趙愷倫 上海鐵路局上海站

鐵路運輸作業(yè)培訓引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)的思考

趙愷倫 上海鐵路局上海站

介紹虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念及技術(shù)特點，并從優(yōu)化培訓方法、靈活度高、系統(tǒng)模擬、彌補教學條件的不足、改善從業(yè)人員的認知和意識等方面分析了此項技術(shù)在鐵路運輸作業(yè)人員培訓中的優(yōu)勢。

虛擬現(xiàn)實；作業(yè)人員培訓

隨著時代的發(fā)展，鐵路技術(shù)設(shè)備不斷更新，鐵路從業(yè)人員的安全素質(zhì)對鐵路運行的安全起著至關(guān)重要的作用。怎樣提高從業(yè)人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)是我們一直探討的問題，而借助虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，以下簡稱VR）的技術(shù)能有效地對鐵路作業(yè)人員進行模擬培訓。

1 認識虛擬現(xiàn)實技術(shù)

1.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念

虛擬現(xiàn)實（V R）是近年來發(fā)展起來的技術(shù)研究領(lǐng)域，它涉及的技術(shù)包括計算機圖形學、多媒體技術(shù)、人工智能、人機接口技術(shù)、傳感器技術(shù)以及高度并行的實時計算機技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)又稱為“靈境”技術(shù)，簡單來講就是將軟件與采集設(shè)備、顯示設(shè)備、控制設(shè)備等硬件設(shè)備相結(jié)合，模擬出一個與現(xiàn)實環(huán)境酷似的三維虛擬空間，用戶的感官體驗及行動行為以數(shù)據(jù)形式傳送到計算機系統(tǒng)中，在軟件繪制的虛擬世界中實現(xiàn)人機交互，參與者能夠獲得控制和操作整個事件的自由度。通過計算機系統(tǒng)對真實世界的全面模擬，創(chuàng)造出與之高度相仿的數(shù)字環(huán)境，從而解決了人與計算機的自然交互。

1.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點

虛擬現(xiàn)實技術(shù)有三個顯著特點：沉浸性、交互性和構(gòu)想性。沉浸性是指人在虛擬世界中聽到的、看到的與現(xiàn)實中的感受差距微乎其微，在這種極具逼真的環(huán)境中，人們就好像完全融入其中一樣；交互性是利用數(shù)據(jù)頭盔、傳感控制器等一系列的配戴設(shè)備，通過計算機數(shù)據(jù)采集、分析，將人的具體位置、肢體動作等通過硬件設(shè)備呈現(xiàn)出來。在這過程中，用戶可以對虛擬環(huán)境中的任何對象進行觀察或操作，從而達到一種近乎自然的交互方式。構(gòu)想性是指通過計算機模擬，人們可以做一些在現(xiàn)實生活中不便進行的操作，不僅解決了資金、人員等方面的困難，還可以在模擬環(huán)境中啟迪新的創(chuàng)意，并利用模擬來驗證，可以說虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅是理想的創(chuàng)意實踐平臺，也是新創(chuàng)意、新構(gòu)想的重要來源。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在鐵路運輸作業(yè)人員培訓中的優(yōu)勢

隨著高速化鐵路建設(shè)進程的加快，老舊技術(shù)和運輸設(shè)備不斷被替換，一些新設(shè)備科技含量高，操作較為智能化，為確保鐵路運輸生產(chǎn)安全，過硬的業(yè)務(wù)能力是必須具備的，這就要求員工具有比以往更高的學習接受能力。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在員工的培訓中，可以改進職工的培訓和考核模式，讓受培訓者在身臨其境的環(huán)境中去學習業(yè)務(wù)、體驗作業(yè)流程及智能化操作。這種新型的虛擬培訓模式一方面可以讓員工產(chǎn)生更大的學習興趣，培訓效率也會大大提高，另一方面也解決了缺乏場地和資源的尷尬，并消除了現(xiàn)場潛在的危險隱患。

2.1 加強學習動機，優(yōu)化培訓方法

虛擬現(xiàn)實是一種具有沉浸性、臨場感觀超強的高級人機界面，培訓者能夠通過多種感官渠道與它進行實時交互，讓培訓者有種不用現(xiàn)實參與卻勝過現(xiàn)實參與的感受，虛擬場景能讓培訓者在濃厚的興趣中全身心投入其中，大大提高了學習效率，沒有了現(xiàn)實的壓迫感，更有利于思維的活躍，讓培訓者的大腦在不斷的摸索中學習新的知識，萌生新的想法。在基于自然環(huán)境下的虛擬現(xiàn)實中的交互作用和個別化學習方式中提高了學習情趣，受訓者不僅僅是一個觀察者，還是一個學習環(huán)境中的積極參與者。這種新的培訓方式，不僅節(jié)省資源成本，而且更容易被接受。

2.2 交互性強，靈活度高

虛擬現(xiàn)實的交互性為培訓者提供了可以直接交互的視聽空間，并將受培訓者置于主動學習的中心地位，有利于受培訓者知識的建構(gòu)。物理世界的高度模擬，可以讓學員在虛擬中快速參與到不同的工作環(huán)境，更加便捷的學習相關(guān)操作及業(yè)務(wù)知識。通過輔助設(shè)備，學員快速定位虛擬環(huán)境中的自己，在虛擬的控制室、站臺、線路等任意作業(yè)環(huán)境進行操作訓練，多感官的信息錄入，最大程度的模擬了現(xiàn)實場景，按照操作規(guī)程進行操作，可以自由地實現(xiàn)人機交互。360度全景視野真實地還原了工作場景，使受訓者身臨其境，這種互動性的學習效果是理論學習及教學講座所無法比擬的。

2.3 借助VR技術(shù)，對實際遇到的復雜情況可以進行系統(tǒng)模擬

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以根據(jù)需要模擬出不同的環(huán)境，并對一些具有高危險性、高復雜性的環(huán)境進行重復多角度模仿訓練，根據(jù)受培訓者全身心投入在虛擬情境下突發(fā)狀況的應(yīng)對措施來判定其業(yè)務(wù)掌握情況及現(xiàn)場反應(yīng)能力，從而能夠更有針對性地安排理論及實踐計劃，使受培訓者在現(xiàn)實作業(yè)中面對各類突發(fā)情況下，都具有潛在的模擬經(jīng)驗來解決，并且還能夠嘗試不同的培訓方案，對業(yè)務(wù)知識的拓展，安全操作能力的提升都能起到明顯的促進作用。

2.4 彌補教學條件的不足，避免危險

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，能夠避免現(xiàn)實學習中面臨的種種困難，比如場地、設(shè)備、人員的缺乏、現(xiàn)場危險隱患等問題，虛擬現(xiàn)實可以隨時隨地提供學習所需的模擬環(huán)境，大大節(jié)省了時間和經(jīng)濟成本。培訓者及其培訓組不必去配置與現(xiàn)實工作環(huán)境中一致或情況相似的物理場所，而是通過計算機、虛擬現(xiàn)實配戴控制設(shè)備就可以進入到對真實世界進行“復制”的虛擬環(huán)境中；受培訓人員可以按需出現(xiàn)在運輸作業(yè)流水線、車輛線路或突發(fā)的各種緊急情況中，在一定時間內(nèi)自由地完成培訓環(huán)節(jié)，人身安全卻不會受到威脅。

2.5 改善從業(yè)人員的認知和意識

虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到從業(yè)人員的培訓，其實就是將虛擬世界中所掌握的業(yè)務(wù)知識運用到真實工作中的過程。虛擬現(xiàn)實技術(shù)，不僅可以提供經(jīng)濟高效，安全，易用的學習環(huán)境，它還被發(fā)現(xiàn)能對有效學習中的許多認知因素產(chǎn)生積極的影響，諸如解決問題的意識，空間想象能力及對危險的感知等等。研究發(fā)現(xiàn)，緊急情況發(fā)生時，一個在虛擬環(huán)境中接受過培訓的從業(yè)人員，能夠更好地駕馭事件發(fā)展進程。他們比那些沒有經(jīng)過虛擬環(huán)境培訓的人員，在緊急情況下的反應(yīng)更加快速而準確。這是虛擬現(xiàn)實培訓對從業(yè)人員的認知方面的空間意識所帶來的影響。在許多不同的領(lǐng)域進行的各種研究表明，虛擬現(xiàn)實是開展有效培訓的理想環(huán)境?，F(xiàn)實世界中的各種問題可以呈現(xiàn)在虛擬環(huán)境中，促進學員形成相關(guān)的處理事件的經(jīng)驗，如在某些工作場所活動或緊急情況下，如何有效地應(yīng)對各種突發(fā)事件。

3 結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)引起了傳統(tǒng)培訓方式的變革，是科技發(fā)展帶來的新的驅(qū)動力，影響著鐵路行業(yè)的未來。人機交互變得簡易有效，復雜多變的教學環(huán)境都可以通過配戴設(shè)備和計算機及軟件相應(yīng)實現(xiàn)，無疑讓鐵路運輸各個工種、各種場地都可以采用該技術(shù)來實現(xiàn)模擬培訓。新的經(jīng)濟形勢下，科學發(fā)展觀引領(lǐng)未來，鐵路部門也應(yīng)跟進科技的發(fā)展步伐，不斷調(diào)整策略。只有實現(xiàn)了人才創(chuàng)新、培訓學習方式的創(chuàng)新，才能讓鐵路事業(yè)持久健康的發(fā)展。

責任編輯：萬寶安

來稿日期：2016-09-21