黃 蔚,盧建平,夏榕澤,孫 強(qiáng),馮 鑫
(陸軍工程大學(xué)通信士官學(xué)校通信指揮系,重慶 400035)
仿真作為描述戰(zhàn)爭的有效手段,具有科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性、安全性等方面的突出優(yōu)勢,各國對仿真技術(shù)的軍事領(lǐng)域應(yīng)用都非常重視,不斷加大投入,拓展其應(yīng)用范圍[1]。依據(jù)特定規(guī)律,以游戲化方式對各類軍事活動進(jìn)行模擬仿真,并將其運(yùn)用于軍事訓(xùn)練實(shí)踐,是常見的訓(xùn)練手段。從基本體能比拼到?jīng)Q策推演對抗,其展現(xiàn)形式多樣,運(yùn)用非常廣泛。信息化、智能化技術(shù)的快速發(fā)展,使得游戲化仿真技術(shù)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生了非常顯著的變化,同時(shí)也引起了軍事訓(xùn)練領(lǐng)域的巨大關(guān)注。以美國陸軍為代表的各國軍事力量均開展了大量游戲化仿真的相關(guān)研究,業(yè)界主流對這種訓(xùn)練方式的認(rèn)可度正逐漸提升。
游戲運(yùn)用于軍事訓(xùn)練古已有之。很多角力類游戲,如摔跤、拔河等,本身就脫胎于古代軍事訓(xùn)練,帶有強(qiáng)烈的對抗色彩。而后人們發(fā)明棋類游戲模擬軍隊(duì)交鋒,實(shí)現(xiàn)抽象層面的智力對抗,這類游戲本質(zhì)是一種認(rèn)知活動。這些活動運(yùn)用到軍事訓(xùn)練中,可在娛樂的基礎(chǔ)上對參與者智能、體能實(shí)現(xiàn)一定程度的提升。隨著信息設(shè)備軟硬件及網(wǎng)絡(luò)性能的提升,計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及人工智能等技術(shù)的發(fā)展,嚴(yán)肅游戲(Serious Games)作為教授知識技巧、提供專業(yè)仿真訓(xùn)練為主要內(nèi)容的游戲,在軍事、醫(yī)學(xué)、工業(yè)、教育、科研、培訓(xùn)等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。使用嚴(yán)肅游戲進(jìn)行軍事模擬訓(xùn)練,已逐漸成為軍隊(duì)訓(xùn)練教學(xué)的一類重要手段,對其開發(fā)模式,組訓(xùn)方式及效能評估等相關(guān)領(lǐng)域的研究也愈發(fā)成熟[2-4]。嚴(yán)肅游戲正式定義的提出可追溯到學(xué)者Clark Abt。其在所著的《serious game》書中對嚴(yán)肅游戲作出了一般性定義:“具有明確且深思熟慮的教育目的的游戲,不以娛樂為其主要目的”[5]。一般情況下,嚴(yán)肅游戲主要有以下3 個(gè)實(shí)用功能:傳遞信息,提供訓(xùn)練及數(shù)據(jù)收集。根據(jù)功能的不同,嚴(yán)肅游戲主要分為5類[6],如圖1 所示。其軍事運(yùn)用主要集中于宣傳,教育娛樂及訓(xùn)練模擬。美軍在嚴(yán)肅游戲開發(fā)及運(yùn)用方面走在了世界前列。在美國發(fā)動對伊拉克戰(zhàn)爭的準(zhǔn)備階段,就曾使用游戲來模擬城市巷戰(zhàn),對士兵進(jìn)行有針對性的訓(xùn)練。
圖1 嚴(yán)肅游戲功能分類
隨著對嚴(yán)肅游戲研究的不斷深入,人們逐漸脫離具體游戲設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的技術(shù)細(xì)節(jié),抽象出游戲化(gamification)的概念[7]。游戲化就是將游戲元素(包括目標(biāo)、規(guī)則、反饋、自愿參與等)系統(tǒng)地應(yīng)用到非游戲活動中,形成一種對人的激勵(lì)機(jī)制,驅(qū)動活動參與者完成組織或個(gè)人想要達(dá)成的目標(biāo),游戲化目的性和可玩性的關(guān)系如圖2 所示。游戲化關(guān)鍵在于游戲元素如何有機(jī)組合形成合力,而形成合力的關(guān)鍵在于理解激勵(lì)機(jī)制背后的人,深刻認(rèn)識其行為的驅(qū)動力或動機(jī)。軍事仿真訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員通過對行為驅(qū)動力的深入研究,嘗試開發(fā)出具有更佳訓(xùn)練效果的游戲化仿真訓(xùn)練產(chǎn)品。
圖2 目的性與可玩性象限圖
因使命任務(wù)的多樣性及作戰(zhàn)環(huán)境的復(fù)雜性,美國陸軍對游戲化軍事仿真訓(xùn)練系統(tǒng)非常重視[8]。針對不同訓(xùn)練需求,美國陸軍研發(fā)了多套游戲化仿真訓(xùn)練系統(tǒng)。根據(jù)其主要目標(biāo)、訓(xùn)練對象及承訓(xùn)能力的不同,這些系統(tǒng)可劃分為單兵級(平臺級)訓(xùn)練仿真系統(tǒng),協(xié)同級訓(xùn)練仿真系統(tǒng)及綜合仿真訓(xùn)練環(huán)境等不同類別,如表1 所示。單兵級(平臺級)訓(xùn)練仿真系統(tǒng)主要針對單人(單平臺)以及小分隊(duì)等陸軍基本作戰(zhàn)單位的戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練,訓(xùn)練重點(diǎn)聚焦于基礎(chǔ)作戰(zhàn)能力生成;協(xié)同級訓(xùn)練仿真系統(tǒng)主要為陸軍排、連、營級規(guī)模的模塊化部隊(duì)提供一體化訓(xùn)練條件,強(qiáng)調(diào)協(xié)同能力課目訓(xùn)練;綜合訓(xùn)練環(huán)境旨在建設(shè)基于云環(huán)境的統(tǒng)一虛擬訓(xùn)練基礎(chǔ)環(huán)境平臺、訓(xùn)練課目、評估標(biāo)準(zhǔn)及接口規(guī)范等,其他針對不同作戰(zhàn)任務(wù)使命及訓(xùn)練需求的應(yīng)用系統(tǒng),均可使用其提供的資源來快速構(gòu)建戰(zhàn)場環(huán)境并開展相應(yīng)演訓(xùn)活動。3類系統(tǒng)大部分實(shí)例在架構(gòu)設(shè)計(jì),技術(shù)基礎(chǔ)和訓(xùn)練形式上均采用了游戲化設(shè)計(jì)的理念,系統(tǒng)目標(biāo)清晰、規(guī)則明確,同時(shí)提供接近真實(shí)的反饋。部分系統(tǒng)甚至直接推出了民用娛樂游戲版本。
表1 美國陸軍游戲化仿真訓(xùn)練系統(tǒng)分類
2.2.1 單兵級訓(xùn)練仿真系統(tǒng)VIRTSIM
虛擬現(xiàn)實(shí)戰(zhàn)斗訓(xùn)練系統(tǒng)(VIRTSIM)是由雷神公司(Raytheon)為美國陸軍提供的一套士兵訓(xùn)練嚴(yán)肅游戲。作為沉浸式開放空間虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練系統(tǒng),VIRTSIM 在一個(gè)籃球場大小的訓(xùn)練場地中,借助橡膠地墊及頭戴式VR 設(shè)備、仿真武器、裝備于人體及模擬訓(xùn)練器材上的控制器,捕捉參訓(xùn)人員的行為動作。與傳統(tǒng)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)相比,其優(yōu)勢體現(xiàn)在靈活的場景構(gòu)建、真實(shí)的訓(xùn)練反饋及良好的訓(xùn)練樂趣方面。VIRTSIM 可實(shí)現(xiàn)快速游戲化場景構(gòu)建,并通過運(yùn)動捕捉技術(shù),實(shí)時(shí)將參訓(xùn)人員的所有動作進(jìn)行精確捕捉,將其導(dǎo)入這些通常在現(xiàn)實(shí)情況難以復(fù)現(xiàn)的訓(xùn)練場景中,允許參訓(xùn)者在其中反復(fù)熟悉自身使用的武器裝備及針對具體場景的應(yīng)對措施;設(shè)備本身無線纜連接,允許參訓(xùn)者在場地內(nèi)自由行動,同時(shí)訓(xùn)練使用的仿真武器,采用與實(shí)際武器一致的槍支重量、瞄準(zhǔn)與換彈方式以及射擊后坐力體驗(yàn),參訓(xùn)者穿著的特殊裝置,可通過脈沖刺激肌肉提供被子彈擊中后的模擬痛感反饋;系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)參訓(xùn)者與系統(tǒng)AI 的對抗或多人之間的對抗訓(xùn)練,使得訓(xùn)練樂趣大幅增加。
作為單兵級游戲化訓(xùn)練手段,該系統(tǒng)相比以前的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)有著巨大進(jìn)步,但是目前尚存在不少短板:首先是系統(tǒng)建設(shè)成本高,MRI 運(yùn)動捕捉技術(shù)需要強(qiáng)大算力支撐,普通硬件設(shè)備無法勝任,同時(shí)參訓(xùn)人員穿戴的VR 設(shè)備及使用的仿真武器硬件成本也較高,且依賴定制化的軟件系統(tǒng);其次是受限于無線傳輸、虛擬現(xiàn)實(shí)建模等技術(shù)瓶頸,系統(tǒng)訓(xùn)練場景較小的問題短時(shí)間內(nèi)無法突破,不能有效支撐更大規(guī)模的組訓(xùn)。
2.2.2 協(xié)同訓(xùn)練級仿真系統(tǒng)VBS3
美國陸軍通過“Games for Training”計(jì)劃(GFT)提出研發(fā)多人聯(lián)機(jī)的第一人稱游戲化訓(xùn)練仿真系統(tǒng),可部署于專業(yè)的綜合訓(xùn)練場地,部隊(duì)教室乃至士兵的個(gè)人電腦上。最終以著名游戲開發(fā)商波希米亞互動工作室開發(fā)的虛擬戰(zhàn)場空間Virtual Battlespace(VBS)為代表的一批軟件系統(tǒng)成功中標(biāo)。目前美國陸軍GFT 項(xiàng)目已經(jīng)提供了92 個(gè)訓(xùn)練支持包,覆蓋103 個(gè)協(xié)同訓(xùn)練課目。除VBS 系統(tǒng)之外,還包括了用于進(jìn)行作戰(zhàn)地域語言文化適應(yīng)性訓(xùn)練,及雙邊談判訓(xùn)練的各類系統(tǒng)(如BiLAT 等)[9]。VBS 系統(tǒng)最新部署版本為VBS3。作為美國陸軍旗艦級游戲引擎,VBS3 是一款專用3D 第一人稱專用訓(xùn)練平臺,可提供真實(shí)的半浸沒式、游戲化戰(zhàn)場環(huán)境,支持超過100 個(gè)覆蓋單兵及連級的協(xié)同訓(xùn)練課目。隨著系統(tǒng)的升級,定制化的物理實(shí)體模擬訓(xùn)練器材和其他基于商用現(xiàn)成品技術(shù)的軟硬件訓(xùn)練系統(tǒng)可接入VBS3 系統(tǒng),提供更多更復(fù)雜的訓(xùn)練課目。
VBS3 脫胎于知名軍事娛樂游戲“武裝突襲(ARMA)”。相比于民用游戲版本,VBS3 除了大量使用美國陸軍軍事級實(shí)體模型外,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)中同樣運(yùn)用了規(guī)則(Dynamics)、機(jī)制(Mechanics)、要件(Components)等游戲要素。通過積分/勛章/排行榜(PBL),完整的任務(wù)腳本以及與訓(xùn)練場景結(jié)合緊密的互動反饋等手段,試圖激發(fā)參訓(xùn)者的內(nèi)在驅(qū)動力,獲得更佳的訓(xùn)練效果?;谄鋸?qiáng)大的虛擬戰(zhàn)場環(huán)境構(gòu)建、任務(wù)規(guī)劃及推演能力,VBS3 將訓(xùn)練重點(diǎn)放在了多人及分隊(duì)協(xié)同訓(xùn)練上,強(qiáng)調(diào)協(xié)同訓(xùn)練課目的設(shè)計(jì)與評估,對單兵戰(zhàn)術(shù)級訓(xùn)練內(nèi)容的逼真度不作過高強(qiáng)調(diào)。
2.2.3 綜合仿真訓(xùn)練環(huán)境STE
隨著信息技術(shù)的進(jìn)步以及對訓(xùn)練需求的不斷深入研究,美國陸軍提出合成訓(xùn)練環(huán)境(Synthetic Training Environment)的概念,謀求將虛擬仿真、構(gòu)造仿真及游戲化訓(xùn)練環(huán)境整合到一個(gè)統(tǒng)一架構(gòu)中。STE 組成包括“全球通用地形”(OWT)、訓(xùn)練模擬軟件系統(tǒng)(TSS)、訓(xùn)練管理工具(TMT)以及一系列通用的模擬訓(xùn)練用戶接口[10]。其核心為基于云驅(qū)動的OWT,士兵可在這個(gè)虛擬地球的任何虛擬戰(zhàn)場中反復(fù)進(jìn)行各類訓(xùn)練,而這些虛擬戰(zhàn)場都是基于其真實(shí)作戰(zhàn)地域生成。系統(tǒng)部署在云端,可通過網(wǎng)絡(luò)為分布在不同位置的其他模擬訓(xùn)練系統(tǒng)提供統(tǒng)一的高逼真度全球地形基礎(chǔ)支撐環(huán)境。OWT 可對已有的和實(shí)時(shí)采集的原始地形數(shù)據(jù)進(jìn)行矯正與關(guān)聯(lián),并將生成的可用數(shù)據(jù)存儲,其他仿真訓(xùn)練系統(tǒng)可訪問并使用這些數(shù)據(jù);TSS 作為STE 的“仿真游戲引擎”,提供一個(gè)統(tǒng)一的使用開放架構(gòu)及通用軟件API 的仿真訓(xùn)練環(huán)境,所有仿真實(shí)體都在TSS 中進(jìn)行交互;TMT則會提供一個(gè)使用者可在任何時(shí)間及地點(diǎn)進(jìn)行訓(xùn)練場景構(gòu)建的簡潔應(yīng)用,自動檢索和轉(zhuǎn)換權(quán)威數(shù)據(jù)并自動生成和填充仿真數(shù)據(jù)庫。
從系統(tǒng)設(shè)計(jì)角度分析,相對其他訓(xùn)練系統(tǒng),STE的目標(biāo)不光是提供一個(gè)統(tǒng)一的虛擬訓(xùn)練基礎(chǔ)環(huán)境平臺,更在于通過設(shè)計(jì)一系列的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、協(xié)議及接口,解決目前各類封閉系統(tǒng)各自為政帶來的資源浪費(fèi)、兼容性差的問題。從游戲化理念角度分析,STE 從技術(shù)層面入手實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的資源要素及運(yùn)用規(guī)范,為游戲化機(jī)制的運(yùn)用提供了巨大的便利:比如建立標(biāo)準(zhǔn)化的游戲反饋及激勵(lì)機(jī)制后,參訓(xùn)者的訓(xùn)練效果評估能夠更加客觀公平,參訓(xùn)者也會更樂于分享自己獲得的訓(xùn)練榮譽(yù),借助系統(tǒng)內(nèi)社交平臺的傳播擴(kuò)散效應(yīng),所有參訓(xùn)者的內(nèi)在動力都會大幅提高。
通過文獻(xiàn)分析得知,美國陸軍在歷經(jīng)多年系統(tǒng)開發(fā)建設(shè)、訓(xùn)練組織實(shí)施和效能驗(yàn)證評估活動后,對使用游戲化方式開展仿真訓(xùn)練問題上逐步形成了一些共識。與傳統(tǒng)訓(xùn)練手段相比,美國陸軍認(rèn)為游戲化訓(xùn)練仿真主要有以下幾個(gè)方面的特性:
從經(jīng)濟(jì)角度看,相對于傳統(tǒng)訓(xùn)練方式,使用游戲化訓(xùn)練仿真手段建設(shè)成本低,升級維護(hù)成本也較低,在大量采用成熟商用技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)后,其開發(fā)成本會進(jìn)一步下降,而目前市場熱度不斷上升,商業(yè)資本對其應(yīng)用前景持續(xù)看好。
從技術(shù)角度看,游戲化訓(xùn)練仿真多采用先進(jìn)的信息技術(shù)實(shí)現(xiàn),與民用技術(shù)聯(lián)系緊密且演進(jìn)迅速,開發(fā)周期相對較短,系統(tǒng)功能擴(kuò)展及性能提升較為便利。美國陸軍在其項(xiàng)目建設(shè)實(shí)踐中非常注重前沿技術(shù)在游戲化仿真訓(xùn)練系統(tǒng)建設(shè)中的運(yùn)用,取得了較為可觀的訓(xùn)練效益。
從組訓(xùn)角度看,游戲化仿真訓(xùn)練多具備分布式特性,能夠避免實(shí)兵實(shí)裝集中組訓(xùn)帶來的一系列難以解決的問題,其訓(xùn)練環(huán)境構(gòu)建上也不再緊密依賴物理域描述,而可以方便地向信息域及認(rèn)知域擴(kuò)展,同時(shí)在系統(tǒng)組訓(xùn)規(guī)模,施訓(xùn)內(nèi)容和訓(xùn)練條件等方面都基本不再受限。
從效果角度看,盡管目前美國陸軍尚無結(jié)構(gòu)化的明確方法可以全面量化檢驗(yàn)受訓(xùn)者在模擬訓(xùn)練環(huán)境中的訓(xùn)練效果,以及向?qū)嵮b訓(xùn)練效果的轉(zhuǎn)化程度,但相關(guān)研究已經(jīng)逐步展開,并在心理逼真度、可感知訓(xùn)練量[11],以及特定課目訓(xùn)練效果等方面[12-13]得出不低于傳統(tǒng)實(shí)兵實(shí)裝訓(xùn)練方式效果的科學(xué)結(jié)論。
通過梳理美國陸軍游戲化仿真訓(xùn)練相關(guān)研究,可以得到以下幾點(diǎn)啟示:
目前包括我軍在內(nèi)的多數(shù)國家軍隊(duì)開展模擬訓(xùn)練還集中于裝備操作仿真等較低層級,其中一個(gè)重要原因就是基于傳統(tǒng)手段構(gòu)建協(xié)同訓(xùn)練及決策訓(xùn)練的組訓(xùn)環(huán)境困難重重。而游戲化仿真訓(xùn)練在運(yùn)用虛擬化,智能化等多種方式進(jìn)行訓(xùn)練場景設(shè)計(jì)方面具備天然優(yōu)勢。在軍民融合產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的背景下,依托軍隊(duì)訓(xùn)練研究機(jī)構(gòu)與具備相應(yīng)資質(zhì)的地方企業(yè)技術(shù)研發(fā)力量,結(jié)合部隊(duì)實(shí)際演訓(xùn)活動反饋,從理論及實(shí)踐上推動軍用游戲化仿真訓(xùn)練系統(tǒng)建設(shè)及運(yùn)用,可以豐富戰(zhàn)斗力生成模式并提升訓(xùn)練效益。借鑒美國陸軍經(jīng)驗(yàn),建議推進(jìn)過程中,理論研究重點(diǎn)可關(guān)注新興技術(shù)(如大數(shù)據(jù)、人工智能等)在系統(tǒng)中的應(yīng)用,以及游戲化仿真的訓(xùn)練效果評估及調(diào)優(yōu),系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)聚焦綜合環(huán)境構(gòu)建、協(xié)同訓(xùn)練及決策訓(xùn)練運(yùn)用。
與美軍等相比,由于研究起步較晚及前期重視程度不足,當(dāng)前我軍在開展游戲化仿真訓(xùn)練系統(tǒng)建設(shè)與運(yùn)用實(shí)踐中存在資源重復(fù)建設(shè)、核心技術(shù)缺失以及聯(lián)合程度較低等問題,系統(tǒng)訓(xùn)練效費(fèi)比不高。借鑒美軍在系統(tǒng)建設(shè)中的經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn)可得知,加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)、統(tǒng)籌資源建設(shè)是解決上述問題的有效手段。建議我軍成立專業(yè)游戲化訓(xùn)練系統(tǒng)建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu),制定符合技術(shù)發(fā)展方向的規(guī)范化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),集中力量攻關(guān)系統(tǒng)核心技術(shù),重點(diǎn)建設(shè)基礎(chǔ)平臺(如游戲仿真引擎[14]及地理信息系統(tǒng)等)并對下發(fā)布統(tǒng)一的系統(tǒng)功能服務(wù)。同時(shí)也要注重信息系統(tǒng)安全防范,通過政策傾斜、資金支持等手段助推系統(tǒng)國產(chǎn)化比例提升。
研究表明高物理仿真度并不能提供更好的訓(xùn)練效果,而心理逼真度在各類訓(xùn)練任務(wù)(尤其是協(xié)同及綜合決策)中至關(guān)重要,且實(shí)現(xiàn)成本更低[15]。提升心理逼真度的方法在于優(yōu)秀的訓(xùn)練設(shè)計(jì)。根據(jù)游戲化的設(shè)計(jì)思想,好的訓(xùn)練設(shè)計(jì)能夠激發(fā)受訓(xùn)人員強(qiáng)烈的內(nèi)部驅(qū)動力,同時(shí)帶來更加良好的訓(xùn)練體驗(yàn),如更真實(shí)的任務(wù)壓力及環(huán)境壓力等,其產(chǎn)生的訓(xùn)練效果比單純提升系統(tǒng)物理逼真度要高。建議我軍在進(jìn)行游戲化仿真訓(xùn)練系統(tǒng)建設(shè)中,應(yīng)充分研究游戲化設(shè)計(jì)的內(nèi)部機(jī)理,結(jié)合具體訓(xùn)練需求,做好訓(xùn)練的設(shè)計(jì)與組織,提升運(yùn)用系統(tǒng)訓(xùn)練的心理逼真度。與此同時(shí),也要注意游戲化技術(shù)并不是簡單的“上癮”機(jī)制運(yùn)用,也并非所有訓(xùn)練類型都適合采用游戲化思路。
隨著全球化浪潮的逐漸衰退,各國家之間的全面競爭態(tài)勢正逐步加劇。文化軟實(shí)力作為國家力量的重要組成部分,在塑造國家形象、維護(hù)國家安全、實(shí)現(xiàn)國家利益等方面都具備重要作用。美國陸軍在其開發(fā)的游戲化仿真訓(xùn)練系統(tǒng)中,非常重視軍事文化的輸出,處處展示其軟實(shí)力。根據(jù)美軍2010 年出版的《聯(lián)合心理作戰(zhàn)條令》,其軍事題材影視作品、游戲等已經(jīng)被提升到了信息戰(zhàn)略軟工具的地位。通過軍事訓(xùn)練,社交媒體及民用版商業(yè)游戲等手段,美軍不斷影響世界輿論,妝點(diǎn)自身形象,刻意抹黑他國。這一做法值得警惕與防范,同時(shí)也提醒在游戲化仿真訓(xùn)練系統(tǒng)建設(shè)過程中,要在想定編輯、課目設(shè)計(jì)、場景構(gòu)建等不同環(huán)節(jié),注重自身文化認(rèn)同的培養(yǎng)以及對外的戰(zhàn)爭觀、價(jià)值觀輸出。