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VR技术在民航训练领域中的应用与定位

2020-04-30 17:39
VR陀螺网
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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。(下文提到的VR技术特指以头盔为显示载体的虚拟现实技术)

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。

1. VR技术用于训练领域的理论依据

1.1. 训练的定义

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。

1.2. 技能构成

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。

1.3. 技能形成关键

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

1.4. 优秀训练手段的两大要素

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

2. 现阶段民航训练手段的一些短板和不足

本文所关注的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:

2.1. 手段相对落后

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。

以平板电脑为载体的CBT软件界面

2.2. 训练装备成本偏高

进入实操训练阶段,无论是飞行员使用的FTD/IPT、机务人员使用的维修训练设备、还是乘务人员使用的客舱训练模拟机设备等装备都比较昂贵,更不用说动辄上亿元的全动飞行模拟器,加上维护设备所需要的维护、场地和运营费用往往导致使用成本居高不下。

2.3. 训练沉浸感不足

除了前面提到的全动飞行模拟机是完全构建了驾驶舱内部设备和外部环境的综合训练场景以外,目前其他所有阶段的训练工具都只是提供了部分、或者压根儿就没有场景的模拟。这使得训练的效果大打折扣,受训者在仅能接收到部分外界刺激的条件下所形成的反馈,在某种意义上可能会形成错误的认知与技能。这就好比初学开车的驾驶员可以在笔直公路上飞驰,但一旦进入环境复杂的城市道路就状况百出是一样的道理。飞行训练的最终目的是培养飞行员在面临各种复杂的内外部环境之下,依然能够安全地处置各种突发状况,由此可见训练环境的模拟对训练效果的重要意义。

2.4. 培训效率低

主要有两方面的因素造成了民航训练效率瓶颈,一是训练手段相对落后,完成训练科目所需训练周期相对较长。二是由于训练装备使用成本高,导致训练装备数量有限,很难满足所有学员同时使用需求。比如机务人员在进行飞机维修训练时,由于可用于训练的训练用机数量有限,只能轮换进行训练,降低了训练效率。

2.5. 特情、故障等存在安全隐患类项目难以有效实施培训

安全是民航业的底线,所有操作都必须在安全的前提下进行,训练工作也不例外。但是有些特殊的训练科目会存在一定的安全隐患,比如飞行员特情处置具有高风险性,处置不当会威胁航空器安全和飞行员生命;机务排除故障训练如果处置不当会对运行的设备造成损害;乘务员紧急撤离训练也容易造成人员受伤等问题。这些存在安全隐患的科目只能在模拟器或者模拟装备中进行,而由于模拟器使用成本高昂,这些涉及航空器安全的科目往往会得不到充分的训练,会对民航的日常运行造成一定的威胁。

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