反应,从而改变受训者素质、能力的活动。其中有两个要点,一是目的是让受训者获取某种技能,而不是知识,这就是训练和理论教育的区别;二是它是通过使受训者发生生理反应,改变受训者的素质和能力,也就是说它主要是通过让受训者不断的受到外界刺激,进行反馈操作,最终生成本能的生理反馈。这种生理反馈和对操作的认知一起组成了受训者的技能。比如羽毛球运动员训练,就是让运动员反复地接打来球,对来球形成固定的大脑反馈和肌肉记忆,从而逐渐的形成高水平的羽毛球技战术能力。再比如航空机务人员训练,通过不断的重复某个特殊流程操作,把某些操作技巧固化在生理反馈中,把对该流程的理论理解、现象判断和操作程序强化在大脑中,形成稳定可靠的操作技能。

  训练工作的最终目的就是要形成某种特定的技能。每种复杂的技能都有两部分组成:动作技能和认知能力。比如飞行员驾驶技能,同时需要上述两种能力的综合,第一步大脑认知形成对飞机和环境的态势感知,再由知识和经验对下一步的操作进行判断,第二步由手脚完成大脑的操作指令。这两种能力都需要大量反复操作才能完成,训练工作就是这种重复过程。

  技能形成的关键就是在训练行为的辅助下,形成较好的技能迁移,技能迁移是心理学中的一个概念,在训练领域就是指在训练环境中形成的技能水平,是否在真实操作中能够有效的复现,成为真正的操作技能。比如,通过背记训练手册学习了飞行驾驶技能,直接上飞机进行驾驶就非常难,因为书本上的知识只是抽象概念,无法形成很好的大脑反馈和肌肉记忆,可以认为通过背记看书的训练行为,技能迁移度就很差,无法形成有效的技能迁移。而通过看驾驶视频、飞行教员手把手演示进行学习后,直接上飞机驾驶就有一定可能性,就是说飞行教员亲手指导这种训练行为的技能迁移度相对较高,相对容易形成驾驶技能。而进行飞行模拟器这种手段训练后,就几乎可以无缝的进行飞行驾驶工作了。也就是说飞行模拟器训练这种训练手段的技能迁移度非常的高,能高效的形成飞行驾驶技能。

  从上面的案例可以看出飞行模拟器训练之所以比背记书本高效得多,就是因为从该训练过程形成的训练技能可以非常有效的迁移到真正的飞机驾驶活动中去。而飞行模拟器之所以技能迁移度高主要是三个原因,一是场景逼真,反馈刺激非常接近真实飞机驾驶过程。飞行模拟器是按照真实飞机1:1比例进行构建,飞机驾驶舱内的设施和真飞机完全相同,窗外的视景也通过计算机视觉手段对真实飞行场景进行模拟。二是程序准确,飞行模拟器的控制逻辑完全按照真实飞机设计,在训练某个操作项目时所进行的每一步都与真实驾驶操作保持完全一致。三是反馈真实,受训者在每一次的操作过程中所接收到的物理和信息反馈都是与真实驾驶飞机的操作反馈完全相同,无论操作是否正确,受训者都能获取正向和负向的认知刺激,这对于最终形成知识和技能的记忆都至关重要。通过这种反复训练出来的飞行员所形成的技能所包含的知识结构、大脑反馈和肌肉记忆就与真实驾驶操作的非常接近了,到真实操作飞机的时候就能够很好的实现迁移。

  D级FFS(Full Flight Simulator,全动态飞行模拟器),内部与真实飞机驾驶舱完全一致,并拥有相同的操作逻辑,是飞行员训练过程中最重要手段之一。

  因此从上面分析我们可以认为,一个好的训练手段应该同时具备两个要素:一是训练场景(包括环境和所用工具)和操作程序能够完美的还原真实工作场景和过程。二是能够以交互的形式有效的形成操作反馈,通过训练者不断的循环操作,以肌肉记忆和操作认知的方式将技能固化在学习者身体中。一种训练手段同时拥有了以上两要素就会大大提高技能迁移水平,加速技能的形成,从而获得最佳的训练效果。

  民航训练工作类型主要包括飞行员初始阶段的飞行驾驶训练和复训、机务人员的维修技能训练和乘务人员的乘务技能训练。在这些领域里训练手段存在着一些短板和不足:

  现阶段民航领域还是以传统训练手段为主,在建立理论认知阶段还是主要依靠纸质教材、视频动画、PPT、CBT媒介,这些训练工具绝大部分还是以单向输入为主,不能够较好的模拟真实训练环境、缺乏互动,学习过程主要依靠学生的理解和记忆。后期的培训工具逐步引入了一些交互功能,但受限于开发工具和终端平台的功能限制无法生成有效的大脑反馈和肌肉记忆,技能迁移率低。

  乘务员在飞机上的大部分行为也都是程序化的,有明确的处置流程规定,包括一般和紧急处置流程,这些训练同样要占用模拟客舱甚至需要大量的人员进行保障。特别是紧急情况处置流程不仅训练过程成本高而且有一定的安全风险,不能进行反复训练。这些处置操作程序性很强,完全可以使用VR应用进行训练,不仅成本很低,而且无风险,还能反复训练,提高技能水平。这些VR训练与设备使用训练一样,可以作为实际演练前的预先训练,降低训练成本,提高训练效率,同时符合民航法规要求。

  而通过六自由度平台以及VR技术集合的六自由度运动平台系统,可以有效的引导飞行学院在地面上进行飞行模拟训练和操作,经过专业和长期的训练,可以在实际操作中更快的掌握技能,大大节省了成本,提高安全性。南京全控科技一直致力于六自由度平台系统的开发和应用,凭借过硬的产品质量和技术,深受广大客户好评,我们也将始终重视行业的发展和需求,不断拓展技术能力,希望与各位展开广泛合作!

关键词: VR技术,六自由度运动平台,民航训练
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