基于 VR技术的案例式反恐分队指挥训练系统构建初探
周双喜，娄 斌，张志勇
(国防科技大学，湖南 长沙 410072)
摘 要： 以提高反恐分队指挥员的指挥能力和心理素质为目标，基于VR技术，对构建案例式反恐分队指挥训练系统进行需求分析，重点从案例设计模块、反恐现场情景还原模块、沉浸模块、结果反馈模块以及心理干预模块几方面研究系统结构和功能实现。
关键词： 虚拟现实技术；反恐分队指挥员；训练系统
2018年1月10日，习主席在军委向武警部队授旗仪式上强调：“要创新训练方法，大抓实战化军事训练，扎实做好执勤处突、反恐等各项工作。”学者朱涛在其《武警指挥理论》一书中指出：“指挥训练是为提高指挥者对所属部队作战行动的组织指挥能力而进行的训练。加强武警指挥训练，是和平时期提高指挥员和指挥机关作战指挥能力的基本途径。”[1]反恐分队指挥员的指挥能力不是与生俱来的，也不是自然生成的，只有通过严格的训练，才能掌握指挥技能，提高指挥艺术。目前，武警反恐分队指挥训练主要是图上作业、实物搭建、真人模拟等，存在着训练场景设想不真实、意外事故难控制、保障物资耗材大等不足，将VR(Virtual Reality，简称VR)技术引入反恐指挥训练，构建逼真的案例实战环境，使受训主体沉浸其中获到临场应激性刺激和针对性训练，将有效改善指挥训练的情境性、沉浸性和交互性。因此，结合VR技术特点，加强对反恐指挥训练系统构建的探索，推进VR技术转化为训练手段、向实战靠拢，对于提高新形势下反恐战斗指挥水平具有重要意义。
一、案例式反恐分队指挥训练系统构建需求分析
为适应反恐战斗指挥决策、处置需求，迫切需要构建一套反恐分队指挥训练系统，通过虚拟现实等技术，在突破时间和空间限制，不动用一兵一卒情况下，模拟一些成本高、不可逆的反恐场景和突发情况对指挥员进行专门训练，以提高其指挥决策能力。
从反恐任务角度分析：在反恐战斗中，分队指挥员既是指挥员，又是战斗员，复杂的战斗环境要求指挥员具备较强的独立判断能力、逻辑思维能力和临场问题处理能力。发挥VR技术优势，按照实战要求将反恐实战中的经典案例或未来可能发生的恐怖活动直接融入训练，以逼真地还原或构建一个反恐实战环境。在该训练环境中，受训者作为指挥员，以第一视角参与到训练中，借助头戴式显示设备、动作感应与交互设备等相关设备，与训练环境中的人员、武器装备等角色和物体进行实时交互、发布指令[2]。以此为基础展开模拟、拓展指挥训练，使受训者体验“真正”的反恐指挥，获取经验，迅速建立起对处置反恐行动流程、内容、原则的认知，初步解决分队指挥员在战斗指挥中不会判断形势、不会理解上级意图、不会定下作战决心、不会摆兵布阵、不会处置突发情况等问题。
当我已经买好了电影票和爆米花时，叶子却爽约了。她在电话另一头歉然地说临时要去朋友家补课，所以不能与我看电影了。我的心情一瞬间由晴转雨，孤身在街上迷茫乱逛，不知不觉逛回了学校。
从技术角度分析：近年来，VR技术不断发展，越来越多地进入军事领域，各国对此非常重视。该技术应用于军事训练，可以设置不同的战场环境，模拟不同的战场情况，将整个作战环境逼真地呈现出来；同时，受训对象可通过头戴式立体显示器、数据手套、体感设备做出相应的训练动作，而对应的虚拟场景则可以呈现出相应变化。这样可以最大限度地代替实兵实物训练，满足反恐实战化的需求。
系统采用Unity 3D软件将案例设计模块、反恐现场情景还原模块、沉浸模块、结果反馈模块和心理干预模块进行有效串联，确保各模块的功能实现。
二、案例式反恐分队指挥训练系统的设计
科学高效地运用VR技术进行反恐分队指挥训练的前提，就是构建基于VR的案例式反恐分队指挥训练系统。
系统结构的设计，应以现有的VR系统资源为基础，着眼指挥训练需求，以反恐案例为训练内容，采用资源分布、动态加载、模块化的设计模式[3]。系统框架包括：案例设计模块、反恐现场情景还原模块、沉浸模块、结果反馈模块和心理干预模块。各模块通过应用分析模型、程序语言、程序控件等实现数据库和各模块之间数据文件的调用、显示和操作编辑。通过数据库实现对整个系统数据的存储管理和更新维护。系统的总体架构如图1所示：
图 1 案例式反恐分队指挥训练系统总体架构
案例设计模块：专门为组训者进行案例设计的模块。组训者根据指挥训练目的，通过后台访问案例资源和模型数据库，对案例场景或特殊场景进行定制管理，实现对训练环境的编辑、制定、修改，为受训者提供环境模型的快速搭建[4]。
训练时，整个过程就是受训人员与虚拟现场环境的交互过程，受训者通过VR手柄或语音回答每个情境设置的问题，来体现指挥过程中的思维活动和临场处置。问题有单选、多选、不定项等，并设置时间要求，系统根据受训者指挥情况实时反馈交互效果。如指挥员进行兵力部署时，各作战队员到达指定位置后通过通信设施向指挥员进行报告。如果在训练过程中受训者出现不符合指挥规律和原则或者遇到问题时，训练系统能够发出警告或者给出指导，分队指挥员也可与队员之间进行交流，在协作过程中取长补短，拓展能力。
组训者根据训练目的，在每一类型的反恐案例中设置“情况判断”“定下决心”“计划组织”“协调控制”和“善后工作”五个情境。与此配套每个情境设置若干个虚拟案例情境，供受训者进行专项训练。受训者戴上VR装备登录系统，选择反恐类型，进入案例“反恐现场”进行指挥，重在体验指挥过程，直接获取经验。组训人员训前根据现场发展情况，在每个情境中设置若干问题，根据指挥员的指挥判断正确与否，系统进入下一个情境或进行该阶段的虚拟案例专项训练，直至结束。训练流程如图2所示：
结果反馈模块：系统将指挥员指挥的效果，生成新的反恐实战环境反馈给指挥员。
听觉沉浸：为确保系统中能够模拟出反恐现场的相关声音，可以运用Audio Description以及Audio Profile定义、组织系统中的声音资源。用Audio Description来描述现场声音的大小、传输距离等相关属性；运用Audio Profile来定义声音源文件以及声音描述属性。当受训者听到射击的枪声时，就能像在现实世界中一样迅速而准确地判断出对手位置，实现听觉沉浸。
三、案例式反恐分队指挥训练系统的功能实现
的确，仅就占卜而言，从周代的《易经》到战国的《易传》，再到汉代的《易玮》，再到宋代对于《易》的形形色色的解说，就是一条延绵两千多年的强大传统。更何况中国古代占卜有着五花八门的形式或面貌；且占卜传统也并非止于宋代，其日后始终洋洋洒洒奔流不息乃至一直延续到当今，且当今尤甚，这也就难怪作为一个外国学者会对中国的传统洞悉地如此准确！
沉浸模块：目前，视觉沉浸和听觉沉浸技术较为成熟，对于该系统不涉及其他的沉浸模块。建立虚拟现场模型后，通过加入事件响应，实现虚拟环境的移动、旋转、视点变换、武器操作等，从而实现交互式的虚拟现场环境，使受训者获得沉浸感。
图 2 案例式反恐分队指挥训练系统训练流程
(一)训练及考核功能
训练与考核功能是系统最基本的功能，所有的模块及其功能都是为训练与考核服务的。系统登录设置三种角色用户，即组训人员、受训人员和考核人员。结合系统设计需求，将每种角色都设定其访问权限，正确输入用户名和密码即可使用系统。
反恐现场情景还原模块：反恐现场情景即虚拟现实环境，本系统通过VR视频和构建模型两种方式实现。其中物体的模型以反恐现场为原型，采用3D MAX等建模工具进行构建，然后统一数据格式输出，并利用现场图片进行实时渲染。场景的模型包括建筑、公路、广场、火车站、地铁、飞机、街道、各类武器和恐怖分子人物模型等，重点突出反恐现场情景，同时配合各种受害群众的尖叫声、爆炸、闪光、声响和烟雾等效果，增强情景的真实性。
案例设计功能，主要体现在案例设计与训练管理，并提供用户管理、方案管理等训练过程所必需的管理功能。训练前，组训人员会同技术人员将案例转化为VR案例，客观真实地还原反恐案例的实战环境；训练中，组训者利用计算机从数据库中调用不同的模拟场景，针对案例训练存在的薄弱环节，创设若干虚拟案例，对受训者的薄弱点进行专门训练。这要求在相对通用的VR系统基础上，形成针对特定教学目的和案例内容的案例设计模块。这不是只对态势复现进行简单改造就可以做到的，而需要根据系统的基础能力，为组训人员设计更便于使用的工具性模块。
考核时，采用考核人员介入模式，实时观察参训人员的指挥情况，判定受训人员对不同案例的指挥能力，并对参训人员的指挥进行打分，实现对参训人员的考核。最终考核人员根据受训人员在指挥过程中回答问题情况、系统采集的相关身体体征指标及打分情况，采取定量与定性相结合方式综合评估受训人员是否具备反恐分队指挥员的基本素质。
(二)案例设计功能
4.决算数据填报不准确。由于日常账务处理的不准确，单位填报人员或对部门决算填报口径理解不透，或人为调整，部门决算数据很容易出现不准确的情况，如“三公两费”的填报，一些单位通过人为调整数据，把公务用车费用调整到在其他交通费用列支，以此达到降低“三公经费”的目的。部门决算数据不准确,降低了决算报表质量，在很大程度上影响了部门决算分析、应用工作开展,既不利于促进部门预算单位加强财务管理,也不利于财政部门加强财政管理,提高财政管理水平。
(三)反恐现场情景还原功能
对于反恐现场情景的还原，大量工作在于反恐场景的制作。场景的制作主要采用天空盒子和三维模型相结合的方法。背景使用天空盒子，可模拟白天、黄昏和夜间景象，用全景摄像机拍摄的全景图片即可用于制作。前景和中景使用三维模型。首先采集反恐案例现场存在的如商场、机场、车站、影剧院、学校等重要民生目标和车辆、飞机等运输工具的结构详细数据和表征图像等参数；尔后使用三维建模软件3D MAX的多边形建模技术，实现三维场景模型的制作，构建与案例现场场景相一致的实景模型；再利用Photoshop软件中已有素材合成模型的固有色贴图，在3D MAX中赋予材质和贴图并调整贴图位，然后将完成贴图的三维模型导入Unity 3D引擎进行照明阴影、纹理和环境映射等细节的处理、整合渲染，将反恐现场的建筑物、地形地貌等呈现出来，使受训指挥员有身临其境的感觉；最后对材质与贴图进行后期编辑，实现角色动画、场景交互、摄像机路径动画、运行界面设计导入相关视频等媒体，并与模型、按钮进行交互的链接[5]。既可对之前发生的暴恐事件现场环境进行情景还原；也可瞄准未来反恐形势的发展，针对容易遭受恐怖袭击的地区、目标，构建多维虚拟实战环境，如根据驻外领事馆周边的反恐形势，模拟多种受恐怖袭击的情景进行指挥训练。
佛经翻译是中国第一次大规模文化翻译运动，促进了中国佛教场域的建构。在这一历程中，合作翻译贯穿始终。外来译者与中国本土译者的构成呈现何种特征？哪些因素对这一特征具有塑形作用？
(四)沉浸功能
视觉沉浸：即立体显示技术，本系统通过头戴式显示器来实现，如HTC。头戴式显示器通常拥有两个显示器，影像透过棱镜反射之后，分别进入人的双眼在视网膜中成像，形成双眼视差，营造出在短距离内看超大屏幕的效果，再通过人的大脑将两个图像整合以获得深度感知，从而得到立体图像，实现良好的沉浸效果[6]。
心理干预模块：系统采集生理、心理变化的数据，适时反馈给受训者，通过自身调节，以更好地适应反恐战场。
当视觉和听觉一起作用，尤其是空间超出视域范围时，就能充分显示信息内容，从而使系统提供给用户更强烈的存在和真实性感觉。
(五)结果反馈功能
以反恐怖劫持为例，本系统在案例训练中设置了五种情境，每个情境设置若干问题，系统根据受训者的指挥构建四种结果反馈。结果一：指挥正确，说明受训者根据现场的反恐情形判断正确，指挥符合战场实际和反恐处置的一般原则，进入下一情境的训练。结果二：指挥失误，说明受训者对于某一反恐情况考虑欠周全，有可能导致反恐失败，则进入相应的虚拟案例场景进行该内容的专项训练，直至合格。结果三：在虚拟案例专项训练中，受训者根据给出的反恐情景，作出错误的指挥，系统会给出相应提示，继续进行该内容的专项训练，实现理论学习和技能训练相结合。结果四：在虚拟案例专项训练中，受训者根据给出的反恐情景，作出正确指挥，视为合格，转入案例指挥训练。
(六)心理干预功能
受训者头戴显示器等交互设备，以视觉、听觉等感觉为基础，在虚拟现实技术生成的逼真反恐任务环境中训练，会产生相应的生理心理反应，进而产生皮温、肌电等体征指标变化。通过各种传感器对受训对象的相关身体体征指标进行实时采集，并传输到计算机里进行转化、放大等操作，形成可视化的信号。组训者通过与静态时采集的身体体征标准数值范围进行比较，判断评估受训者的战场适应能力，并及时反馈给受训者，实现自我调整，提高战场适应能力。
由于铸件结构较复杂，生产工艺参数若把握不精确，会造成铸件表面缺陷较多，主要出现浇注不足、裂纹和变形等缺陷．缺陷主要出现在铸件加强筋处，通过切取铸件缺陷易产生的同一部位本体试样，来研究工艺参数对其组织和性能的影响．
四、结束语
与传统的案例研究比较，案例式VR指挥训练系统具有环境逼真、沉浸性好、围绕指挥能力的形成针对性强等特点。目前，武警部队运用VR技术进行指挥训练还处于理论探索阶段。随着计算机及现代通信技术的飞速发展及在训练中的广泛应用，可借鉴外军在此方面的一些先进经验和做法，将训练系统开发成以反恐为题材背景专门针对反恐指挥的VR案例游戏，使之更符合武警部队反恐指挥训练需要。
总之,在对不稳定型心绞痛患者的CTn T水平加以监测后,其诊断后的特异特性与精准程度都好于CK-MB,能够较优地辅助对患者的预后加以评判。
在钢琴学习的初始阶段，个人技巧或多或少都会受到老师的影响。特别是当老师有着强烈的艺术个性时，钢琴技巧的学习更是言传身教。此时，学生的钢琴演奏会表达老师的音乐意图，并使用相应的技巧方法。随着逐步的学习，学生的个性逐渐展露出来，并且钢琴技巧会日益完善以适应他个人表演的二度创作。
参考文献：
[1] 朱涛.武警指挥理论[M].西安：西安电子科技大学出版社，2012：169.
[2] 王涵.基于虚拟现实技术的沉浸式分队指挥训练研究[D].长沙：国防科技大学，2018：16.
[3] 仲崇军.基于沉浸式虚拟现实的电力安全培训应用研究[D].北京：北京工业大学，2013：19.
[4] 王振华，黄冶，张光雨.VR反恐处突战术训练平台构建研究[J].铁道警察学院学报，2017(3)：51-55.
[5] 谢郑凯，彭明武.设计未来：VR虚拟现实设计指南[M].北京：电子工业出版社，2017：45-52.
[6] 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，2016：54-55.
Preliminary Study on Constructing Case -based VR Commander Training System of Counter -terrorism Squads
ZHOU Shuangxi, LOU Bin, ZHANG Zhiyong
(National University of Defense Technology ,Changsha ,Hu ’nan Province 410072,China )
Abstract : In order to improve the command capability and psychological quality of commanders of counter-terrorism squads, this article analyzes the needs of building a case-based VR counter-terrorism command training system, focuses on the study of functions realization and system structure made up of case design module, counter-terrorism scene reconstruction module, immersive module, results feedback module, and psychological intervention module.
Key words : virtual reality; counter-terrorism squad commander; training system
中图分类号： G42
文献标志码： A
文章编号： 1008-2077(2019)04-0093-04
收稿日期： 2018-12-26
基金项目： 2017年度国防科技大学研究生预先研究课题“基于虚拟现实技术的军事训练研究”(JS17-03-08)
作者简介： 周双喜(1985— )，男，湖南怀化人，在读研究生； 娄斌(1986— )，男，江苏邳州人，在读研究生； 张志勇(1976— )，男，湖南长沙人，教授，博士。
(责任编辑李 蕾 )