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虛擬現實在民航訓練領域中的應用與定位

39度創意研究所 ? 2020-12-01 15:34 ? 次閱讀

隨著虛擬現實技術的不斷發展,特別是2016年以來頭盔式虛擬現實設備的普及,VR技術已經走出實驗室,在游戲、教育和訓練領域得到大量應用。特別是虛擬現實技術具有的高逼真度、低成本和高安全性的特點,受到訓練領域廣泛歡迎。航空訓練領域本身是虛擬現實技術的發源地之一,從大型動態D級飛行模擬器、CAVE式交互系統到低端的FTD、IPT都有實際應用,現階段以頭盔和手柄為主要交互方式的VR系統也開始逐漸運用在飛行員、乘務員和機務人員的訓練中。(下文提到的VR技術特指以頭盔為顯示載體的虛擬現實技術)

李洪鵬是北京弘宇飛拓科技有限公司、大眼XR實驗室創始人之一,北航飛行器設計專業博士(后輟學創業)。在空軍航空大學從事飛行員、機務教學16年。現從事航空航天VR/AR開發工作,帶領團隊為國產大飛機、國產新型航空發動機、多項重大航天項目提供VR/AR技術支持。

但是現實是受到成本、合規以及技術本身的缺陷等一系列問題的影響,VR技術在航空訓練領域的應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技術的優勢一面,忽略它存在的一些限制,很多應用超出了VR技術的適用邊界,造成了實際應用過程中人們對它產生了負面的評價。我作為一個有過航空訓練領域專業背景的VR/AR從業者,準備從分析VR技術的優勢和限制入手,劃清VR技術的適用邊界,結合VR/AR行業開發經驗談談虛擬現實在民航訓練領域中的應用與定位。

1. VR技術用于訓練領域的理論依據

1.1. 訓練的定義

訓練一般是指有計劃有步驟地通過學習和輔導掌握某種技能。有意識地使受訓者發生生理反應,從而改變受訓者素質、能力的活動。其中有兩個要點,一是目的是讓受訓者獲取某種技能,而不是知識,這就是訓練和理論教育的區別;二是它是通過使受訓者發生生理反應,改變受訓者的素質和能力,也就是說它主要是通過讓受訓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者的技能。比如羽毛球運動員訓練,就是讓運動員反復地接打來球,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術能力。再比如航空機務人員訓練,通過不斷的重復某個特殊流程操作,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、現象判斷和操作程序強化在大腦中,形成穩定可靠的操作技能。

1.2. 技能構成

訓練工作的最終目的就是要形成某種特定的技能。每種復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境的態勢感知,再由知識和經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操作才能完成,訓練工作就是這種重復過程。

1.3. 技能形成關鍵

技能形成的關鍵就是在訓練行為的輔助下,形成較好的技能遷移,技能遷移是心理學中的一個概念,在訓練領域就是指在訓練環境中形成的技能水平,是否在真實操作中能夠有效的復現,成為真正的操作技能。比如,通過背記訓練手冊學習了飛行駕駛技能,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習后,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這種訓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練這種訓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練之所以比背記書本高效得多,就是因為從該訓練過程形成的訓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比例進行構建,飛機駕駛艙內的設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。二是程序準確,飛行模擬器的控制邏輯完全按照真實飛機設計,在訓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重要。通過這種反復訓練出來的飛行員所形成的技能所包含的知識結構、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遷移。

D級FFS(Full Flight Simulator,全動態飛行模擬器),內部與真實飛機駕駛艙完全一致,并擁有相同的操作邏輯,是飛行員訓練過程中最重要手段之一

1.4. 優秀訓練手段的兩大要素

因此從上面分析我們可以認為,一個好的訓練手段應該同時具備兩個要素:一是訓練場景(包括環境和所用工具)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,通過訓練者不斷的循環操作,以肌肉記憶和操作認知的方式將技能固化在學習者身體中。一種訓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,從而獲得最佳的訓練效果

2. 現階段民航訓練手段的一些短板和不足

本文所關注的民航訓練工作類型主要包括飛行員初始階段的飛行駕駛訓練和復訓、機務人員的維修技能訓練和乘務人員的乘務技能訓練。在這些領域里訓練手段存在著一些短板和不足:

2.1. 手段相對落后

現階段民航領域還是以傳統訓練手段為主,在建立理論認知階段還是主要依靠紙質教材、視頻動畫、PPT、CBT媒介,這些訓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練環境、缺乏互動,學習過程主要依靠學生的理解和記憶。后期的培訓工具逐步引入了一些交互功能,但受限于開發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. 訓練裝備成本偏高

進入實操訓練階段,無論是飛行員使用的FTD/IPT、機務人員使用的維修訓練設備、還是乘務人員使用的客艙訓練模擬機設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,加上維護設備所需要的維護、場地和運營費用往往導致使用成本居高不下。

2.3. 訓練沉浸感不足

除了前面提到的全動飛行模擬機是完全構建了駕駛艙內部設備和外部環境的綜合訓練場景以外,目前其他所有階段的訓練工具都只是提供了部分、或者壓根兒就沒有場景的模擬。這使得訓練的效果大打折扣,受訓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。這就好比初學開車的駕駛員可以在筆直公路上飛馳,但一旦進入環境復雜的城市道路就狀況百出是一樣的道理。飛行訓練的最終目的是培養飛行員在面臨各種復雜的內外部環境之下,依然能夠安全地處置各種突發狀況,由此可見訓練環境的模擬對訓練效果的重要意義。

2.4. 培訓效率低

主要有兩方面的因素造成了民航訓練效率瓶頸,一是訓練手段相對落后,完成訓練科目所需訓練周期相對較長。二是由于訓練裝備使用成本高,導致訓練裝備數量有限,很難滿足所有學員同時使用需求。比如機務人員在進行飛機維修訓練時,由于可用于訓練的訓練用機數量有限,只能輪換進行訓練,降低了訓練效率。

2.5. 特情、故障等存在安全隱患類項目難以有效實施培訓

安全是民航業的底線,所有操作都必須在安全的前提下進行,訓練工作也不例外。但是有些特殊的訓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險性,處置不當會威脅航空器安全和飛行員生命;機務排除故障訓練如果處置不當會對運行的設備造成損害;乘務員緊急撤離訓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練,會對民航的日常運行造成一定的威脅。

3. VR技術的特點及優勢

前面文中提到,一個優秀的訓練工具必須同時具備完美還原真實訓練環境和程序,以及以交互的形式有效的形成操作反饋兩個特點。VR技術的高逼真度、高沉浸感能夠很好的還原訓練場景;VR設備的良好互動體驗可以讓訓練者方便快捷的與訓練對象進行交互,有效的形成操作反饋。因此VR工具就具備了成為優秀訓練工具的基本條件。此外VR技術還有一些我們平時容易忽視的特性:

VR飛機發動機維修訓練應用可以讓受訓者在完全虛擬的環境下展開互動訓練

3.1. 成本相對較低、

實際上以現有開發流程,開發一款高水準的VR訓練軟件成本并不低,低成本是指它具有邊際成本的屬性,該屬性是任何IT產品共有的屬性,即首件產品價格昂貴,但是一旦進行大規模復制應用,其邊際成本接近于零,類似的案例還有CPU芯片、操作系統、軟件等。即使算上系統維護和服務費用VR系統一旦大規模推廣應用,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以及實裝訓練器材相比較而言。在很多行業應用中甚至會有好幾個數量級的差異,比如核電站的VR操作訓練,飛機VR飛行模擬訓練等等。

核電站模擬訓練裝置

3.2. 安全無風險

一些行業的訓練過程往往會存在一些安全風險,比如飛行特情處置、消防逃生演練、危險品處置等等,這些訓練一旦處置不當會造成財產損失甚至人身傷害,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都有可能造成人身傷害,往往難以實施。VR技術能夠讓訓練在全虛擬的環境中進行,不僅受訓者處置錯誤不會造成任何損失,還能夠再現因操作失誤造成的飛機失事、危險品爆炸等災難場面給受訓者予以警示。

3.3. 打破空間、時間的限制

利用虛擬現實技術,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,受訓者還可以進入訓練對象的內部進行觀察。一些需要幾十年甚至上百年才能觀察的變化過程,通過虛擬現實技術,可以在濃縮成很短的時間內呈現給使用者。這項優勢可以讓受訓者在訓練的同時,充分了解操作對象的內部結構、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,這是別的技術手段很難達到的。

VR宇宙探索軟件可以讓體驗者擁有現實世界無法實現的視角

4. 現階段VR技術存在的缺陷

VR技術有著很多其它技術無法比擬的優勢,受到社會的普遍認可,但是要將這項技術在工程實踐中實施,我們不能只看它優秀的一面,還應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,避應用中的風險。我們總結了8個與民航訓練領域相關的VR技術缺陷,逐一進行分析,還有諸如FOV問題、自我認知問題等與民航訓練應用相關性不強就不逐一列出。

4.1. 合規問題

民航業高度重視法規問題,所有行為必須符合民航法規和制度。訓練工作也不例外。民航法規中對各類參與運營人員的能力要求、培訓內容、過程、時長等都有詳盡的法律規定,所有訓練活動都必須在法律規則框架內運行。目前局方對理論訓練階段采用何種培訓手段來開展并沒有明確的要求,規章中只是列明了需要完成的內容。除了全動模擬機的使用和時數有明確的要求,包括是否使用FTD或者IPT等設備,都完全取決于營運人自己對訓練大綱的設計。所以說在理論訓練階段對新技術的運行還是遵循“規章不禁止則是允許”的原則。但如果一旦新技術的一些缺陷,比如說對視力的潛在影響逐漸暴露,局方就會干預。所以由于VR技術進入商業應用時間不長,人們對其特性并未完全掌握,在使用時應非常的謹慎。

4.2. 開發成本偏高

開發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模應用攤博成本,而很多民航機構的應用只在本單位范圍內,應用群體有限,核算下來開發成本整體上偏高。現有的VR應用開發流程類似于游戲開發,流程長參與者多、對開發者技能水平要求高,且行業中還未出現簡單易學能夠大面積推廣的套裝式開發工具。這些因素綜合起來造成一款優秀的VR訓練應用開發成本往往居高不下,比紙質書籍、視頻、動畫等傳統培訓手段成本高出不少。而航企大多對成本控制都非常嚴格,如果一款訓練軟件的開發成本太高,其應用就會受到很大影響。

4.3. 設備舒適性有待改進

雖然經過幾年的迭代和改進,現在的VR設備佩戴起來已經比最初的VR設備舒適很多,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,也會導致VR技術在需要大范圍靈活移動、需要長時間不間斷進行的訓練中應用受到影響。飛行員、機務或者乘務人員的一般訓練科目都會持續比較長的時間,模擬機訓練的甚至會達到4個小時(加上課后講評甚至會達到5.5個小時),如果無法保證長期佩戴的舒適性,VR技術在這些領域應用就會受到限制。不過隨著VR技術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設備會做到很好的性能和舒適性的統一。

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VR應用中,人們很少用到力反饋,而在訓練領域應用中力反饋占有非常重要的角色,但不幸的是,力反饋是現今VR系統中的最大的短板。從工效學角度上看VR設備就是一款帶有輸入輸出功能的交互設備,它有效的解決了視覺輸出,但是它無法有效實現力反饋輸出,無法形成完整的工效學閉環。在民航領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境和儀表參數信息來判斷飛機的狀態,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盲操和防差錯。與飛行員類似機務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備工作狀態、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計,需要飛行員通過訓練形成觸覺記憶

要進行上面提到的這些技能的訓練,就需要力反饋設備的輔助,而現階段VR裝備的力反饋性能非常有限,大部分手柄設備只能產生振動來模擬觸碰。Dexmo是現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。因此現階段VR系統仍然無法很好的進行一些需要力反饋的訓練。由于力反饋系統會涉及到復雜的控制、材料、機電專業的問題,短期內很難有較大進展,在可預見的未來力反饋短板仍然是影響VR技術在訓練領域應用的重要因素。

4.5. 紗窗效應

當前VR設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或者叫紗窗效應。

紗窗效應除了會造成使用者觀看上的不適,還會對很多行業應用帶來一些問題,在很多民航訓練場景中如果使用VR設備進行訓練,有可能會因為紗窗效應無法看清目標,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,機務和乘務人員也會因為紗窗效應看不清屏幕或者標簽上的字符,必須湊近才可以,這不僅讓訓練操作變得別扭,與受訓者日常的操作習慣是不符的。

紗窗效應不僅與VR顯示單元的像素密度有較大關系,還與光學機構設計有關,這些領域的迭代速度很快,相信不久的將來紗窗效應就能得到很好的解決。

4.6. 輸入方式靈活度和精度有限

現在VR系統常見的輸入方式是手柄,少數廠商如Oculus已經較好的解決了手勢追蹤問題。手柄方式現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,實現抓握、指向、按壓等基本動作,但對于復雜的手部操作就無能為力了。而手勢追蹤技術現階段能夠實現的精度不足,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。

在民航訓練領域有很多需要精細操作的訓練,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快速而準確的定位和操作。機務訓練領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,現有VR輸入設備也無法實現。

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

眩暈在醫學上叫暈動癥,是一種普遍的生理現象,不僅發生在使用VR設備的時候,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和前庭系統的感知沖突造成的,沉浸的VR場景通過欺騙人類的視覺系統讓人產生了運動的感覺,而前庭系統卻無法感知到這種運動,兩者發生了沖突,導致了暈動癥。VR從原理上無法完全避免暈動癥的產生,只能盡可能的降低它的發生概率,一般會從硬件和軟件上同時進行改進,比如降低延遲、改進內容的制作方法等等,從實踐來看現在的VR設備和內容產生的眩暈已經比VR設備剛推出的幾年有了很大的改善。

從我們在航空領域的VR開發實踐來看,眩暈的產生一般認為是沒有規律的,和身體狀況、飛行經驗沒有直接關系。個別些經驗豐富,身體強壯的飛行員正確使用VR設備時也會產生眩暈,而一些身體瘦弱不經常運動的人卻能夠承受高運動強度的VR內容。這就給VR應用在行業推廣帶來麻煩,因為無法預測哪些使用群體和個體會產生眩暈,無法使用VR設備。如果一種VR訓練應用不能普及到每一個人,有個別人因為眩暈無法使用的話,一般來說這種應用就無法真正在行業中有效推廣。

4.8. 視力損傷

現在還沒有明確的醫學證據證明VR設備的使用會帶來明顯的視力損傷,同時也沒有足夠的證據證實使用VR設備不會造成視力問題。但是現代社會電子產品對青少年視力造成的傷害已經成為比較嚴重的社會問題,對這個問題的擔憂往往會傳導到在VR設備的使用上。我們在參與飛行學員的訓練項目時,經常會被問到是否會導致飛行學員視力損傷,我們也沒有足夠的證據證明它的安全性,這就導致在涉及飛行員相關的訓練時,VR的應用就非常謹慎,甚至對導致項目失敗。

5. VR技術在民航訓練領域中的應用定位

我們認為所有技術的成長和發展都會遵循叢林法則。在叢林里有復雜的生態多樣性,多種生物共存形成一個復雜的生態系統,這些生物既競爭又合作,每種生物都有獨特的優勢和地位,沒有哪種生物具有全面的生存優勢,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設備和PC、電視、平板電腦、手機等設備一起共同組成了交互設備的生態圈。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設備和手機都擁有不同的優勢,會長期共存,不可能完全互相替代,兩種設備都會在它適用范圍內充分發揮它的效能。在民航訓練領域也一樣,VR技術只有在其適用范圍內進行應用才能充分發揮其效能,獲得好的訓練效果。我們從飛行員、機務人員和乘務人員的訓練三個角度分別對其適用范圍和應用可能性予以分析。

5.1. 飛行員訓練

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迅速而準確的完成一系列的判斷和操作。飛行員需要同時調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、聽覺感知告警聲響外,還需要通過前庭系統感知飛機的運動狀態,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。這些操作需要通過反復的訓練轉化為熟練的認知反饋和帶有肌肉記憶性質的動作技能。而大部分涉及力反饋的訓練都需要實體設備,現階段VR設備的力反饋設備無法達到要求。VR設備到底能在飛行訓練過程中發揮怎樣的作用,還需要通過規避現有VR技術局限尋找合適的應用場景。此外還需要考慮合規的要求,必須在民航法規規則范圍內開展訓練。具體來說,我們認為現階段要想在飛行員訓練中應用VR技術的優勢就必須避開需要力反饋參與的訓練內容。

5.1.1. 駕駛艙布局學習與熟悉

商用客機的駕駛艙布局非常復雜,飛行學員在進入程序訓練前需要熟記各個面板上的儀表和控制設備的位置和功能。成本的原因不會在飛行模擬器上進行學習,一般采用掛圖的方式或者在IPT(程序練習器)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雖說是低端的訓練設備,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。這一類的訓練便可以使用VR技術手段進行替代,飛行學員可以佩戴VR頭盔在沉浸式環境下進行布局學習,VR技術能夠很好的再現真實座艙環境,其技能遷移程度非常高。

使用VR設備進行駕駛艙布局學習與熟悉一般在飛行駕駛技能形成的初期階段,以個人學習的形式為主,在這一階段局方并未強制約定哪種手段進行,因此對VR技術的應用沒有法規障礙,關鍵還是取決于用戶和局方對應用方案培訓效果的認可程度。這種訓練應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設備,防止紗窗效應帶來的儀表讀取困難。

5.1.2. 高等級訓練設備的輔助訓練工具

盡管全動(D級)飛行模擬器的訓練效果最佳,但由于其價格非常昂貴,航空公司處于訓練成本的考慮,無法大量使用高等級訓練設備來進行人員培訓。為了合理利用訓練資源,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(程序訓練器)上完成基礎的程序訓練。不過IPT的成本依然比較高,教員數量也有限,因此也面臨無法大規模應用的矛盾。

我們可以利用VR程序進行預先訓練解決這一問題,也就是在進入高等級訓練設備訓練之前,學員先在VR環境下將整個操作程序進行熟悉,保證在進入訓練設備進行操作技能訓練之前,已經熟知了這些技能的認知內容,進而再利用帶有力反饋的真實飛行手柄和控制裝置來訓練需要有肌肉記憶的動作技能。這相當于在高等級訓練設備和書本、CBT之間加入一級VR訓練裝置,進行程序性認知技能訓練。這樣會大大提高整體的訓練效率和水平。該種方法目前已經在美國空軍飛行員培訓的PTN計劃中得到應用,最終結果證明了插入的這個VR訓練裝置會大大提高整體的訓練效率,減少了在高等級訓練設備上的訓練時間。

插入VR程序訓練應用實際上就是細分了訓練級別,充分利用了VR訓練應用低成本的優勢,將程序操作訓練內容剝離出來單獨進行訓練,并且繞開需要力反饋參與的技能訓練。而且這種VR應用的方式只是輔助訓練方式,最終還是需要滿足局方對高等級訓練設備的使用要求,但這種培訓方案的設計,解決了合規的問題,最終提高了整體訓練效率。

5.2. 機務技能訓練

筆者是航空機務出身,有過很多年的機務教育培訓經歷,機務技能培訓一般分為三種類型:基本技能訓練、維護流程訓練和排故訓練。基本技能訓練主要是指拆裝保險、開關艙口蓋等涉及細微手部和肢體動作的動作技能訓練,這類訓練需要通過反復操作形成肌肉記憶,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,現階段VR領域的輸入方式精度有限,力反饋技術很不成熟,難以提供訓練所需要的高精度輸入和力反饋,所以這類訓練不適合在VR方式下進行。而另外兩種類型技能訓練則是VR技術的優勢所在:

Tengo interactive的民航機務訓練軟件

5.2.1. 維護流程訓練

民航領域非常強調操作程序,所有的操作都需要按照事先設計好的流程進行,機務工作也是如此,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準。這就需要進行反復的操作訓練才能形成熟練的維護技能。實際訓練中由于訓練裝備有限,機務人員實踐機會有限,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雜的交互操作,可以將維護工作按照流程要求開發成VR訓練軟件,機務人員可以在虛擬環境中反復的操作形成最終操作技能。這種VR交互訓練程序不僅訓練效果比傳統手段好很多,而且效率也會比傳統手段要高,這兩點也在我們這些年的VR訓練程序開發實踐中得到了驗證。

5.2.2. 排故訓練

機務排故訓練類似于醫生對病人病情進行診斷,需要綜合多種故障現象來判斷原因所在,而故障的復現在傳統訓練中一直是個難題,特別是復雜故障現象,比如主要部件裂紋、發動機喘振甚至很多機務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現的,機務人員只能通過視頻和圖片來進行記憶,缺乏對故障現象的全方位了解,這種方式訓練獲得的技能是有欠缺的。而VR技術則可以有效彌補傳統訓練手段的短板,VR技術能夠精確的模擬故障發生的現象,并能夠通過分解動畫等方式來演示故障成因,不僅讓機務人員在訓練中有效的獲取故障現象,而且還能直觀的給與故障原理演示。

5.3. 乘務技能訓練

與一般人想象不同,乘務人員訓練在民航法規中是有嚴格的類型、流程、內容和時長要求,在應急生存訓練和飛機飛行訓練中有大量處置流程和飛機設備使用訓練,這些訓練一般情況下都需要在模擬客艙中進行反復實訓和演練,與飛行員和機務人員面臨的問題相同,就是成本高效率低。乘務人員大量的處置程序和設備使用訓練沒有力反饋輔助對于最終的訓練效果影響不大,所以可以使用VR技術應用進行訓練。

乘務模擬訓練器

5.3.1. 機上設備使用

機上設備使用訓練雖然難度較小,但是仍然需要占用大量的實際裝備和模擬客艙的訓練資源,可以在實訓操作前使用VR應用進行預先訓練,利用VR技術交互性好的優勢,進行設備使用程序和注意事項的培訓,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助,VR訓練技術完全可以勝任。這些設備使用VR培訓是預先性質的,并不替代實際裝備和模擬客艙的培訓,只是事先完成了大部分程序性技能訓練,提高培訓質量,縮短培訓時間(部分民航培訓是有時間要求的,在這些訓練過程中VR訓練暫時只可以提高培訓質量,不能壓縮培訓時間,但是有可能通過長期實踐的驗證來修正一些法規要求),與民航法規并無沖突。

5.3.2. 一般和緊急狀況處置

乘務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定,包括一般和緊急處置流程,這些訓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練過程成本高而且有一定的安全風險,不能進行反復訓練。這些處置操作程序性很強,完全可以使用VR應用進行訓練,不僅成本很低,而且無風險,還能反復訓練,提高技能水平。這些VR訓練與設備使用訓練一樣,可以作為實際演練前的預先訓練,降低訓練成本,提高訓練效率,同時符合民航法規要求。

應急逃生訓練

6. VR技術在民航領域中的應用策略

筆者從事了將近10年的航空航天領域VR應用開發工作,從外人看來VR行業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技術在培訓領域的應用價值,而不是單純的給個人創造財富。這些年的開發實踐也帶來了一些思考,就是如何在民航訓練領域應用VR技術,并為民航培訓領域帶來真正的改變。正值疫情期間,沉下心總結了5條自己的思考和心得,供大家進行討論。

6.1. 轉換視角,堅持價值導向

我們VR行業中總有些觀點,認為我們VR技術這么好,為什么在好多行業中都火不起來?其實這是視角出了問題,自己家的孩子自己怎么看都好看,我們應該嘗試著從客戶的角度看這個問題,VR技術究竟能給客戶帶來哪些價值?與ToC的應用注重流量不同,ToB更注重價值,所有的應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技術在該行業進行應用之前應該先問問,是不是能給這個行業帶來價值。

6.2. 聚焦教育、訓練、設計領域

想要創造價值就需要選對領域,實際上VR技術在行業應用上比較尷尬,現階段交互顯示裝置(顯示器、鍵盤鼠標、平板電腦、手機)已經能夠比較好的滿足大多數行業的需求,再加上以上提到的一些缺陷,VR技術沉浸和交互優勢的應用并不能為一些行業帶來額外的價值。而教育、訓練和設計領域則有強烈的沉浸式虛擬場景以及數字化再現的需求,虛擬訓練會在成本上和效率上比真實裝備訓練有很大優勢,是未來VR在B端的主要應用方向。

6.3. 從痛點著手,提供真正有價值產品

在一個領域中如何創造價值?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旅游大家現在都已經很清楚了,類似于早年的世界公園項目,真正想旅游的人會去現場,不想旅游的人也沒有足夠的好奇心驅使,不會消費VR產品。VR觀影無法普及則是人類行為習慣和使用場景導致,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,現階段VR技術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,這也是目前這類應用不被大眾所接受的主要原因之一。

而VR訓練可以將訓練層次細分,降低實裝和高端訓練裝備使用時間,提高培訓效率。VR設計可以降低工程樣機或者泥模在設計過程中使用頻率,不僅節省了成本更加快了設計迭代速度,都能切切實實的帶來價值。

6.4. 采用細分和差異化結合策略

在做VR行業開發時我們堅持叢林法則,即堅持優勢的多樣性,細分訓練層級的同時與其他訓練手段搭配進行。比如前面提到的在飛行員訓練中和飛行模擬器、IPT搭配進行,發揮出各自手段的最大優勢,而不是簡單的想取代某個現有的訓練手段。并且虛擬現實技術也可以細分成多種方式,比如常見的VR頭盔、桌面級的虛擬現實訓練程序、基于網頁的虛擬現實應用和基于平板電腦的虛擬現實應用,在各個場景下都有獨特的優勢,可以搭配使用,滿足用戶的差異化需求。

6.5. 要有耐心,逐漸培養客戶認知和習慣

我們大部分客戶都是航空航天領域的,由于信息不對稱,客戶對VR技術的期望往往很高,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,講清技術現狀,管理客戶預期,并從嘗試性Demo開始與行業用戶一同探索。

技術的進步向來都是需要時間的,一項技術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,等到技術慢慢被社會所認同,基礎人群多了,才能實現廣泛應用。現階段由于VR用戶群體還很少,我們在開展VR技術培訓需要從手柄的使用和瞬移訓練開始。等到VR設備真正普及到每個家庭里,所有人都能不經培訓就熟練使用VR設備,這項培訓才會成為歷史。就像早年計算機培訓是從打字和鼠標的使用開始的,而現在這些都是一個受過一定教育的普通民眾應該具有的基本技能。

總之我們認為VR/AR技術會在各行業都有很大的應用前景,但是與所有的技術行業一樣,VR行業需要我們每個從業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,腳踏實地的不斷探索、思考和實踐。

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