隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷發(fā)展,特別是2016年以來頭盔式虛擬現(xiàn)實設(shè)備的普及,VR技術(shù)已經(jīng)走出實驗室,在游戲、教育和訓(xùn)練領(lǐng)域得到大量應(yīng)用。特別是虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有的高逼真度、低成本和高安全性的特點,受到訓(xùn)練領(lǐng)域廣泛歡迎。航空訓(xùn)練領(lǐng)域本身是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)源地之一,從大型動態(tài)D級飛行模擬器、CAVE式交互系統(tǒng)到低端的FTD、IPT都有實際應(yīng)用,現(xiàn)階段以頭盔和手柄為主要交互方式的VR系統(tǒng)也開始逐漸運用在飛行員、乘務(wù)員和機務(wù)人員的訓(xùn)練中。(下文提到的VR技術(shù)特指以頭盔為顯示載體的虛擬現(xiàn)實技術(shù))
李洪鵬是北京弘宇飛拓科技有限公司、大眼XR實驗室創(chuàng)始人之一,北航飛行器設(shè)計專業(yè)博士(后輟學(xué)創(chuàng)業(yè))。在空軍航空大學(xué)從事飛行員、機務(wù)教學(xué)16年。現(xiàn)從事航空航天VR/AR開發(fā)工作,帶領(lǐng)團隊為國產(chǎn)大飛機、國產(chǎn)新型航空發(fā)動機、多項重大航天項目提供VR/AR技術(shù)支持。
但是現(xiàn)實是受到成本、合規(guī)以及技術(shù)本身的缺陷等一系列問題的影響,VR技術(shù)在航空訓(xùn)練領(lǐng)域的應(yīng)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(shù)的優(yōu)勢一面,忽略它存在的一些限制,很多應(yīng)用超出了VR技術(shù)的適用邊界,造成了實際應(yīng)用過程中人們對它產(chǎn)生了負面的評價。我作為一個有過航空訓(xùn)練領(lǐng)域?qū)I(yè)背景的VR/AR從業(yè)者,準(zhǔn)備從分析VR技術(shù)的優(yōu)勢和限制入手,劃清VR技術(shù)的適用邊界,結(jié)合VR/AR行業(yè)開發(fā)經(jīng)驗談?wù)勌摂M現(xiàn)實在民航訓(xùn)練領(lǐng)域中的應(yīng)用與定位。
1. VR技術(shù)用于訓(xùn)練領(lǐng)域的理論依據(jù)
1.1. 訓(xùn)練的定義
訓(xùn)練一般是指有計劃有步驟地通過學(xué)習(xí)和輔導(dǎo)掌握某種技能。有意識地使受訓(xùn)者發(fā)生生理反應(yīng),從而改變受訓(xùn)者素質(zhì)、能力的活動。其中有兩個要點,一是目的是讓受訓(xùn)者獲取某種技能,而不是知識,這就是訓(xùn)練和理論教育的區(qū)別;二是它是通過使受訓(xùn)者發(fā)生生理反應(yīng),改變受訓(xùn)者的素質(zhì)和能力,也就是說它主要是通過讓受訓(xùn)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(xùn)者的技能。比如羽毛球運動員訓(xùn)練,就是讓運動員反復(fù)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(zhàn)術(shù)能力。再比如航空機務(wù)人員訓(xùn)練,通過不斷的重復(fù)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(xiàn)象判斷和操作程序強化在大腦中,形成穩(wěn)定可靠的操作技能。
1.2. 技能構(gòu)成
訓(xùn)練工作的最終目的就是要形成某種特定的技能。每種復(fù)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(huán)境的態(tài)勢感知,再由知識和經(jīng)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(fù)操作才能完成,訓(xùn)練工作就是這種重復(fù)過程。
1.3. 技能形成關(guān)鍵
技能形成的關(guān)鍵就是在訓(xùn)練行為的輔助下,形成較好的技能遷移,技能遷移是心理學(xué)中的一個概念,在訓(xùn)練領(lǐng)域就是指在訓(xùn)練環(huán)境中形成的技能水平,是否在真實操作中能夠有效的復(fù)現(xiàn),成為真正的操作技能。比如,通過背記訓(xùn)練手冊學(xué)習(xí)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(xùn)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(xué)習(xí)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(dǎo)這種訓(xùn)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(xùn)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(xùn)練這種訓(xùn)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(xùn)練之所以比背記書本高效得多,就是因為從該訓(xùn)練過程形成的訓(xùn)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(gòu)建,飛機駕駛艙內(nèi)的設(shè)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(zhǔn)確,飛行模擬器的控制邏輯完全按照真實飛機設(shè)計,在訓(xùn)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(xùn)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(xùn)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(guān)重要。通過這種反復(fù)訓(xùn)練出來的飛行員所形成的技能所包含的知識結(jié)構(gòu)、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(xiàn)遷移。
D級FFS(Full Flight Simulator,全動態(tài)飛行模擬器),內(nèi)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(xùn)練過程中最重要手段之一
1.4. 優(yōu)秀訓(xùn)練手段的兩大要素
因此從上面分析我們可以認為,一個好的訓(xùn)練手段應(yīng)該同時具備兩個要素:一是訓(xùn)練場景(包括環(huán)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(xùn)練者不斷的循環(huán)操作,以肌肉記憶和操作認知的方式將技能固化在學(xué)習(xí)者身體中。一種訓(xùn)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(xùn)練效果
2. 現(xiàn)階段民航訓(xùn)練手段的一些短板和不足
本文所關(guān)注的民航訓(xùn)練工作類型主要包括飛行員初始階段的飛行駕駛訓(xùn)練和復(fù)訓(xùn)、機務(wù)人員的維修技能訓(xùn)練和乘務(wù)人員的乘務(wù)技能訓(xùn)練。在這些領(lǐng)域里訓(xùn)練手段存在著一些短板和不足:
2.1. 手段相對落后
現(xiàn)階段民航領(lǐng)域還是以傳統(tǒng)訓(xùn)練手段為主,在建立理論認知階段還是主要依靠紙質(zhì)教材、視頻動畫、PPT、CBT媒介,這些訓(xùn)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(xùn)練環(huán)境、缺乏互動,學(xué)習(xí)過程主要依靠學(xué)生的理解和記憶。后期的培訓(xùn)工具逐步引入了一些交互功能,但受限于開發(fā)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。
以平板電腦為載體的CBT軟件界面
2.2. 訓(xùn)練裝備成本偏高
進入實操訓(xùn)練階段,無論是飛行員使用的FTD/IPT、機務(wù)人員使用的維修訓(xùn)練設(shè)備、還是乘務(wù)人員使用的客艙訓(xùn)練模擬機設(shè)備等裝備都比較昂貴,更不用說動輒上億元的全動飛行模擬器,加上維護設(shè)備所需要的維護、場地和運營費用往往導(dǎo)致使用成本居高不下。
2.3. 訓(xùn)練沉浸感不足
除了前面提到的全動飛行模擬機是完全構(gòu)建了駕駛艙內(nèi)部設(shè)備和外部環(huán)境的綜合訓(xùn)練場景以外,目前其他所有階段的訓(xùn)練工具都只是提供了部分、或者壓根兒就沒有場景的模擬。這使得訓(xùn)練的效果大打折扣,受訓(xùn)者在僅能接收到部分外界刺激的條件下所形成的反饋,在某種意義上可能會形成錯誤的認知與技能。這就好比初學(xué)開車的駕駛員可以在筆直公路上飛馳,但一旦進入環(huán)境復(fù)雜的城市道路就狀況百出是一樣的道理。飛行訓(xùn)練的最終目的是培養(yǎng)飛行員在面臨各種復(fù)雜的內(nèi)外部環(huán)境之下,依然能夠安全地處置各種突發(fā)狀況,由此可見訓(xùn)練環(huán)境的模擬對訓(xùn)練效果的重要意義。
2.4. 培訓(xùn)效率低
主要有兩方面的因素造成了民航訓(xùn)練效率瓶頸,一是訓(xùn)練手段相對落后,完成訓(xùn)練科目所需訓(xùn)練周期相對較長。二是由于訓(xùn)練裝備使用成本高,導(dǎo)致訓(xùn)練裝備數(shù)量有限,很難滿足所有學(xué)員同時使用需求。比如機務(wù)人員在進行飛機維修訓(xùn)練時,由于可用于訓(xùn)練的訓(xùn)練用機數(shù)量有限,只能輪換進行訓(xùn)練,降低了訓(xùn)練效率。
2.5. 特情、故障等存在安全隱患類項目難以有效實施培訓(xùn)
安全是民航業(yè)的底線,所有操作都必須在安全的前提下進行,訓(xùn)練工作也不例外。但是有些特殊的訓(xùn)練科目會存在一定的安全隱患,比如飛行員特情處置具有高風(fēng)險性,處置不當(dāng)會威脅航空器安全和飛行員生命;機務(wù)排除故障訓(xùn)練如果處置不當(dāng)會對運行的設(shè)備造成損害;乘務(wù)員緊急撤離訓(xùn)練也容易造成人員受傷等問題。這些存在安全隱患的科目只能在模擬器或者模擬裝備中進行,而由于模擬器使用成本高昂,這些涉及航空器安全的科目往往會得不到充分的訓(xùn)練,會對民航的日常運行造成一定的威脅。
3. VR技術(shù)的特點及優(yōu)勢
前面文中提到,一個優(yōu)秀的訓(xùn)練工具必須同時具備完美還原真實訓(xùn)練環(huán)境和程序,以及以交互的形式有效的形成操作反饋兩個特點。VR技術(shù)的高逼真度、高沉浸感能夠很好的還原訓(xùn)練場景;VR設(shè)備的良好互動體驗可以讓訓(xùn)練者方便快捷的與訓(xùn)練對象進行交互,有效的形成操作反饋。因此VR工具就具備了成為優(yōu)秀訓(xùn)練工具的基本條件。此外VR技術(shù)還有一些我們平時容易忽視的特性:
VR飛機發(fā)動機維修訓(xùn)練應(yīng)用可以讓受訓(xùn)者在完全虛擬的環(huán)境下展開互動訓(xùn)練
3.1. 成本相對較低、
實際上以現(xiàn)有開發(fā)流程,開發(fā)一款高水準(zhǔn)的VR訓(xùn)練軟件成本并不低,低成本是指它具有邊際成本的屬性,該屬性是任何IT產(chǎn)品共有的屬性,即首件產(chǎn)品價格昂貴,但是一旦進行大規(guī)模復(fù)制應(yīng)用,其邊際成本接近于零,類似的案例還有CPU芯片、操作系統(tǒng)、軟件等。即使算上系統(tǒng)維護和服務(wù)費用VR系統(tǒng)一旦大規(guī)模推廣應(yīng)用,其成本也會被攤薄的很低。
此外低成本還是與大型模擬器、CAVE以及實裝訓(xùn)練器材相比較而言。在很多行業(yè)應(yīng)用中甚至?xí)泻脦讉€數(shù)量級的差異,比如核電站的VR操作訓(xùn)練,飛機VR飛行模擬訓(xùn)練等等。
核電站模擬訓(xùn)練裝置
3.2. 安全無風(fēng)險
一些行業(yè)的訓(xùn)練過程往往會存在一些安全風(fēng)險,比如飛行特情處置、消防逃生演練、危險品處置等等,這些訓(xùn)練一旦處置不當(dāng)會造成財產(chǎn)損失甚至人身傷害,比如消防逃生演練需要大量人員參與,其中任何一個參與者操作不當(dāng)都有可能造成人身傷害,往往難以實施。VR技術(shù)能夠讓訓(xùn)練在全虛擬的環(huán)境中進行,不僅受訓(xùn)者處置錯誤不會造成任何損失,還能夠再現(xiàn)因操作失誤造成的飛機失事、危險品爆炸等災(zāi)難場面給受訓(xùn)者予以警示。
3.3. 打破空間、時間的限制
利用虛擬現(xiàn)實技術(shù),可以建立起任何尺度的視角,徹底打破時間與空間的限制。大到宇宙天體,小至原子粒子,受訓(xùn)者還可以進入訓(xùn)練對象的內(nèi)部進行觀察。一些需要幾十年甚至上百年才能觀察的變化過程,通過虛擬現(xiàn)實技術(shù),可以在濃縮成很短的時間內(nèi)呈現(xiàn)給使用者。這項優(yōu)勢可以讓受訓(xùn)者在訓(xùn)練的同時,充分了解操作對象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作過程以及原理,在形成操作反饋的同時加深對操作原理的理解,這是別的技術(shù)手段很難達到的。
VR宇宙探索軟件可以讓體驗者擁有現(xiàn)實世界無法實現(xiàn)的視角
4. 現(xiàn)階段VR技術(shù)存在的缺陷
VR技術(shù)有著很多其它技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢,受到社會的普遍認可,但是要將這項技術(shù)在工程實踐中實施,我們不能只看它優(yōu)秀的一面,還應(yīng)該清醒的認識到它的短板,這樣才能明白它的適用邊界在哪里,避應(yīng)用中的風(fēng)險。我們總結(jié)了8個與民航訓(xùn)練領(lǐng)域相關(guān)的VR技術(shù)缺陷,逐一進行分析,還有諸如FOV問題、自我認知問題等與民航訓(xùn)練應(yīng)用相關(guān)性不強就不逐一列出。
4.1. 合規(guī)問題
民航業(yè)高度重視法規(guī)問題,所有行為必須符合民航法規(guī)和制度。訓(xùn)練工作也不例外。民航法規(guī)中對各類參與運營人員的能力要求、培訓(xùn)內(nèi)容、過程、時長等都有詳盡的法律規(guī)定,所有訓(xùn)練活動都必須在法律規(guī)則框架內(nèi)運行。目前局方對理論訓(xùn)練階段采用何種培訓(xùn)手段來開展并沒有明確的要求,規(guī)章中只是列明了需要完成的內(nèi)容。除了全動模擬機的使用和時數(shù)有明確的要求,包括是否使用FTD或者IPT等設(shè)備,都完全取決于營運人自己對訓(xùn)練大綱的設(shè)計。所以說在理論訓(xùn)練階段對新技術(shù)的運行還是遵循“規(guī)章不禁止則是允許”的原則。但如果一旦新技術(shù)的一些缺陷,比如說對視力的潛在影響逐漸暴露,局方就會干預(yù)。所以由于VR技術(shù)進入商業(yè)應(yīng)用時間不長,人們對其特性并未完全掌握,在使用時應(yīng)非常的謹慎。
4.2. 開發(fā)成本偏高
開發(fā)成本偏高與前面提的成本相對較低并不沖突,前面提到的成本低是因為能夠大規(guī)模應(yīng)用攤博成本,而很多民航機構(gòu)的應(yīng)用只在本單位范圍內(nèi),應(yīng)用群體有限,核算下來開發(fā)成本整體上偏高?,F(xiàn)有的VR應(yīng)用開發(fā)流程類似于游戲開發(fā),流程長參與者多、對開發(fā)者技能水平要求高,且行業(yè)中還未出現(xiàn)簡單易學(xué)能夠大面積推廣的套裝式開發(fā)工具。這些因素綜合起來造成一款優(yōu)秀的VR訓(xùn)練應(yīng)用開發(fā)成本往往居高不下,比紙質(zhì)書籍、視頻、動畫等傳統(tǒng)培訓(xùn)手段成本高出不少。而航企大多對成本控制都非常嚴格,如果一款訓(xùn)練軟件的開發(fā)成本太高,其應(yīng)用就會受到很大影響。
4.3. 設(shè)備舒適性有待改進
雖然經(jīng)過幾年的迭代和改進,現(xiàn)在的VR設(shè)備佩戴起來已經(jīng)比最初的VR設(shè)備舒適很多,但是還在一定程度上存在舒適性問題,包括頭盔重量偏大、受連線影響身體和頭部移動受限、長期佩戴不舒適等等。這些舒適性問題會對兒童、有頸椎問題的用戶等特殊使用群體造成影像,也會導(dǎo)致VR技術(shù)在需要大范圍靈活移動、需要長時間不間斷進行的訓(xùn)練中應(yīng)用受到影響。飛行員、機務(wù)或者乘務(wù)人員的一般訓(xùn)練科目都會持續(xù)比較長的時間,模擬機訓(xùn)練的甚至?xí)_到4個小時(加上課后講評甚至?xí)_到5.5個小時),如果無法保證長期佩戴的舒適性,VR技術(shù)在這些領(lǐng)域應(yīng)用就會受到限制。不過隨著VR技術(shù)的不斷演進舒適性的問題會很快得到較好的解決,不久的未來VR設(shè)備會做到很好的性能和舒適性的統(tǒng)一。
華為超短焦VR眼鏡是解決舒適性問問題的一個代表性案例
4.4. 力反饋缺陷
在一般的游戲或者商業(yè)VR應(yīng)用中,人們很少用到力反饋,而在訓(xùn)練領(lǐng)域應(yīng)用中力反饋占有非常重要的角色,但不幸的是,力反饋是現(xiàn)今VR系統(tǒng)中的最大的短板。從工效學(xué)角度上看VR設(shè)備就是一款帶有輸入輸出功能的交互設(shè)備,它有效的解決了視覺輸出,但是它無法有效實現(xiàn)力反饋輸出,無法形成完整的工效學(xué)閉環(huán)。在民航領(lǐng)域的操作中會廣泛的使用力反饋作為信息輸入,比如飛行員操縱飛機時,不僅要通過視覺獲取機外環(huán)境和儀表參數(shù)信息來判斷飛機的狀態(tài),還要通過駕駛桿的反饋力(尤其是波音系列飛機)來感知飛機狀態(tài)以及修正操作動作偏差、通過按鍵和旋鈕的形狀差異帶來的觸覺差異實現(xiàn)盲操和防差錯。與飛行員類似機務(wù)人員也有很多需要力反饋輔助操作的,比如通過振動來判斷設(shè)備工作狀態(tài)、打保險時通過工具上細微的力反饋來判斷施力角度和力度等等。
飛機駕駛艙很多旋鈕通過形狀差異進行防差錯設(shè)計,需要飛行員通過訓(xùn)練形成觸覺記憶
要進行上面提到的這些技能的訓(xùn)練,就需要力反饋設(shè)備的輔助,而現(xiàn)階段VR裝備的力反饋性能非常有限,大部分手柄設(shè)備只能產(chǎn)生振動來模擬觸碰。Dexmo是現(xiàn)階段比較先進的額力反饋手套能夠較好的模擬抓握感,也能輸出一定的按壓和敲擊反饋。但是力反饋僅限于手部,也無法模擬觸覺反饋。因此現(xiàn)階段VR系統(tǒng)仍然無法很好的進行一些需要力反饋的訓(xùn)練。由于力反饋系統(tǒng)會涉及到復(fù)雜的控制、材料、機電專業(yè)的問題,短期內(nèi)很難有較大進展,在可預(yù)見的未來力反饋短板仍然是影響VR技術(shù)在訓(xùn)練領(lǐng)域應(yīng)用的重要因素。
4.5. 紗窗效應(yīng)
當(dāng)前VR設(shè)備的顯示像素密度還普遍偏低,影像進入人眼的像素密度未達到視覺分辨率極限,人們可以看清顯示原件上的晶格,造成了所謂的晶格效應(yīng)或者叫紗窗效應(yīng)。
紗窗效應(yīng)除了會造成使用者觀看上的不適,還會對很多行業(yè)應(yīng)用帶來一些問題,在很多民航訓(xùn)練場景中如果使用VR設(shè)備進行訓(xùn)練,有可能會因為紗窗效應(yīng)無法看清目標(biāo),比如在飛機座艙如果離針式儀表稍微遠些,表針的寬度就會降到一個像素以下,人們就無法看清表針,類似的情況還有很多,機務(wù)和乘務(wù)人員也會因為紗窗效應(yīng)看不清屏幕或者標(biāo)簽上的字符,必須湊近才可以,這不僅讓訓(xùn)練操作變得別扭,與受訓(xùn)者日常的操作習(xí)慣是不符的。
紗窗效應(yīng)不僅與VR顯示單元的像素密度有較大關(guān)系,還與光學(xué)機構(gòu)設(shè)計有關(guān),這些領(lǐng)域的迭代速度很快,相信不久的將來紗窗效應(yīng)就能得到很好的解決。
4.6. 輸入方式靈活度和精度有限
現(xiàn)在VR系統(tǒng)常見的輸入方式是手柄,少數(shù)廠商如Oculus已經(jīng)較好的解決了手勢追蹤問題。手柄方式現(xiàn)在主要問題是靈活度不足,雖然Quest等VR裝置的手柄能部分模擬人手的動作,實現(xiàn)抓握、指向、按壓等基本動作,但對于復(fù)雜的手部操作就無能為力了。而手勢追蹤技術(shù)現(xiàn)階段能夠?qū)崿F(xiàn)的精度不足,并且在沒有力反饋輔助的情況下, “空對空”的操作精度更加有限。
在民航訓(xùn)練領(lǐng)域有很多需要精細操作的訓(xùn)練,比如在駕駛艙控制面板上旋鈕和電門密集度非常高,無論手柄還是手勢操作都無法實現(xiàn)快速而準(zhǔn)確的定位和操作。機務(wù)訓(xùn)練領(lǐng)域有一些細小零部件的拆裝,需要細微的動作和高精度的操控,現(xiàn)有VR輸入設(shè)備也無法實現(xiàn)。
波音737飛機頂部控制面板集旋鈕和電門非常密集
4.7. 眩暈
眩暈在醫(yī)學(xué)上叫暈動癥,是一種普遍的生理現(xiàn)象,不僅發(fā)生在使用VR設(shè)備的時候,暈車、暈船也是暈動癥。一般認為暈動癥是因為人類視覺系統(tǒng)和前庭系統(tǒng)的感知沖突造成的,沉浸的VR場景通過欺騙人類的視覺系統(tǒng)讓人產(chǎn)生了運動的感覺,而前庭系統(tǒng)卻無法感知到這種運動,兩者發(fā)生了沖突,導(dǎo)致了暈動癥。VR從原理上無法完全避免暈動癥的產(chǎn)生,只能盡可能的降低它的發(fā)生概率,一般會從硬件和軟件上同時進行改進,比如降低延遲、改進內(nèi)容的制作方法等等,從實踐來看現(xiàn)在的VR設(shè)備和內(nèi)容產(chǎn)生的眩暈已經(jīng)比VR設(shè)備剛推出的幾年有了很大的改善。
從我們在航空領(lǐng)域的VR開發(fā)實踐來看,眩暈的產(chǎn)生一般認為是沒有規(guī)律的,和身體狀況、飛行經(jīng)驗沒有直接關(guān)系。個別些經(jīng)驗豐富,身體強壯的飛行員正確使用VR設(shè)備時也會產(chǎn)生眩暈,而一些身體瘦弱不經(jīng)常運動的人卻能夠承受高運動強度的VR內(nèi)容。這就給VR應(yīng)用在行業(yè)推廣帶來麻煩,因為無法預(yù)測哪些使用群體和個體會產(chǎn)生眩暈,無法使用VR設(shè)備。如果一種VR訓(xùn)練應(yīng)用不能普及到每一個人,有個別人因為眩暈無法使用的話,一般來說這種應(yīng)用就無法真正在行業(yè)中有效推廣。
4.8. 視力損傷
現(xiàn)在還沒有明確的醫(yī)學(xué)證據(jù)證明VR設(shè)備的使用會帶來明顯的視力損傷,同時也沒有足夠的證據(jù)證實使用VR設(shè)備不會造成視力問題。但是現(xiàn)代社會電子產(chǎn)品對青少年視力造成的傷害已經(jīng)成為比較嚴重的社會問題,對這個問題的擔(dān)憂往往會傳導(dǎo)到在VR設(shè)備的使用上。我們在參與飛行學(xué)員的訓(xùn)練項目時,經(jīng)常會被問到是否會導(dǎo)致飛行學(xué)員視力損傷,我們也沒有足夠的證據(jù)證明它的安全性,這就導(dǎo)致在涉及飛行員相關(guān)的訓(xùn)練時,VR的應(yīng)用就非常謹慎,甚至對導(dǎo)致項目失敗。
5. VR技術(shù)在民航訓(xùn)練領(lǐng)域中的應(yīng)用定位
我們認為所有技術(shù)的成長和發(fā)展都會遵循叢林法則。在叢林里有復(fù)雜的生態(tài)多樣性,多種生物共存形成一個復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng),這些生物既競爭又合作,每種生物都有獨特的優(yōu)勢和地位,沒有哪種生物具有全面的生存優(yōu)勢,獨享整個空間。獅子即使再強大,也不可能在草原上只有獅子一種動物,羚羊和昆蟲都因為獨特的優(yōu)勢生存下來。而每種生物也有自己最適合的生存空間范圍,雨林里大猩猩在樹上稱霸,但是如果掉到河里也只能成為鱷魚的美餐。
VR設(shè)備和PC、電視、平板電腦、手機等設(shè)備一起共同組成了交互設(shè)備的生態(tài)圈。有觀點認為VR/AR將來會替代掉手機、平板電腦,我們不這么認為,VR設(shè)備和手機都擁有不同的優(yōu)勢,會長期共存,不可能完全互相替代,兩種設(shè)備都會在它適用范圍內(nèi)充分發(fā)揮它的效能。在民航訓(xùn)練領(lǐng)域也一樣,VR技術(shù)只有在其適用范圍內(nèi)進行應(yīng)用才能充分發(fā)揮其效能,獲得好的訓(xùn)練效果。我們從飛行員、機務(wù)人員和乘務(wù)人員的訓(xùn)練三個角度分別對其適用范圍和應(yīng)用可能性予以分析。
5.1. 飛行員訓(xùn)練
飛機駕駛與其他駕駛工作一個重要差異就是高腦力負荷,即指在某些飛行階段需要在極短時間內(nèi)迅速而準(zhǔn)確的完成一系列的判斷和操作。飛行員需要同時調(diào)動多種感覺器官對外界信息進行感知,除了用視覺感知外部視景和儀表參數(shù)、聽覺感知告警聲響外,還需要通過前庭系統(tǒng)感知飛機的運動狀態(tài),通過力反饋感知飛行手柄的反饋力度和各種控制鍵的狀態(tài)。這些操作需要通過反復(fù)的訓(xùn)練轉(zhuǎn)化為熟練的認知反饋和帶有肌肉記憶性質(zhì)的動作技能。而大部分涉及力反饋的訓(xùn)練都需要實體設(shè)備,現(xiàn)階段VR設(shè)備的力反饋設(shè)備無法達到要求。VR設(shè)備到底能在飛行訓(xùn)練過程中發(fā)揮怎樣的作用,還需要通過規(guī)避現(xiàn)有VR技術(shù)局限尋找合適的應(yīng)用場景。此外還需要考慮合規(guī)的要求,必須在民航法規(guī)規(guī)則范圍內(nèi)開展訓(xùn)練。具體來說,我們認為現(xiàn)階段要想在飛行員訓(xùn)練中應(yīng)用VR技術(shù)的優(yōu)勢就必須避開需要力反饋參與的訓(xùn)練內(nèi)容。
5.1.1. 駕駛艙布局學(xué)習(xí)與熟悉
商用客機的駕駛艙布局非常復(fù)雜,飛行學(xué)員在進入程序訓(xùn)練前需要熟記各個面板上的儀表和控制設(shè)備的位置和功能。成本的原因不會在飛行模擬器上進行學(xué)習(xí),一般采用掛圖的方式或者在IPT(程序練習(xí)器)上進行。掛圖是平面形式,需要通過理解建立起和駕駛艙形成的空間映射,這種技能遷移效率比較低。IPT雖說是低端的訓(xùn)練設(shè)備,但也涉及硬件和軟件的投入,面向個體的普及率無法達到較高的水平。這一類的訓(xùn)練便可以使用VR技術(shù)手段進行替代,飛行學(xué)員可以佩戴VR頭盔在沉浸式環(huán)境下進行布局學(xué)習(xí),VR技術(shù)能夠很好的再現(xiàn)真實座艙環(huán)境,其技能遷移程度非常高。
使用VR設(shè)備進行駕駛艙布局學(xué)習(xí)與熟悉一般在飛行駕駛技能形成的初期階段,以個人學(xué)習(xí)的形式為主,在這一階段局方并未強制約定哪種手段進行,因此對VR技術(shù)的應(yīng)用沒有法規(guī)障礙,關(guān)鍵還是取決于用戶和局方對應(yīng)用方案培訓(xùn)效果的認可程度。這種訓(xùn)練應(yīng)用不需要力反饋參與,如果廣泛推廣,其終端成本很低,需要注意的是盡量采用分辨率高的VR設(shè)備,防止紗窗效應(yīng)帶來的儀表讀取困難。
5.1.2. 高等級訓(xùn)練設(shè)備的輔助訓(xùn)練工具
盡管全動(D級)飛行模擬器的訓(xùn)練效果最佳,但由于其價格非常昂貴,航空公司處于訓(xùn)練成本的考慮,無法大量使用高等級訓(xùn)練設(shè)備來進行人員培訓(xùn)。為了合理利用訓(xùn)練資源,飛行員在進入全動模擬器之前需要先在成本相對較低的IPT(程序訓(xùn)練器)上完成基礎(chǔ)的程序訓(xùn)練。不過IPT的成本依然比較高,教員數(shù)量也有限,因此也面臨無法大規(guī)模應(yīng)用的矛盾。
我們可以利用VR程序進行預(yù)先訓(xùn)練解決這一問題,也就是在進入高等級訓(xùn)練設(shè)備訓(xùn)練之前,學(xué)員先在VR環(huán)境下將整個操作程序進行熟悉,保證在進入訓(xùn)練設(shè)備進行操作技能訓(xùn)練之前,已經(jīng)熟知了這些技能的認知內(nèi)容,進而再利用帶有力反饋的真實飛行手柄和控制裝置來訓(xùn)練需要有肌肉記憶的動作技能。這相當(dāng)于在高等級訓(xùn)練設(shè)備和書本、CBT之間加入一級VR訓(xùn)練裝置,進行程序性認知技能訓(xùn)練。這樣會大大提高整體的訓(xùn)練效率和水平。該種方法目前已經(jīng)在美國空軍飛行員培訓(xùn)的PTN計劃中得到應(yīng)用,最終結(jié)果證明了插入的這個VR訓(xùn)練裝置會大大提高整體的訓(xùn)練效率,減少了在高等級訓(xùn)練設(shè)備上的訓(xùn)練時間。
插入VR程序訓(xùn)練應(yīng)用實際上就是細分了訓(xùn)練級別,充分利用了VR訓(xùn)練應(yīng)用低成本的優(yōu)勢,將程序操作訓(xùn)練內(nèi)容剝離出來單獨進行訓(xùn)練,并且繞開需要力反饋參與的技能訓(xùn)練。而且這種VR應(yīng)用的方式只是輔助訓(xùn)練方式,最終還是需要滿足局方對高等級訓(xùn)練設(shè)備的使用要求,但這種培訓(xùn)方案的設(shè)計,解決了合規(guī)的問題,最終提高了整體訓(xùn)練效率。
5.2. 機務(wù)技能訓(xùn)練
筆者是航空機務(wù)出身,有過很多年的機務(wù)教育培訓(xùn)經(jīng)歷,機務(wù)技能培訓(xùn)一般分為三種類型:基本技能訓(xùn)練、維護流程訓(xùn)練和排故訓(xùn)練?;炯寄苡?xùn)練主要是指拆裝保險、開關(guān)艙口蓋等涉及細微手部和肢體動作的動作技能訓(xùn)練,這類訓(xùn)練需要通過反復(fù)操作形成肌肉記憶,最終形成熟練的動作技能。這類精細操作動作技能會涉及到力反饋,往往需要通過工具的力反饋來判斷施力角度和力度,現(xiàn)階段VR領(lǐng)域的輸入方式精度有限,力反饋技術(shù)很不成熟,難以提供訓(xùn)練所需要的高精度輸入和力反饋,所以這類訓(xùn)練不適合在VR方式下進行。而另外兩種類型技能訓(xùn)練則是VR技術(shù)的優(yōu)勢所在:
Tengo interactive的民航機務(wù)訓(xùn)練軟件
5.2.1. 維護流程訓(xùn)練
民航領(lǐng)域非常強調(diào)操作程序,所有的操作都需要按照事先設(shè)計好的流程進行,機務(wù)工作也是如此,維護操作(如航前繞機檢查、更換輪胎等)有嚴格的順序要求,并且每一步都有嚴格操作標(biāo)準(zhǔn)。這就需要進行反復(fù)的操作訓(xùn)練才能形成熟練的維護技能。實際訓(xùn)練中由于訓(xùn)練裝備有限,機務(wù)人員實踐機會有限,往往只是通過書本或者CBT進行記憶,很難形成有效的技能遷移。而VR工具的特性就是能夠進行復(fù)雜的交互操作,可以將維護工作按照流程要求開發(fā)成VR訓(xùn)練軟件,機務(wù)人員可以在虛擬環(huán)境中反復(fù)的操作形成最終操作技能。這種VR交互訓(xùn)練程序不僅訓(xùn)練效果比傳統(tǒng)手段好很多,而且效率也會比傳統(tǒng)手段要高,這兩點也在我們這些年的VR訓(xùn)練程序開發(fā)實踐中得到了驗證。
5.2.2. 排故訓(xùn)練
機務(wù)排故訓(xùn)練類似于醫(yī)生對病人病情進行診斷,需要綜合多種故障現(xiàn)象來判斷原因所在,而故障的復(fù)現(xiàn)在傳統(tǒng)訓(xùn)練中一直是個難題,特別是復(fù)雜故障現(xiàn)象,比如主要部件裂紋、發(fā)動機喘振甚至很多機務(wù)人員一生中都未曾見過,并且在實踐中有些危險故障是無法進行復(fù)現(xiàn)的,機務(wù)人員只能通過視頻和圖片來進行記憶,缺乏對故障現(xiàn)象的全方位了解,這種方式訓(xùn)練獲得的技能是有欠缺的。而VR技術(shù)則可以有效彌補傳統(tǒng)訓(xùn)練手段的短板,VR技術(shù)能夠精確的模擬故障發(fā)生的現(xiàn)象,并能夠通過分解動畫等方式來演示故障成因,不僅讓機務(wù)人員在訓(xùn)練中有效的獲取故障現(xiàn)象,而且還能直觀的給與故障原理演示。
5.3. 乘務(wù)技能訓(xùn)練
與一般人想象不同,乘務(wù)人員訓(xùn)練在民航法規(guī)中是有嚴格的類型、流程、內(nèi)容和時長要求,在應(yīng)急生存訓(xùn)練和飛機飛行訓(xùn)練中有大量處置流程和飛機設(shè)備使用訓(xùn)練,這些訓(xùn)練一般情況下都需要在模擬客艙中進行反復(fù)實訓(xùn)和演練,與飛行員和機務(wù)人員面臨的問題相同,就是成本高效率低。乘務(wù)人員大量的處置程序和設(shè)備使用訓(xùn)練沒有力反饋輔助對于最終的訓(xùn)練效果影響不大,所以可以使用VR技術(shù)應(yīng)用進行訓(xùn)練。
乘務(wù)模擬訓(xùn)練器
5.3.1. 機上設(shè)備使用
機上設(shè)備使用訓(xùn)練雖然難度較小,但是仍然需要占用大量的實際裝備和模擬客艙的訓(xùn)練資源,可以在實訓(xùn)操作前使用VR應(yīng)用進行預(yù)先訓(xùn)練,利用VR技術(shù)交互性好的優(yōu)勢,進行設(shè)備使用程序和注意事項的培訓(xùn),由于這些技能主要是程序認知性的,不需要或者需要很少的力反饋協(xié)助,VR訓(xùn)練技術(shù)完全可以勝任。這些設(shè)備使用VR培訓(xùn)是預(yù)先性質(zhì)的,并不替代實際裝備和模擬客艙的培訓(xùn),只是事先完成了大部分程序性技能訓(xùn)練,提高培訓(xùn)質(zhì)量,縮短培訓(xùn)時間(部分民航培訓(xùn)是有時間要求的,在這些訓(xùn)練過程中VR訓(xùn)練暫時只可以提高培訓(xùn)質(zhì)量,不能壓縮培訓(xùn)時間,但是有可能通過長期實踐的驗證來修正一些法規(guī)要求),與民航法規(guī)并無沖突。
5.3.2. 一般和緊急狀況處置
乘務(wù)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(guī)定,包括一般和緊急處置流程,這些訓(xùn)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(xùn)練過程成本高而且有一定的安全風(fēng)險,不能進行反復(fù)訓(xùn)練。這些處置操作程序性很強,完全可以使用VR應(yīng)用進行訓(xùn)練,不僅成本很低,而且無風(fēng)險,還能反復(fù)訓(xùn)練,提高技能水平。這些VR訓(xùn)練與設(shè)備使用訓(xùn)練一樣,可以作為實際演練前的預(yù)先訓(xùn)練,降低訓(xùn)練成本,提高訓(xùn)練效率,同時符合民航法規(guī)要求。
應(yīng)急逃生訓(xùn)練
6. VR技術(shù)在民航領(lǐng)域中的應(yīng)用策略
筆者從事了將近10年的航空航天領(lǐng)域VR應(yīng)用開發(fā)工作,從外人看來VR行業(yè)從默默無聞變成了投資人追捧的對象,又接著走入了所謂的低谷。而從我看來VR技術(shù)的勢頭是一直向上的,因為它能夠提供給使用者的價值越來越大,同時也被社會大眾越來越多的接納。這個視角的不同在于是否愿意挖掘VR技術(shù)在培訓(xùn)領(lǐng)域的應(yīng)用價值,而不是單純的給個人創(chuàng)造財富。這些年的開發(fā)實踐也帶來了一些思考,就是如何在民航訓(xùn)練領(lǐng)域應(yīng)用VR技術(shù),并為民航培訓(xùn)領(lǐng)域帶來真正的改變。正值疫情期間,沉下心總結(jié)了5條自己的思考和心得,供大家進行討論。
6.1. 轉(zhuǎn)換視角,堅持價值導(dǎo)向
我們VR行業(yè)中總有些觀點,認為我們VR技術(shù)這么好,為什么在好多行業(yè)中都火不起來?其實這是視角出了問題,自己家的孩子自己怎么看都好看,我們應(yīng)該嘗試著從客戶的角度看這個問題,VR技術(shù)究竟能給客戶帶來哪些價值?與ToC的應(yīng)用注重流量不同,ToB更注重價值,所有的應(yīng)用都是要帶來價值的,就是要給客戶賺錢或者省錢的,一個表面上好看而沒有實際價值的技術(shù)不可能受到客戶的追捧,B端客戶絕對理性,不可能為面子掏腰包。我們在將VR技術(shù)在該行業(yè)進行應(yīng)用之前應(yīng)該先問問,是不是能給這個行業(yè)帶來價值。
6.2. 聚焦教育、訓(xùn)練、設(shè)計領(lǐng)域
想要創(chuàng)造價值就需要選對領(lǐng)域,實際上VR技術(shù)在行業(yè)應(yīng)用上比較尷尬,現(xiàn)階段交互顯示裝置(顯示器、鍵盤鼠標(biāo)、平板電腦、手機)已經(jīng)能夠比較好的滿足大多數(shù)行業(yè)的需求,再加上以上提到的一些缺陷,VR技術(shù)沉浸和交互優(yōu)勢的應(yīng)用并不能為一些行業(yè)帶來額外的價值。而教育、訓(xùn)練和設(shè)計領(lǐng)域則有強烈的沉浸式虛擬場景以及數(shù)字化再現(xiàn)的需求,虛擬訓(xùn)練會在成本上和效率上比真實裝備訓(xùn)練有很大優(yōu)勢,是未來VR在B端的主要應(yīng)用方向。
6.3. 從痛點著手,提供真正有價值產(chǎn)品
在一個領(lǐng)域中如何創(chuàng)造價值?就必須從痛點入手,就是幫助客戶解決遇到的難題。痛點其實也分真痛點和假痛點,只有真痛點才是真問題。就比如曾經(jīng)被力捧的VR旅游、VR觀影我個人認為本階段都是假痛點,只是看上去痛而已。VR旅游大家現(xiàn)在都已經(jīng)很清楚了,類似于早年的世界公園項目,真正想旅游的人會去現(xiàn)場,不想旅游的人也沒有足夠的好奇心驅(qū)使,不會消費VR產(chǎn)品。VR觀影無法普及則是人類行為習(xí)慣和使用場景導(dǎo)致,人類的觀影行為與吃飯類似,不僅是個人的享受過程,還是一種分享的社交行為,現(xiàn)階段VR技術(shù)無法解決多人觀影問題。而個人觀影往往和享用零食、飲料同時進行,帶上VR頭盔以后完全無法兼顧,這也是目前這類應(yīng)用不被大眾所接受的主要原因之一。
而VR訓(xùn)練可以將訓(xùn)練層次細分,降低實裝和高端訓(xùn)練裝備使用時間,提高培訓(xùn)效率。VR設(shè)計可以降低工程樣機或者泥模在設(shè)計過程中使用頻率,不僅節(jié)省了成本更加快了設(shè)計迭代速度,都能切切實實的帶來價值。
6.4. 采用細分和差異化結(jié)合策略
在做VR行業(yè)開發(fā)時我們堅持叢林法則,即堅持優(yōu)勢的多樣性,細分訓(xùn)練層級的同時與其他訓(xùn)練手段搭配進行。比如前面提到的在飛行員訓(xùn)練中和飛行模擬器、IPT搭配進行,發(fā)揮出各自手段的最大優(yōu)勢,而不是簡單的想取代某個現(xiàn)有的訓(xùn)練手段。并且虛擬現(xiàn)實技術(shù)也可以細分成多種方式,比如常見的VR頭盔、桌面級的虛擬現(xiàn)實訓(xùn)練程序、基于網(wǎng)頁的虛擬現(xiàn)實應(yīng)用和基于平板電腦的虛擬現(xiàn)實應(yīng)用,在各個場景下都有獨特的優(yōu)勢,可以搭配使用,滿足用戶的差異化需求。
6.5. 要有耐心,逐漸培養(yǎng)客戶認知和習(xí)慣
我們大部分客戶都是航空航天領(lǐng)域的,由于信息不對稱,客戶對VR技術(shù)的期望往往很高,認為就像《頭號玩家》電影里那樣達到完全與真實世界相同的體驗,對前面提到的VR技術(shù)的缺陷幾乎沒有認知。這就需要做好客戶教育工作,講清技術(shù)現(xiàn)狀,管理客戶預(yù)期,并從嘗試性Demo開始與行業(yè)用戶一同探索。
技術(shù)的進步向來都是需要時間的,一項技術(shù)從誕生到走到主流都需要整個社會去慢慢接納,前期往往需要花大量的精力進行客戶培訓(xùn),等到技術(shù)慢慢被社會所認同,基礎(chǔ)人群多了,才能實現(xiàn)廣泛應(yīng)用。現(xiàn)階段由于VR用戶群體還很少,我們在開展VR技術(shù)培訓(xùn)需要從手柄的使用和瞬移訓(xùn)練開始。等到VR設(shè)備真正普及到每個家庭里,所有人都能不經(jīng)培訓(xùn)就熟練使用VR設(shè)備,這項培訓(xùn)才會成為歷史。就像早年計算機培訓(xùn)是從打字和鼠標(biāo)的使用開始的,而現(xiàn)在這些都是一個受過一定教育的普通民眾應(yīng)該具有的基本技能。
總之我們認為VR/AR技術(shù)會在各行業(yè)都有很大的應(yīng)用前景,但是與所有的技術(shù)行業(yè)一樣,VR行業(yè)需要我們每個從業(yè)者和愛好者不僅需要有一股熱情,更需要有耐心,從價值出發(fā),腳踏實地的不斷探索、思考和實踐。
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